廢舊手機(jī)電路板非金屬回收及在塑料中的再利用進(jìn)展

倪吉旭 ，劉洪軍 ，2

(1.蘭州理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，蘭州 730050；2.蘭州理工大學(xué)省部共建有色金屬先進(jìn)加工與再利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730050)

隨著科技的迅速發(fā)展，手機(jī)的更新?lián)Q代速度持續(xù)加快，與此同時(shí)，消費(fèi)者對(duì)新功能的需求也使得手機(jī)的更換頻率越來越快，導(dǎo)致手機(jī)的使用壽命大大縮短，從而產(chǎn)生了大量的廢舊手機(jī)。據(jù)估計(jì)2025年我國手機(jī)總量將超16.4億部，而每年廢舊手機(jī)丟棄的數(shù)量還會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)[1]。廢舊手機(jī)的重要組成部件是廢舊手機(jī)電路板，大量的非金屬材料集中在電路板中，據(jù)統(tǒng)計(jì)，1 t隨意收集的廢舊手機(jī)電路板中大約含有272 kg塑料[2]。由于廢舊手機(jī)電路板中的非金屬材料價(jià)值低，并且其中的玻璃纖維和樹脂難以加工并充分利用，使廢舊手機(jī)電路板中的非金屬材料很少被關(guān)注，往往進(jìn)行簡(jiǎn)單的焚燒或者填埋，這樣不但會(huì)造成資源的浪費(fèi)，而且傳統(tǒng)的焚燒會(huì)產(chǎn)生二惡英等有毒有害物質(zhì)，同樣填埋處理會(huì)使非金屬材料中的有害物質(zhì)進(jìn)入土壤和水體，對(duì)環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重威脅，所以科學(xué)有效地回收和再利用廢舊手機(jī)電路板中的非金屬材料對(duì)資源的循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

目前，廢舊手機(jī)電路板非金屬材料可回收作為塑料的填料，使其具有較高的回收價(jià)值。但是要實(shí)現(xiàn)有效的回收利用，需要對(duì)廢舊手機(jī)電路板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解，認(rèn)識(shí)其組成物質(zhì)的性質(zhì)和特點(diǎn)。筆者首先分析了廢舊手機(jī)電路板的結(jié)構(gòu)，然后綜述了廢舊手機(jī)電路板非金屬材料再利用技術(shù)的研究現(xiàn)狀和工藝特點(diǎn)，最后重點(diǎn)介紹了廢舊手機(jī)電路板非金屬材料作為增強(qiáng)體應(yīng)用于熱塑性和熱固性塑料的研究現(xiàn)狀。

1 廢舊手機(jī)電路板的非金屬材料

1.1 結(jié)構(gòu)組成

廢舊手機(jī)電路板主要由銅箔、玻璃纖維、固化樹脂等材料復(fù)合壓制而成[3]，為了高效回收利用玻璃纖維和環(huán)氧樹脂，了解廢舊手機(jī)電路板的結(jié)構(gòu)組成及非金屬材料的存在形式非常重要。手機(jī)電路板結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，內(nèi)部有多層玻璃纖維，玻璃纖維層一般由橫向纖維和縱向纖維交織而成，多層玻璃纖維層之間用固化樹脂粘結(jié)，縱橫交錯(cuò)的多層玻璃纖維使電路板具有較高的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及耐磨性。導(dǎo)電性較強(qiáng)的銅箔位于電路板的表面，與玻璃纖維之間也用固化樹脂粘結(jié)。

