CN111394063B - 一种耐磨抑尘剂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种耐磨抑尘剂及其制备方法与应用，属于TBM硬岩掘进机施工材料技术领域。所述耐磨抑尘剂包括以下组分：离子表面活性剂、非离子表面活性剂、稳泡剂、溶解剂和水。该耐磨抑尘剂能够显著改善刀具磨损性能，减少刀具磨损，减低换刀频率；捕获粉尘进而降低粉尘浓度，提高掘进机施工区域的环境质量，在改善刀具耐磨的同时，不会对掘进机施工周边环境造成污染，因此具有良好的实际应用之价值。

Description

一种耐磨抑尘剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于TBM硬岩掘进机施工材料技术领域，具体涉及一种耐磨抑尘剂及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

近年来，TBM硬岩掘进机技术得到快速发展，该技术具有造价低，掘进速度快，通风难题易解决等优势。但在施工过程中也存在一些问题:①TBM掘进过程中，刀具磨损量较大，需要不断地更换刀具，大大延长了隧道的工期，据统计由于TBM更换刀具消耗的时间能占到总工期的30％，严重影响隧道掘进；②TBM岩粉由于刀具切割岩体时产生的高温作用聚集在刀具轴承附近，导致刀具旋转不畅滚刀偏磨，进一步提高了刀具更换频率。③在TBM掘进时岩石被刀具切割产生大量的粉尘，造成TBM工作区域及其后面区域粉尘浓度较高，严重影响隧道施工人员的身体健康，在有硅尘的环境下，也可能会导致硅肺。

现有的解决办法是在掘进机的刀盘前方注水来减少粉尘的产生量，并且降低刀具温度。然而，发明人发现，通过注水的方式来减少刀具磨损量、降低粉尘浓度的效率极低，同时会造成水资源的大量浪费。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种耐磨抑尘剂及其制备方法与应用，本发明制备得到的耐磨抑尘剂成分绿色无害，能够显著改善刀具磨损性能，减少刀具磨损，减低换刀频率；同时有效捕获粉尘进而降低粉尘浓度，从而提高掘进机施工区域的环境质量，具有良好的实际应用价值。

本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种耐磨抑尘剂，其包括以下组分：离子表面活性剂8-13％、非离子表面活性剂0.5-3％、稳泡剂0.3-2％、溶解剂0.1-2％、余量为水。

其中，所述离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸钠的任意一种或多种。

所述非离子表面活性剂为丙烯酸羟丙酯、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-20中的任意一种或多种。

所述稳泡剂可以为环烷酸钠。

所述溶解剂可以为醋酸乙酯、碳酸钠和聚天冬氨酸中的一种或多种。

所述水可以为蒸馏水或自来水。

本发明提供上述耐磨抑尘剂的制备方法，包括如下步骤：

将离子表面活性剂、非离子表面活性剂和稳泡剂溶解于水中，搅拌均匀，然后再加入溶解剂以500r·min^-1～550r·min^-1速率搅拌即得。所述搅拌速率为限制耐磨抑尘剂发泡速率，搅拌速率过慢，不能够发挥表面活性剂的发泡性能；搅拌速率过快，会导致发泡速率过快，不利于耐磨抑尘剂泡沫的运输。

上述一个或多个技术方案的有益技术效果为：

(1)耐磨抑尘剂发泡倍率高，泡沫均匀丰富，注入刀盘前方后，可以显著降低刀具施工温度，大大降低刀具磨损量，延长刀具使用寿命。

(2)耐磨抑尘剂产生的泡沫，会在刀盘前方形成泡沫网，抑制粉尘向刀盘后方漂移，减低了掘进机上的粉尘浓度。

(3)泡沫在落在滚刀刀具上后，吸附于刀具上的粉尘溶于泡沫中，并不断聚集形成大分子颗粒，在重力作用下掉落。可以防止因为粉尘吸附法刀具导致的刀具偏磨，因此具有良好的实际应用之价值。

(4)原材料来源广泛，价格便宜，具有良好的使用价值。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明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发明的示例性实施方式。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。应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。

如前所述，目前为减少TBM掘进过程中产生的粉尘，往往通过刀盘注水来减少粉尘的产生量，并且降低刀具温度。在刀盘前方注水会浪费大量水资源，并且刀具在长时间接触水源后会导致其磨损量加大。为了达到减少粉尘的效果导致刀具更换更加频繁。

