CN112029563B - 一种高分子水溶性聚合物渣土分散剂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高分子水溶性聚合物渣土分散剂，由以下质量百分数的成分组成：聚丙烯酸钠18％～24％，聚乙二醇4％，脂肪酸聚乙二醇脂3％，脂肪醇聚氧乙烯醚5％～6％，N‑甲基吡咯烷酮5％～6％，水57％～65％。本发明根据渣土结泥饼的化学原理设计的由聚丙烯酸钠与其助剂组成的阴离子型分散剂，化解了泥土聚集作用的静电吸附结合力，从而降低了泥土的粘性，达到分散的效果，有效预防并解决了盾构机刀盘中的“结泥饼”问题，且使用过程简单，分散效果较好，大大缓解了盾构机的施工压力，提高了施工的效率和安全。
Description
技术领域
本发明属于分散剂技术领域，具体涉及一种高分子水溶性聚合物渣土分散剂。
背景技术
在土压平衡盾构施工过程中，切削剥落的渣土在刀盘面板、土仓中容易附着，从而堆积结成坚固的泥饼块，俗称“泥饼”。自盾构法施工运用以来，刀盘“结泥饼”问题引发的施工安全及施工进度等问题始终困扰着盾构施工技术人员。在砂卵石、泥岩复合地层中进行盾构施工，刀盘结泥饼的发生也是比较频繁，极大的影响了施工的正常进行，也增加了施工的风险。
目前，盾构出现严重的泥饼后常采用草酸、分散剂溶液浸泡的工艺进行分散，但使用草酸对设备有一定的腐蚀伤害，其他各种品类的分散剂溶液效果也差异较大，尤其是在掘进过程中注入分散剂溶液进行预防结泥饼的材料比较少见，且效果不明显。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高分子水溶性聚合物渣土分散剂。该渣土分散剂根据渣土结泥饼的化学特性设计而得，为聚丙烯酸钠与其助剂组成的阴离子型分散剂，化解了泥土聚集作用的静电吸附结合力，从而降低了泥土的粘性，达到分散的效果，有效预防并解决了盾构机刀盘中的“结泥饼”问题，大大缓解了盾构机的施工压力，提高了施工的效率和安全。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高分子水溶性聚合物渣土分散剂，其特征在于，由以下质量百分数的成分组成：聚丙烯酸钠18％～24％，聚乙二醇4％，脂肪酸聚乙二醇脂3％，脂肪醇聚氧乙烯醚5％～6％，N-甲基吡咯烷酮5％～6％，水57％～65％。
本发明的研究过程中对盾构开仓时从土仓内采集的泥饼块进行分析发现，泥饼块中蒙脱石的成分含量较高，而蒙脱石中含有大量的Ca2+、Mg2+等阳离子，从而使泥土带电性，在静电吸附作用下带电性的离子基团聚集在一起，进而使得泥土的粘性变大甚至形成泥饼块，粘接在盾构刀盘上不易分散。本发明的渣土分散剂由聚丙烯酸钠与其助剂组成，其中，低分子量的聚丙烯酸钠具有良好的分散作用，而助剂聚乙二醇、脂肪酸聚乙二醇脂、脂肪醇聚氧乙烯醚有效增强了聚丙烯酸钠的分散效果，N-甲基吡咯烷酮作为脂肪醇聚氧乙烯醚的良好溶剂，有利于提高渣土分散剂脂肪醇聚氧乙烯醚的助剂作用。本发明的渣土分散剂属于阴离子型分散剂，作用于泥土后，使得泥土中蒙脱石中的Ca2+、Mg2+等阳离子转变为酸的可溶性盐类溶出，从而泥土不再具有带电性，泥土中蒙脱石各层间的结合力聚合性降低，从而降低了泥土的粘性，达到分散的效果。具体使用过程中，将本发明的分散剂用水稀释后，在盾构施工过程中同步注入，有效预防并解决了盾构机刀盘中的“结泥饼”问题，大大缓解了盾构机的施工压力，提高了施工的效率和安全，具有较好的社会效益和经济性。
上述的一种高分子水溶性聚合物渣土分散剂，其特征在于，由以下质量百分数的成分组成：聚丙烯酸钠21％，聚乙二醇4％，脂肪酸聚乙二醇脂3％，脂肪醇聚氧乙烯醚6％，N-甲基吡咯烷酮6％，水60％。
上述的一种高分子水溶性聚合物渣土分散剂，其特征在于，该高分子水溶性聚合物渣土分散剂为透明无色液体，密度为1.327g/cm3～1.472g/cm3，非挥发性固含量为42％～46％，溶液的pH为7.0～8.0，LVT布氏粘度为430cp～460cp。该性能的高分子水溶性聚合物渣土分散剂流动性好，易与水混合溶解，并形成稳定溶液，使用过程中易于控制，且有效降低泥浆的粘性，保持泥浆的流动性，有效防止结块现象。
本发明的高分子水溶性聚合物渣土分散剂的制备过程为：将聚丙烯酸钠加入到所需水量的一部分中搅拌至完全溶解，得到聚丙烯酸钠溶液，将脂肪醇聚氧乙烯醚加入到N-甲基吡咯烷酮中搅拌至完全溶解，得到脂肪醇聚氧乙烯醚溶液，然后将聚丙烯酸钠溶液与脂肪醇聚氧乙烯醚溶液混合均匀，再加入聚乙二醇和脂肪酸聚乙二醇脂，并加入剩余水搅拌均匀，得到混合液，混合液经过滤后得到高分子水溶性聚合物渣土分散剂，装瓶储存。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过对盾构开仓采集的泥饼块进行特性分析，根据渣土结泥饼的化学原理，针对性地设计开发由聚丙烯酸钠与其助剂组成的阴离子型的高分子水溶性聚合物渣土分散剂，化解了泥土聚集作用的静电吸附结合力，泥土中蒙脱石各层间的结合力聚合性降低，从而降低了泥土的粘性，达到分散的效果，有效预防并解决了盾构机刀盘中的“结泥饼”问题，大大缓解了盾构机的施工压力，提高了施工的效率和安全。
