废旧电路板中非金属材料再生利用技术研究.doc

废旧电路板中非金属材料再生利用技术研究 海 清 摘要 电子废弃物正成为21世纪增长最快的垃圾之一。电子废弃物不仅会对环境造成严重污染，而且会造成资源的极大浪费。本文介绍了VARY公司开发回收PCB非金属材料综合利用技术，重点介绍了应用于木塑复合材料产品的情况。这一成果，为回收PCB非金属材料资源化利用迈出了可喜的一步。 关键词 PCB 非金属废弃物 再生利用 木塑复合材料 一、前言 随着世界电子产业的飞速发展，大量增长的电子废弃物也逐渐成为困扰全球的问题。在这些电子废弃物中，印刷电路板PCB是其必不可少的组成部分。PCB中的金属的回收具有很高的经济价值，相关研究也最为成熟。目前主流的金属回收技术多是采用机械破碎造成PCB中金属的解离，然后通过静电、磁力、重力等分选方式将金属材料选取出来，所余下的材料成分复杂，是含有无机及有机物的混合物，我们把这部分材料简单的统称为非金属材料。但目前已有的工艺技术还没有非金属材料实现完全利用的成熟方案。一般对非金属部分进行简单处理直接填埋、焚烧、裂解或做建材填料等。对非金属材料的简单处理造成环境治理的后处理成本很高，如何有效解决这些废弃物的问题已成为当前我国乃至全世界面临的一个十分紧迫的课题。作为复合填料在高分子复合材料中应用的技术被认为是PCB的资源化回收方面最有潜力的技术，但目前关于这方面的研究大多处在实验探索研究阶段，尚未见有可投入产业化应用的报道。我们通过与相关高校、科研院所合作，对PCB回收非金属废弃物在复合材料方面的应用技术作了一系列的探索性试验。 二、VARY公司废PCB回收工艺及非金属粉的特点 VARY开发的废旧电路板回收设备采用了先进的机械粉碎、分离新工艺，粉碎、解离后，同时进行金属物与非金属物的分选分离。关键技术是将各种废旧线路板的专用粉碎解离设备有机的结合起来，在生产过程中达到较大的节能效果，且实现了很高的金属分离率。经检测，该设备金属回收率达到97℅以上，非金属粉中金属含量低于1℅，各项性能指标符合产品标准要求；该回收生产线具有运转平稳、能耗低、使用可靠性好、易损件寿命长和检修方便等特点，生产过程中无二次污染，综合回收处理效益是目前各类废旧线路板回收处理设备中最理想的。 PCB非金属粉的特性 组成 PCB基板基材主要为含有阻燃剂主要是卤素阻燃剂酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、聚四氟乙烯和特殊热固性树脂等等有机高聚物以及主要成分为硅、铝氧化物的陶瓷和玻璃纤维。以目前最广泛应用的印刷电路板基板FR4为例，它是由多层玻璃纤维和铜箔以溴化阻燃环氧树脂为粘结剂热压而成的。 回收废旧线路板产生的非金属材料成分复杂，含有溴化/环氧、溴化/酚醛、绝缘纸、聚酰亚胺、UV漆、玻璃纤维、阻燃剂、其他助剂以及铜、锡、金等金属微粒、金属氧化物等。复杂的组成给资源化应用带来一定的难度。 VT粉物理性质 外 观 根据原料来源不同呈微黄或浅灰色 粒 度 3～5微米 （表观粒度 40100目） 分散性 粉体呈团聚状，100目以上的粉体团聚现象严重，难以筛分。 比 重 真实密度 1.7 g/cm3 堆积密度 1.0 g/cm3 吸油度 20 g/100g 吸水率 ≤ 0.5℅ VT粉化学性质 VT粉对腐蚀性化学品如酸和碱，有好的阻抗，它几乎不受有机溶剂的影响，并对大多数无机化合物是稳定的。 三、PCB非金属粉在复合材料方面的应用 VT粉有其自身的特点，如比重较轻，耐腐蚀性能比碳酸钙好。与PP、PE、PVC、ABS等塑料有着较好的相容性，根据其特点，寻找其它填料不能替代的应用场合，以发挥VT粉的优势, 提高VT粉的使用价值，根据国外技术资料调研，借鉴国外同类产品应用的经验，VT粉可用于各种玻璃钢制品、热塑性塑料制品的填料，各种防腐、防水涂料的填料等。根据我们应用实践表明，VT粉应用的领域取决于以下条件 （1）VT粉组成的纯洁程度和组分的稳定性；用于塑料制品原料组成要求纯净稳定。 （2）VT粉的颗粒细度和粒度范围； （3）VT粉与相混合树脂的相容性； （4） VT粉与所取代的填料的应用效果比较，理想情况是VT粉能够提供某些优良性能而成本不高于其他填料； （5） VT粉热稳定性相对比较差，加了VT粉的制品颜色变深呈灰色，因此在应用到制品中时需要考虑到这一因素。 非金属粉 机械粉碎 废玻璃钢 电路板基材 金 属 粉 模压工艺 挤出工艺 复合托盘 模板、管材 工业垫板 检查井盖等 配料 造粒 废塑料 图2 电路板回收及VT粉应用工艺路线示意图图 根据以上原则我们进行大量VT粉应用的试验，取得了一些有益的探索性应用成果 1、PCB非金属粉在玻璃钢复合井盖中的应用 PCB非金属粉与玻璃钢复合材料有较好的相容性，可以直接代替部分碳酸钙。