本文由同济大学孙振平教授课题组蒋晓星整理
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混凝土是最主要的建筑材料。随着社会的发展，混凝土的功能已不局限于承重，很多时候还需考虑其保温、隔音和装饰等功能，例如新兴的装饰混凝土就需要起到良好的装饰作用。大部分混凝土的浇筑成型都属于模板工程，需要完备的脱模工艺来保证构件的完整性及表面美观度。混凝土脱模剂又称混凝土隔离剂或脱模润滑剂，涂于模板内壁起润滑和隔离作用，能有效帮助混凝土在拆模时顺利脱离模板，保持混凝土试件完整无损[1]。近年来，混凝土脱模剂的研究和应用越来越广泛。
本文就脱模剂的分类、作用机理、生产和应用作简要介绍。
1 脱模剂的分类
目前国内外商品混凝土脱模剂种类繁多，不同类型的脱模剂对混凝土与模板之间的脱模效果不尽相同。混凝土脱模剂有多种分类方法，具体如下。
(1) 根据产品状态分为：固态粉末、膏体、乳化液、溶液和悬浮液脱模剂等。
(2) 根据产品的亲、疏水性分为：憎水型和亲水型脱模剂。
(3) 根据产品作用效果分为：一涂多用型脱模剂(涂刷一次脱模多次)和一涂一用型脱模剂(涂刷一次脱模一次)。
(4) 根据产品的主要原材料(即化学成份)分为：皂类脱模剂、水质类及废液类脱模剂、矿物油类脱模剂、乳化油类脱模剂、油漆类脱模剂、石蜡类脱模剂、合成树脂类脱模剂、化学活性类脱模剂和有机高分子类脱模剂等[2]。
2 脱模剂的作用机理及脱模历程
混凝土与模板分离必须克服模板与硬化混凝土之间的粘合力或混凝土表面内聚力，脱模剂的脱模机理包括以下几个方面[3]。
(1) 物理润滑作用。脱模剂在模板和混凝土之间起润滑作用，减弱二者之间的亲和力从而起到帮助脱模的作用。
(2) 成膜隔离作用。脱模剂涂覆在模板表面形成一层膜，通过隔离作用帮助脱模。
(3) 化学作用。脱模剂与新拌混凝土中的部分矿物或离子产生一定的化学反应，生成具有隔离作用的物质，从而起到帮助脱模的作用。
无论脱模剂是何种形态，通过何种机理起作用，从本质上来讲，脱模剂都是在混凝土与模板之间形成易于分离的界面，从而帮助脱模。
在模具表面喷涂脱模剂之后，成型时体系界面如图1所示。其中，成型物与脱模剂的接触面为A，脱模剂层为B(凝聚层)，脱模剂与模具的接触面为C。脱模时，在A和C处的剥离称为界面剥离，在B处的剥离称为凝聚层破坏剥离。
图1 成型体系界面示意图
脱模剂的转移率是指脱模过程中转移到成型产品上的脱模剂的百分率，混凝土在脱模过程中：
(1)在A处剥离时，脱模剂不转移(转移率为0)。
(2) 在A处和B处都有剥离时，脱模剂发生少量转移(转移率约为22%)。
(3) 只因凝聚层的破坏而脱模，脱模剂转移较多(转移率约为44%-70%)。
(4) 由凝聚层的破坏及C处的剥离而脱模，导致大量脱模剂转移(转移率约为93%)。
(5) 成型物与脱模剂接触，发生混和、粘接，脱模剂全部转移至成型物中。当脱模勉强时，就会破坏成型物(产品)的表面。
通常使用的脱模剂，要求在B处或兼有A、B两处的剥离脱模。单纯由凝聚层剥离引起的脱模，其效果最好。
脱模剂在模具表面完全铺展方可产生完整的分离界面帮助脱模。Zisman通过研究得到液体在固体表面铺展的经验公式如下：
cosθ=b-cγlv
式中cosθ为液体与固体表面之间接触角的余弦值，b和c为常数，γlv是液体的表面张力。由该经验公式可知，cosθ随着γlv的减小而增大，当cosθ增大至1时，液体与固体表面之间的接触角为0°，表明液体在固体表面完全铺展，将此限度的γlv=(b-1)/c定义为固体的临界表面张力γc。只有当液体的表面张力γlv≤γc时，液体才能在固体表面完全铺展[4]。因此，对于特定的模具材料，应该选择表面张力比其临界表面张力小的脱模剂，才能达到更好的脱模效果。
图2 固-液界面接触角示意图
3 脱模剂的制备-以有机硅脱模剂为例