2、本发明在盾构机的掘进施工过程中同步注入高分子水溶性聚合物渣土分散剂的溶液，使用过程简单，有效缓解了泥饼的生成，使用过程简单，在泥饼防治方面效果明显。
3、本发明的高分子水溶性聚合物渣土分散剂的溶液可直接作用于盾构机刀盘中已经产生的泥饼并产生良好的分散效果，大大缓解了盾构机仓内的环境，减少了清理泥饼的次数，降低了开仓的频率。
4、本发明的高分子水溶性聚合物渣土分散剂通过防治泥饼和降低开仓频率，保证了盾构施工的安全和质量，缩短了施工工期，有利于工程的优质、高效完成，且对盾构设备无腐蚀伤害，具有较好的社会效益和经济性。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1的高分子水溶性聚合物渣土分散剂与水对泥块的10min分散效果对比图。
图2为本发明实施例2的高分子水溶性聚合物渣土分散剂与水对泥块的10min分散效果对比图。
图3为本发明实施例3的高分子水溶性聚合物渣土分散剂与水对泥块的10min分散效果对比图。
图4为本发明实施例4的高分子水溶性聚合物渣土分散剂与水对泥块的10min分散效果对比图。
图5为本发明实施例5的高分子水溶性聚合物渣土分散剂与水对泥块的10min分散效果对比图。
图6为本发明实施例6的高分子水溶性聚合物渣土分散剂与水对泥块的10min分散效果对比图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂由以下质量百分数的成分组成：聚丙烯酸钠18％，聚乙二醇4％，脂肪酸聚乙二醇脂3％，脂肪醇聚氧乙烯醚5％，N-甲基吡咯烷酮5％，水65％。
本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂的制备过程为：将18g聚丙烯酸钠加入到40g水中搅拌至完全溶解，得到聚丙烯酸钠溶液，将5g脂肪醇聚氧乙烯醚加入到5g的N-甲基吡咯烷酮中搅拌至完全溶解，得到脂肪醇聚氧乙烯醚溶液，然后将聚丙烯酸钠溶液与脂肪醇聚氧乙烯醚溶液混合均匀，再加入4g聚乙二醇和3g脂肪酸聚乙二醇脂，并加入25g水搅拌均匀，得到混合液，混合液经过滤后得到高分子水溶性聚合物渣土分散剂，装瓶储存。
经检测，本实施例的高分子水溶性聚合物渣土高分散剂为透明无色液体，密度1.327g/cm3，非挥发性固含量为42.46％，溶液的pH为7.0，LVT布氏粘度为433cp。
将本实施例的高分子水溶性聚合物渣土高分散剂与水按照1:1000的质量比配制成分散剂溶液，然后取500mL该分散剂溶液与500mL水分别放置于两个烧杯中，再向两个烧杯中均缓慢加入200g相同来源和性质的泥块，观察泥块分散状态变化并记录。
图1为本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂与水对泥块的10min分散效果对比图，从图1可以看出，当分散10min后，本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂的溶液(左边烧杯)中泥块开始分散，而水(右边烧杯)中泥块分散程度较小，泥块仍呈整体结构，说明本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂的分散效果更好。
实施例2
本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂由以下质量百分数的成分组成：聚丙烯酸钠21％，聚乙二醇4％，脂肪酸聚乙二醇脂3％，脂肪醇聚氧乙烯醚6％，N-甲基吡咯烷酮6％，水60％。
本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂的制备过程为：将21g聚丙烯酸钠加入到35g水中搅拌至完全溶解，得到聚丙烯酸钠溶液，将6g脂肪醇聚氧乙烯醚加入到6g的N-甲基吡咯烷酮中搅拌至完全溶解，得到脂肪醇聚氧乙烯醚溶液，然后将聚丙烯酸钠溶液与脂肪醇聚氧乙烯醚溶液混合均匀，再加入4g聚乙二醇和3g脂肪酸聚乙二醇脂，并加入25g水搅拌均匀，得到混合液，混合液经过滤后得到高分子水溶性聚合物渣土分散剂，装瓶储存。
经检测，本实施例的高分子水溶性聚合物渣土高分散剂为透明无色液体，密度1.412g/cm3，非挥发性固含量为44.64％，溶液的pH为7.5，LVT布氏粘度为446cp。
将本实施例的高分子水溶性聚合物渣土高分散剂与水按照1:1000的质量比配制成分散剂溶液，然后取500mL该分散剂溶液与500mL水分别放置于两个烧杯中，再向两个烧杯中均缓慢加入200g相同来源和性质的泥块，观察泥块分散状态变化并记录。