有鉴于此，本发明的一个具体实施方式中，提供一种耐磨抑尘剂，其包括以下组分：离子表面活性剂、非离子表面活性剂、稳泡剂、溶解剂和水。

本发明的一个具体实施方式中，所述离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸钠的任意一种或多种。

本发明的一个具体实施方式中，所述非离子表面活性剂为丙烯酸羟丙酯和AEO-20任意一种或多种。

本发明的一个具体实施方式中，所述稳泡剂可以为环烷酸钠。

本发明的一个具体实施方式中，所述溶解剂可以为醋酸乙酯、碳酸钠和聚天冬氨酸中的一种或多种。

本发明的一个具体实施方式中，所述水可以为蒸馏水或自来水。

十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸钠为阴离子表面活性剂，具有良好的发泡性能，并且生物降解性比较好能够在自然环境中几天内降解，能与各种肤质剂组合使用，环境比较友好。

丙烯酸羟丙酯、AEO-20与其他表面活性剂的配和性好，增强发泡质量。

环烷酸钠是一种良好的稳泡剂，能够显著提高泡沫半衰期的时间，加大了泡沫半衰期的可调范围，提高耐磨抑尘剂的应用效果。

醋酸乙酯、碳酸钠、聚天冬氨酸构成的溶解剂能够将集聚在刀具上的粉尘溶解，具有良好的溶解性，防止粉尘集聚。

本发明的又一具体实施方式中，所述耐磨抑尘剂由以下组分组成：离子表面活性剂8-13％、非离子表面活性剂0.5-3％、稳泡剂0.3-2％、溶解剂0.1-2％、余量为水。

本发明的又一具体实施方式中，所述的耐磨抑尘剂由以下组分组成离子表面活性剂9-11％、非离子表面活性剂1-2.5％、稳泡剂0.5-1.5％、溶解剂0.3-1.5％、余量为水。

本发明的又一具体实施方式中，所述：离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠与十二烷基苯磺酸钠的混合物，或十二烷基硫酸钠与十二烷基醇醚硫酸钠的混合物；

其中，所述十二烷基硫酸钠与十二烷基苯磺酸钠的质量比为3～5:1，如3:1、3.5:1、4:1、4.5:1和5:1；

所述十二烷基硫酸钠与十二烷基醇醚硫酸钠的质量比为3～5:1，如3:1、3.5:1、4:1、4.5:1和5:1；

本发明的又一具体实施方式中，所述溶解剂为醋酸乙酯、碳酸钠、聚天冬氨酸的混合物，其中，所述醋酸乙酯、碳酸钠、聚天冬氨酸的质量比为1～3:1～5:2～10，如1:1:2、1:1:2.5、2:3:5、3:5:7、3:5:10和1:2:4。

本发明的又一具体实施方式中，提供上述耐磨抑尘剂的制备方法，包括如下步骤：

将离子表面活性剂、非离子表面活性剂和稳泡剂溶解于水中，搅拌均匀；然后再加入溶解剂搅拌即得；采用上述制备方法制得的耐磨抑尘剂，其发泡倍率与抑尘效果较好。

本发明的又一具体实施方式中，提供上述耐磨抑尘剂的制备方法，包括：将离子表面活性剂、非离子表面活性剂和稳泡剂溶解于水中，搅拌均匀，然后再加入溶解剂以500r·min^-1～550r·min^-1速率搅拌即得。搅拌速率为限制耐磨抑尘剂发泡速率，搅拌速率过慢，不能够发挥表面活性剂的发泡性能；搅拌速率过快，会导致发泡速率过快，不利于耐磨抑尘剂泡沫的运输。

本发明的又一具体实施方式中，提供上述耐磨抑尘剂在TBM硬岩掘进施工中的应用。

以下通过实施例对本发明做进一步解释说明，但不构成对本发明的限制。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

配制1000g用于TBM硬岩掘进的耐磨抑尘剂各组分重量分别为：

十二烷基硫酸钠:70g

十二烷基醇醚硫酸钠:30g

丙烯酸羟丙酯:20g

醋酸乙酯:3g

碳酸钠:5g

聚天冬氨酸:7g

水:865g

常温下，首先将十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸钠和丙烯酸羟丙酯加到水中搅拌，再依次加入醋酸乙酯、碳酸钠和聚天冬氨酸，以510r·min^-1速率搅拌均匀后即可获得耐磨抑尘剂。