其中含有约40％-50％的玻璃纤维以及已固化的树脂粉末，这些再生料在用于制作玻璃钢复合材料时，是一种很有价值的填充料，既可作为减少固化收缩的添加剂，又可作为改善玻璃钢表面性能或刚性的一种添加组分。PCB非金属粉的粗粉中有一定数量的短玻璃纤维，可以代替部分玻璃纤维使用。在井盖、雨水箅子的生产试验表明，加入25的PCB非金属粉，产品承载性能与原产品相当，性能测试合格。用PCB非金属粉的产品重量可以减轻12，表面光洁度稍低于原产品。通过调整配方，在加入20左右的PCB非金属粉的井盖承载能力与原产品相当，产品性能指标合格，产品外观较好，复合材料井盖的生产配方基本定型，已经投入批量生产。试验表明PCB非金属粉用于复合材料井盖是完全可行的，今后的工作是进一步完善最佳的配比和工艺条件。 2、在热塑性塑料中的应用（补强性填料） （1）PCB非金属粉用于PVC排水管中 PCB非金属粉的主要成分是低溴化环氧树脂和玻璃纤维粉。从化学相容性来说它和PVC有一定的相容性，PCB非金属粉用于PVC中，其性能比碳酸钙有一定的性价比优势。我们在小试的基础上，在PVC挤出生产线上做了加工性能的工业化试验。在加入40份PCB非金属粉和40份碳酸钙的PVC管加工试验表明，加工性能良好，挤出的排水管表面光滑，优于轻钙做填料的产品表面。因PCB非金属粉的比重比碳酸钙轻碳酸钙2.71 PCB非金属粉1.5左右，挤出的管材比原来的制品轻10，总成本有所降低，使得产品在市场上具有一定的成本竞争优势。有关在PVC塑料制品方面应用的工艺配方还需要进一步的试验验证和完善。 （2）在PP、PE木塑制品（木塑托盘、建筑模板）中的应用 我们在木塑生产线上做了大量木塑型材挤出试验，试验塑料品种有PVC、PP、PE都取得了较好的试验效果，试验基础配方 塑料（PP、PE、PVC） 30 40 PCB非金属粉 20 60 木粉 0 60 轻钙 0 20 润滑剂 1 5 分散剂 1 5 其他助剂 5 10 试验设备单螺杆木塑挤出生产线 SJZ 锥形双螺杆木料挤出生产线， 试验表明加入PCB非金属粉的PE、PP挤出的VT复合托盘比普通木塑托盘的关键指标韧性、抗冲击性等关键指标有很大的提高。PCB非金属粉代替部分木粉（塑料PCB非金属粉木粉/404020）制得的复合木塑制品具有较理想的综合性能。试验表明全部用PCB非金属粉代替木粉制得的制品同样具有很高的刚性，这证明PCB非金属粉中的玻璃纤维起到木纤维同样的增强材料的功能，但因为PCB非金属粉中的玻璃纤维是与固化了的环氧树脂紧密结合在一起的复合颗粒，因此它和塑料有着很好相容性，而木塑制品中木粉与塑料的相容性一直是木塑制品性能不尽人意的关键因素之一。PCB非金属粉用于木塑制品中不仅仅是简单的代替了木粉，在不提高产品成本的情况下还找到了一种大大提高制品性能的有效途径，具有了比一些传统填料难以达到的优势性能。使其制品能够满足市场的实际使用要求，其技术的推广应用，必将以其很好的性价比使得以塑代木真正成为现实。 四、PCB非金属粉在复合材料方面应用中存在的问题 因为PCB非金属粉与现有的各种填料体系有很大差别，没有现成应用的经验借鉴，我们也仅仅做了一些探索性的工作，还有很多问题需要今后进一步试验和完善。 PCB非金属粉作为填料在塑料制品方面应用的存在问题 （1） 分散性 PCB非金属粉本身颗粒范围只有 3～10微米，但其本身具有很大的团聚倾向，在生产实践中，粉体过100目筛都很困难。在生产过程中尽管强化了物料的分散工艺，制得的制品中还是存在明显的未分散开的PCB非金属粉颗粒，这对要求制品的机械性能有着很大的不利影响。寻找高效的分散剂是今后研究的重点途径。 （2） 颜 色 PCB非金属粉具有热敏感性经过高温加工的制品颜色会变深，对PVC落水管穿线管这样的大宗制品，虽然使用PCB非金属粉的制品成本性能都有一定的优势但因为市场上都是白色的制品，对于人们有色制品大多数都是回收料制得的低性能制品的习惯认识，这对其产品的推广应用是个很大的障碍。 （3） 模 具 现有生产试验表明，以PCB非金属粉为填料的PP、PE复合塑料体系是不同于现有填料的全新体系，其加工性能与传统的填料体系有很大的不同，因此需要开发专用的模具于之配套，但目前限于试验条件制约，对PCB非金属粉填料体系挤出过程中熔融流体的特性研究得很少，现在所用模具挤出速度很难提高，远远不能满足生产需要，模具的设计成为该技术推广应用的主要瓶颈之一。 五、结束语 PCB非金属粉作为一种功能性填料在类似木塑这样的特定制品方面的应用具有很好的发展前景。电子废弃物综合处理和资源化利用，是一项经济效益和社会效益紧密联系的研究工作。尽管我们在这方面取得了一些初步成果，但作为一个全新的技术，没有现成的经验可以借鉴，全面地认识它还需要一个过程，它的潜力有待发挥，它的应用有待开发。它存在的间题有待解决。但只要全社会全行业都努力和关注，相信会得到圆满的结果和良好的效益的。（联系作者E-）