塑料手機外殼材料的再利用方法
2023-05-21 11:49:46 3
專利名稱：塑料手機外殼材料的再利用方法
技術領域：
屬於廢棄電子產品資源回收再利用技術領域，以保障電子產業的無汙染可持續發展。
背景技術：
本發明是一種針對目前大量廢棄手機產生的塑料外殼研究開發的回收處理方法。世界上所有國家都面臨著廢舊電子產品回收再利用的問題。在電子電器產品中，手機是一種淘汰率非常高的通訊工具。雖然其設計使用壽命一般在七八年左右，但由於手機設計尺寸越來越小，功能越來越多，價格越來越低，人們更換手機的速度也就越來越快。統計顯示，全球移動用戶更換新手機的周期平均在2年左右，而在一些經濟較為發達的國家和地區，用戶更換手機的周期更短。尤其是我國手機市場正處於高速發展時期，當前手機保有量接近3億部，淘汰量估計每年6000萬部以上，作為資訊時代的高科技垃圾，廢舊手機引起了極大的處理危機。
手機有多種不同的品牌和型號，其外殼多數是用性能優良的工程塑料，如聚碳酸酯(PC)，或工程塑料合金(PC+ABS)製成。在殼體內側有標識(分別標識為「PC」或「PC+ABS」)。塑料外殼表面噴有各種顏色的塗層，還通常帶有各種附件(如金屬嵌件(銅、鐵、鋁等)、標籤、粘結劑等)。
作為電子垃圾的一部分，廢舊塑料手機外殼如果能夠採用合適的方法進行回收，將具有一定的經濟價值，但是如果處理不當將給環境帶來非常不利的影響，如採取填埋的方法，塑料外殼很難自然降解，如對其進行焚燒，燃燒不充分產生的氣體會對人體產生危害，同時也會對環境造成嚴重汙染。
目前國內還沒有手機外殼材料回收資源化處理的專利技術。相關的有聚碳酸酯塑料(PC)的回收(CN02817119.5聚碳酸酯回收利用的方法，
公開日2004年11月24日)，該專利處理的是低分子量聚碳酸酯殘渣、生產廢料、殘品、回收廢品以及類似聚碳酸酯物質，通過縮合技術製成較高分子量的材料及其應用。該專利的縮合方法是將聚碳酸酯在適當裝置中熔融，然後熔體餵入到按間歇或連續方式操作的適宜反應器裝置中，任選地加入雙酚或具有羥基基團的低聚碳酸酯並任選地加入酯交換催化劑，以及聚碳酸酯熔體在250～350℃的溫度範圍，在低於5mbar的壓力和0.02～4h的停留時間條件下進行熔融酯交換反應。
該專利中沒有涉及手機外殼的再利用技術，也沒有涉及塑料表面塗層的去除技術，同時該專利採用的是熱降解方法，工藝複雜，過程中的壓力、溫度及添加劑(催化劑)不容易控制，能耗高，並需要高溫高壓容器，屬於安全專業操作，同時反應產物為混合物，產物難以精確控制，最終製品性能不穩定或不容易控制。
發明內容
基於以上技術的弱點，本發明旨在發明一種低成本、環保型的塑料手機外殼回收處理方法。本方法的特點是充分考慮中國技術現狀和勞動力市場特點，首先去除手機外殼上金屬導線及黃銅嵌件，同時根據標識分揀成聚碳酸酯(PC)、工程塑料合金(PC+ABS)兩種不同的塑料，然後分別採用噴砂的方法，去除表面塗層及膠粘件，採用破碎機及篩分裝置進行破碎篩分，再利用重力分選法實現金屬和非金屬的有效分離，金屬單獨回收；經去除表面塗層及飾件後的非金屬塑料清潔後，可添加少量助劑，在一定溫度下擠出造粒或直接注塑成製品，製品性能優良。本方法生產效率高、回收材料性能好，成本低，排放少，汙染小。
