CN109370186A - 一种耐低温环保的玻璃钢化粪池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐低温环保的玻璃钢化粪池的制备方法，涉及玻璃钢制备技术领域，包括以下步骤：向正硅酸乙酯中加入水、乙醇、硝酸镁，搅拌，静置水解，凝胶化，老化，对其进行热处理，然后置于果糖水溶液中，水热反应，得二氧化硅‑碳微球复合材料；向不饱和聚酯树脂中加入硅烷偶联剂、轻质碳酸钙、锻造石英砂、二氧化硅‑碳微球复合材料、甲基丙烯酸甲酯‑丁二烯‑苯乙烯三元共聚物、促进剂、N‑异丙基‑N`‑苯基对苯二胺、苯骈三氮唑、邻苯二甲酸二辛脂、己二酸二异癸酯、玄武岩纤维、玻璃纤维，搅拌，再加入固化剂，注入模具，固化成型。本发明的玻璃钢化粪池具有较好的耐腐蚀、耐低温性能，还能有效吸附微量重金属污染物和异味气体。

Description

一种耐低温环保的玻璃钢化粪池的制备方法
技术领域
本发明涉及玻璃钢化粪池技术领域，尤其涉及一种耐低温环保的玻璃钢化粪池的制备方法。
背景技术
玻璃钢，即纤维强化塑料，一般指用不饱和聚酯树脂等为基体，以玻璃纤维等填料制成的增强塑料，又称为玻璃纤维增强塑料。具有质轻而硬、机械强度较好、不导电等优点，已被开发应用于化粪池等利于生态保护的民用领域。
玻璃钢化粪池能有效解决传统砖混化粪池的渗漏、对地下水源造成的不同程度的污染以及对建筑物造成倾斜等问题，并且能够为对排放的污水进行后续深度处理奠定基础。但是，现有玻璃钢化粪池在实际应用推广中还存在一些问题。首先，对于温度较低的季节或寒冷地区，因土壤受冻后严重影响了玻璃钢的力学性能，造成其性能下降、寿命缩短；其次，粪便等***物在玻璃钢中厌氧发酵分解转化成熟污泥，清掏外运可用作农用肥料，然而，由于粪便中可能含有铜、镉、铅等重金属污染物，因此，长期施用该有机肥会导致重金属污染物在土壤中累积，对人们生活和环境造成影响。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种耐低温环保的玻璃钢化粪池的制备方法，制得的玻璃钢化粪池具有较好的耐腐蚀、耐低温性能，力学性能优异，还能有效吸附化粪池内的微量重金属污染物和臭味。
本发明提出的一种耐低温环保的玻璃钢化粪池的制备方法，包括以下步骤：
S1、向正硅酸乙酯中加入水和乙醇，搅拌，再加入硝酸镁溶液，搅拌，用盐酸调节pH至3.0-4.0，搅拌，然后静置使正硅酸乙酯发生水解反应，反应结束后加入稀氨水调节pH至6.0-7.0，然后置于密闭干燥器中使其凝胶化，将凝胶进行老化处理，干燥，得二氧化硅气凝胶，对其进行热处理；
S2、将经热处理后的二氧化硅气凝胶置于果糖水溶液中，超声分散，恒温振荡，然后进行水热反应，干燥，制得二氧化硅-碳微球复合材料；
S3、向不饱和聚酯树脂中加入硅烷偶联剂、轻质碳酸钙、锻造石英砂，搅拌，然后加入二氧化硅-碳微球复合材料、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、促进剂、N-异丙基-N`-苯基对苯二胺、苯骈三氮唑、邻苯二甲酸二辛脂、己二酸二异癸酯，搅拌，再加入玄武岩纤维、玻璃纤维，搅拌，得混合浆料；
S4、向混合浆料中加入固化剂，搅拌，注入模具中，固化成型，即得。
优选地，S1中，向正硅酸乙酯中加入水和乙醇，搅拌，再加入10％的硝酸镁溶液，搅拌，其中，正硅酸乙酯、水、乙醇和硝酸镁溶液的重量比为1-2：5-10：40-50：0.6-1.4，用盐酸调节pH至3.0-4.0，搅拌10-20min，然后静置12-18h，加入稀氨水调节pH至6.0-7.0，然后置于密闭干燥器中使其凝胶化，将凝胶进行老化处理，干燥，得二氧化硅气凝胶，对其进行热处理。
