《Nanomaterials》：Preparation, Emulsion Stability and Preliminary Demoulding Evaluation of a Wax-Free Water-Based Soybean Oil-Mineral Oil Concrete Release Agent
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水基无蜡脱模剂在混凝土模板工程中具有吸引力，但其乳化窗口与脱模行为仍缺乏明确界定。本研究制备了大豆油/环烷基油乳液，并评价其稳定性与拉拔性能。OP-10/Span-80复配体系在较窄的亲水亲油平衡值（HLB）窗口内形成了外观稳定的大豆油乳液，在假定OP-10的
水基无蜡脱模剂在混凝土模板工程中具有吸引力，但其乳化窗口与脱模行为仍缺乏明确界定。本研究制备了大豆油/环烷基油乳液，并评价其稳定性与拉拔性能。OP-10/Span-80复配体系在较窄的亲水亲油平衡值（HLB）窗口内形成了外观稳定的大豆油乳液，在假定OP-10的HLB值为14.5时，计算HLB区间12.15–12.31内1 h仅出现微量或少量分离（按文献报道范围计为11.3–12.3）。含1.00 wt%苯甲酸钠的高不挥发物含量环烷基油乳液（MH2+）经7000 rpm离心6 min后无可见相界面，静置20 d后仅出现可再乳化的薄表层，而不含苯甲酸钠的乳液则分离为三相。大豆油乳液与MH2+按1:3复配、粒径为1.57–1.59 μm时，拉拔力为7.92 N，与EP6（1.50 μm时为7.963 N）相当，低于MH2+（11.63 N）和大豆油乳液（55.26 N），且脱模表面目视更为均匀。该复配体系在1.05 μm时拉拔力升至73.68 N，表明充分涂覆至关重要。因此，1:3复配体系在充分涂覆条件下是一种有前景的低力值无蜡水基脱模剂，为涂覆优化与现场验证提供了基础。
研究背景方面，模板是混凝土施工的核心组成部分，随着建筑设计及混凝土技术进步，行业对装饰性混凝土表面的要求不断提高，脱模剂开发已成为土木与水利工程的重要课题。脱模剂可降低模板与混凝土之间的黏附与摩擦，有助于防止脱模过程中的表面损伤；在水工结构中，抗冲磨混凝土用于坝面，麻面与气孔会加剧长期水流冲刷并使有害物质侵入混凝土，适宜的脱模剂可改善表面外观并可能有助于耐久性。商品配方中常使用石蜡与环烷烃衍生物以及矿物油、润滑油、植物油和再生油，模板类型与脱模剂选择共同影响近表层密实度、耐久性相关指标与表面外观，但储存不稳定与沉降仍会造成表面缺陷。溶剂型脱模剂易燃并带来健康与环境风险；水基替代品可减少溶剂使用，但常含蜡，可能影响模板使用寿命。水基涂层成膜取决于液滴浓度、聚并和铺展，油包水乳液在基材上的干燥研究亦表明基材润湿性影响润湿与残余膜分布。乳化剂选择控制乳液稳定性，雨水暴露则带来标准脱模试验无法确立的冲刷与保持问题。模板表面能、织构及与新鲜混凝土的摩擦进一步影响脱模。因此，无蜡水基配方值得在受控实验室条件下评价，并将储存稳定性、毒性与耐雨水性作为独立的性能维度。已有研究包括以废弃食用油制备脱模剂、评价混凝土脱模剂脱模性能、评价植物油基脱模剂技术性能，以及比较乳液与脱模油在混凝土/模板界面的摩擦学行为。本研究旨在考察技术可行性，研究大豆油乳化、MH2矿物油乳液稳定性及1:3大豆油乳液/MH2+复配体系的初步脱模行为，目标是检验配方与工作流程，而非证明现场耐久性或环境优越性。