CN106906026A - 一种盾构机的盾尾密封油脂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盾构机的盾尾密封油脂及其制备方法与应用，它解决了盾构密封油脂的密封性能差、用量大以及成本高的问题，具有密封性能好、用量少以及成本低的效果。其技术方案为：由以下重量份的组分组成：深加工地沟油14‑25份，填充粉料40‑60份，增稠剂5‑10份，纤维3‑8份，防霉剂1‑1.5份，润滑剂0.5‑1.5份。

Description

一种盾构机的盾尾密封油脂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种盾构机的盾尾密封油脂，尤其涉及环保再生原料的盾构机盾尾密封油脂及其制备方法与应用。

技术背景

目前随着国内基础建设的发展，地铁建设如火如荼，隧道盾构掘进施工在国内中大城市方兴未艾。经过前几年的隧道建设，施工技术得到了较大的提高，在项目规划选址方面，由于城市发展的需要，越来越多的隧道在埋深方面比前期的隧道加深了，也有越来越多的隧道将穿越富水地层，从而需要大量的盾尾密封油脂来做盾构掘进机的防水润滑处理。

盾尾密封油脂是一种在地下工程盾构施工中隧道盾构掘进机的钢丝刷型盾尾中注入的密封材料，主要起到润滑、密封、防水作用。盾构掘进机工作时，压力将盾尾密封油脂注满钢丝刷间的空隙，从而增强了钢丝刷的密封性能，防止土砂和泥水的渗入。

目前国内的油脂生产厂家很多，但普遍存在着在沙性土或穿越江河湖泊等较差的土质条件下容易出现漏浆及油脂用量很大的问题，如在一般土层中油脂的用量通常为25kg/m(盾构机直径为6.4m左右)，但在沙性土中或许会用到70～80kg/m。

而国外进口的产品如法国或日本进口的产品虽然质量过关，不会存在污染问题，但存在成本较高的问题：其价格通常比国产盾尾密封油脂贵一倍，如法国进口油脂为25元/kg，日本进口油脂为34元/kg，而且其用量也不比国产盾尾密封油脂用量少。

油脂是盾尾密封油脂中的主要组成部分，油脂首先要起出现到润滑作用，使盾尾密封油脂具有较好的可泵性，还要具有较好的抗水性，以及同金属的附着力，使盾尾密封油脂具有较好的耐水冲性，即使在高水压下仍能保持良好的密封性能。而油脂种类的不同，直接影响产品的可泵性和抗水冲性。油脂一般为α-烯烃、工业玉米油、亚麻油、大豆油、菜籽油、蓖麻油或菜油，由于对油脂的质量要求较高，所以油脂的成本较高。

此外，高粘度油是传统的盾尾密封油脂的组分之一，高粘度油使产品中的纤维和油脂较好的混合，提高整体性。通过加入高粘度油来提高产品的粘性和附着力，保证盾尾密封油脂的密封性能和抗水冲性，使产品具有较好的下垂值。常用的高粘度油为松香及其衍生物、石油树脂、T603、T613等物质。

所以，油脂和高粘度油是传统的盾尾密封油脂中比较重要的组分，这两种物质影响盾尾密封油脂的性能和成本。

综上所述，现有技术中对于盾构密封油脂的密封性能差、用量大以及成本高的问题，尚缺乏有效的解决方法。

发明内容

地沟油是各类劣质油的统称，一般包括潲水油、煎炸废油、食品及相关企业产生的废弃油脂等，其最早是用来生产肥皂或皂液的，后来又成了生产生物柴油的廉价原料。地沟油中含有大量的油脂，由于地沟油中的酸价、过氧化值、浸出油溶剂残留、水分以及固体杂质等都超标，而盾构密封油脂对油脂的质量要求很高，使地沟油一直没有作为油脂应用在制备盾尾密封油脂中。