实施例2

十二烷基硫酸钠:70g

十二烷基苯磺酸钠:30g

丙烯酸羟丙酯:20g

醋酸乙酯:3g

碳酸钠:5g

聚天冬氨酸:10g

水:862g

常温下，首先将十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和丙烯酸羟丙酯加到水中搅拌，再依次加入醋酸乙酯、碳酸钠和聚天冬氨酸，以520r·min^-1速率搅拌均匀后即可获得耐磨抑尘剂。

实施例3

十二烷基硫酸钠:75g

十二烷基苯磺酸钠:25g

AEO-20:20g

醋酸乙酯:2g

碳酸钠:4g

聚天冬氨酸:8g

水:866g

常温下，首先将十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和AEO-20加到水中搅拌，再依次加入醋酸乙酯、碳酸钠和聚天冬氨酸，以530r·min^-1速率搅拌均匀后即可获得耐磨抑尘剂。

实施例4

十二烷基硫酸钠:90g

十二烷基苯磺酸钠:20g

AEO-20:10g

醋酸乙酯:5g

碳酸钠:5g

聚天冬氨酸:10g

水:860g

常温下，首先将十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和AEO-20加到水中搅拌，再依次加入醋酸乙酯、碳酸钠和聚天冬氨酸，以540r·min^-1速率搅拌均匀后即可获得耐磨抑尘剂。

实施例5

十二烷基硫酸钠:90g

十二烷基醇醚硫酸钠:20g

AEO-20:10g

醋酸乙酯:5g

碳酸钠:5g

聚天冬氨酸:10g

水:860g

常温下，首先将十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸钠和AEO-20加到水中搅拌，再依次加入醋酸乙酯、碳酸钠和聚天冬氨酸，以550r·min^-1速率搅拌均匀后即可获得耐磨抑尘剂。

将配置好的耐磨抑尘剂分别进行发泡实验与阻尘实验。发泡实验在实验过程中测试配置溶液体积以及发泡后体积，用发泡后体积除以溶液体积得到发泡倍率，同时测量没个实验组的发泡半衰期。阻尘实验，测量在相同的粉尘浓度下测量5分钟时间内刀具表面所积累的粉尘，对比在不加泡沫与加耐磨抑尘剂1到5组产生泡沫进行对比，将不加入泡沫剂刀具表面积累的粉尘质量记为M0，将实验1至5积累的粉尘记为M1-M5,利用积累的粉尘质量来进行计算阻尘率。

式中：λ——阻尘率

M₀——不加泡沫刀具表面积累的粉尘

M_n——实验例n刀具表面积累的粉尘,n＝1，2，3，4，5.

制备得到的耐磨抑尘剂膨胀率因外界温度不同、水的硬度不同，发泡倍率与半衰期为一定范围，发泡实验结果如表一所示：

表一耐磨抑尘剂发泡倍率与半衰期比较表

从表一中可以看出，耐磨抑尘剂的发泡倍率很高，在工程中应用时泡沫丰富，能够达到阻尘的效果，并且泡沫润滑作用能够有效地降低刀具与滚刀之间的摩擦，进而降低磨损。半衰期在7分钟以上能够达到工程需求，在泡沫产生以后输送到刀盘前方。

制备得到的耐磨抑尘剂阻尘率因外界粉尘浓度不同、水的硬度不同，阻尘率一定范围，阻尘实验结果如表二所示：

表二耐磨抑尘剂阻尘率比较表

	对比实验	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
							阻尘率％	0	72.5	81.2	74.7	80.6	81.5

从表二中可以看出，耐磨抑尘剂能够有效的阻止粉尘传播跟聚集在刀具周围，提高刀具旋转灵敏性，防止刀具偏磨。

应注意的是，以上实例仅用于说明本发明的技术方案而非对其进行限制。尽管参照所给出的实例对本发明进行了详细说明，但是本领域的普通技术人员可根据需要对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种耐磨抑尘剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

常温下，首先将十二烷基硫酸钠、十二烷基醇醚硫酸钠和AEO-20加到水中搅拌，再依次加入醋酸乙酯、碳酸钠和聚天冬氨酸，以550r·min^-1速率搅拌均匀后即可获得耐磨抑尘剂；

所述耐磨抑尘剂由十二烷基硫酸钠:90g、十二烷基醇醚硫酸钠:20g、AEO-20:10g、醋酸乙酯:5g、碳酸钠:5g、聚天冬氨酸:10g、水:860g组成。

2.权利要求1所述的耐磨抑尘剂的制备方法在TBM硬岩掘进施工中的应用。