所针对的主要空白并非植物油、矿物油或苯甲酸钠的单独使用，而是探究高不挥发物（约56 wt%）大豆油/环烷基油配方能否在含1 wt%苯甲酸钠与油酸的低速实验室混合器中制备，以及其湿态行为能否与膜分布和拉拔力相关联。其贡献为：实验约束的、特定乳化剂体系的HLB窗口；可行的低速实验室制备路线，能耗作为独立的放大问题；将配方筛选与目视/离心稳定性同拉拔力相联系的工作流程；以及观察、可能机理与需现场试验的主张之间的明确边界。研究组织包括四部分：大豆油的HLB与乳化剂筛选；乳化设备与工艺试验；基础油在模板材料上保持性的定性试验；MH2、MH2+及其1:3复配体系的稳定性与初步拉拔评价。该研究定位为探索性配方与测量工作流程研究，不从单一储存批次或每种条件两条力值记录中得出推断性统计结论。
研究人员开展的研究及结论与意义方面，采用OP-10/Span-80复配时，在假定OP-10的HLB值为14.5、计算HLB窗口12.15–12.31内获得最佳目视稳定性，提供约12.2–12.3的实用配方窗口并减少需筛选的乳化剂组合数。完整高不挥发物配方可通过向油相加水在低速实验室混合器中制备，为实用的实验室制备路线，但试验未分离搅拌速度的影响。添加1.00 wt%苯甲酸钠（MH2+）与优于无苯甲酸钠乳液的目视及离心储存稳定性相关，并在定性重复使用板试验中与无可目视锈迹转移相关，其分子机理尚未阐明。油酸用作乳化助剂，其单独贡献未被分离。在1.57–1.59 μm公称厚度下，大豆油乳液与MH2+的1:3复配体系拉拔力为7.92 N，与EP6（1.50 μm时7.963 N）相当，低于MH2+（11.63 N）和大豆油乳液（55.26 N），并产生目视更均匀的脱模表面，使其成为在充分涂覆条件下所测试最有前景的无蜡配方；其在1.05 μm时力值升至73.68 N，故须控制涂覆量，且每种配方仅两条记录意味着拉拔结果为描述性。较高黏度的4010环烷基油在简化亲和性试验中于不锈钢上的保持性强于低黏度矿物油与聚苯乙烯，支持其用于钢模板的选择。上述结果确立了实用配方窗口、可行的低速制备路线和有前景的低力值复配体系，而雨水冲刷、定量缓蚀、混凝土强度、涂层黏附及现场耐久性需另行验证。
关键技术方法方面（不超过250字）：采用HLB法以Span-80与OP-10等不同HLB值乳化剂复配乳化大豆油，通过目视观察确定最佳稳定性对应HLB值；比较高速均质机、高速分散机与电动搅拌器等乳化设备及工艺；以水和黏度近似新鲜混凝土浆体的透明增稠树脂溶液模拟浆体，在不锈钢板与聚苯乙烯模板上开展基础油保持性定性可视化试验；以7000 rpm离心6 min及室温静置进行稳定性评价，并辅以光学显微形态定性检查；将乳液稀释至6.25 wt%不挥发物含量并加入润湿剂后涂覆于100 mm × 100 mm、Ra = 1.6 μm的304不锈钢板，以P.I 42.5水泥净浆（水灰比0.29，按GB/T 8077-2012调整流动度200–220 mm）在20 ± 2 °C、50–60%相对湿度下养护18 h后进行小尺度拉拔试验，加载速率10 mm/min、预载1 N，并以照片定性评价脱模表面。样本为实验室自制乳液与市售Sika Separol W-306、晶华大EP6对照品。
