CN112159698A - 一种环保型盾尾密封油脂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于盾构机的盾尾密封油脂，采用基础油、填充剂、润滑剂、增粘剂、附着力改性剂、增强剂、微胶囊作为原料，制备具有附着力强、密封性好、泵送润滑效果好，快速降解、环境友好、质量稳定的盾尾密封油脂。

Description

一种环保型盾尾密封油脂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种用于盾构机的盾尾密封油脂，尤其涉及一种环保型的盾尾密封油脂的配方及其制备方法。

背景技术

随着我国过江隧道、综合管廊、地铁、公路铁路等基础设施建设的大力发展，为了避免对地面已有建筑和人民日常工作生活造成影响，越来越多的地下隧道工程被施工应用，作为隧道工程的掘进设备，盾构机也被越来越广泛地进行应用。

盾构机的掘进与盾构管片的拼接同时进行，盾构机的盾尾与已经安装完毕的管片之间存在一个供盾构机活动的间隙，为了避免盾构过程中外部地下水与泥浆通过该间隙涌入盾体内部造成污染，影响隧道土体结构稳定，则必须在盾构机盾尾和盾构管片之间设置盾尾密封装置。目前，大多数盾尾密封装置采用的是多道填充有密封油脂的钢丝刷，通过油脂泵向钢丝刷之间压注密封油脂，从而达到防止外部地下水和泥浆涌入，实现盾构区间密封，同时密封油脂由于润滑的功效，可对盾构管片起到保护作用，保证盾构施工顺利推进，同时减少钢丝刷的磨损与腐蚀。

盾尾密封油脂对于泵送性、润滑性、抗水压密封性、粘附性均有较高要求。盾尾密封油脂进口品牌很多，如道达尔、CONDAT、壳牌、三菱、巴斯夫、美孚等，质量虽好，但价格较贵，国内科研机构和企业也进行了大量产品的开发与应用，CN106497650A公开了一种盾构机专用盾尾密封油脂及其制备方法，包括润滑剂、防水密封材料、粘度指数改进剂、抗氧化剂、防锈剂、助分散剂，CN103865616A公开了盾尾密封油脂的组成主要为：润滑油、油品增塑剂、增稠剂、润滑脂、天然可降解纤维、填充颗粒材料、增色剂、防腐剂，具有抗水压密封性强、泵送性优异、粘附性强、润滑性好、性能稳定、无腐蚀、抗氧化、原料来源广泛、对环境友好、制备工艺简单的优点，CN102925260A公开了环保型盾尾密封油脂，原料包括基础油、粘度指数改进剂、润滑剂、天然可降解纤维、填充颗粒材料、合成高分子，通过控制捏合的温度和时间，制备的环保型盾尾密封油脂用于隧道工程中盾构机的盾尾密封，它抗水压密封性强、泵送性优异、粘附性强、润滑性好、性能稳定、无腐蚀、抗氧化、造价低、对环境友好、制备工艺简单。产品的抗水压密封性是国外同类产品的1.5倍左右，泵送性是国内同类产品的2～3倍，从而可以大大减少注脂管的堵塞，提高隧道工程中盾构机的工作效率，CN109652168A公开了高性能盾尾密封油脂的组份包括：基础油10-20份，聚异丁烯12-22份，增稠剂2-6份，润滑脂3-7份，粉料30-50份，有机膨润土5-10份，植物纤维2-5份，聚合物纤维1-2份，氯化石蜡1-2份，抗水压密封性强、润滑性能优、泵送性能好，对环境无污染，尤其是富水沙层或者埋深大含水量多的地层中能起到很好的密封作用。

现有技术密封油脂品类众多，但质量良莠不齐，大多存在密封性不良、附着力差、泵送性差，尤其存在环保性能较差缺陷，由于其中加入的基础油、增稠剂、增塑剂等原料大都存在毒性，盾构施工结束后密封油脂会渗透到土壤或地下，或残留于隧道结构进入排水系统，对环境产生破坏，部分密封油脂虽然采用可降解原料，但其降解时间仍然较长，需要等到密封油脂渗透至土壤中后，与微生物接触才能发生分解，其被完全降解前仍然存在环境风险。因此，研制一种密封性好、附着力强、泵送性好、可快速分解的盾尾密封油脂，对保证盾构施工质量，降低环境负荷具有重要意义。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，特提供一种环保型盾尾密封油脂及其制备方法，通过对原材料进行优化并对制备方法进行调整，制备具有附着力强、密封性好、泵送润滑效果好，快速降解、环境友好、质量稳定的密封盾构油脂。