本發明所提供的塑料手機外殼材料的再利用方法，其工藝流程見圖1，其特徵在於，包括以下步驟1)手工或機械去除手機外殼上金屬導線和黃銅嵌件；2)將上述塑料分揀為聚碳酸酯(PC)、工程塑料合金(PC+ABS)兩類；3)將分類後的塑料進行噴砂處理，去除表面塗層及膠粘件；4)噴砂後的塑料用氣流衝刷去除表麵粉塵和雜物；5)清潔後的塑料採用破碎法進行破碎，破碎後的碎粒利用重力分選或靜電分選將篩分後顆粒中的金屬和非金屬分開；6)採用熱分析法確定塑料的擠壓/注塑溫度，在該溫度下將塑料碎粒擠出造粒，或直接注塑成塑料製品。
上述步驟3)中噴砂氣流壓力為0.3～5MPa，砂粒粒徑2～5mm，噴砂時間5～60min；使用後的噴砂砂粒可採用風選或離心水旋法分離表面塗層及膠粘非金屬材料，將分離得到的表面塗層及膠粘非金屬材料進行焚燒或填埋無害化處理；風選法的風速1～100m/s；水旋法中粒子離心轉速10～1000rpm，停止離心旋轉後靜置時間1～60s；焚燒溫度＞1200℃，填埋符合危險廢棄物安全填埋要求。
上述步驟4)中使用的氣流可選擇氮氣或惰性氣體或壓縮空氣，氣流壓力為0.3～5MPa，氣流衝刷時間5～60min，為降低成本，可首選壓縮空氣；使用後的氣流通入水中，以避免粉塵排放；粉塵在水中沉澱，待沉積一定數量後，可濾去液體並乾燥後進行焚燒或填埋無害化處理，焚燒溫度＞1200℃，填埋符合危險廢棄物安全填埋要求，水可循環使用，成本較低。
上述步驟5)中可採用錘擊式或剪切式進行破碎，選擇破碎機篩網直徑2～5mm；水旋法中粒子離心轉速10～1000rpm，停止離心旋轉後靜置時間1～60s；靜電法中電選機箱體內空氣溫度40-60℃，相對溼度10-40％，電極電壓5～20kV，電極距離40-60mm，圓盤轉速5～100rpm；振動頻率2～50次/min，給料速率15-70kg/h。
上述步驟6)中在擠壓或注塑前加入的助劑，助劑包括抗氧化劑和/或增塑劑和/或著色劑，總助劑添加量為最終塑料製品總質量的0～20％；擠出溫度200℃～300℃，螺杆轉速8～15rpm；注塑溫度230～320℃，注射壓力50～150MPa，螺杆轉速20～150rpm。
本發明選擇方法的原理手機外殼材料一般均選用性能很好的工程塑料，主要有聚碳酸酯(PC)和工程塑料合金(PC+ABS)兩類，分別標識為「PC」或者「PC+ABS」，便於回收。這兩類塑料性能相近，可分類單獨處理，也可不分類而共混處理。本方法首先將塑料根據上述標識分類，可免去做進一步分析分離的工序及成本，同時有利於回收再生製品性能的穩定。
有的手機外殼上有金屬導線及黃銅嵌件，金屬導線易於手工拆除，拆除後在積累一定數量後集中交給專用部門進行處理；現有的黃銅嵌件多數含金屬鈹，鈹對人體有嚴重的毒害，因此在外殼用其他方法處理前，要拆除這些嵌件，避免造成汙染的擴散，同時拆除的金屬不會影響回收料的性能。
手機外殼由於功能的要求或裝飾、標識的要求，經常做了表面強化或彩色化，即表面含有塗層，約幾微米厚，塗層附著力很好，另外，各種飾件、標籤也經常出現，如果不清除，則嚴重影響製品的性能。若採取化學方法，一方面成本高，同時化學處理液也非常容易造成再次汙染或者為處理該處理液造成成本增加。採用噴砂是一種非常有效的表面處理方法，高速帶尖角的磨粒在高速流體(氣流/液流)帶動下高速打擊到試樣表面，衝擊磨削掉表面薄層並破壞膠粘層與基體的結合，從而可以非常有效地去除表面塗層和膠粘件，為再生產品的性能提供保障。同時由於是純機械作用，不會造成新的化學汙染，噴砂在密封隔音的容器中進行，產生的氣流可以通入水中除塵，不會造成粉塵汙染。噴砂件有時表面會吸附少量雜物，因此噴砂結束後，可以用潔淨的壓縮空氣將吸附雜物去除。