圖1 廢舊手機(jī)電路板結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 元素組成

組成廢舊手機(jī)電路板的銅箔層、玻璃纖維層、環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑和電子元件等，包含的元素種類較多，在進(jìn)行回收處理時(shí)，需要根據(jù)元素的分布和存在形式以及非金屬材料的物理化學(xué)特性選用合理高效的方法。筆者從市場(chǎng)中隨機(jī)購買廢舊手機(jī)電路板，破碎后用X射線熒光光譜儀分析了破碎產(chǎn)物的元素組成，結(jié)果如圖2所示。由圖2可見廢舊手機(jī)電路板中主要含有 Cu，Si，Br，Ca，Sn，Al和 Zn，另外還含有微量的 Ba，Ni，Mg，Pb，Ti，Sb，Mn，Cl和 Na等。金屬單質(zhì)元素主要是 Cu，Sn，含量分別是 28.62%，4.21%。Si，Ca，Al和Mg是構(gòu)成電路板中玻璃纖維的主要元素，含量分別達(dá)到了26.81%，14.78%，8.62%和0.95%，以氧化物的形式存在為主，主要是二氧化硅、氧化鈣、氧化鋁、氧化鎂等，玻璃纖維比較脆，容易破碎，但手機(jī)電路板中玻璃纖維層上下表面都與固化后的環(huán)氧樹脂粘結(jié)，破碎后玻璃纖維顆粒表面會(huì)殘留大量的環(huán)氧樹脂。Br元素含量為11.05%，主要來源于用于粘合玻璃纖維層及玻璃纖維層與銅箔層的環(huán)氧樹脂，其通常會(huì)與胺類固化劑反應(yīng)形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)從而起到固化作用，Br元素分布在一定程度上也代表了樹脂粘合劑在破碎產(chǎn)物中的分布[4]。蔣英[5]用能量色散型X射線熒光法檢測(cè)廢舊手機(jī)電路板中非金屬粉末，表明非金屬粉末中除C，H，O 元素外，還有 Br，Cu，Si，Ca，Pb和 Hg等元素，其中 Br含量占到了33.1%。

圖2 廢舊手機(jī)電路板元素組成

2 廢舊手機(jī)電路板中非金屬回收技術(shù)

廢舊手機(jī)電路板中非金屬部分主要是玻璃纖維和環(huán)氧樹脂，占總質(zhì)量的60%～70%[6]。處理廢舊手機(jī)電路板傳統(tǒng)的方法是將其焚燒或者填埋，焚燒時(shí)環(huán)氧樹脂等會(huì)產(chǎn)生二惡英等有毒物質(zhì)，填埋時(shí)含鹵素的阻燃劑和夾雜重金屬可能通過地下水的浸出而造成二次污染[7]。從另一角度，廢舊手機(jī)電路板的非金屬也具有再利用價(jià)值，比如作為填料制備各種復(fù)合材料，因此合理有效回收廢舊手機(jī)電路板的非金屬組分具有重要意義。目前廢舊手機(jī)電路板非金屬再利用技術(shù)主要有熱解法、化學(xué)法和物理法等。

2.1 熱解法

熱解法是一種在真空或惰性環(huán)境下，在密封容器內(nèi)高溫高壓、高溫低壓或者常壓下使廢舊手機(jī)電路板非金屬部分中有機(jī)物質(zhì)分解轉(zhuǎn)變成油氣進(jìn)行再利用的方法。熱解法的主要工藝流程如圖3所示。熱解產(chǎn)生的各組分中，熱解油可以作為化工原料或燃料[8]，熱解殘?jiān)械慕饘俸蜔o機(jī)材料可進(jìn)一步用于提取金屬和制備復(fù)合材料等。此外，熱解過程中殘余油及熱解氣體都具有一定熱值，這部分能量可以回收作為熱解過程中的熱源。

熱解處理過程中，廢舊手機(jī)電路板中溴化環(huán)氧樹脂內(nèi)鍵能比較弱的C—N鍵、C—C鍵斷裂，導(dǎo)致其三維結(jié)構(gòu)被破壞，環(huán)氧樹脂的溴化部分首先分解，形成小分子熱解氣體、溴化芳香類化合物等[9]。湛志華[10]分別探究了在真空條件和惰性條件下廢舊手機(jī)電路板非金屬材料的熱裂解特性，得到了最佳的熱裂解工藝條件(熱解密封容器壓力15 kPa、升溫速率30℃／min、熱解終溫500℃、保溫時(shí)間30 min、冷卻溫度-25℃)，結(jié)果表明環(huán)氧樹脂在真空條件下熱裂解所需的活化能比常壓惰性條件下低，并且最終在真空條件下熱解固態(tài)產(chǎn)物是玻璃纖維和熱解碳，熱解碳和玻璃纖維容易分離，回收的玻璃纖維比較完整可以作為復(fù)合材料的原料。彭紹洪等[11]利用熱解法處理廢舊電路板，發(fā)現(xiàn)熱解過程中溴化阻燃劑會(huì)分解產(chǎn)生HBr，因而提出用CaCO3吸附分離HBr的處理工藝，這種工藝不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，最終得到溴化鈣水溶液，產(chǎn)率高達(dá)86%，在合適的吸附條件下，這種工藝可使廢舊手機(jī)電路板中溴的回收率高于80%。