研制生产性能优良的脱模剂，首先必须明确应用对象和使用条件等，然后选用适当的合成工艺和组分进行生产，最后还应对产品性能进行试验验证，针对不足之处进行改进。
本节以有机硅脱模剂的生产为例，介绍脱模剂的生产方法。
制定有机硅脱模剂研制技术路线要着重考察和确认下列各种因素。
(1) 成型制品的材质及性能，包括物质的极性、熔体黏度、对模具材料的黏结状况等。
(2) 制品成型工艺条件，包括加工温度、存模时间以及制品从模具剥离的运动方向(在模具工作面上滑移或与模具工作面垂直剥离)等。
(3) 成型制品的技术要求，包括加工批量大小、制品尺寸与工件精度要求以及加工制品的表面后续黏结涂饰性要求等。
(4) 制品加工模具条件，包括模具的材质、形状、规格尺寸、模具工作面状态、以及模具对脱模剂涂施的特定要求等。
(5) 脱模剂的使用性能，包括脱模剂的清除工艺限制、脱模剂工作温度与工作寿命以及剥离力要求等。
根据上述技术条件和工艺要求，确定有机硅脱模剂的剂型、主体组分类型及其物质结构，并按照脱模剂预定要求合成特定组成和结构的有机硅基础聚合物，进而参照具体操作条件选择配伍功能助剂，以确保主体组分充分发挥各项预期功能。
对于要求脱模剥离力尽量小的脱模剂，通常选用黏度较小的硅油掺混并用，必要时选用适当浓度的有机硅溶液。这类脱模剂在使用过程中，脱模剂组分会明显迁移，剥离容易，但其使用寿命短，使用有限次数后即需重复涂施，并且成型制品将丧失后续表面涂饰和黏结性能。
对于成型温度高且成型制品不允许脱模剂组分迁移污染的成型加工，只能使用非迁移型耐高温脱模剂。其主体成分应选用特制的有机硅树脂，并且还要求硅树脂的固化膜层不得存在返黏的缺陷。
对于橡胶轮胎热压硫化等较大型的热压成型模具，通常采用硅油或硅橡胶水乳液作脱模剂。因为模具自身热容量大，即使涂施水剂型脱模剂，模具也会较快干燥，同时应用水剂型脱模剂还排除了溶剂型脱模剂易着火的危险。
对于一模多件电子元器件等精细制品的成型加工，多采用复合硅油气雾剂型脱模剂。高档精细制品加工可以承受较高成本的脱模剂。
对于加工过程对模具有较强冲击的粗糙物料的成型加工，大多采用硅橡胶混配的油膏作脱模剂。
脱模剂的基础材料选型还需考虑制品自模具中剥离的移动方式。精细脆弱的成型制品垂直于模具工作面剥离，宜用硅橡胶型脱模剂。粗大制品自长筒形模具工作面平行滑移剥离时，只能用硬滑固化膜型的脱模剂，这种工况如采用硅橡胶型软弹性脱模剂，则会因脱模剂膜层涩滞而造成脱模困难。
脱模剂大体由功能组分和助剂等构成。其中功能组分可以是单一的有机硅化合物或聚合物，但常选用多种有机硅聚合物进行复合调配。例如将硅油高低黏度混用，既延长脱模剂工作寿命，同时又减小脱模的剥离力。脱模剂中的功能组分还包括与主体聚合物配套的交联剂和催化剂等，以达到适宜的催化强度和固化速度，保证脱模剂工作膜平整光亮，在模具工作面附着牢固。
脱模剂中的助剂组分虽然是发挥辅助作用，但不可或缺。不同类型的脱模剂配合不同的辅助材料，常用的辅助组分包括溶剂、抛射剂、润湿剂、防腐剂、乳化剂和显色剂等。
脱模剂中的溶剂组分主要是用于溶解主体有机硅聚合物，使之成为便于涂施的溶液。良好的溶剂要求其极性和溶解度参数与主体聚合物匹配。有的溶剂自身还
兼具清洗作用，协同脱模剂溶液在模具工作面均匀展布和附着。脱模剂中应用复合溶剂，其中各组分的极性和沸点有所差异，利用挥发梯度，避免单一低沸点溶剂快速汽化吸热，使局部达到露点导致脱模剂涂膜泛白起皱等缺陷。
气雾型有机硅脱模剂通常采用氟氯烷作抛射剂，如三氯一氟甲烷、二氯二氟甲烷和二氯四氟乙烷等。由于氟氯烷具有较强的臭氧层破坏作用而面临淘汰，丙烷、异丁烷和正丁烷等逐步取代氟氯烷，成为通用的抛射剂。抛射剂的沸点和蒸气压会影响脱模剂的性质，有时单一的抛射剂不能适应要求，往往采用复合抛射剂。
一般采用表面活性剂作脱模剂的润湿剂。润湿剂的作用是促进脱模剂在模具表面均匀展布，保证首次涂施脱模剂和后续复涂脱模剂都能均匀流平。
