CN112680269A - 一种环保型盾尾密封油脂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环保型盾尾密封油脂及其制备方法，该油脂按重量份，包括以下原料：基础油20～35份、润滑剂5～20份、水稻秸秆纤维8～20份、淀粉树脂5～10份、栲胶3～7份、接枝淀粉2～7份、填料混合物20～40份。本发明提供了一种环保型盾尾油脂制备技术方案，所用原材料均为易降解或惰性环保型材料，制备出的盾尾油脂对土壤和地下水环境影响极小，且油脂具有泵送性好、粘附性大、抗水冲蚀性强、密封性优、工作性能稳定、制造工艺简单和造价合理等优点，保证了盾尾油脂的基本使用性能，解决了传统油脂环境污染大的难题，环保效益显著。

Description

一种环保型盾尾密封油脂及其制备方法

技术领域

本发明涉及盾构工程技术领域，具体地说涉及一种环保型盾尾密封油脂及其制备方法。

背景技术

盾构施工技术因其具有地面影响小、适用地质广和施工速度快等显著优势，大量的被用于地铁、隧道和管廊工程。为便于管片拼装和盾尾脱离管片，盾构机尾部盾壳的内径需大于管片的外径，盾体和管片之前存在一定空隙，为保证盾构施工的安全性，防止地层地下水和同步注浆液通过空隙渗入内部作业空间，需对此空隙进行密封，通常做法是在盾尾处放置钢丝制成的盾尾刷，然后在盾尾刷上填涂盾尾油脂，达到密封空隙和降低盾尾脱离管理摩擦阻力双重功效。

市场常见的盾尾油脂产品多是采用矿物油作为基本油脂组分，复合添加工业纤维制成，富含大量石油提取油脂组分，环境降解率低，对地下水环境影响大，已无法满足环保施工基本需求，制约着盾构施工在众多工程中的应用。

专利CN109207234A公开了一种环保型盾构机盾尾密封油脂及其制备方法，以脂类油和合成油为基础油组分，以植物纤维作为增强纤维，捏合生产出了环保型盾尾密封油脂，可降解性能良好，为环保盾尾密封油脂开发提供了方向。而其他众多环保型盾尾密封油脂技术方案依然采用矿物油作为主要油脂组分，未有效规避油脂污染地下水的风险，环保性尚有较大提升空间。

目前，已有技术方案多是引入个别环保型有机组分作为盾尾油脂某一组分，并未完全实现盾尾油脂有机组分的全部环保化，制备出的盾尾油脂并未真正意义上实现环保化，尚有较多技术问题需要解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种泵送性好、粘附性大、抗水冲蚀性强、密封性优、工作性能稳定、制造工艺简单和造价合理的环保型盾尾密封油脂及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种环保型盾尾密封油脂，按重量份，包括以下原料：基础油20～35份、润滑剂5～20份、水稻秸秆纤维8～20份、淀粉树脂5～10份、栲胶3～7份、接枝淀粉2～7份、填料混合物20～40份。

进一步地，所述基础油为环氧大豆油、玉米油和米糠油中的任意一种或任意两种以上的按任意比例混合的混合物，且玉米油、米糠油中的油酸和亚油酸含量之和均不低于80％。

进一步地，所述润滑剂为硫化脂肪酸酯、多元醇酯和聚乙二酸酯中的任意一种或任意两种以上的按任意比例混合的混合物。

进一步地，所述水稻秸秆纤维由烘干水稻秸秆机械剥离制得，纤维含水率不大于2％，所述水稻秸秆纤维中直径0.5～2mm纤维和直径2～5mm纤维的质量比例为1:0.5～1:1。

进一步地，所述淀粉树脂中淀粉含量不低于40％。

进一步地，所述栲胶中单宁有效含量不低于70％，含水率不大于2％。

进一步地，所述接枝淀粉是淀粉丙烯酰胺接枝共聚物。

进一步地，所述混合填料是矿渣粉和高岭土的混合物，其中矿渣粉质量占比不低于60％，矿渣粉的比表面积不低于400m²/kg，高岭土中粒径小于2μm的颗粒含量不低于90％。

本发明还提供上述环保型盾尾密封油脂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照重量份称取基础油、润滑剂、淀粉树脂和栲胶投入捏合机中，边捏合搅拌边升温，升温至50～90℃后，持续保温捏合反应1.5h；

