一种环保型盾尾密封剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及c09k3/10领域，尤其涉及一种环保型盾尾密封剂及其制备方法。

背景技术：

2.盾构机是一种用于地下工程如地铁、隧道等对岩石地层挖掘的机器，盾构机的头部在向前掘进的同时在隧道两侧搭建板材，而为防止板材与盾尾的摩擦，施工时会在盾尾表面和钢丝刷表面涂抹密封剂。盾尾密封剂的使用方式一般情况下依次为，在盾构掘进开始前，密封剂涂抹在钢丝刷之间，此时的密封剂应具有一定的粘附性，以长期粘附在钢丝刷表面，盾构工作后，通过油脂泵将密封剂泵入盾尾与板材的缝隙，此时的密封剂应具有一定的流动性和泵送性，而现有技术无法兼具粘附性与流动性，因此往往使用两种不同粘度的密封剂。
3101705139a公开了盾构掘进机的盾尾密封油脂，采用较为常规的填充剂和植物油进行润滑密封，具有良好的防水性，而其体系粘度为固定值，无法兼具钢丝刷与盾尾的同时使用。
4110684582a公开了一种环保型盾尾密封油脂及其制备方法，所制备的密封剂润滑性密封性好，具有环保性能，但对于质地坚硬岩石矿层的挖掘，该密封剂并不具有良好的耐磨效果。