图2为本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂与水对泥块的10min分散效果对比图，从图2可以看出，当分散10min后，本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂的溶液(左边烧杯)中泥块明显分散，而水(右边烧杯)中泥块分散效果较差，仍有大颗的泥块清晰可见，说明本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂有效降低了泥土的粘性，达到分散的效果。
实施例3
本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂由以下质量百分数的成分组成：聚丙烯酸钠24％，聚乙二醇4％，脂肪酸聚乙二醇脂3％，脂肪醇聚氧乙烯醚6％，N-甲基吡咯烷酮6％，水57％。
本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂的制备过程为：将24g聚丙烯酸钠加入到35g水中搅拌至完全溶解，得到聚丙烯酸钠溶液，将6g脂肪醇聚氧乙烯醚加入到6g的N-甲基吡咯烷酮中搅拌至完全溶解，得到脂肪醇聚氧乙烯醚溶液，然后将聚丙烯酸钠溶液与脂肪醇聚氧乙烯醚溶液混合均匀，再加入4g聚乙二醇和3g脂肪酸聚乙二醇脂，并加入22g水搅拌均匀，得到混合液，混合液经过滤后得到高分子水溶性聚合物渣土分散剂，装瓶储存。
经检测，本实施例的高分子水溶性聚合物渣土高分散剂为透明无色液体，密度1.472g/cm3，非挥发性固含量为45.86％，溶液的pH为7.5，LVT布氏粘度为453cp。
将本实施例的高分子水溶性聚合物渣土高分散剂与水按照1:1000的质量比配制成分散剂溶液，然后取500mL该分散剂溶液与500mL水分别放置于两个烧杯中，再向两个烧杯中均缓慢加入200g相同来源和性质的泥块，观察泥块分散状态变化并记录。
图3为本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂与水对泥块的10min分散效果对比图，从图3可以看出，当分散10min后，本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂的溶液(左边烧杯)中泥块明显分散，而水(右边烧杯)中泥块分散效果较差，仍有大颗的泥块清晰可见，说明本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂有效降低了泥土的粘性，达到分散的效果。
实施例4
本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂由以下质量百分数的成分组成：聚丙烯酸钠18％，聚乙二醇4％，脂肪酸聚乙二醇脂3％，脂肪醇聚氧乙烯醚5.5％，N-甲基吡咯烷酮5.5％，水64％。
本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂的制备过程为：将18g聚丙烯酸钠加入到40g水中搅拌至完全溶解，得到聚丙烯酸钠溶液，将5.5g脂肪醇聚氧乙烯醚加入到5.5g的N-甲基吡咯烷酮中搅拌至完全溶解，得到脂肪醇聚氧乙烯醚溶液，然后将聚丙烯酸钠溶液与脂肪醇聚氧乙烯醚溶液混合均匀，再加入4g聚乙二醇和3g脂肪酸聚乙二醇脂，并加入24g水搅拌均匀，得到混合液，混合液经过滤后得到高分子水溶性聚合物渣土分散剂，装瓶储存。
经检测，本实施例的高分子水溶性聚合物渣土高分散剂为透明无色液体，密度1.351g/cm3，非挥发性固含量为42.93％，溶液的pH为7.5，LVT布氏粘度为437cp。
将本实施例的高分子水溶性聚合物渣土高分散剂与水按照1:1000的质量比配制成分散剂溶液，然后取500mL该分散剂溶液与500mL水分别放置于两个烧杯中，再向两个烧杯中均缓慢加入200g相同来源和性质的泥块，观察泥块分散状态变化并记录。
图4为本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂与水对泥块的10min分散效果对比图，从图4可以看出，当分散10min后，本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂的溶液(左边烧杯)中泥块分散，而水(右边烧杯)中泥块基本没有分散，说明本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂有效降低了泥土的粘性，达到分散的效果。
实施例5