优选地，S1中，老化处理的温度为30-35℃，老化时间为46-52h。
优选地，S1中，二氧化硅气凝胶的热处理是以150-160℃/h的升温速率将二氧化硅气凝胶升温至400-500℃，再以120-130℃/h的升温速率升温至600-700℃，保温1.5-2.5h。
优选地，S2中，将经热处理后的二氧化硅气凝胶置于10-16％的果糖水溶液中，料液比为1：40-50，超声分散10-20min，恒温振荡30-40min，然后于220-240℃下水热反应3-4h，洗涤，干燥，制得二氧化硅-碳微球复合材料。
优选地，S3中，不饱和聚酯树脂、硅烷偶联剂、轻质碳酸钙、锻造石英砂、二氧化硅-碳微球复合材料、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、促进剂、N-异丙基-N`-苯基对苯二胺、苯骈三氮唑、邻苯二甲酸二辛脂、己二酸二异癸酯、玄武岩纤维、玻璃纤维的重量比为100：2-5：20-30：10-20：2-6：3-7：2-5：0.2-1：0.2-1：0.5-1.5：0.2-1：70-90：17-25。
优选地，S4中，固化剂的加入量为不饱和聚酯树脂重量的5-12％。
优选地，S4中，固化剂为过氧化苯甲酰、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种或多种。
本发明还提出了一种采用上述方法制备得到的耐低温环保的玻璃钢化粪池。
有益效果：本发明提出了一种耐低温环保的玻璃钢化粪池的制备方法，是先制备二氧化硅-碳微球复合材料，再同硅烷偶联剂、轻质碳酸钙、锻造石英砂、二氧化硅-碳微球复合材料、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、促进剂、N-异丙基-N`-苯基对苯二胺、苯骈三氮唑、邻苯二甲酸二辛脂、己二酸二异癸酯、玄武岩纤维、玻璃纤维等原料加入到不饱和聚酯中，在固化剂的作用下固化制得玻璃钢化粪池。
二氧化硅-碳微球复合材料的制备是以正硅酸乙酯为原料，采用溶胶凝胶法制备二氧化硅气凝胶，制得的二氧化硅气凝胶具有三维网络多孔结构，其孔隙率可达87-97％，气孔孔径为40-80nm，具有高比表面积，吸附性能好，且在制备过程中向正硅酸乙酯溶液中还加入了硝酸镁，由于二氧化硅气凝胶表面上分布有硅醇基团，可以与金属镁离子进行交换，能够提高对气体的吸附性能，以及对重金属离子的吸附作用，此外，在热处理过程中，凝胶中残存的硝酸镁受热分解，由于镁离子和硅离子的半径较为接近，能够提高二氧化硅气凝胶材料的稳定性，将该二氧化硅气凝胶置于果糖水溶液中进行水热反应，在二氧化硅表面和孔隙内合成了纳米碳微球，通过控制果糖水溶液的浓度和用量，进而控制孔隙中碳微球的粒径，避免完全堵塞孔洞，制得的复合材料的比表面积大，且由于二氧化硅表面分布有硅醇基团，碳微球表面含有羟基基团，其丰富的表面含氧官能团结构和发达的孔隙结构使其表现出对异味气体分子和重金属离子的高吸附容量，可有效吸附去除粪便等***物中的微量重金属离子，减轻对环境的污染，去除异味，改善清掏时的味觉感受，与硅烷偶联剂、轻质碳酸钙、锻造石英砂，提高玻璃钢材料的耐腐蚀性和力学性能，添加的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、邻苯二甲酸二辛脂、己二酸二异癸酯共同作用，改善玻璃钢材料在低温下的强韧性，并加入玄武岩纤维和玻璃纤维对不饱和树脂进行增强，提高材料的强度和耐腐蚀性，本发明制得的玻璃钢化粪池具有较好的耐腐蚀、耐低温性能，力学性能优异，能够有效吸附化粪池内的微量重金属污染物，对臭味也有一定的吸附作用，清掏周期长，改善环境，环保，有利于玻璃钢化粪池的推广应用。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种耐低温环保的玻璃钢化粪池的制备方法，包括以下步骤：
