用廢pcb粉料製備的增強型脂塑複合板材及其製備方法
2024-02-03 12:26:15
用廢pcb粉料製備的增強型脂塑複合板材及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種用廢PCB粉料製備的增強型脂塑複合板材及其製備方法，脂塑複合板材包括如下重量百分含量的組分：20%～65%的電路板非金屬粉料、10%～30%的聚丙烯粉料、5%～30%的木粉、4%～8%的碳酸鈣粉末、0.1%～5%的偶聯劑以及1%～10%的助劑。在滿足脂塑複合板材產品性能的前提下，本發明通過選擇適當的偶聯劑和助劑，並控制各組分的重量百分含量，所製備的脂塑複合板材中電路板非金屬粉料和聚丙烯粉料添加量之和大於60%，資源利用率較高。
【專利說明】用廢PCB粉料製備的增強型脂塑複合板材及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種固體廢棄物綜合利用的方法，具體涉及一種用廢棄印刷電路板回收的非金屬粉料製備的增強型脂塑複合板材以及該增強型脂塑複合板材的製備方法。
【背景技術】
[0002]隨著信息技術迅猛發展，電子廢棄物(Waste Electric and Electronicequipment, WEEE)產量不斷上升，廢棄印刷電路板(Printed Circuit Boards, PCBs)作為WEEE重要組分，據估計，我國每年需要處理PCBs大約在50萬噸以上並且以22%速度增長。目前廢棄PCBs的回收技術注重於有價金屬的回收，而對其中含量達70%以上的非金屬材料沒有進行利用，由於這些非金屬材料中包括大部分的環氧樹脂及少量的骨架材料玻璃纖維等，化學穩定性較高，在自然環境中不易降解，因此若不能妥善處理這些非金屬材料，不僅會造成大量資源的損失，而且會對環境產生嚴重的危害。如能實現廢棄PCBs處理及資源化，既能解決環境汙染問題，又能實現金屬及非金屬的有效回收，將對我國PCBs行業的可持續發展有著重要意義。
[0003]廢棄PCBs中的非金屬材料如環氧樹脂具有優異的粘結性能、耐磨性能、力學性能、電絕緣性能、化學穩定性能、耐高低溫性能；若能充分利用的話，不僅解決了廢棄PCBs的再生利用問題，而且也保證再生產品的性能要求。
[0004]關於廢棄PCBs的非金屬材料的再生利用，將其作為填料應用於建築材料、再生板材等是其無害化處理利用的主要途徑。
[0005]例如有企業利用從廢棄PCBs中收集的廢樹脂粉末生產複合材料標準磚、多孔磚和砌塊技術。例如江蘇省蘇州某企業利用廢樹脂粉末生產複合材料標準轉、多孔磚和砌塊，將環氧樹脂粉末與水泥、白泥、粉煤灰、石米渣、激發劑增強硬度等各種輔料混合，通過配料、攪拌、成型等簡單工序，製成成品標準磚、多孔磚和砌塊。該資源化利用技術簡單，產品安全無毒，投入成本小，但該技術環氧樹脂添加量不大，添加量在12%左右。
[0006]除上述磚塊外，也可利用從廢棄PCBs中收集的環氧樹脂粉末生產高強防火屋面板、鋪路材料或人造木材。其中利用環氧樹脂粉生產高強防火屋面板不改變原有防火屋面板生產工藝，只是改變生產原料配方。原生產原料主要為氧化鎂、碳酸鈣、生石灰、刨花木屑等，在該資源化利用技術中，用不超過10%的環氧樹脂粉末替代部分刨花木屑；產出的防火屋面板強度、不燃性、保溫係數、撓度、荷載等基本指標不發生改變，但是重量變重，而且廢環氧樹脂粉末在產品中的投加量小，不超過10%。
[0007]就目前而言,作為填料使用的廢棄PCBs的非金屬材料填充比例低,一般為20%以下，若大幅提高非金屬材料的填充比例，存在再生產品檔次不高的問題，產品性能不能滿足拉伸強度、衝擊強度、抗彎曲等規定要求。
[0008]為了提高廢棄PCBs的非金屬材料的使用量，中國專利文獻CN 102152373 B(申請號201010615117.2)公開了一種利用廢電路板粉合成的零碳木質纖維環保板材的製造工藝，所述環保板材的壓制原料包括I~69份電路板回收粉，I~70份木質纖維粉，I~20份交聯劑，I~10份防水劑，I~12份碳絲纖維；製造工藝如下:對電路板回收粉篩選並磁吸金屬殘渣後乾燥處理，準備碳質纖維粉，將電路板回收粉與碳質纖維粉按比例混合攪拌均勻，按比例添加加工助劑再次均勻混合得到混合原料，所述加工助劑包括交聯劑、防水劑、碳絲纖維，所述交聯劑為脲醛樹脂或酚醛樹脂溶膠；將混合原料進行成型壓制，壓制完畢進行翻板及風冷處理，檢測合格後入庫。該法主要原料為印刷電路板非金屬粉和木質纖維粉。