圖3 廢舊手機(jī)電路板中非金屬材料的熱解處理工藝流程

熱解法處理廢舊手機(jī)電路板中的非金屬材料，可以進(jìn)行熱解氣體和液體的再利用，有效減少二惡英等有毒物質(zhì)的產(chǎn)生，并且有較高的回收純化率，在廢棄物的減量化和資源化回收方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。但是熱解法對(duì)處理設(shè)備耐高溫和耐腐蝕的要求高，能量消耗大，投資成本較高。另外，如果熱解過程中廢氣處理不當(dāng)，將會(huì)產(chǎn)生溴化物等有毒物質(zhì)，對(duì)環(huán)境造成不必要的危害。

2.2 化學(xué)法

化學(xué)法是一種主要利用離子液體或超臨界流體等溶劑對(duì)廢舊手機(jī)電路板中的非金屬材料進(jìn)行再利用的方法。離子液體含有大量的有機(jī)陽離子和少量有機(jī)或無機(jī)的陰離子，構(gòu)成了惰性極性溶劑[12]，對(duì)有機(jī)物溶解能力強(qiáng)，具有較好的穩(wěn)定性，能實(shí)現(xiàn)環(huán)氧樹脂和玻璃纖維的分離。分離后的環(huán)氧樹脂(有機(jī)化合物)可用于再生樹脂復(fù)合材料的制備，玻璃纖維(無機(jī)化合物)可作為填料用于建筑材料的制備，從而達(dá)到資源化再利用的目的[13]。超臨界流體是一種新型有機(jī)溶劑，其溫度和壓力高于物質(zhì)的熱力學(xué)臨界點(diǎn)，可以破壞廢舊手機(jī)電路板中的環(huán)氧樹脂層，并且可以使其分解為小分子實(shí)現(xiàn)金屬和非金屬非分離[14]，其一般流程如圖4所示。

化學(xué)法使用有機(jī)溶劑處理廢舊電路板具有穩(wěn)定性好、溶解能力強(qiáng)等特點(diǎn)。Zhu Ping等[15]采用有機(jī)溶劑二甲基亞砜(DMSO)作為溶解劑分離處理廢舊手機(jī)電路板，研究發(fā)現(xiàn)這種有機(jī)溶劑可溶脹廢舊手機(jī)電路板，將廢舊電路板放置在60℃的DMSO溶解劑中浸泡45 min后，通過金相顯微鏡觀察到廢舊電路板發(fā)生了分層，浸泡210 min后，溴化環(huán)氧樹脂完全溶解，銅箔和玻璃纖維完全分離。H.R.Verma 等[16]研究了二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基乙酰胺(DMAc)對(duì)廢舊手機(jī)電路板的溶解過程，當(dāng)溫度由120℃升高到140℃時(shí)，DMAc顯示出比DMF高的樹脂溶解度，DMAc可使玻璃纖維和銅箔完全分離，并且DMAc這類有機(jī)溶劑可循環(huán)使用，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害。超臨界流體同樣可以高效溶解廢舊電路板。Xing Mingfei等[17]利用200～400℃的超臨界水溶解廢舊電路板，使溴化環(huán)氧樹脂快速有效地分解，其97.7%的Br以HBr的形式在水中富集，同時(shí)獲得了無Br油，其主要成分是58.5%的苯酚和21.7%的4-(1-甲基乙基)-苯酚，剩余殘?jiān)械牟ＡЮw維和銅箔可以非常容易地解離和再利用。