(2)向步骤(1)所得的混合物中投入水稻秸秆纤维和接枝淀粉，捏合反应1h；

(3)先将填料混合物强制搅拌均匀，然后投入步骤(2)所得的混合物中，持续捏合搅拌0.5h，得到所述环保型盾尾密封油脂。

本发明的主要技术原理为：

(1)所用原材料中，有机类原材料多由自然界天然植物中提取或经简单改性获得，均为环保型原材料，大部分可通过环境微生物快速降解；无机类的原材料为建筑常用惰性材料，无毒害。故本技术方案提供的盾尾油脂对土壤和水环境影响小，完全满足环保要求。

(2)采用特殊工艺获得直径较小的水稻秸秆纤维，使植物纤维具有较大的长径比，从而发挥较强的体系粘附力增强效用。创造性地将两种不同直径的植物纤维复合使用，长纤维在体系内形成增强骨架，短纤维在长纤维间形成有效地搭接串联，使油脂体系内的各纤维均可产生联系，形成统一的整体，发挥出优异的抗水冲蚀特点。

(3)淀粉树脂、栲胶和接枝淀粉作为主要的体系增粘组分，首先是因以上组分均可与基础油形成良好的互融体系，再有就是此类增粘组分抗水侵蚀能力强，极大提升油脂抗水冲蚀性能。

(4)采用了大比表面积的填料混合物，填料颗粒与其他组分吸附作用增强，有助于增大体系粘滞性，同时颗粒可有效填充体系内较小的缝隙和空隙，增大体系的密实度，进一步提升体系抗水冲蚀性能和体系稳定性。

本发明的有益效果体现在：

(1)采用的所有有机类原材料均为环保型材料，大量材料均可自然降解，制备出的盾尾油脂环保型获得充分保证，真正意义上提供了一个实用的环保型油脂制备技术方案，环保效益突出。

(2)将水稻秸秆作为所有职务纤维的原材料，提出了其合适的生产工艺和性能参数要求，为水稻秸秆的高价值利用提供了良好的方向。

(3)环保型盾尾油脂的使用，将有助于盾构施工范围内地下水的保护。

(4)制备出的油脂泵送性好、粘附性大、抗水冲蚀性强、密封性优、工作性能稳定、制造工艺简单和造价合理，为其工程推广应用奠定了良好基础。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。以下实施例和对比例所使用的各种原料，如未作特别说明，均为本领域公知的市售产品：其中，淀粉树脂购自上海还原高分子材料有限公司，接枝淀粉购自陕西森瑞石油技术开发有限公司。

本发明环保型盾尾密封油脂，按重量份，由以下原料制成：基础油20～35份、润滑剂5～20份、水稻秸秆纤维8～20份、淀粉树脂5～10份、栲胶3～7份、接枝淀粉2～7份、填料混合物20～40份；

为了便于理解本发明各原料对材料性能的影响，下面提供本发明的6个实施例与4个对比例进行效果对比，各实施例和各对比例的配方如表1所示，其中：基础油为环氧大豆油；润滑剂为硫化脂肪酸酯；水稻秸秆纤维由烘干水稻秸秆机械剥离制得，纤维含水率为1.5％，所述水稻秸秆纤维中直径0.5～2mm纤维和直径2～5mm纤维的质量比例为1:0.5；淀粉树脂中淀粉含量为45％；栲胶中单宁有效含量为75％，含水率为1％；接枝淀粉是淀粉丙烯酰胺接枝共聚物；混合填料是矿渣粉和高岭土的混合物，其中矿渣粉质量占比为65％，矿渣粉的比表面积为450m²/kg，高岭土中粒径小于2μm的颗粒含量为92％。

制备方法相同(对比例中，若原料没有则不添加，步骤仍旧操作)，具体如下：

(1)按照重量份称取基础油、润滑剂、淀粉树脂和栲胶投入捏合机中，边捏合搅拌边升温，升温至75℃后，持续捏合反应1.5h；

(2)向(1)步骤混合物中投入水稻秸秆纤维和接枝淀粉，捏合反应1h，过程不需要保温；

(3)先将矿渣粉和高岭土强制搅拌均匀，然后投入(2)步骤混合物中，持续捏合搅拌0.5h，完成盾尾密封油脂制备。

表1实施例和对比例的组成(单位：重量份)