[0009]中國專利文獻CN 101555356 B (申請號200910039508.1)公開了一種利用廢PCB板粉與樹脂纖維合成的炭化環保板材，板材包括重量比如下的組分:20~40份塑料，50~70份廢棄電路板回收粉，10~20份活性碳酸鈣，I~2份分散劑，2~3份偶聯劑，I~3份硬酯酸鋅，0.5~1.5份氯化石蠟，1份陽離子表面活性劑，0.3~1份抗氧劑，I~2份阻燃劑，1份除味劑，1.5份耐溫劑，0.5份殺菌防黴劑；其中塑料是包括PE或PP或PVC或PS或ABS或酚醛樹脂或脲醛樹脂中的至少一種材料。該法所使用的助劑種類較多，增加原料成本和生產工藝步驟；另外碳酸鈣為改性後的碳酸鈣粉體，改性處理是以活性碳酸鈣為基料，採用多功能表面活性劑和複合型高效加工助劑，對無機粉體表面進行改性活化處理而成。碳酸鈣填充量一般為25%~50%，有的製品甚至填充超過50%，碳酸鈣的大量使用擠佔了廢棄電路板回收粉及塑料的使用量。採用改性碳酸鈣也增加了工藝步驟和生產成本。
[0010]中國專利文獻CN 103087458 A(申請號201310044154.6)公開了一種廢印刷電路板/ABS樹脂複合材料及其製備方法，複合材料包括非金屬粉、ABS樹脂、矽烷偶聯劑KH-560和複合加工助劑，印刷電路板非金屬粉與ABS樹脂的重量比為(10~30): (70: 90)，矽烷偶聯劑101-560佔印刷電路板非金屬粉的0.8: 1.2wt%0該法相對於上兩份專利印刷電路板非金屬粉的添加量較小。
【發明內容】
[0011]本發明所要解決的 第一個技術問題是提供一種用廢PCB回收的非金屬粉料製備的增強型脂塑複合板材；本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種前述增強型脂塑複合板材的製備方法。
[0012]實現本發明第一目的的技術方案是一種用廢PCB粉料製備的增強型脂塑複合板材，包括如下重量百分含量的組分:20%~65%的電路板非金屬粉料、10%~30%的聚丙烯粉料、5%~30%的木粉、4~8%的碳酸鈣粉末、0.1%~3%的偶聯劑以及1%~10%的助劑；所述助劑包括粘合劑、增塑劑、潤滑劑和改性劑。
[0013]所述助劑中的粘合劑為萜烯樹脂，粘合劑的添加量佔助劑總質量的12%~30% ;所述助劑中的增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯，增塑劑的添加量佔助劑總質量的15%~25% ;所述助劑中的潤滑劑為硬脂酸、石蠟、PE蠟、氧化PE蠟、硬脂酸鹽、單甘脂、PETS、EBS中的一種，潤滑劑的添加量佔助劑總質量的15%~30% ;所述助劑中的改性劑為馬來酸酐接枝聚乙烯，改性劑佔助劑總質量的20%~50%。
[0014]所述偶聯劑為KH550矽烷偶聯劑。
[0015]實現本發明第二目的的技術方案是上述的脂塑複合板材的製備方法，包括以下步驟:
①將廢PCB或者PCB製作的邊角料等材料進行粉碎，粉碎後用振動器篩選分離金屬粉料和非金屬粉料，篩選後得到的非金屬粉料進一步進行磁吸，磁吸得到的電路板非金屬粉料乾燥後待用。
[0016]②選用廢電纜回收銅後剩下的廢聚丙烯花線皮或者廢舊家電回收得到的聚丙烯塑料件，用塑料磨粉機磨製成40目~80目的聚丙烯粉料待用。
[0017]③將木材纖維粉碎研磨使木質纖維變成70目~110目的木粉待用。
[0018]④稱取步驟①準備的電路板非金屬粉料、步驟②準備的聚丙烯粉料、步驟③準備的木粉、碳酸鈣粉末、KH550矽烷偶聯劑以及助劑待用；⑤將步驟④稱取的木粉、電路板非金屬粉料、碳酸鈣粉末、偶聯劑、聚丙烯粉料以及助劑混合均勻得到模壓料。