研究结果方面，4.1 大豆油乳化：4.1.1 乳化大豆油所需HLB值的确定——以20 g大豆油、5 g乳化剂、80 g水在4000 rpm下采用剂在油中法乳化，发现复合乳化剂HLB为6、7、8时30 min内出现可见分离，标称HLB 12配方1 h后仅轻微分离，HLB 11–13间筛选显示12.0–12.5为实用最优区间，精细筛选在计算区间12.15–12.31内1 h仅微量或少量分离且无可见本体相界面；由于OP-10的HLB报道为13.3–14.5，12.26仅为该假设下的计算坐标，可支持的表述是约11.3–12.3的乳化剂体系特定范围，其中12.2–12.3目视结果最佳，并非大豆油的热力学HLB常数。以固定HLB值（15）的Tween-80替代OP-10与Span-80复配，在匹配的计算HLB坐标11.32、11.79、12.26下乳化，所有样品乳化次日即出现明显相分离，稳定性劣于OP-10/Span-80体系最佳配方，HLB 11.32样品分离为两相，11.79与12.26样品明显呈三相且底层高度透明，静置一个月后11.32样品状态不变而另两者底层透明度明显增加，表明稳定性既取决于HLB坐标也取决于乳化剂体系，苯环、界面堆积或膜弹性解释仅为假设而未被直接测定。4.1.2 乳化设备与工艺试验——均质机工作腔直径远小于反应容器，即使4000 rpm也不能保证高乳化效率，故进一步采用高速分散机与电动搅拌器；含19%大豆油、4.8%复配乳化剂、76%水的样品在4000 rpm分散5 min、20 min滴加水并继续分散20 min后，室温近一个月时分散机样品目视抗分离性优于均质机样品，但因设备几何与操作条件不同，该差异不能单独归因于转子类型；高油相大豆油乳液含48.36 wt%大豆油、2.14 wt% OP-10、2.14 wt% Span-80、2.96 wt%油酸、1.00 wt%苯甲酸钠和43.40 wt%去离子水，油/乳化剂/油酸混合物600 rpm分散10 min，主水与苯甲酸钠溶液在合计45 min内滴加，随后800 rpm分散40 min，表明完整配方可在600–800 rpm下加工，但因组成与加工时间同时改变，未用于分离速度效应；苯甲酸钠与乳液稳定性关联的可能解释包括离子强度变化、苯甲酸根在界面的相互作用及絮凝改变，现有数据与这些可能性一致但未能区分其相对贡献。4.2 基础油在模板材料上的定性保持性——46号低黏度矿物油（40 °C运动黏度44.10 mm2/s）在低油量及亲水介质作用下收缩为分布不均的液滴且数量很少，有效油膜面积小，无法提供有效隔离；油量较大时部分油受亲水介质冲击缓慢上浮，24 h后初始标记区域内仍残留少量油。改用高黏度4010环烷基油（40 °C黏度157.2 mm2/s）并增设竖直侧模板后，油滴接触亲水介质时收缩聚并但多数仍黏附于模板表面，仅少量上浮，底板油滴亦仅收缩而未大量上浮，表明该简化试验中不锈钢对环烷基油的保持强于聚苯乙烯；以聚苯乙烯杯为模板基材时多数环烷基油1 h内上浮，该比较仅限于所测表面，不构成普遍表面能规律。该亲和性试验为简化静态保持观察，水与增稠树脂溶液近似亲水介质，不能重现新鲜水泥化学、水化、压力、流动或振动，亦非雨水冲刷测量。4.3 苯甲酸钠添加与MH2乳液稳定性的关联——MH2制备时形成细腻带蓝乳液但储存中仍分离，光学显微不能确立纳米级分散或粒径分布，稳定性评价基于观察到的相分离与规定离心试验；高速离心后MH2+乳液保持相对稳定无可见相分离，MH2虽无类似大豆油乳液的尖锐相界面但底层透光率明显高于顶层，MH2+再经20 min高速离心仍未分相；室温静置20 d后MH2呈明显三相分离，MH2+表面出现薄油层但加水后可再乳化，提示界面膜不够紧密稳定、部分油滴聚集上浮。