本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂由以下质量百分数的成分组成：聚丙烯酸钠21％，聚乙二醇4％，脂肪酸聚乙二醇脂3％，脂肪醇聚氧乙烯醚5.5％，N-甲基吡咯烷酮5.5％，水61％。
本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂的制备过程为：将21g聚丙烯酸钠加入到35g水中搅拌至完全溶解，得到聚丙烯酸钠溶液，将5.5g脂肪醇聚氧乙烯醚加入到5.5g的N-甲基吡咯烷酮中搅拌至完全溶解，得到脂肪醇聚氧乙烯醚溶液，然后将聚丙烯酸钠溶液与脂肪醇聚氧乙烯醚溶液混合均匀，再加入4g聚乙二醇和3g脂肪酸聚乙二醇脂，并加入26g水搅拌均匀，得到混合液，混合液经过滤后得到高分子水溶性聚合物渣土分散剂，装瓶储存。
经检测，本实施例的高分子水溶性聚合物渣土高分散剂为透明无色液体，密度1.398g/cm3，非挥发性固含量为44.18％，溶液的pH为7.5，LVT布氏粘度为439cp。
将本实施例的高分子水溶性聚合物渣土高分散剂与水按照1:1000的质量比配制成分散剂溶液，然后取500mL该分散剂溶液与500mL水分别放置于两个烧杯中，再向两个烧杯中均缓慢加入200g相同来源和性质的泥块，观察泥块分散状态变化并记录。
图5为本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂与水对泥块的10min分散效果对比图，从图5可以看出，当分散10min后，本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂的溶液(左边烧杯)中泥块中产生大裂纹并开始分散，而水(右边烧杯)中泥块分散程度较差，说明本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂有效降低了泥土的粘性，达到分散的效果。
实施例6
本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂由以下质量百分数的成分组成：聚丙烯酸钠24％，聚乙二醇4％，脂肪酸聚乙二醇脂3％，脂肪醇聚氧乙烯醚5.5％，N-甲基吡咯烷酮5.5％，水58％。
本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂的制备过程为：将24g聚丙烯酸钠加入到35g水中搅拌至完全溶解，得到聚丙烯酸钠溶液，将5.5g脂肪醇聚氧乙烯醚加入到5.5g的N-甲基吡咯烷酮中搅拌至完全溶解，得到脂肪醇聚氧乙烯醚溶液，然后将聚丙烯酸钠溶液与脂肪醇聚氧乙烯醚溶液混合均匀，再加入4g聚乙二醇和3g脂肪酸聚乙二醇脂，并加入23g水搅拌均匀，得到混合液，混合液经过滤后得到高分子水溶性聚合物渣土分散剂，装瓶储存。
经检测，本实施例的高分子水溶性聚合物渣土高分散剂为透明无色液体，密度1.434g/cm3，非挥发性固含量为45.27％，溶液的pH为8.0，LVT布氏粘度为448cp。
将本实施例的高分子水溶性聚合物渣土高分散剂与水按照1:1000的质量比配制成分散剂溶液，然后取500mL该分散剂溶液与500mL水分别放置于两个烧杯中，再向两个烧杯中均缓慢加入200g相同来源和性质的泥块，观察泥块分散状态变化并记录。
图6为本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂与水对泥块的10min分散效果对比图，从图6可以看出，当分散10min后，本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂的溶液(左边烧杯)中泥块明显分散，而水(右边烧杯)中泥块分散效果较差，仍有大颗的泥块清晰可见，说明本实施例的高分子水溶性聚合物渣土分散剂有效降低了泥土的粘性，达到分散的效果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (3)
1.一种高分子水溶性聚合物渣土分散剂，其特征在于，由以下质量百分数的成分组成：聚丙烯酸钠18％～24％，聚乙二醇4％，脂肪酸聚乙二醇脂3％，脂肪醇聚氧乙烯醚5％～6％，N-甲基吡咯烷酮5％～6％，水57％～65％。
2.根据权利要求1所述的一种高分子水溶性聚合物渣土分散剂，其特征在于，由以下质量百分数的成分组成：聚丙烯酸钠21％，聚乙二醇4％，脂肪酸聚乙二醇脂3％，脂肪醇聚氧乙烯醚6％，N-甲基吡咯烷酮6％，水60％。
3.根据权利要求1所述的一种高分子水溶性聚合物渣土分散剂，其特征在于，该高分子水溶性聚合物渣土分散剂为透明无色液体，密度为1.327g/cm3～1.472g/cm3，非挥发性固含量为42％～46％，溶液的pH为7.0～8.0，LVT布氏粘度为430cp～460cp。
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