[0019]⑥首先準備模具，清潔模具表面後將模具預熱到成型溫度，並在模具表面鋪裝脫模材料；然後將混合原料均勻等速餵料送入鋪裝系統，送掃平輥把原料攤平，混合原料進入預壓機後壓制為統一厚度的板坯，由輸送帶送去縱橫修邊後，輸送至熱壓機對板材進行成型加壓；脫模後得到脂塑複合板材。
[0020]上述步驟⑥中成型加壓時成型中模具的上模板溫度為120°C~150°C，下模板為180°C~190°C，壓力為100 Mpa~150Mpa，模壓成型時間為5~20分鐘。[0021]上述步驟⑤準備模壓料時，先將步驟④稱取的電路板非金屬粉料、木粉、碳酸鈣粉末投入密閉混料機內攪拌均勻，再向密閉混料機中投入偶聯劑，攪拌均勻後投入聚丙烯粉料，再次攪拌均勻後向其中加入助劑，再次攪拌均勻得到模壓料。
[0022]上述步驟④稱取的助劑中，粘合劑為萜烯樹脂，粘合劑的添加量佔助劑總質量的12%~30% ;增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯，增塑劑的添加量佔助劑總質量的15%~25% ;潤滑劑為硬脂酸、石蠟、PE蠟、氧化PE蠟、硬脂酸鹽、單甘脂、PETS、EBS中的一種，潤滑劑的添加量佔助劑總質量的15%~30% ;改性劑為馬來酸酐接枝聚乙烯，改性劑佔助劑總質量的20% ~50%ο
[0023]本發明具有積極的效果:(I)在滿足增強型脂塑複合板材產品性能(拉伸強度、衝擊強度、抗彎曲、防火、密度、伸縮性)的前提下，本發明通過選擇適當的偶聯劑和助劑，並控制各組分的重量百分含量，所製備的增強型脂塑複合板材中廢印刷電路板非金屬粉料添加量為20%~65%，聚丙烯粉料添加量為10%~30%，廢電路板非金屬粉料和聚丙烯粉料的添加量之和超過60%，因此PCB非金屬粉料和聚丙烯粉料的利用率較高。此外所用的聚丙烯粉料是將廢電纜回收銅後剩下的聚丙烯花線皮粉碎得到的粉料，或者是將廢舊家電回收得到的聚丙烯塑料經粉碎後得到的粉料，因此脂塑複合板材廢品利用率高；與之對應的，木粉添加量可低至5%左右，節省了木材資源。
[0024](2)由於廢PCB非金屬材料中的組分是大部分的環氧樹脂及少量的骨架材料玻璃纖維，本發明的脂塑複合板材中廢PCB非金屬材料的添加量高，相應的脂塑複合板材中玻璃纖維的含量也會較高，因此本發明所製備的脂塑複合板材的韌性、抗衝擊性能得到增強，因此將本發明的脂塑複合板材稱為增強型脂塑複合板材。
[0025](3)本發明在製備脂塑複合板材時所採用的生產工藝清潔環保，工藝溫度不高於180°C，能耗低；由於廢電路板非金屬粉料在本發明加工前已經用於製作樹脂產品，在製備脂塑複合板材時不會再產生有毒有害氣體，無環境風險；製備過程中所產生的少量粉塵進行除塵處理，實現汙染零排放。
[0026](4)本發明的製備脂塑複合板材的工藝流程簡單，投加的輔料成本低。
[0027](5)本發明製備的脂塑複合板材每噸產效益3500元。【具體實施方式】
[0028] (實施例1、脂塑複合板材及其製備方法)
本實施例的用廢PCB粉料製備的脂塑複合板材包括如下重量百分含量的組分:20%~65%的電路板非金屬粉料、10%~30%的聚丙烯粉料、5%~30%的木粉、4%~8%的碳酸鈣粉末、0.1%~3%的偶聯劑以及1%~10%的助劑。
[0029]所述電路板非金屬粉料是將廢棄印刷電路板機械破碎後提取了金屬後剩下的粉料，電路板非金屬粉料的粒度為50目~120目。電路板非金屬粉料中包括大部分的環氧樹脂及少量的骨架材料玻璃纖維。
[0030]所述聚丙烯粉料是將廢電纜回收銅後剩下的聚丙烯花線皮，或者是將廢舊家電回收後的聚丙烯塑料，用塑料磨粉機磨製成的40目~80目的粉狀粒料。
[0031]所述木粉含水率為8%，粒度為70目~110目；準備時將生產中密度纖維板用的木材纖維在室內自然堆放5個月後，測其含水率為8%時製成粉末。木粉的粒度為70目~110目。
[0032]所述碳酸鈣粉末的粒度為1250目~3000目。
[0033]所述偶聯劑為KH550矽烷偶聯劑(CAS號:919-30_2);本實施例選用的是美國聯碳公司的牌號為A-1100的KH550矽烷偶聯劑。
[0034]所述助劑包括粘合劑、增塑劑、潤滑劑和改性劑。