由於手機外殼用工程塑料性能優越，因此完全可以採用再生製品來消化這些材料。在保證擠出或注塑設備最大供給粒度的前提下，粉碎成可供擠出或注塑使用的顆粒大小，相對較短的粉碎時間，可儘量減少分子鏈的破壞，避免分子量大幅度下降造成力學性能的劣化，節省能耗。實驗證明，再生料的力學性能依然保持了原生料的50％以上，是非常好的塑性材料。由於個別外殼上帶有金屬薄片，在整件處理中很難用機械方法去除，而這些金屬夾雜若殘留在塑料中，一方面會大大降低再生產品的性能，同時會在擠出或注塑工藝中損壞螺杆，給設備和流程帶來很多影響，因此需要在粉碎後分選出來。由於嵌件多數為不鏽鋼等黑色金屬或銅等有色金屬，與塑料密度相差很大，因此很容易通過重力分選(如風選法)或靜電法將其分離開。通過差示掃描量熱儀或熱重儀，得到其玻璃化溫度及熔化溫度，從而確定其擠壓和注塑的工藝參數。
圖1本發明工藝流程具體實施方式
下面通過具體的處理實例，來說明本發明的效果。
實例1選擇塑料外殼內側標識有「PC+ABS」的工程合金塑料1kg，手工去除金屬引線和嵌入的黃銅螺孔，將手機外殼放入噴砂箱內進行表面噴砂，氣流壓力0.5MPa，砂粒粒徑5mm，時間30min，表面顏料塗層及膠粘件均脫落並混入砂粒中，經風選(風速10m/s)收集後在1300℃下焚燒；將無表面塗層的塑料取出，並用壓縮空氣(氣流壓力0.5MPa)吹除表面雜物後，進入粉碎機中進行粉碎，選擇篩網直徑5mm，並通過風選(風速30m/s)，將外殼中的金屬分離，金屬主要為不鏽鋼，非金屬則為工程塑料合金(PC+ABS)。將塑料碎粒裝入擠出造粒機造粒，擠出溫度240℃，螺杆轉速8rpm，得到的塑料粒表面光滑；將得到的塑料粒置入注塑機內注塑成標準試樣，注塑溫度250℃，注射壓力80MPa，螺杆轉速30rpm。所得試樣質地均勻，測試標準試樣的力學性能，其抗拉強度和彎曲強度與PC原生材料相近，延伸率和衝擊韌性為原生料的50％以上，屬於性能優良的工程塑料。
表1實例1和原生料(資料)的力學性能對比
實施例2選擇外殼內側標識「PC」的聚碳酸酯塑料1kg，機械切割去除含有金屬引線和嵌入的黃銅螺孔，將手機外殼放入噴砂箱內進行表面噴砂，選擇氣流壓力1.0MPa，砂粒粒徑3mm，時間30min，表面顏料塗層及膠粘件均脫落並混入砂粒中，經水旋法(粒子離心轉速100rpm，停止離心旋轉後靜置時間20s)後收集，在1300℃焚燒爐中焚燒，沒有環境汙染；將無表面塗層的塑料取出，並用壓縮空氣(氣流壓力1.0MPa)吹除表面雜物後，進入粉碎機中進行粉碎，選擇篩網直徑2mm，採用靜電法將外殼中的金屬分離，電選機箱體內空氣溫度45-50℃，相對溼度16-28％，電極電壓10kV，電極距離50mm，圓盤轉速13rpm；振動頻率20次/min；給料速率30kg/h，金屬與非金屬的分離達到90％以上，分選的金屬主要為不鏽鋼，非金屬則為PC。直接將塑料碎料置入注塑機中在270℃、注射壓力100MPa、螺杆轉速50rpm下注塑成標準試樣，試樣質地均勻，測試標準試樣的力學性能，其抗拉強度和彎曲強度與PC原生材料相近，延伸率為原生料的44％，衝擊韌性達到了原生料的衝擊韌性值，依然屬於性能優良的工程塑料。