为实现上述目的，本发明环保型盾尾密封油脂，由如下质量百分比的组分组成：5-20％基础油、25-60％填充剂、5-25％润滑剂、13-40％增粘剂、1-5％附着力改性剂、3-8％增强剂、2-4％微胶囊。

优选的，所述基础油为聚α烯烃基础油、多元醇酯合成油、生物柴油和机械液压油中的一种或多种的混合物，更优选的，所述基础油选自聚α烯烃基础油、多元醇酯合成油的至少一种，经过大量实验筛选，结果表明采用α烯烃基础油、多元醇酯合成油作为基础油可控制盾尾密封油脂的低温性能，基础油的倾点可达-40℃以下，并且具有优异的氧化安定性与热稳定性能、良好的低温流动性能、高粘度指数、良好的润滑性与抗磨性能、极好的溶解性、优良的生物降解性与可再生性能，有效解决了盾尾油脂低温下的可泵性差、易硬化等缺点。

优选的，所述填充剂为碳酸钙、滑石粉、白炭黑、竹粉、葵花籽壳粉中的一种或多种的混合物，更优选的，所述填充剂的粒径325-3000目，更优选的，所述填充剂为竹粉、葵花籽壳粉中的至少一种，竹粉和葵花籽壳粉作为植物基填充剂，环保无污染，更易被微生物降解。

优选的，所述润滑剂为复合铝基润滑脂、2#锂基脂、3#锂基脂、极压锂基脂中的一种或多种的混合物。

优选的，所述增粘剂为可降解性聚酯树脂、聚异丁烯、乙丙共聚物、氢化松香树脂、硅树脂、石油树脂中的一种或多种的混合物，更优选的，所述增粘剂为可降解性聚酯树脂，其相对于其他类增粘剂更容易被降解。

优选的，所述附着力改性剂为二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种，实验表明，本发明采用的此两种附着力促进剂可用来偶联基础填料和其他盾尾油脂组分，改善填料在油脂中的分散性，增强油脂的粘结性，同时提高油脂与基材表面的附着力，附着力促进效果优于现有技术中采用聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、三甲氧基硅烷等附着力改性剂。

优选的，所述增强剂为：可降解木质纤维、可降解棉纤维、可降解竹纤维中的一种或多种的混合物。

优选的，所述微胶囊包括壁材和芯材，所述壁材由在碱性条件下分解性原料组成，所述芯材为油脂分解性原料。本发明为解决盾尾密封油脂降解效率低的问题，在盾尾密封油脂中添加微胶囊，微胶囊壁材由在碱性条件下具有分解性的原料组成，芯材为可对油脂进行分解的原料，盾尾密封油脂在生产储存过程中，微胶囊均匀分散于密封油脂中，稳定性好，可实现长期存储，当盾尾密封油脂被使用后，其粘附于盾构管片和部分注浆材料中，此时盾构工作已经阶段性完成，密封油脂的密封润滑功能已被发挥，此时成为工程废料，由于盾构管片和部分注浆材料均由水泥基原料制备而成，体系呈现碱性特点，且隧道之外的土壤环境基本也属于碱性条件，粘附于隧道结构的盾构油脂与水泥基材料相接触，微胶囊囊壁在湿润碱性条件下逐步分解，释放芯材原料，芯材原料与油脂原料接触，便可加快密封油脂的分解，将其对环境的影响降到最低。

优选的，所述壁材为聚乳酸-羟基乙酸共聚物与聚乙烯醇的交联物，所述芯材包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、革兰氏阴性菌、铜绿假单胞菌、假丝酵母菌、解阮假丝酵母菌的至少一种。根据分解效果，还根据盾尾密封油脂的组成选用其他类土壤中分离的微生物作为芯材。

本发明还涉及环保型盾尾密封油脂的制备方法，具体的，包括如下步骤：

(1)在室温环境条件下将基础油、增粘剂以及附着力改性剂加入捏合机，加热升温至140℃-160℃进行捏合反应30-50分钟，得混合物1；

(2)将混合物1降温至60-90℃，加入润滑剂，继续捏和30-50分钟，得混合物2；

(3)将混合物2降温至35℃-50℃，加入填充剂捏合15-30分钟，继续加入增强剂捏合30-50分钟，得混合物3；

(4)将混合物3降温至20-30℃，加入微胶囊捏合30-50分钟，即得。

不同于现有技术中捏合温度70-90℃左右，本发明首先采用140-160℃对基础油、增粘剂和附着力改性剂进行捏合，大大提高了盾尾密封油脂捏合的均匀度，加快了捏合速度，有效提高了生产效率。