而发明人首先提出了一种假设，地沟油的来源广泛，价格便宜，而且地沟油中含有大量的油脂，如果将其应用在盾尾密封油脂中，则可以大大降低盾尾密封油脂的成本。

为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种盾尾密封油脂，由以下重量份的组分组成：深加工地沟油14-25份，填充粉料40-60份，增稠剂5-10份，纤维3-8份，防霉剂1-1.5份，润滑剂0.5-1.5份。

其中的深加工地沟油是对地沟油中的固体废渣，可挥发性有机酸、胶溶性杂质(磷脂，蛋白质)、脂溶性杂质(蛋白质)以及水进行了去除，使其满足使用条件。

本文中采用深加工后的地沟油作为盾尾密封油脂的基础油，并与填充粉料、增稠剂、纤维、防霉剂和润滑剂配合使用，在配方中没有加入高粘度油，而制备了性能良好的盾尾密封油脂产品：其密度为1.300g/cm³，25℃时锥入度(0.1mm)为240～265，挥发度(80℃±1℃，5h)小于等于1.5％，25℃、10bar条件下泵送性良好，在50℃、24h条件下的不流淌，在0.02MPa的水流冲击20min下，没有流失，在3.5MPa水压下不漏水。

本发明的盾尾密封油脂即使在沙性土中，用量也不超过27kg/m(盾构机直径为6.4m)，大大降低了盾尾密封油脂的使用量。

而且地沟油的来源广泛、成本很低，大大降低了盾尾密封油脂的生产成本。此外，地沟油都是可以通过生物降解的，不会对土壤和地下水造成污染，有利于可持续发展。

进一步的，所述盾尾密封油脂，由以下重量份的组分组成：深加工地沟油16-20份，填充粉料45-50份，增稠剂5-10份，纤维3-8份，防霉剂1-1.5份，润滑剂1-1.5份。

当采用该配比时，制备的盾尾密封油脂的性能更好。

进一步的，所述深加工地沟油的深加工方法，包括如下步骤：

1)将收集的地沟油进行过滤，得到待提炼的粗油；

2)对粗油进行提炼和破乳，提炼的温度为40～50℃；

3)对提炼后的粗油进行分离，先将粗油通过破碎机，破碎粗油中残余的杂质及软性固体物料，再通过离心分离设备，分离为油、水和固态废渣；

4)继续将离心分离后的粗油进行精制，精制的步骤包括水化脱胶去除胶溶性杂质(磷脂，蛋白质)、固脂融化使得部分动物油脂析出、酯化分离去除脂溶性杂质(蛋白质)，得到成品油。

破乳指的是乳状液的分散相小液珠聚集成团，形成大液滴，最终使油水两相分层析出的过程。含水量较多的地沟油在40～50℃，采用加热冷凝破乳，经过破乳过程，使得油水分离，从而得到粗油。

提炼的具体步骤是：采用盘管式加热，使得粗油得到充分接触，提炼后的粗油依靠自身重力在提炼罐下部的出口中流出，提炼至粗油流出量明显减少即完成提炼。

步骤3)中，分离得到的固态废渣可制备生物质煤。

进一步的，所述填充粉料为轻质碳酸钙、云母粉、滑石粉中的一种或多种的混合物。

进一步的，所述增稠剂为琼脂、卡拉胶、阿拉伯胶、海藻酸中的一种或多种的混合物。

进一步的，所述纤维为植物纤维，优选为竹纤维、棉纤维或麻纤维。

植物纤维与深加工地沟油、填充粉料和增稠剂具有良好的相容性，尤其是与深加工地沟油具有良好的相容性，可以与深加工地沟油较好的混合，即使在没有高粘度油的调节作用下，依然可以保证盾尾密封油脂的整体性，保证了盾尾密封油脂的密封性能和抗水冲性，使产品具有较好的下垂值。

进一步的，所述润滑剂为高级脂肪酸乙氧基化合物。

进一步的，所述防霉剂为二硫代氨基甲酸盐类。

为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了上述盾尾密封油脂的制备方法，包括如下步骤：将深加工地沟油和纤维混合后，搅拌20-30min，然后向其中加入增稠剂、防霉剂和润滑油，搅拌10-20min后，在搅拌过程中分批加入填充粉料，搅拌至得到均匀的黄色粘稠混合物结束。