技术实现要素：

5.本发明的第一个方面提供了一种环保型盾尾密封剂，按重量份计，制备原料包括：增塑剂10-30份、增粘剂1-20份、泵送性改进剂1-5份、增强剂1-15份、填充剂35-60份、润滑改进剂1-5份。
6.作为一种优选的实施方式，所述增塑剂包括氯化石蜡、磷酸三丁酯、二甲基硅油、甲基苯基硅油、邻苯二甲酸类物质中的至少一种。
7.作为一种优选的实施方式，所述增粘剂包括聚丙烯、天然松香树脂、c5石油树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、氯乙烯树脂、苯乙烯丙烯酸酯共聚物树脂、三元共聚高弹性树脂、聚丁烯、聚酯树脂、硅树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、糠醛树脂中的至少一种。
8.优选的，所述增粘剂为聚丙烯，所述聚丙烯的熔融指数(2.16kg，230℃)为20-30g/10min。
9.优选的，所述聚丙烯的熔融指数(2.16kg，230℃)为26g/10min。
10.优选的，所述聚丙烯的悬臂梁缺口冲击强度(-20℃)为10-15j/m。
11.优选的，所述聚丙烯的悬臂梁缺口冲击强度(-20℃)为13j/m。
12.密封剂通常会涂抹在钢丝刷上和泵入到盾尾的孔隙里，对于涂抹式需要密封剂粘度够大，而泵入式需要密封剂流动性够大，因此需要盾尾密封剂兼具粘附性和流动性。而现有技术中的密封剂无法同时达到上述效果，往往选择选用两种粘度不同的密封剂分别使用。
13.申请人发现，聚丙烯的加入可以显著提高密封剂的触变性，使之在静态涂抹时粘度大，而在匀速搅拌后泵出又会展现出很强的流动性，分析可能的原因在于聚丙烯的线性结构能够加强密封剂组分内的分子结构规整性，在匀速剪切力的作用下，剪切时间的延长会提高分子间的取向程度并降低缠结程度，表观粘度下降，表现出一定的流体性质。剪切力的消失后，组分内的分子由于惯性表现出的运动更趋向于分子链的缠结，此时的线性结构更像是线一样将组分内的其他物质团结缠绕，表现出静态的粘附力增强，由此赋予密封剂显著的触变性。
14.作为一种优选的实施方式，所述泵送性改进剂包括c5石油树脂、c9石油树脂中的一种或多种。
15.作为一种优选的实施方式，所述增强剂包括棉花、竹纤维、pa6、pp、pe、气相二氧化硅、硅藻土、有机膨润土中的一种或多种。
16.优选的，所述增强剂为棉花、竹纤维。
17.优选的，所述棉花、竹纤维的重量比为(1-5)：(1-5)。
18.进一步优选的，所述棉花、竹纤维的重量比为1：3。
19.聚丙烯的加入能够显著提高密封剂的触变性，但其自身性质同样也带来了密封剂不耐低温的问题，盾构机在地下工作的特点要求密封剂需要有一定的耐水性和长期低温稳定性。申请人在保证触变性的基础上，意图加入一定的增强剂来提高密封剂的耐寒性，在选用增强剂为棉花、竹纤维时，能够明显改善在长期低温的脆性，原因可能在于棉花、竹纤维的重量比为(1-5)：(1-5)时，多孔高密度的海绵式结构，能够延长空气在密封胶表面的停留时间，保留机器自身因运转而产生的热量，同时一定程度的隔离外界冷空气与聚丙烯分子接触，双重效果下改善密封胶的耐寒性。
20.此外申请人还发现，在棉花与竹纤维提升耐寒性的同时，还因为自身膨胀的体积而大大减小密封胶在盾尾空隙填充处的用量，提高了经济效益。
21.作为一种优选的实施方式，所述填充剂包括氧化锌、氧化钛、氧化镁、碳酸钡、硫酸钡、碳酸锌、轻质碳酸钙、重质碳酸钙、硫酸锌、木粉、花生壳粉中的一种或多种。
22.作为一种优选的实施方式，所述增强剂与填充剂的重量比为1：(2-15)。
23.作为一种优选的实施方式，所述填充剂的粒径为30-300μm。
24.优选的，所述填充剂为轻质碳酸钙、氧化锌、氧化钛。
25.优选的，所述轻质碳酸钙、氧化锌、氧化钛的质量比为(1-3)：1：(1-2)。
26.进一步优选的，所述轻质碳酸钙、氧化锌、氧化钛的质量比为2：1：2。
27.优选的，所述轻质碳酸钙的粒径为325目，购买自石家庄石晔矿产品有限公司。
28.优选的，所述氧化锌的粒径为250μm，购买自石家庄东铭新材科技有限公司。
29.优选的，所述氧化钛的粒径为300μm，购买自石家庄东铭新材科技有限公司。
30.盾构机的工作环境决定了涂覆的密封胶必须具有良好的耐磨性，在盾构机掘进过程中，不断掉落的土石矿渣会对造成密封剂的大面积磨损掉落，失去密封效果，申请人发现，在体系内加入填充剂后能够显著提高对掘进过程中掉落的土石矿渣的耐磨效果，尤其是当轻钙、氧化锌、氧化钛以质量比为(1-3)：1：(1-2)时，耐磨损效果最好，一方面，从盾尾上方掉落的土石在自由落体砸到盾尾时，与氧化锌、氧化钛高硬度的填充剂相碰撞，土石改变下落路线被弹开，而无法沿盾尾表面划落，造成一条一条的划痕，另一方面，在于棉花和
竹纤维膨胀性质的增强剂以1：(2-15)共混后，呈丝状的增强剂包裹着颗粒状的填充剂，能够均匀填充剂在体系内的分布，提高密封剂的耐磨均匀性。
31.填充剂的加入，还能够解决由增强剂带来的棉花和竹纤维易燃的问题，赋予了密封剂良好的阻燃性能。
32.作为一种优选的实施方式，所述润滑改进剂包括钙基润滑脂，还包括大豆油、蓖麻油、环氧大豆油中的一种或多种。
33.优选的，所述润滑改进剂为钙基润滑脂、大豆油、蓖麻油。
34.优选的，所述钙基润滑脂、大豆油、蓖麻油的重量比为(3-6)：1：1。
35.优选的，所述钙基润滑脂的滴点为85-90℃。
36.进一步优选的，所述钙基润滑脂、大豆油、蓖麻油的重量比为5：1：1。
37.进一步优选的，所述钙基润滑脂为1号钙基润滑脂，滴点为88℃，购买自深圳长天润滑油有限公司。
38.钙基润滑脂的自身结构中纤维较短，在盾尾的泵送密封时能够赋予密封剂更好的润滑度，进而提升密封剂的泵送性。同时，当钙基润滑脂、大豆油、蓖麻油的重量比为(3-6)：1：1复配使用时，还能够赋予密封剂良好的防水性，推测原因在于，三者润滑油脂的hlb值差异呈梯度递减，在体系内能够很好地互容，并且能够同增强剂和填充剂良好的互容，呈现出整个体系包裹在油性系统中，涂敷在盾尾孔隙时，能够表现出良好的挂壁性和成膜性，长期阻隔水汽，赋予密封剂良好的防水性。