本发明还涉及环保型盾尾密封油脂的另一种制备方法，该方法可舍去捏合机加热升温过程，具体的，包括如下步骤：

(1)将增粘剂、附着力促进剂分别加热至140℃-160℃；

(2)将加热后的增粘剂、附着力促进剂同时和基础油、润滑剂加入捏合机中捏合40-60分钟，并保持60℃-90℃的捏合温度，得混合物一；

(3)将混合物一降温至35℃-50℃，加入填充剂捏合15-30分钟，继续加入增强剂捏合30-50分钟，得混合物二；

4)将混合物二降温至20-30℃，加入微胶囊捏合30-50分钟，即得。

本发明具有如下功能：

1)粘附性强：通过添加特定附着力改性剂，本发明盾尾密封油脂不论涂在金属板、混凝土面，还是处于干燥、湿润、水中状态，都具有良好的粘附性；

2)密封性能强，可以有效地保护盾尾尾刷和隔绝泥浆，密封盾尾壳体与管片间的间隙，阻止地层水、泥浆及固体杂物进入盾体保障盾构的顺利推进，在管片脱出盾尾时，在管片的外侧抹一层油脂，有利于减少盾尾尾刷与管片间的摩擦力，起到润滑作用；

3)泵送效果好：在泵送过程中，适应很宽的温度范围，在低温条件下仍可使用，在管内无滞留、无堵塞；

4)对环境友好：无毒、无气味，对设备无腐蚀，产品采用可降解性原材料，并通过添加微胶囊结构，提高盾构密封油脂降解速度；

5)润滑效果好：对盾构设备能起到减少磨损的效果，防止盾尾尾刷腐蚀、生锈；

6)产品稳定，抗老化，抗氧化，在质保期内无离析，无干缩。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

对本发明实施例1-5与对比例1与市售产品进行密度(25℃，g/cm³)、锥入度(0.1mm)、挥发性(％)、低温泵送性(1.0MPa，-25℃，g/min)、常温泵送性(1.0MPa，25℃，g/min)、高温泵送性(1.0MPa，40℃，g/min)、耐水密封性、金属腐蚀性(30d)、降解率(％)测试，其中密封油脂可降解性测试步骤为：配置碱性培养基，并参照GB/T21831进行油脂28d降解性测试，结果如表1所示。

实施例1

环保型盾尾密封油脂，由如下质量百分比的组分组成：聚α烯烃基础油5％、滑石粉40％、竹粉14％、复合铝基润滑脂10％、石油树脂20％、二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷3％、可降解木质纤维5％、微胶囊3％，微胶囊壁材为聚乳酸-羟基乙酸共聚物与聚乙烯醇的交联物，芯材为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解阮假丝酵母菌混合物。经检测，制得的环保型盾尾密封油脂为黄白色均匀纤维膏状体。

实施例2

环保型盾尾密封油脂，由如下质量百分比的组分组成：多元醇酯合成油10％、碳酸钙40％、葵花籽壳粉10％、复合铝基润滑脂10％、可降解性聚酯树脂20％、二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷3％、可降解棉纤维4％、微胶囊3％，微胶囊壁材为聚乳酸-羟基乙酸共聚物与聚乙烯醇的交联物，芯材为枯草芽孢杆菌、革兰氏阴性菌、铜绿假单胞菌、假丝酵母菌混合物。经检测，制得的环保型盾尾密封油脂为黄白色均匀纤维膏状体。

实施例3

环保型盾尾密封油脂，由如下质量百分比的组分组成：生物柴油13％、滑石粉45％、复合铝基润滑脂15％、乙丙共聚物16％、二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷4％、可降解棉纤维4％、微胶囊3％，微胶囊壁材为聚乳酸-羟基乙酸共聚物与聚乙烯醇的交联物，芯材为地衣芽孢杆菌、革兰氏阴性菌、铜绿假单胞菌、假丝酵母菌、解阮假丝酵母菌混合物。经检测，制得的环保型盾尾密封油脂为黄白色均匀纤维膏状体。