S1、向正硅酸乙酯中加入水和乙醇，搅拌，再加入10％的硝酸镁溶液，搅拌，其中，正硅酸乙酯、水、乙醇和硝酸镁溶液的重量比为1：5：40：0.6，用盐酸调节pH至3.0，搅拌10min，然后静置12h，加入稀氨水调节pH至6.0，然后置于密闭干燥器中使其凝胶化，将凝胶进行老化处理，在30℃下老化处理46h，干燥，得二氧化硅气凝胶，将其进行热处理，先以150℃/h的升温速率将二氧化硅气凝胶升温至400℃，再以120℃/h的升温速率升温至600℃，保温1.5h；
S2、将经热处理后的二氧化硅气凝胶置于10％的果糖水溶液中，料液比为1：40，超声分散10min，恒温振荡30min，然后于220℃下水热反应3h，洗涤，干燥，制得二氧化硅-碳微球复合材料；
S3、向不饱和聚酯树脂中加入硅烷偶联剂、轻质碳酸钙、锻造石英砂，搅拌，然后加入二氧化硅-碳微球复合材料、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、促进剂、N-异丙基-N`-苯基对苯二胺、苯骈三氮唑、邻苯二甲酸二辛脂、己二酸二异癸酯，搅拌，再加入玄武岩纤维、玻璃纤维，搅拌，得混合浆料；其中，不饱和聚酯树脂、硅烷偶联剂、轻质碳酸钙、锻造石英砂、二氧化硅-碳微球复合材料、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、促进剂、N-异丙基-N`-苯基对苯二胺、苯骈三氮唑、邻苯二甲酸二辛脂、己二酸二异癸酯、玄武岩纤维、玻璃纤维的重量比为100：2：20：20：2：3：2：0.2：1：0.5：1：70：25；
S4、向混合浆料中加入固化剂过氧化苯甲酰，加入量为不饱和聚酯树脂重量的5％，搅拌，注入模具中，固化成型，即得。
实施例2
本发明提出的一种耐低温环保的玻璃钢化粪池的制备方法，包括以下步骤：
S1、向正硅酸乙酯中加入水和乙醇，搅拌，再加入10％的硝酸镁溶液，搅拌，其中，正硅酸乙酯、水、乙醇和硝酸镁溶液的重量比为2：10：50：1.4，用盐酸调节pH至4.0，搅拌20min，然后静置18h，加入稀氨水调节pH至7.0，然后置于密闭干燥器中使其凝胶化，将凝胶进行老化处理，在35℃下老化处理52h，干燥，得二氧化硅气凝胶，将其进行热处理，先以160℃/h的升温速率将二氧化硅气凝胶升温至500℃，再以130℃/h的升温速率升温至700℃，保温2.5h；
S2、将经热处理后的二氧化硅气凝胶置于16％的果糖水溶液中，料液比为1：50，超声分散20min，恒温振荡40min，然后于240℃下水热反应4h，洗涤，干燥，制得二氧化硅-碳微球复合材料；
S3、向不饱和聚酯树脂中加入硅烷偶联剂、轻质碳酸钙、锻造石英砂，搅拌，然后加入二氧化硅-碳微球复合材料、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、促进剂、N-异丙基-N`-苯基对苯二胺、苯骈三氮唑、邻苯二甲酸二辛脂、己二酸二异癸酯，搅拌，再加入玄武岩纤维、玻璃纤维，搅拌，得混合浆料；其中，不饱和聚酯树脂、硅烷偶联剂、轻质碳酸钙、锻造石英砂、二氧化硅-碳微球复合材料、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、促进剂、N-异丙基-N`-苯基对苯二胺、苯骈三氮唑、邻苯二甲酸二辛脂、己二酸二异癸酯、玄武岩纤维、玻璃纤维的重量比为100：5：30：10：6：7：5：1：0.2：1.5：0.2：90：17；