39.本发明的第二个方面提供了一种环保型盾尾密封剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将增塑剂、增粘剂和泵送性改进剂混合后加热升温至30-70℃，搅拌使其混合均匀；(2)加入增强剂，保温搅拌30-60min；(3)加入填充剂、润滑改进剂在30-70℃下搅拌60-120min。
40.现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
41.本发明所述的盾尾密封剂基于提高其触变性的基础上，通过填充剂、增强剂、润滑改进剂的添加，还赋予了密封剂良好的耐寒性，减少低温脆性，增强密封剂的空间体积，减少用量，在硬度较高的岩石层掘进时能够具有良好的耐磨性和阻燃性，1号钙基润滑脂的添加还赋予密封剂良好的防水性和泵送性。所制备的密封剂兼具粘附性与流动性，可以实现钢丝刷和盾尾的同时使用。
42.本发明所述的物质信息如下：
43.c5石油树脂购买自濮阳市瑞成化工有限公司，型号为pr-rcr1105。
44.棉花、竹纤维均为市售。
45.大豆油、蓖麻油均为市售。
具体实施方式
46.实施例1
47.本实施例第一个方面提供了一种环保型盾尾密封剂，按重量份计，制备原料包括：磷酸三丁酯20份、聚丙烯(熔融指数为26g/10min，悬臂梁缺口冲击强度(-20℃)为13j/m)15份、c5石油树脂3份、增强剂7份、填充剂45份、润滑改进剂3份。
48.所述增强剂为棉花、竹纤维以重量比为1：3复配。
49.所述填充剂为轻质碳酸钙(粒径为325目)、氧化锌(粒径为250μm)、氧化钛(粒径为
300μm)以质量比为2：1：2复配。
50.所述润滑改进剂为1号钙基润滑脂(滴点为88℃)、大豆油、蓖麻油以重量比为5：1：1复配。
51.本实施例第二个方面提供了一种环保型盾尾密封剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将增塑剂、增粘剂和泵送性改进剂混合后加热升温至40℃，搅拌使其混合均匀；(2)加入增强剂，保温搅拌50min；(3)加入填充剂、润滑改进剂在40℃下搅拌100min。
52.实施例2
53.本实施例第一个方面提供了一种环保型盾尾密封剂，按重量份计，制备原料包括：磷酸三丁酯10份、聚丙烯(熔融指数为26g/10min，悬臂梁缺口冲击强度(-20℃)为13j/m)3份、c5石油树脂1份、增强剂1份、填充剂35份、润滑改进剂1份。
54.所述增强剂为棉花、竹纤维以重量比为1：3复配。
55.所述填充剂为轻质碳酸钙(粒径为325目)、氧化锌(粒径为250μm)、氧化钛(粒径为300μm)以质量比为2：1：2复配。
56.所述润滑改进剂为1号钙基润滑脂(滴点为88℃)、大豆油、蓖麻油以重量比为5：1：1复配。
57.本实施例第二个方面提供了一种环保型盾尾密封剂的制备方法，具体实施方式同实施例1。
58.实施例3
59.本实施例第一个方面提供了一种环保型盾尾密封剂，按重量份计，制备原料包括：磷酸三丁酯30份、聚丙烯(熔融指数为26g/10min，悬臂梁缺口冲击强度(-20℃)为13j/m)20份、c5石油树脂5份、增强剂15份、填充剂40份、润滑改进剂5份。
60.所述增强剂为棉花、竹纤维以重量比为1：3复配。
61.所述填充剂为轻质碳酸钙(粒径为325目)、氧化锌(粒径为250μm)、氧化钛(粒径为300μm)以质量比为2：1：2复配。
62.所述润滑改进剂为1号钙基润滑脂(滴点为88℃)、大豆油、蓖麻油以重量比为5：1：1复配。
63.本实施例第二个方面提供了一种环保型盾尾密封剂的制备方法，具体实施方式同实施例1。
64.对比例1
65.本对比例第一个方面提供了一种环保型盾尾密封剂，具体实施方式同实施例1，不同之处在于，采用聚乙烯替换聚丙烯。
66.本实施例第二个方面提供了一种环保型盾尾密封剂的制备方法，具体实施方式同实施例1。
67.对比例2
68.本对比例第一个方面提供了一种环保型盾尾密封剂，具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述增强剂为棉花、竹纤维以重量比为5：1复配。
69.本实施例第二个方面提供了一种环保型盾尾密封剂的制备方法，具体实施方式同实施例1。
70.对比例3
71.本对比例第一个方面提供了一种环保型盾尾密封剂，具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述填充剂为轻质碳酸钙(粒径为325目)、氧化锌(粒径为250μm)、氧化钛(粒径为300μm)以质量比为5：8：1复配。
72.本实施例第二个方面提供了一种环保型盾尾密封剂的制备方法，具体实施方式同实施例1。
73.对比例4
74.本对比例第一个方面提供了一种环保型盾尾密封剂，具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述润滑改进剂为3号钙基润滑脂(滴点为99℃)、大豆油、蓖麻油以重量比为5：1：1复配。
75.3号钙基润滑脂购买自深圳长天润滑油有限公司。
76.本实施例第二个方面提供了一种环保型盾尾密封剂的制备方法，具体实施方式同实施例1。
77.性能测试
78.锥入度(25℃)测试标准参考：gb/t269。
79.腐蚀性测试标准参考：gb/t7326，t2铜片，100℃，25h。
80.泵送性测试标准参考：astmd1092，25℃，1mpa，1min。
81.耐水密封性测试标准参考：matsumura，25℃，4.0mpa，1h。
82.抗水喷雾性测试标准参考：sh/t0643-1997，38℃，0.28mpa，5min。
83.