圖4 廢舊手機(jī)電路板中非金屬材料的超臨界流體處理工藝流程

化學(xué)法可以有效處理廢舊手機(jī)電路板中的非金屬材料，處理過程中能量消耗較少，并且可以通過化學(xué)反應(yīng)將有機(jī)物組分中的溴化環(huán)氧樹脂轉(zhuǎn)化，有效去除有毒物質(zhì)，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。但是化學(xué)法處理時(shí)間較長(zhǎng)，而且需對(duì)不同的有機(jī)物使用不同的溶劑，溶劑使用量較大，一些溶劑的價(jià)格較高。因此，用化學(xué)法對(duì)廢舊手機(jī)電路板中非金屬材料進(jìn)行再利用，未來需要進(jìn)一步開發(fā)環(huán)保、高效、低價(jià)且可循環(huán)使用的化學(xué)溶劑。

2.3 物理法

物理法是一種將廢舊手機(jī)電路板機(jī)械粉碎為細(xì)小顆粒，再利用重力分選或泡沫浮選回收再利用非金屬材料的方法。對(duì)于重力分選法，是利用廢舊手機(jī)電路板不同破碎產(chǎn)物存在明顯的密度差進(jìn)行回收；對(duì)于泡沫浮選法，是基于廢舊手機(jī)電路板破碎產(chǎn)物中金屬物料一般具有親水性而非金屬具有疏水性的原理，通過水基泡沫浮選，合理制定浮選工藝，還可以根據(jù)目標(biāo)回收物料添加捕收劑、起泡劑等添加劑，提高浮選效率，從而高效回收廢舊手機(jī)電路板中的非金屬材料。物理法主要工藝流程如圖5所示。用物理法得到的非金屬材料主要由熱穩(wěn)定性較好的聚合物和玻璃纖維等構(gòu)成，可以作為填料用于再生復(fù)合材料的制備[18]。

重力分選操作簡(jiǎn)單，成本較低。廢舊電路板破碎產(chǎn)物需要采用水、重液或重懸浮液進(jìn)行分選，而破碎顆粒在液體中沉降行為與其本身顆粒大小和密度大小有著極為緊密的關(guān)聯(lián)。破碎產(chǎn)物中區(qū)別不同物料的最明顯物理性質(zhì)是密度，廢棄電路板中金屬單質(zhì)Cu的密度為8.96 g／cm3，金屬單質(zhì)Sn的密度為7.168 g／cm3，固化后的環(huán)氧樹脂的密度為1.6～2.3 g／cm3，玻璃纖維的密度為 2.4～2.76 g／cm3，因此可以利用破碎產(chǎn)物中不同物料的密度差制訂合理的密度分選工藝，有效分離出金屬富集體。有研究者采用了Falcon高效離心分選機(jī)分離出了廢舊電路板中的金屬材料和非金屬材料[4]，F(xiàn)alcon離心分選機(jī)的轉(zhuǎn)鼓有分層區(qū)和分選區(qū)，當(dāng)轉(zhuǎn)鼓以一定轉(zhuǎn)動(dòng)頻率轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生較大的離心加速度，能達(dá)到重力加速度的300倍，破碎產(chǎn)物會(huì)通過分層區(qū)到達(dá)分選區(qū)，在反沖水的作用下，密度小的非金屬物質(zhì)會(huì)與密度大的金屬物質(zhì)分離。

圖5 廢舊手機(jī)電路板中非金屬材料的物理法處理工藝流程

泡沫浮選法可以利用廢舊電路板破碎產(chǎn)物中不同物料的親水疏水特性進(jìn)行非金屬的回收，是一種非常具有發(fā)展前景的機(jī)械物理回收方法。廢舊電路板破碎產(chǎn)物中解離的金屬物料一般具有親水性，而非金屬具有疏水性，因此可以通過將破碎物料分散在水中，合理利用破碎產(chǎn)物的親水疏水特性有效分離金屬物料和非金屬物料。為了強(qiáng)化不同種類物料顆粒的表面特性差異，還可以添加捕收劑、起泡劑等添加劑，疏水顆粒選擇性的吸附在氣泡上并上浮，親水性物料則由于自身重力大于浮力而下沉，從而可以通過浮選工藝回收金屬富集體[8]。C.R.Flores等[19]研究表明，廢舊電路板非金屬物料的接觸角與體系溫度和起泡劑的濃度有關(guān)，升高體系溫度或增加起泡劑的濃度都可以增加非金屬的接觸角，有效回收廢舊手機(jī)電路板中的非金屬材料。