本文中改进了盾尾密封油脂的制备方法，首先将深加工地沟油与纤维混合搅拌，可以使纤维和油脂更好的结合，再与增稠剂、防霉剂和润滑油混合均匀后，有利于提高产品的整体性，保证盾尾密封油脂的密封性能和抗水冲性。这也是在没有高粘度油的前提下，制备的盾尾密封油脂依然可以具有良好的性能的原因之一。

为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了上述盾尾密封油脂在富水地层盾构施工中的应用。

本发明的有益效果为：

1、本文中采用深加工后的地沟油作为盾尾密封油脂的基础油，并与填充粉料、增稠剂、纤维、防霉剂和润滑剂配合使用，在配方中没有加入高粘度油，而制备了性能良好的盾尾密封油脂产品：其25℃时密度为1.300g/cm^3，25℃时锥入度(0.1mm)为240～265，挥发度(80℃±1℃，5h)小于等于1.5％，25℃、1Mpa条件下泵送性良好，在50℃、24h条件下不流淌，在0.02MPa的水流冲击20min没有流失，在3.5MPa水压下不漏水。

2、本发明的盾尾密封油脂即使在沙性土中，用量也不超过27kg/m(盾构机直径为6.4m)，大大降低了盾尾密封油脂的使用量。

3、地沟油的来源广泛、成本很低，大大降低了盾尾密封油脂的生产成本。此外，地沟油都是可以通过生物降解的，不会对土壤和地下水造成污染，有利于可持续发展。

4、植物纤维与深加工地沟油、填充粉料和增稠剂具有良好的相容性，尤其是与深加工地沟油具有良好的相容性，可以与深加工地沟油较好的混合，即使在没有高粘度油的调节作用下，依然可以保证盾尾密封油脂的整体性，保证了盾尾密封油脂的密封性能和抗水冲性，使产品具有较好的下垂值。

附图说明

图1为地沟油深加工的工艺流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

术语解释部分：

锥入度：是指在规定的负荷、时间和温度条件下锥体落入试样的深度，其单位以0.1mm表示。是横梁润滑稠度及软硬程度的指标，锥入值越大，表示润滑脂越软，反之就越硬。

一般情况下，是指在25℃下，将一定质量的锥体从锥入度仪上释放，锥体在5s内下落后刺入待测样品的深度。

下垂值，是表征密封膏耐热性和流变性的指标，试验方法是在两端开口的金属槽内嵌填密封膏，在规定温度下垂直、水平放置一段时间，测量其下垂距离，以mm计。一般要求密封膏下垂值不大于3或4mm。

高级脂肪酸乙氧基化合物：C₁₈H₃₆CHSO₃Na(OCH₂CH₂)₇。

在此提供了一种深加工地沟油的深加工方法(如图1所示)，具体包括如下步骤：深加工地沟油的深加工方法，包括如下步骤：

1)将收集的地沟油进行过滤，得到粗油，筛网的目数为100～200目，过滤得到的固体废物运往垃圾处理厂处理；

2)对粗油进行提炼和破乳，提炼的温度为40～50℃，采用盘管式加热，使得粗油得到充分接触，提炼后的粗油依靠自身重力在提炼罐下部的出口中流出，提炼至粗油流出量明显减少即完成提炼；提炼过程中产生的废气经过冷凝，气水分离后，不凝废气进行废气处理，冷凝后的液体进行废水处理；

破乳指的是乳状液的分散相小液珠聚集成团，形成大液滴，最终使油水两相分层析出的过程。含水量较多的地沟油在40～50℃，采用加热冷凝破乳，经过破乳过程，使得油水分离，从而得到粗油。