S4、向混合浆料中加入固化剂，固化剂为过氧化甲乙酮，加入量为不饱和聚酯树脂重量的12％，搅拌，注入模具中，固化成型，即得。
实施例3
本发明提出的一种耐低温环保的玻璃钢化粪池的制备方法，包括以下步骤：
S1、向正硅酸乙酯中加入水和乙醇，搅拌，再加入10％的硝酸镁溶液，搅拌，其中，正硅酸乙酯、水、乙醇和硝酸镁溶液的重量比为1.4：7：45：0.9，用盐酸调节pH至3.0，搅拌15min，然后静置14h，加入稀氨水调节pH至6.0，然后置于密闭干燥器中使其凝胶化，将凝胶进行老化处理，在32℃下老化处理48h，干燥，得二氧化硅气凝胶，将其进行热处理，先以154℃/h的升温速率将二氧化硅气凝胶升温至440℃，再以125℃/h的升温速率升温至630℃，保温2h；
S2、将经热处理后的二氧化硅气凝胶置于12％的果糖水溶液中，料液比为1：45，超声分散15min，恒温振荡35min，然后于225℃下水热反应3.5h，洗涤，干燥，制得二氧化硅-碳微球复合材料；
S3、向不饱和聚酯树脂中加入硅烷偶联剂、轻质碳酸钙、锻造石英砂，搅拌，然后加入二氧化硅-碳微球复合材料、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、促进剂、N-异丙基-N`-苯基对苯二胺、苯骈三氮唑、邻苯二甲酸二辛脂、己二酸二异癸酯，搅拌，再加入玄武岩纤维、玻璃纤维，搅拌，得混合浆料；其中，不饱和聚酯树脂、硅烷偶联剂、轻质碳酸钙、锻造石英砂、二氧化硅-碳微球复合材料、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、促进剂、N-异丙基-N`-苯基对苯二胺、苯骈三氮唑、邻苯二甲酸二辛脂、己二酸二异癸酯、玄武岩纤维、玻璃纤维的重量比为100：3：27：15：3.5：5：3.5：0.7：0.7：1：0.7：78：24；
S4、向混合浆料中加入固化剂，固化剂为过氧化苯甲酰和过氧化苯甲酸叔丁酯按照1：1的重量比组成，固化剂加入量为不饱和聚酯树脂重量的8％，搅拌，注入模具中，固化成型，即得。
实施例4
本发明提出的一种耐低温环保的玻璃钢化粪池的制备方法，包括以下步骤：
S1、向正硅酸乙酯中加入水和乙醇，搅拌，再加入10％的硝酸镁溶液，搅拌，其中，正硅酸乙酯、水、乙醇和硝酸镁溶液的重量比为1.7：8：48：1.2，用盐酸调节pH至4.0，搅拌15min，然后静置16h，加入稀氨水调节pH至7.0，然后置于密闭干燥器中使其凝胶化，将凝胶进行老化处理，在35℃下老化处理50h，干燥，得二氧化硅气凝胶，将其进行热处理，先以158℃/h的升温速率将二氧化硅气凝胶升温至470℃，再以127℃/h的升温速率升温至680℃，保温2h；
S2、将经热处理后的二氧化硅气凝胶置于14％的果糖水溶液中，料液比为1：48，超声分散10min，恒温振荡40min，然后于230℃下水热反应4h，洗涤，干燥，制得二氧化硅-碳微球复合材料；