機(jī)械物理法主要優(yōu)點(diǎn)是污染小、成本低，分選系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單等，這種方法對(duì)不同物料的高效分離有助于降低后續(xù)處理的難度。但是機(jī)械物理法很難使廢舊電路板中的非金屬完全分離和提純，這種回收方法大多只能回收得到非金屬富集體，經(jīng)常還含有一些經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的金屬，直接用于再生產(chǎn)品的制備會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，而且非金屬富集體的團(tuán)聚效應(yīng)不利于再生產(chǎn)品制備過程中的分散，影響產(chǎn)品性能。因此，如何有效地分離金屬富集體和非金屬富集體以及提高再生產(chǎn)品制備過程中微細(xì)非金屬粉末的分散性是物理法目前需要解決的問題。

3 廢舊手機(jī)電路板中非金屬材料再利用

根據(jù)上述方法可以回收得到廢舊手機(jī)電路板中的非金屬材料，其主要含有玻璃纖維和環(huán)氧樹脂，可以作為塑料和建筑材料中的增強(qiáng)體[20]。如謝俊等[21]將廢舊電路板中的非金屬材料作為增強(qiáng)體摻入到混凝土和砂漿中，當(dāng)添加量為16.5%時(shí)，混凝土的3 d早期強(qiáng)度為7.25 MPa，提高了22%，對(duì)砂漿28 d抗壓強(qiáng)度也有所提高。回收的廢舊手機(jī)電路板中的非金屬材料更廣泛的應(yīng)用是作為增強(qiáng)填料應(yīng)用到塑料中。電路板非金屬材料中的玻璃纖維是一種良好的高分子補(bǔ)強(qiáng)材料，可以顯著改善塑料的力學(xué)性能，而環(huán)氧樹脂具有良好的化學(xué)惰性，另外，少量的固化劑等材料添加到高分子基體中，也會(huì)賦予材料良好的熱穩(wěn)定性、阻燃性、成核性等[22]。廢舊手機(jī)電路板中的非金屬材料可以作為增強(qiáng)體加入聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、尼龍(PA)[23]等熱塑性塑料和環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯[24]等熱固性塑料中，有效提高塑料材料的性能。

3.1 在熱塑性塑料中的應(yīng)用

常用的熱塑性塑料主要有PP，PVC和PE等，可以將回收的廢舊手機(jī)電路板非金屬材料加入這些材料中起到填充補(bǔ)強(qiáng)作用。

PP具有低毒性、優(yōu)良的電絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性，而力學(xué)性能一般，Zheng Yanhong等[25]將廢舊手機(jī)電路板中的非金屬材料經(jīng)過偶聯(lián)劑改性后加入到PP中，探究了加入不同粒徑和不同添加份數(shù)的電路板非金屬材料對(duì)PP力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，隨著電路板非金屬材料粒徑減小，PP復(fù)合材料的力學(xué)性能逐漸提高，隨著電路板非金屬材料添加份數(shù)的增加，力學(xué)性能也進(jìn)一步改善，其中，拉伸強(qiáng)度、拉伸彈性模量、彎曲強(qiáng)度、彎曲彈性模量的最大增量分別為28.4%，62.9%，87.8%和133.0%。邵單單等[26]將廢舊電路板非金屬材料加入到PP中，并且將馬來酸酐作為相容劑，制備出了PP復(fù)合材料，研究了其熱分解過程，結(jié)果表明，馬來酸酐的加入使PP復(fù)合材料的熱失重率降低且分解緩慢，提高了PP復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，并且，隨著廢舊電路板非金屬材料含量的增加，PP復(fù)合材料的最大分解速率溫度逐漸增加。熊煦等[27]將廢舊電路板非金屬材料加入到PP中制備了PP復(fù)合材料，研究了PP復(fù)合材料的熱分解動(dòng)力學(xué)，結(jié)果表明，廢舊電路板非金屬材料的加入可以明顯提高PP復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，當(dāng)廢舊電路板非金屬材料用量為50%時(shí)，PP復(fù)合材料的熱分解速率溫度(472.7℃)與純PP (451.4℃)相比提高了21.3℃，PP復(fù)合材料的活化能與純PP相比提高了44.8%。Tian Shenghui等[28]將廢舊電路板非金屬材料作為增強(qiáng)填料制備PP復(fù)合材料，研究表明當(dāng)廢舊電路板非金屬材料添加量為30%時(shí)，PP復(fù)合材料的活化能最高。并且暴露在紫外線的純PP表現(xiàn)出最差的耐候性，其拉伸強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度的保留率僅為70.6%和59.6%，而暴露在紫外線下，加入廢舊電路板非金屬材料可以有效提高PP復(fù)合材料的力學(xué)性能。

