[发明专利]一种稳定型盾尾密封油脂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种稳定型盾尾密封油脂及其制备方法，属于盾构机用密封材料技术领域。该高效稳定型盾尾密封油脂采用LDH复合抗氧化稳定剂作为无机填料，利用LDH可插层组装性，将热稳定剂和氧化剂客体分子插层组装到LDH层间，克服了密封油脂抗氧化性差和存储稳定性差的缺陷。引入硅氧烷偶联剂用于消除有机材料和无机材料之间的差异，改善界面之间的相互作用，提高密封油脂的抗水强度和整体性。采用生物质纤维与聚合物纤维配合使用，改善了单一生物纤维不具备润滑作、磨耗较高和单一聚合物纤维较难以生物降解的缺陷。并且，所采用的制备方法简单，环境友好，便于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种高效稳定型盾尾密封油脂及其制备方法，属于盾构机用密封技术领域。

背景技术

盾构法施工由于自动化程度高，施工速度快，安全稳定，对环境影响小的特点，越来越多的被国内外采用。盾构掘进时，盾壳对管片起到保护作用，但盾壳和已装管片间存在相对滑动过程，盾壳与外壁之间存在的间隙致使盾壳外部水和泥砂等容易进入盾体，造成地面沉陷、水淹隧道等事故。因此，必须对盾壳和管片间隙进行密封处理。绝大多数的盾构机都采用在多道钢丝刷之间填充密封油脂的盾尾密封方式，掘进时，通过注脂系统向盾尾钢丝刷之间注入盾尾密封油脂，借助油脂的挤压力填充密封钢丝刷内部及钢丝刷间的空隙，从而使盾尾形成一道牢固的密封层，防止泥水和土砂渗入。借助密封油脂与钢板和管片的良好粘附性，起到密封、减摩和防腐作用。

由于盾构机造价昂贵，技术复杂，因此对密封油脂的要求很高，目前主要由法国CONDAT、Degussa-Admix-tures inc、日本三菱商事等公司生产的进口产品垄断。国内发展较慢，产品良莠不齐，尤其是抗水压密封性和泵送性远低于国外同类产品。同时受盾构机、盾构施工地层、环境温度影响大，对地下水、土质有危害。中国专利CN106244299a公开了一种盾尾密封油脂，本发明中引入附着力促进剂，有效提高了与基材表面的相互作用力增强了产品的附着能力和稳定性。但由于无机填料与有机物之间的相容性较差，其抗水压密封性仍然较差，水冲流失量较高。中国专利CN107384526A公开了一种盾尾密封油脂，引入片状物作为阻漏剂来提高其抗水性，但是片状物尺寸难以控制，尺寸过大会增加片状物对密封油脂泵的磨损。此外，盾尾密封油脂极易受热氧老化降解，而丧失其使用性能。

层状复合金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides，LDH)是一类广泛使用的阴离子型无机功能材料，由二维层板和层间阴离子有序排列而成。由于LDH具有组成和结构的可调控性以及层间阴离子可交换性的特性，可利用插层组装手段将各种功能客体插入LDH层间，得到了具有不同功能的超分子纳米材料，如选择性紫外阻隔材料、选择性红外吸收材料、热稳定性、环境友好型催化剂、阻燃剂、杀菌防霉剂等，这些超分子插层结构功能材料不但保留了功能客体原有性能，同时还显示了LDH和客体物质均不具有的新特性，广泛应用于建筑材料、功能助剂、石油化工等众多领域。

本发明将具有热稳定性能和抗氧化性能的功能性客体分子插层组装到LDH层间制备超分子插层结构的LDH复合抗氧化稳定剂。LDH复合抗氧化稳定剂作为无机填料加入到盾尾密封油脂，由于LDH存在大量的-OH，受热分解吸热，从而大大降低了密封油脂的热分解和燃烧速率，LDH受热分解后覆盖于密封油脂表面，进而切断了热能和氧气的进入，形成炭层保护膜，从而提高了密封油脂在高温段热稳定性能。借助层间客体分子(抗氧剂和热稳定剂)与LDH主体层板之间的超分子相互作用，主体层板对层间客体的保护作用，无机层板片层结构的阻隔效应，能大幅度提高稳定性，较少客体分子外迁移，增加性能发挥的持久性。此外，本发明引入硅氧烷偶联剂用于提高密封油脂中有机成分(纤维、增稠剂、防腐剂等)和无机主剂填料(LDH复合抗氧化稳定剂、膨润土等)的相容性，消除有机材料和无机材料之间的差异，改善界面之间的相互作用，改善无机填料在有机物中分散性及粘合力，提高密封油脂的抗水强度和整体性。LDH又称水滑石，是纳米级别的超分子层状结构，粒子尺寸较小，能显著提高密封油脂的润滑性和泵送性，同时能在抗压密封时形成致密的密封层，表现出优异的密封性能。本发明采用生物质纤维与聚合物纤维配合使用，改善单一生物纤维不具备润滑作、磨耗较高和单一聚合物纤维较难以生物降解的缺陷。