表2實例2和原生料(實驗室測試)的力學性能對比
權利要求
1.一種塑料手機外殼材料的再利用方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟1)手工或機械去除塑料手機外殼上的金屬導線和黃銅嵌件；步驟2)將上述塑料分揀為聚碳酸酯、工程塑料合金兩類；步驟3)將分類後的塑料進行噴砂處理，去除表面塗層及膠粘件；步驟4)噴砂後的塑料用氣流衝刷去除表麵粉塵和雜物；步驟5)清潔後的塑料採用破碎法進行破碎，破碎後的碎粒利用重力分選或靜電分選將金屬和塑料分開；步驟6)採用熱分析法確定塑料的擠壓/注塑溫度，在該溫度下將塑料碎粒擠出造粒，或直接注塑成塑料製品。
2.根據權利要求1所述的塑料手機外殼材料的再利用方法，其特徵在於，其步驟3)中噴砂氣流壓力為0.3～5MPa，砂粒粒徑2～5mm，噴砂時間5～60min；使用後的噴砂砂粒採用風選或離心水旋法分離表面塗層及膠粘非金屬材料，將分離得到的表面塗層及膠粘非金屬材料進行焚燒或填埋無害化處理；風選法的風速1～100m/s；水旋法中粒子離心轉速10～1000rpm，停止離心旋轉後靜置時間1～60s。
3.根據權利要求1所述的塑料手機外殼材料的再利用方法，其特徵在於，其步驟4)中使用的氣流選擇氮氣或惰性氣體或壓縮空氣，氣流壓力為0.3～5MPa，氣流衝刷時間5～60min；使用後的氣流通入水中，粉塵在水中沉澱，濾去液體並乾燥後進行焚燒或填埋無害化處理。
4.根據權利要求1所述的塑料手機外殼材料的再利用方法，其特徵在於，其步驟5)中採用錘擊式或剪切式進行破碎，選擇破碎機篩網直徑2～5mm；水旋法中粒子離心轉速10～1000rpm，停止離心旋轉後靜置時間1～60s；靜電法中電選機箱體內空氣溫度40-60℃，相對溼度10-40％，電極電壓5～20kV，電極距離40-60mm，圓盤轉速5～100rpm；振動頻率2～50次/min，給料速率15-70kg/h。
5.根據權利要求1所述的塑料手機外殼材料的再利用方法，其特徵在於，其步驟6)中在擠壓或注塑前加入助劑，助劑包括抗氧化劑和/或增塑劑和/或著色劑，總助劑添加量為最終塑料製品總質量的0～20％；擠出溫度200℃～300℃，螺杆轉速8～15rpm；注塑溫度230～320℃，注射壓力50～150MPa，螺杆轉速20～150rpm。
全文摘要
塑料手機外殼材料的再利用方法屬廢棄電子產品回收再利用領域，以保障電子產業的無汙染可持續發展。目前還沒有手機外殼材料回收資源化處理的專利。本方法充分考慮中國技術現狀和勞動力市場特點，首先去除手機外殼上金屬導線及黃銅嵌件，同時根據標識分揀成聚碳酸酯(PC)、工程塑料合金(PC+ABS)兩種不同的塑料，然後分別採用噴砂的方法，去除表面塗層及膠粘件，採用破碎機及篩分裝置進行破碎篩分，再利用重力分選法實現金屬和非金屬的有效分離，金屬單獨回收；經去除表面塗層及飾件後的非金屬塑料清潔後，可添加少量助劑，在一定溫度下擠出造粒或直接注塑成製品，製品性能優良。本方法生產效率高、回收材料性能好，成本低，排放少，汙染小。
文檔編號B09B3/00GK1836874SQ20061007863
公開日2006年9月27日 申請日期2006年4月29日 優先權日2006年4月29日
發明者夏志東, 毛倩瑾, 王素雲, 史耀武, 雷永平, 郭福, 李暘, 鍾濤興 申請人:北京工業大學