S3、向不饱和聚酯树脂中加入硅烷偶联剂、轻质碳酸钙、锻造石英砂，搅拌，然后加入二氧化硅-碳微球复合材料、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、促进剂、N-异丙基-N`-苯基对苯二胺、苯骈三氮唑、邻苯二甲酸二辛脂、己二酸二异癸酯，搅拌，再加入玄武岩纤维、玻璃纤维，搅拌，得混合浆料；其中，不饱和聚酯树脂、硅烷偶联剂、轻质碳酸钙、锻造石英砂、二氧化硅-碳微球复合材料、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、促进剂、N-异丙基-N`-苯基对苯二胺、苯骈三氮唑、邻苯二甲酸二辛脂、己二酸二异癸酯、玄武岩纤维、玻璃纤维的重量比为100：4：25：18：5：6：4：0.8：0.5：1.2：0.5：83：21；
S4、向混合浆料中加入固化剂过氧化苯甲酰，加入量为不饱和聚酯树脂重量的10％，搅拌，注入模具中，固化成型，即得。
对比例1
与实施例4相比，其区别仅在于不含有S1、S2步骤，S3步骤中不添加二氧化硅-碳微球复合材料。
对比例2
与实施例4相比，其区别仅在于不含有S2步骤。
对本发明实施例1-4和对比例1-2中制备的玻璃钢化粪池的性能进行测试。
试验项目：1.力学性能：将实施例1-4和对比例1-2中的玻璃钢材料加工成直径为61.8mm、高20mm的玻璃钢试块，然后，将2个直径为61.8mm、高20mm环刀连接在一起制成40mm高样品仓，最后，将20mm厚玻璃钢试块放入样品仓中，按照设定含水率配制土样，并按照1.68g/cm 3干密度将土样分层置入样品仓。土样填满后表面覆盖玻璃片，再用保鲜膜整体包裹，在-30℃环境下快速冻结24h。待样品完全冻结后，用油压千斤顶将试样从样品仓中顶出，制成玻璃钢与粉土接触面直剪试验样品，然后用仪器测定粉土-玻璃钢接触面的抗剪强度，试验时法向应力设为200kPa，剪切速度设为0.3mm/min，粉土含水率设为20.0％，试验温度设为-5℃，重复三次，试验结果见表1。
2.重金属吸附性能：将实施例1-4和对比例1-2中的玻璃钢材料加工成直径为61.8mm、高20mm的玻璃钢试块，分别取5g相同形状的玻璃钢试样，放入装有30mL的3.0mmol/L的K2CrO4溶液的烧杯中，于25℃条件下以150次/min恒温振荡36h，吸附达到平衡后离心分离，取上层清液测量Cr(Ⅵ)浓度，根据Cr(Ⅵ)浓度变化计算玻璃钢试样的吸附率，重复三次，试验结果见表1。
3.氨氮去除试验：按照实施例1-4和对比例1-2中的制备方法制备玻璃钢化粪池，对其水污染物进行测试，试验结果见表1。
试验结果：从表1中可以看出，本申请中的玻璃钢化粪池具有很好的耐低温性能和重金属吸附性能，其抗剪强度较现有技术中的玻璃钢材料提高了8.2％，虽然水污染物的SS去除率基本相同，但是氨氮去除率明显高于对比例。
表1 玻璃钢化粪池的性能测试结果
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例1 对比例2
抗剪强度/MPa 195 194 197 198 188 193
镉吸附率/％ 86.9 80.2 95.8 97.7 5.0 32.8
SS去除率/％ 70.4 70.2 70.0 70.3 68.1 70.1
氨氮去除率/％ 98.9 98.5 98.9 99.2 95.2 96.5
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种耐低温环保的玻璃钢化粪池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、向正硅酸乙酯中加入水和乙醇，搅拌，再加入硝酸镁溶液，搅拌，用盐酸调节pH至3.0-4.0，搅拌，然后静置使正硅酸乙酯发生水解反应，反应结束后加入稀氨水调节pH至6.0-7.0，然后置于密闭干燥器中使其凝胶化，将凝胶进行老化处理，干燥，得二氧化硅气凝胶，对其进行热处理；