乳液型脱模剂要选用亲水亲油平衡值适当的乳化剂。乳化剂在稳定乳液的同时，也能促进脱模剂模具工作面均匀展布。乳液型脱模剂需要添加少量防腐剂防止乳液腐败变质。
为了便于判断脱模剂涂层厚度和均匀度，推荐使用带有颜色的脱模剂操作液。有色脱模剂中选用适当的颜料或染料作显色剂，要注意应用的颜料或染料在脱模剂中不影响其低表面能性和涂膜的平整光滑性。
研究开发有机硅脱模剂需要通过模拟应用试验进行考核，经试用验证产品的工艺性能和使用性能，对于应用试验中发现的缺点，有针对性地进行调节改进，逐步达到完善。
将产品模拟应用试验用于产品推广技术服务，还有助于产品应用市场开发[5]。
4 脱模剂的应用
选用脱模剂时，脱模效果和经济性都是不可忽视的重要因素。质量差的脱模剂会使产品表面产生龟裂裂纹，影响产品的外观质量和模具的使用寿命，并带来环境污染。脱模剂的价格也是用户必须考虑的重要方面。为了便于施工和保证使用效果，脱模剂必须具备以下性能。
(1) 脱模效果良好；
(2) 对混凝土无渗透危害，无损于混凝土表面质量；
(3) 脱模后不残留对混凝土质量和影响混凝土表面后续装修的有害物质；
(4) 不污染混凝土内部配筋；
(5) 不腐蚀模板；
(6) 贮存稳定性良好；
(7) 喷洒、涂抹容易，成膜快、成膜连续；
(8) 良好的耐水性和耐暴晒性[6]。
为了保护模板及改善模板性能，需要对模板进行预处理。可采用无溶剂树脂、催化树脂、油漆和氯化橡胶类封闭剂封闭模板。使用新的木模时，为了克服木材中的糖对水泥水化的影响，通常用水泥净浆涂于模板，保留24h后，轻轻刷去洒落的水泥粉末，再涂刷脱模剂。
初次使用脱模剂时，必须模拟实际施工条件对脱模剂进行适应性检验，包括脱模剂对混凝土外加剂、模板封闭剂、混凝土掺合料、施工温度、浇筑及振捣成型和养护条件等的适应性。此外，还需进行乳液稳定性及涂抹均匀性检验。
涂抹技术的选择需考虑脱模剂的粘稠度、模板种类及形状、施工温度和实际施工条件等因素。
流态脱模剂、异形模板可采用喷雾器进行喷涂。较稠者(膏状或蜡状产品)用软抹布、海绵或软刷帚等进行涂抹。硬质模板膏可用刮铲或抹刀抹到模板上，然后用颜料碾磨机或硬质刷帚使其分布均匀。
涂层厚度应适宜，过薄时脱模效果欠佳，过厚则不经济，且影响混凝土表面质量(尤其是化学活性脱模剂)，给清模带来困难。涂层厚度应随模具的粗糙度和吸收能力的增加而增加。根据经验，对于吸收性模板，每升普通脱模剂可处理的模具表面积为(5-10)m2；非吸收性模板，每升脱模剂可处理(10-20)m2。而较为高效的化学活性脱模剂每升可处理的模具表面积为(40-100)m2。乳浊液脱模剂的厚度常随稀释度的增加而增加。
模板上的脱模剂残余物可采用钢丝刷、刮刀、硬泡沫、玻璃、浮石、加气混凝土块和钢丝绒等工具进行清除。有条件者，可先用清水预冲洗，再用稀盐酸或市售的模板清洗剂浸泡冲洗，最后用清水漂洗干净。也可用喷砂法或蒸汽喷射法进行清除。
所有脱模剂，特别是乳浊液应避免受高温或低温影响，避免污染，包装上应注明脱模剂的牌号、出厂时间和贮藏期。易燃的溶剂型脱模剂应注意防止明火靠近[1]。
参考文献
[1] 卞葆芝. 国内外混凝土脱模剂生产与应用[J]. 施工技术(建筑技术通讯), 1990, (3): 6-9.
[2] 赵鹤翔. 环保混凝土脱模剂的合成研究[D]. 合肥: 合肥工业大学, 2012.
[3] 李昂. 脱模剂及其作用机理[J]. 特种橡胶制品, 2002, (4): 26-29.
[4] 滕新荣, 孙振平. 表面物理化学[M]. 北京: 化学工业出版社, 2009: 23-43.
[5] 姜承永. 有机硅脱模剂生产及应用技术[J]. 精细与专用化学品, 2010, (7): 1-5.
[6] 施惠生, 孙振平, 邓恺. 混凝土外加剂实用技术大全[M].北京: 中国建材工业出版社, 2008: 217-218.