PVC具有防腐、阻燃、抗化學(xué)腐蝕及較好的綜合力學(xué)性能，將廢舊手機(jī)電路板中的非金屬材料加入到PVC中可以提高其拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。羅瑋等[29]將廢舊電路板中的非金屬材料加入到PVC中，采用熔融共混的方法制備了PVC復(fù)合材料，研究了電路板非金屬材料的用量、環(huán)氧樹脂用量和電路板非金屬材料粒徑大小對(duì)PVC復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，添加30份的電路板非金屬材料，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和彎曲強(qiáng)度分別增大了12%，26%，19%；同時(shí)添加30份的電路板非金屬材料和5份的環(huán)氧樹脂，復(fù)合材料的的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和彎曲強(qiáng)度分別增大了18%，29%，20%。R.K.Das等[30]將廢舊電路板中的非金屬材料作為填料應(yīng)用到PVC中，分析了PVC復(fù)合材料的力學(xué)性能和熱性能，結(jié)果表明，PVC復(fù)合材料的硬度、剛度、耐磨性和熱穩(wěn)定性得到了顯著提高。

PE無毒無味且化學(xué)穩(wěn)定性好，Yang Shuangqiao等[31]將廢舊手機(jī)電路板中的非金屬材料作為增強(qiáng)填料加入到高密度聚乙烯(PE-HD)中，研究了PE-HD復(fù)合材料的斷面形貌、力學(xué)性能和熱氧老化性能，結(jié)果表明，電路板非金屬材料可以提高PE-HD復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐熱性能，而電路板非金屬材料對(duì)PE-HD復(fù)合材料的老化有惡化的影響，因?yàn)殡娐钒宸墙饘俨牧现袣埩袅松倭拷饘巽~，可以加速PE-HD的老化降解，但殘余的少量阻燃劑等可以起到防老化效果。田生慧[32]將廢舊電路板非金屬材料作為填料用于改性PEHD，研究了電路板非金屬材料粒徑和用量對(duì)PE-HD塑料結(jié)構(gòu)和性能的影響，結(jié)果表明，電路板非金屬材料粒徑為250 μm (60目)時(shí)，復(fù)合材料的各項(xiàng)力學(xué)性能均保持在平均值以上，綜合性能較優(yōu)，電路板非金屬材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%、次磷酸鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí)，PE-HD復(fù)合材料的阻燃性能明顯改善。

PA無毒質(zhì)量較輕，耐磨性極好，鄭夏蓮等[33]對(duì)廢舊電路板中的非金屬材料表面處理后，通過雙螺桿熔融共混制備了PA6／玻璃纖維(GF)復(fù)合材料，研究了不同電路板非金屬材料含量下，GF含量對(duì)PA6／GF復(fù)合材料性能的影響，結(jié)果表明，電路板非金屬材料與PA6質(zhì)量比為1／10，GF含量為PA6質(zhì)量的20%時(shí)，PA6／GF復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度為116 MPa，彎曲強(qiáng)度為205 MPa，缺口沖擊強(qiáng)度為18 kJ／m2。