S2、将经热处理后的二氧化硅气凝胶置于果糖水溶液中，超声分散，恒温振荡，然后进行水热反应，干燥，制得二氧化硅-碳微球复合材料；
S3、向不饱和聚酯树脂中加入硅烷偶联剂、轻质碳酸钙、锻造石英砂，搅拌，然后加入二氧化硅-碳微球复合材料、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、促进剂、N-异丙基-N`-苯基对苯二胺、苯骈三氮唑、邻苯二甲酸二辛脂、己二酸二异癸酯，搅拌，再加入玄武岩纤维、玻璃纤维，搅拌，得混合浆料；
S4、向混合浆料中加入固化剂，搅拌，注入模具中，固化成型，即得。
2.根据权利要求1所述的耐低温环保的玻璃钢化粪池的制备方法，其特征在于，S1中，向正硅酸乙酯中加入水和乙醇，搅拌，再加入10％的硝酸镁溶液，搅拌，其中，正硅酸乙酯、水、乙醇和硝酸镁溶液的重量比为1-2：5-10：40-50：0.6-1.4，用盐酸调节pH至3.0-4.0，搅拌10-20min，然后静置12-18h，加入稀氨水调节pH至6.0-7.0，然后置于密闭干燥器中使其凝胶化，将凝胶进行老化处理，干燥，得二氧化硅气凝胶，对其进行热处理。
3.根据权利要求1或2所述的耐低温环保的玻璃钢化粪池的制备方法，其特征在于，S1中，老化处理的温度为30-35℃，老化时间为46-52h。
4.根据权利要求1-3任一项所述的耐低温环保的玻璃钢化粪池的制备方法，其特征在于，S1中，二氧化硅气凝胶的热处理是以150-160℃/h的升温速率将二氧化硅气凝胶升温至400-500℃，再以120-130℃/h的升温速率升温至600-700℃，保温1.5-2.5h。
5.根据权利要求1-4任一项所述的耐低温环保的玻璃钢化粪池的制备方法，其特征在于，S2中，将经热处理后的二氧化硅气凝胶置于10-16％的果糖水溶液中，料液比为1：40-50，超声分散10-20min，恒温振荡30-40min，然后于220-240℃下水热反应3-4h，洗涤，干燥，制得二氧化硅-碳微球复合材料。
6.根据权利要求1-5任一项所述的耐低温环保的玻璃钢化粪池的制备方法，其特征在于，S3中，不饱和聚酯树脂、硅烷偶联剂、轻质碳酸钙、锻造石英砂、二氧化硅-碳微球复合材料、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、促进剂、N-异丙基-N`-苯基对苯二胺、苯骈三氮唑、邻苯二甲酸二辛脂、己二酸二异癸酯、玄武岩纤维、玻璃纤维的重量比为100：2-5：20-30：10-20：2-6：3-7：2-5：0.2-1：0.2-1：0.5-1.5：0.2-1：70-90：17-25。
7.根据权利要求1-6任一项所述的耐低温环保的玻璃钢化粪池的制备方法，其特征在于，S4中，固化剂的加入量为不饱和聚酯树脂重量的5-12％。
8.根据权利要求1-7任一项所述的耐低温环保的玻璃钢化粪池的制备方法，其特征在于，S4中，固化剂为过氧化苯甲酰、过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种或多种。
9.一种耐低温环保的玻璃钢化粪池，其特征在于，是采用权利要求1-8任一项所述方法制备得到的。
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