3)对提炼后的粗油进行分离：先将粗油通过破碎机，破碎粗油中残余的杂质及软性固体物料，再通过离心分离设备，分离为油、水和固态废渣，固态废渣可制备生物质煤；

4)将分离除去生物质煤的粗油进行精制，精制的步骤主要包括水化脱胶去除胶溶性杂质(磷脂，蛋白质)、固脂融化使得部分动物油脂析出、酯化分离去除脂溶性杂质(蛋白质)，得到成品油；

精制过程中产生的废水经过废水处理达标排放。

实施例1

盾尾密封油脂的各个组分为：深加工地沟油150kg，琼脂10kg、阿拉伯胶40kg，防霉剂8kg，润滑剂5kg，轻质碳酸钙粉400kg，竹纤维38kg。

制备方法：将深加工地沟油和竹纤维混合后，搅拌20min，然后向其中加入琼脂10kg、阿拉伯胶40kg、防霉剂和润滑油，搅拌20min后，在搅拌过程中分批加入轻质碳酸钙粉(加入时需少量持续添加)，搅拌不少于76分钟，至得到均匀的黄色粘稠混合物结束。

实施例2

盾尾密封油脂的各个组分为：深加工地沟油130kg，卡拉胶15kg、琼脂45kg，防霉剂12kg，润滑剂6kg，云母粉330kg，竹纤维42kg。

制备方法：将深加工地沟油和竹纤维混合后，搅拌20min，然后向其中加入卡拉胶、琼脂、防霉剂和润滑油，搅拌20min后，在搅拌过程中分批加入云母粉(加入时需少量持续添加)，搅拌不少于70分钟，至得到均匀的黄色粘稠混合物结束。

实施例3

盾尾密封油脂的各个组分为：深加工地沟油130kg，海藻酸15kg、琼脂45kg，防霉剂12kg，润滑剂6kg，云母粉130kg，轻质碳酸钙粉200kg，竹纤维42kg。

制备方法：将深加工地沟油和竹纤维混合后，搅拌15min，然后向其中加入海藻酸、琼脂、防霉剂和润滑油，搅拌20min后，在搅拌过程中分批加入云母粉和轻质碳酸钙粉(加入时需少量持续添加)，搅拌不少于70分钟，至得到均匀的黄色粘稠混合物结束。

实施例4

盾尾密封油脂的各个组分为：深加工地沟油140kg，阿拉伯胶15kg、琼脂45kg，防霉剂12kg，润滑剂8.5kg，轻质碳酸钙粉330kg，竹纤维42kg。

制备方法：将深加工地沟油和竹纤维混合后，搅拌15min，然后向其中加入阿拉伯胶、琼脂、防霉剂和润滑油，搅拌25min后，在搅拌过程中分批加入轻质碳酸钙粉(加入时需少量持续添加)，搅拌不少于60分钟，至得到均匀的黄色粘稠混合物结束。

实施例5

盾尾密封油脂的各个组分为：深加工地沟油140kg，海藻酸15kg、卡拉胶45kg，防霉剂12kg，润滑剂6kg，轻质碳酸钙粉200kg、滑石粉130kg，竹纤维42kg。

制备方法：将深加工地沟油和竹纤维混合后，搅拌15min，然后向其中加入海藻酸、卡拉胶、防霉剂和润滑油，搅拌30min后，在搅拌过程中分批加入轻质碳酸钙粉和滑石粉(加入时需少量持续添加)，搅拌不少于60分钟，至得到均匀的黄色粘稠混合物结束。

实施例6

盾尾密封油脂的各个组分为：深加工地沟油140kg，海藻酸15kg、阿拉伯胶30kg、卡拉胶15kg，防霉剂12kg，润滑剂6kg，轻质碳酸钙粉200kg、滑石粉130kg，棉纤维42kg。

制备方法：将深加工地沟油和棉纤维混合后，搅拌15min，然后向其中加入海藻酸、阿拉伯胶、卡拉胶、防霉剂和润滑油，搅拌30min后，在搅拌过程中分批加入轻质碳酸钙粉和滑石粉(加入时需少量持续添加)，搅拌不少于60分钟，至得到均匀的黄色粘稠混合物结束。