技术特征：

1.一种环保型盾尾密封剂，其特征在于，按重量份计，制备原料包括：增塑剂10-30份、增粘剂1-20份、泵送性改进剂1-5份、增强剂1-15份、填充剂35-60份、润滑改进剂1-5份。2.根据权利要求1所述的一种环保型盾尾密封剂，其特征在于，所述增塑剂包括氯化石蜡、磷酸三丁酯、二甲基硅油、甲基苯基硅油、邻苯二甲酸类物质中的至少一种。3.根据权利要求1-2任一项所述的一种环保型盾尾密封剂，其特征在于，所述增粘剂包括聚丙烯、天然松香树脂、c5石油树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、氯乙烯树脂、苯乙烯丙烯酸酯共聚物树脂、三元共聚高弹性树脂、聚丁烯、聚酯树脂、硅树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、糠醛树脂中的至少一种。4.根据权利要求3所述的一种环保型盾尾密封剂，其特征在于，所述增粘剂为聚丙烯，所述聚丙烯的熔融指数为20-30g/10min。5.根据权利要求1-4任一项所述的一种环保型盾尾密封剂，其特征在于，所述增强剂包括棉花、竹纤维、pa6、pp、pe、气相二氧化硅、硅藻土、有机膨润土中的一种或多种。6.根据权利要求1-5任一项所述的一种环保型盾尾密封剂，其特征在于，所述填充剂包括氧化锌、氧化钛、氧化镁、碳酸钡、硫酸钡、碳酸锌、轻质碳酸钙、重质碳酸钙、硫酸锌、木粉、花生壳粉中的一种或多种。7.根据权利要求1-6任一项所述的一种环保型盾尾密封剂，其特征在于，所述填充剂的粒径为30-300μm。8.根据权利要求1-7任一项所述的一种环保型盾尾密封剂，其特征在于，所述润滑改进剂包括钙基润滑脂，还包括大豆油、蓖麻油、环氧大豆油中的一种或多种。9.根据权利要求8所述的一种环保型盾尾密封剂，其特征在于，所述钙基润滑脂的滴点为85-90℃。10.一种根据权利要求1-9任一项所述的环保型盾尾密封剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将增塑剂、增粘剂和泵送性改进剂混合后加热升温至30-70℃，搅拌使其混合均匀；(2)加入增强剂，保温搅拌30-60min；(3)加入填充剂、润滑改进剂在30-70℃下搅拌60-120min。

技术总结

本发明涉及C09K3/10领域，尤其涉及一种环保型盾尾密封剂及其制备方法，按重量份计，制备原料包括：增塑剂10-30份、增粘剂1-20份、泵送性改进剂1-5份、增强剂1-15份、填充剂35-60份、润滑改进剂1-5份。本发明所述的盾尾密封剂基于提高其触变性的基础上，通过填充剂、增强剂、润滑改进剂的添加，还赋予了密封剂良好的耐寒性，减少低温脆性，增强密封剂的空间体积，减少用量，在硬度较高的岩石层掘进时能够具有良好的耐磨性和阻燃性，1号钙基润滑脂的添加还赋予密封剂良好的防水性和泵送性。所制备的密封剂兼具粘附性与流动性，可以实现钢丝刷和盾尾的同时使用。盾尾的同时使用。