实施例4

环保型盾尾密封油脂，由如下质量百分比的组分组成：机械液压油18％、碳酸钙35％、3#锂基脂20％、硅树脂15％、二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷5％、可降解竹纤维4％、微胶囊3％，微胶囊壁材为聚乳酸-羟基乙酸共聚物与聚乙烯醇的交联物，芯材为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解阮假丝酵母菌混合物。经检测，制得的环保型盾尾密封油脂为黄白色均匀纤维膏状体。

实施例5

环保型盾尾密封油脂，由如下质量百分比的组分组成：生物柴油18％、碳酸钙20％、葵花籽壳粉10％、极压锂基脂25％、氢化松香树脂15％、3-氨丙基三甲氧基硅烷4％、可降解竹纤维4％、微胶囊4％，微胶囊壁材为聚乳酸-羟基乙酸共聚物与聚乙烯醇的交联物，芯材为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解阮假丝酵母菌混合物。经检测，制得的环保型盾尾密封油脂为黄白色均匀纤维膏状体。

对比例1

盾尾密封油脂，由如下质量百分比的组分组成：生物柴油15％、滑石粉45％、复合铝基润滑脂16％、乙丙共聚物16％、二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷4％、可降解棉纤维4％。经检测，制得的盾尾密封油脂为黄白色均匀纤维膏状体。

表1密封油脂测试结果

Claims (10)

1.一种环保型盾尾密封油脂，其特征在于，由如下质量百分比的组分组成：5-20％基础油、25-60％填充剂、5-25％润滑剂、13-40％增粘剂、1-5％附着力改性剂、3-8％增强剂、0.1-4％微胶囊。

2.根据权利要求1所述的环保型盾尾密封油脂，其特征在于，所述基础油为聚α烯烃基础油、多元醇酯合成油、生物柴油和机械液压油中的一种或多种的混合物。

3.根据权利要求1所述的环保型盾尾密封油脂，其特征在于，所述填充剂为碳酸钙、滑石粉、白炭黑、竹粉、葵花籽壳粉中的一种或多种的混合物。

4.根据权利要求1所述的环保型盾尾密封油脂，其特征在于，所述润滑剂为复合铝基润滑脂、2#锂基脂、3#锂基脂、极压锂基脂中的一种或多种的混合物。

5.根据权利要求1所述的环保型盾尾密封油脂，其特征在于，所述增粘剂为可降解性聚酯树脂、聚异丁烯、乙丙共聚物、氢化松香树脂、硅树脂、石油树脂中的一种或多种的混合物。

6.根据权利要求1所述的环保型盾尾密封油脂，其特征在于，所述附着力改性剂为二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；所述增强剂为：可降解木质纤维、可降解棉纤维、可降解竹纤维中的一种或多种的混合物。

7.根据权利要求1所述的环保型盾尾密封油脂，其特征在于，所述微胶囊包括壁材和芯材，所述壁材由在碱性条件下分解性原料组成，所述芯材为油脂分解性原料。

8.根据权利要求7所述的环保型盾尾密封油脂，其特征在于，所述壁材为聚乳酸-羟基乙酸共聚物与聚乙烯醇的交联物，所述芯材包括枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、革兰氏阴性菌、铜绿假单胞菌、假丝酵母菌、解阮假丝酵母菌的至少一种。

9.根据权利要求1-8任一项所述的环保型盾尾密封油脂制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在室温环境条件下将基础油、增粘剂以及附着力改性剂加入捏合机，加热升温至140℃-160℃进行捏合反应30-50分钟，得混合物1；

(2)将混合物1降温至60-90℃，加入润滑剂，继续捏和30-50分钟，得混合物2；

(3)将混合物2降温至35℃-50℃，加入填充剂捏合15-30分钟，继续加入增强剂捏合30-50分钟，得混合物3；

(4)将混合物3降温至20-30℃，加入微胶囊捏合30-50分钟，即得。

10.根据权利要求1-8任一项所述的环保型盾尾密封油脂制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将增粘剂、附着力促进剂分别加热至140℃-160℃；

(2)将加热后的增粘剂、附着力促进剂同时和基础油、润滑剂加入捏合机中捏合40-60分钟，得混合物一；

(3)将混合物一降温至35℃-50℃，加入填充剂捏合15-30分钟，继续加入增强剂捏合30-50分钟，得混合物二；

(4)将混合物二降温至20-30℃，加入微胶囊捏合30-50分钟，即得。