定性锈迹转移观察中，经钢丝刷处理的重复使用304不锈钢板分别涂覆MH2与MH2+并与相同P.I 42.5水泥净浆在相同养护条件下接触，脱模后MH2表面出现大量锈色斑点而MH2+表面无可见锈斑，EDX面扫描在MH2表面检测到局部Fe富集而MH2+无相应特征，重复使用板Ra = 3.2 μm且元素面扫描为定性，该观察与苯甲酸钠已知的缓蚀功能一致，支持含苯甲酸钠配方在减少可见锈迹转移中的作用，腐蚀速率及缓蚀与膜连续性的相对贡献需专门电化学测试。1.00 wt%苯甲酸钠用量被选为关注配方，浓度最优值与油酸的单独作用仍为配方优化的开放问题。4.4 大豆油乳液、MH2+及其1:3复配体系的初步拉拔试验——大豆油乳液乳化剂比例调整至上述大豆油HLB窗口，加入油酸与苯甲酸钠后乳液仍分离但目视比早期样品更稳定，分离两种添加剂的贡献需同组成对照；在公称厚度1.57–1.59 μm密切匹配时，1:3复配体系、MH2+和大豆油乳液分别为7.92、11.63和55.26 N，该窄范围比较支持复配体系在充分涂覆下力值较低，但复配体系在1.05 μm时升至73.68 N，表明对涂覆量强敏感且可能存在膜不连续；另一大豆油记录仅记为"200+"，为高于200 N的右删失记录，排除于有限值比较之外；MH2+在1.48与1.59 μm时为10.36与11.63 N，描述性均值11.0 N、范围10.36–11.63 N；EP6在1.50与1.70 μm时为7.963与10.326 N，描述性均值9.14 N、范围7.963–10.326 N，这些均值与范围仅为描述性，不用于推断性排序。试验显示大豆油乳液成膜后油相分布不均，较厚左上油层出现白色条纹；按N-B-19305，1:3复配体系产生比单独大豆油乳液目视更均匀、条纹更少的表面，表明在所测条件下颜色均匀性改善，与Danuta等的结果一致；其拉拔力在两条记录间为7.92至73.68 N，在可比厚度下7.92 N与EP6在1.50 μm记录的7.963 N相当；图像记为定性结果。综合与EP6相当的拉拔力和更均匀的表面，使1:3复配体系成为在充分涂覆条件下所测试最有前景的无蜡配方。
讨论与结论方面，本研究考察了大豆油乳化并制备与评价了无蜡水基大豆油/环烷基油脱模剂。采用OP-10/Span-80复配时，在假定OP-10的HLB值为14.5、计算HLB窗口12.15–12.31内获得最佳目视稳定性，提供约12.2–12.3的实用配方窗口并减少需筛选的乳化剂组合数。完整高不挥发物配方可通过向油相加水在低速实验室混合器中制备，为实用的实验室制备路线，但试验未分离搅拌速度的影响。添加1.00 wt%苯甲酸钠（MH2+）与优于无苯甲酸钠乳液的目视及离心储存稳定性相关，并在定性重复使用板试验中与无可目视锈迹转移相关，其分子机理尚未阐明。油酸用作乳化助剂，其单独贡献未被分离。在1.57–1.59 μm公称厚度下，大豆油乳液与MH2+的1:3复配体系拉拔力为7.92 N，与EP6（1.50 μm时7.963 N）相当，低于MH2+（11.63 N）和大豆油乳液（55.26 N），并产生目视更均匀的脱模表面，使其成为在充分涂覆条件下所测试最有前景的无蜡配方；其在1.05 μm时力值升至73.68 N，故须控制涂覆量，且每种配方仅两条记录意味着拉拔结果为描述性。较高黏度的4010环烷基油在简化亲和性试验中于不锈钢上的保持性强于低黏度矿物油与聚苯乙烯，支持其用于钢模板的选择。上述结果确立了实用配方窗口、可行的低速制备路线和有前景的低力值复配体系，而雨水冲刷、定量缓蚀、混凝土强度、涂层黏附及现场耐久性需另行验证。