实施例1-6和对比例1-4得到的油脂的性能测试结果如表2所示：

表2实施例和对比例的性能测试结果

从以上可以看出，实施例1-6为采用本发明获得的环保型盾尾密封油脂，其各项性能均满足盾尾油脂基本使用要求，本发明提供的环保型盾尾密封油脂已在苏州地铁S1号线和广州地铁7号线等盾构施工工程中获得成功应用，而对比例1-4得到的密封油脂的性能明显劣于本发明，表明各原料均对密封油脂的性能具有非常大的影响。

对比试验

为了便于理解捏合反应温度对本发明环保型盾尾密封油脂性能的影响，在实施例1的基础上，更改为升温至50℃后进行持续保温捏合反应，作为对比例5，更改为升温至90℃后进行持续保温捏合反应，作为对比例6；

为了便于理解淀粉树脂中淀粉含量对本发明环保型盾尾密封油脂性能的影响，在实施例1的基础上，替换使用淀粉含量为35％的淀粉树脂，作为对比例7；

为了便于理解混合填料中矿渣粉质量占比对本发明环保型盾尾密封油脂性能的影响，在实施例1的基础上，替换使用矿渣粉质量占比为55％的混合填料，作为对比例8；

为了便于理解水稻秸秆纤维的组成对本发明环保型盾尾密封油脂性能的影响，在实施例1的基础上，替换使用直径0.5～2mm纤维和直径2～5mm纤维的质量比例为1:0.8的水稻秸秆纤维，作为对比例9，替换使用直径0.5～2mm纤维和直径2～5mm纤维的质量比例为1:1的水稻秸秆纤维，作为对比例10，替换使用直径0.5～2mm纤维和直径2～5mm纤维的质量比例为1:1.2的水稻秸秆纤维，作为对比例11。

以上各对比例所得的密封油脂的性能测试结果如表3所示：

表3对比试验测试结果

应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种环保型盾尾密封油脂，其特征在于：按重量份，包括以下原料：基础油20～35份、润滑剂5～20份、水稻秸秆纤维8～20份、淀粉树脂5～10份、栲胶3～7份、接枝淀粉2～7份、填料混合物20～40份。

2.如权利要求1所述的一种环保型盾尾密封油脂，其特征在于：所述基础油为环氧大豆油、玉米油和米糠油中的任意一种或任意两种以上的按任意比例混合的混合物，且玉米油、米糠油中的油酸和亚油酸含量之和均不低于80％。

3.如权利要求1所述的一种环保型盾尾密封油脂，其特征在于：所述润滑剂为硫化脂肪酸酯、多元醇酯和聚乙二酸酯中的任意一种或任意两种以上的按任意比例混合的混合物。

4.如权利要求1所述的一种环保型盾尾密封油脂，其特征在于：所述水稻秸秆纤维由烘干水稻秸秆机械剥离制得，纤维含水率不大于2％，所述水稻秸秆纤维中直径0.5～2mm纤维和直径2～5mm纤维的质量比例为1:0.5～1:1。

5.如权利要求1所述的一种环保型盾尾密封油脂，其特征在于：所述淀粉树脂中淀粉含量不低于40％。

6.如权利要求1所述的一种环保型盾尾密封油脂，其特征在于：所述栲胶中单宁有效含量不低于70％，含水率不大于2％。

7.如权利要求1所述的一种环保型盾尾密封油脂，其特征在于：所述接枝淀粉是淀粉丙烯酰胺接枝共聚物。

8.如权利要求1所述的一种环保型盾尾密封油脂，其特征在于：所述混合填料是矿渣粉和高岭土的混合物，其中矿渣粉质量占比不低于60％，矿渣粉的比表面积不低于400m²/kg，高岭土中粒径小于2μm的颗粒含量不低于90％。

9.如权利要求1至8中任一项所述的一种环保型盾尾密封油脂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)按照重量份称取基础油、润滑剂、淀粉树脂和栲胶投入捏合机中，边捏合搅拌边升温，升温至50～90℃后，持续保温捏合反应1.5h；

(2)向步骤(1)所得的混合物中投入水稻秸秆纤维和接枝淀粉，捏合反应1h；

(3)先将填料混合物强制搅拌均匀，然后投入步骤(2)所得的混合物中，持续捏合搅拌0.5h，得到所述环保型盾尾密封油脂。