对比例1

与实施例6的区别是，将深加工地沟油替换为亚麻油，其他参数不变。同时也试验了其他的基础油，如聚α-烯烃、工业玉米油、大豆油、菜籽油、蓖麻油等，结果与亚麻油相似。

对比例2

与实施例6的区别是，制备方法为：将深加工地沟油、海藻酸、阿拉伯胶、卡拉胶、防霉剂和润滑剂搅拌至均匀，加入轻质碳酸钙粉和滑石粉，加入时需少量持续添加，搅拌至填充粉料分散，搅拌至均匀后加入竹纤维，搅拌不少于60分钟制的成品。

各个实施例和对比例制得的盾尾密封油脂的性能如表1所示：

表1

由表1的结果可知，实施例1-实施例6中的盾尾密封油脂的密封性较好，在50℃24h下没有下垂，0.02MPa，20min条件下无流失，泵送性较好，用量少，能满足盾尾施工要求。而对比文件1和对比文件2中相应的参数则有所降低，无法满足实际的盾构施工要求。

这是因为本发明中的深加工地沟油、植物纤维以及其他组分的配比与制备方法的协同作用实现的。如对比例1中将深加工地沟油替换为一种常见的基础油-亚麻油，而不再加入高粘性油时，盾尾密封油的密封性能以及与金属之间的附着性能大大降低；如对比例2中，即使采用本发明的配方，采用原有的制备方法，制备得到的盾尾密封油脂的性能也不如采用本发明的方法制备的盾尾密封油脂的性能好。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种盾尾密封油脂，其特征在于：由以下重量份的组分组成：深加工地沟油14-25份，填充粉料40-60份，增稠剂5-10份，纤维3-8份，防霉剂1-1.5份，润滑剂0.5-1.5份。

2.根据权利要求1所述的盾尾密封油脂，其特征在于：由以下重量份的组分组成：深加工地沟油16-20份，填充粉料45-50份，增稠剂5-10份，纤维3-8份，防霉剂1-1.5份，润滑剂1-1.5份。

3.根据权利要求1所述的盾尾密封油脂，其特征在于：所述深加工地沟油的深加工方法，包括如下步骤：

1)将收集的地沟油进行过滤，得到待提炼的粗油；

2)对粗油进行提炼和破乳，提炼的温度为40～50℃；

3)对提炼后的粗油进行分离，先将粗油通过破碎机，破碎粗油中残余的杂质及软性固体物料，再通过离心分离设备，分离为油、水和固态废渣；

4)继续将离心分离后的粗油进行精制，精制的步骤包括水化脱胶去除胶溶性杂质、固脂融化使得部分动物油脂析出、酯化分离去除脂溶性杂质，得到成品油。

4.根据权利要求1所述的盾尾密封油脂，其特征在于：所述填充粉料为轻质碳酸钙、云母粉、滑石粉中的一种或多种的混合物。

5.根据权利要求1所述的盾尾密封油脂，其特征在于：所述增稠剂为琼脂、卡拉胶、阿拉伯胶、海藻酸中的一种或多种的混合物。

6.根据权利要求1所述的盾尾密封油脂，其特征在于：所述纤维为植物纤维，优选为竹纤维、棉纤维或麻纤维。

7.根据权利要求1所述的盾尾密封油脂，其特征在于：所述润滑剂为高级脂肪酸乙氧基化合物。

8.根据权利要求1所述的盾尾密封油脂，其特征在于：所述防霉剂为二硫代氨基甲酸盐类。

9.权利要求1-8任一所述盾尾密封油脂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将深加工地沟油和纤维混合后，搅拌20-30min，然后向其中加入增稠剂、防霉剂和润滑油，搅拌10-20min后，在搅拌过程中分批加入填充粉料，搅拌至得到均匀的黄色粘稠混合物结束。

10.权利要求1-8任一所述盾尾密封油脂在富水地层盾构施工中的应用。