3.2 在熱固性塑料中的應(yīng)用

熱固性塑料復(fù)合材料具有較高的比強(qiáng)度和比模量、良好的尺寸穩(wěn)定性和耐腐蝕性，其性能不僅與熱固性樹脂基體的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，也與增強(qiáng)體的種類和性能密切相關(guān)。Guo Jie等[34]將廢舊電路板中的非金屬材料利用熱壓成型機(jī)加入到不飽和聚酯中，制備了一種非金屬板材(NMP)，研究了廢舊手機(jī)電路板中非金屬材料的粒徑和添加量對(duì)NMP復(fù)合材料性能的影響，結(jié)果表明，當(dāng)電路板非金屬材料的粒徑小于0.07 mm、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，NMP復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度達(dá)到了68.8 MPa，沖擊強(qiáng)度達(dá)到了6.4 kJ／m2，可用于公園桌椅等制品。胡德超[35]將廢舊電路板中的非金屬材料應(yīng)用于室溫固化的不飽和聚酯樹脂中，研究了電路板非金屬材料粒徑和用量對(duì)不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料性能影響，結(jié)果表明，電路板非金屬材料粒徑減小可以提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，隨著電路板非金屬材料添加份數(shù)的增加，不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料體系的黏度逐漸增加，力學(xué)性能先增加后降低，而熱穩(wěn)定性得到了提升。Peng Mou等[36]將廢舊電路板中的非金屬材料應(yīng)用到環(huán)氧樹脂中，制備了NMP復(fù)合材料，研究了電路板非金屬材料用量對(duì)NMP復(fù)合材料性能影響，結(jié)果表明，當(dāng)電路板非金屬材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，NMP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度都優(yōu)于滑石粉作為填料所制備的板材，并且彎曲強(qiáng)度提高了近50%。柴頌剛[37]使用廢舊電路板非金屬材料增強(qiáng)環(huán)氧樹脂制備了NMP復(fù)合材料，研究了非金屬材料的用量對(duì)NMP復(fù)合材料性能的影響，結(jié)果表明，當(dāng)電路板非金屬材料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí)，NMP復(fù)合材料的徑向彎曲強(qiáng)度提高了17.2%。

綜上所述，將廢舊手機(jī)電路板中的非金屬材料作為填料制備塑料可以顯著提高其力學(xué)性能，并且具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：(1)實(shí)現(xiàn)廢舊手機(jī)電路板中的非金屬材料的高值化利用，減少了對(duì)資源的浪費(fèi)；(2)減少了塑料的用量，降低了塑料的成本；(3)廢舊手機(jī)電路板的非金屬材料含有大量的玻璃纖維，控制合適的添加量可以對(duì)塑料起到顯著的增強(qiáng)作用；(4)廢舊手機(jī)電路板的非金屬材料中含有部分較活潑的環(huán)氧基、羥基等，可以與其它填料進(jìn)行反應(yīng)從而賦予塑料優(yōu)異的性能。

4 結(jié)語

廢舊手機(jī)電路板中非金屬材料含量較高，目前非金屬材料的回收技術(shù)主要有熱解法、化學(xué)法和物理法等，熱解法可以將廢舊手機(jī)電路板中的非金屬材料熱解轉(zhuǎn)變成油氣和殘?jiān)M(jìn)行再利用，可以有效減少有毒有害物質(zhì)的產(chǎn)生，但是回收過程中能量消耗大投資成本高；化學(xué)法可以有效溶解廢舊手機(jī)電路板中的非金屬材料，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，但是溶劑的使用量較大，一些溶劑價(jià)格較高，并且需要處理回收過程中產(chǎn)生的廢水廢渣；物理法回收廢舊手機(jī)電路板中的非金屬是一種綠色環(huán)保的再利用工藝，并且分選系統(tǒng)簡(jiǎn)單，能源消耗少處理量大，但是分選回收只能得到非金屬的富集體，會(huì)含有部分有價(jià)金屬，用于制備再生復(fù)合材料會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。廢舊手機(jī)電路板非金屬材料作為填料可以制備低成本高性能的塑料，作為塑料的增強(qiáng)體可以顯著提高塑料的各項(xiàng)性能，目前已廣泛應(yīng)用于熱塑性塑料和熱固性塑料中，為廢舊手機(jī)電路板的綠色回收和高值化利用提供了一條新思路，對(duì)環(huán)境保護(hù)和資源循環(huán)利用具有重要意義。