[0035]粘合劑為萜烯樹脂，粘合劑的質量佔助劑總質量的10%~40% (本實施例中為13%)。
[0036]增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯(D0P)，增塑劑的質量佔助劑總質量的15%~25% (本實施例中為20%)。
[0037]潤滑劑為硬脂酸、石蠟、PE蠟、氧化PE蠟、硬脂酸鹽、單甘脂、PETS、EBS中的一種。潤滑劑的質量佔助劑總質量的15%~30% (本實施例中為27%)。潤滑劑的多少影響到生產的穩定和連續生產周期，產品的表觀，產品的發泡和力學指標。
[0038]改性劑為馬來酸酐接枝聚乙烯，佔助劑總質量的20%~50% (本實施例中為40%)。
[0039]上述脂塑複合板材的製備方法包括以下步驟:
①將廢PCB或者PCB製作的邊角料等材料進行粉碎，粉碎後用振動器篩選分離金屬粉料和非金屬粉料，篩選後得到的非金屬粉料進一步進行磁吸，磁吸得到的電路板非金屬粉料乾燥後待用。所得到的非金屬粉料的粒度為50目~120目。
[0040]非金屬粉料乾燥時，控制乾燥爐內溫度為80°C，乾燥後電路板非金屬粉料的含水率為10%左右。
[0041]在對廢棄印刷電路板或者電路板製作的邊角料等材料破碎時，產生的粉塵由真空吸塵裝置抽除。
[0042]②選用廢電纜回收銅後剩下的廢聚丙烯花線皮，或者廢舊家電回收得到的聚丙烯塑料件，用塑料磨粉機磨製成40目~80目的聚丙烯粉料待用。聚丙烯粉料的含水率為8%~10%，自然通風。聚丙烯粉料也可以同時包含上述花線皮磨製得到的粉料和廢舊家電磨製得到的粉料。
[0043]③將生產中密度纖維板用的木材纖維在室內自然堆放5個月後，測其含水率為8%後進行粗破碎，然後在進行粉碎研磨使木質纖維變成70目~110目的木粉。
[0044]④稱取58.4kg步驟①準備的電路板非金屬粉料、16.1kg步驟②準備的聚丙烯粉料、18kg步驟③準備的木粉、4.8Kg的碳酸鈣粉末、0.4kg KH550矽烷偶聯劑以及2.3kg助劑。助劑中粘合劑:增塑劑:潤滑劑:改性劑=1: 1.5: 2: 3 (質量比)。
[0045]⑤先將步驟④稱取的電路板非金屬粉料、木粉、碳酸鈣粉末投入密閉混料機內攪拌均勻，再向密閉混料機中投入偶聯劑，攪拌均勻後投入聚丙烯粉料，再次攪拌均勻後向其中加入助劑，再次攪拌均勻得到模壓料。
[0046]⑥首先準備模具，清潔模具表面後將模具預熱到成型溫度，上模板為120°C，下模板為180°C ;在模具表面鋪裝脫模材料聚四氟乙烯薄膜後待用。
[0047]然後將混合原料均勻等速餵料送入鋪裝系統，送掃平輥把原料攤平，混合原料進入預壓機後壓制為統一厚度的板坯，由輸送帶送去縱橫修邊後，輸送至熱壓機對板材進行成型加壓；成型中模具的上模板溫度為120°C~150°C，下模板為180°C~190°C，壓力為100Mpa~150Mpa，模壓成型時間為5~20分鐘。脫模後得到脂塑複合板材。
[0048]將熱壓得到的脂塑複合板材按中密度板國家標準(GB/T 24137 ；GB/T 17657)要求加工成試件，並且檢測得其性能如下:靜曲強度>20Mpa，彎曲彈性模量>1800Mpa，衝壓剪切強度4.9Mpa，衝擊韌性9KJ/cm2，拉伸強度為39.66 Mpa。
[0049]本實施例製得的脂塑複合板材可用於木塑複合板材使用的場所，例如建材、家具、物流包裝等行業。
[0050](實施例2、用電路 板回收的非金屬粉料製備的脂塑複合板材)
本實施例的脂塑複合板材包括如下重量百分含量的組分:44%的電路板非金屬粉料、18%的聚丙烯粉料、30%的木粉、5%的碳酸鈣粉末、0.4%的偶聯劑以及2.6%的助劑。
[0051]本實施例按照實施例1的方法所製備的脂塑複合板材按中密度板國家標準(GB/T24137 ；GB/T 17657)要求加工成試件，並且檢測得其性能如下:靜曲強度>20Mpa，彎曲彈性模量>1800Mpa，衝壓剪切強度5.0 KJ/m2，拉伸強度為36MPa。
[0052](實施例3、用電路板回收的非金屬粉料製備的脂塑複合板材)
本實施例的脂塑複合板材包括如下重量百分含量的組分:65%的電路板非金屬粉料、20%的聚丙烯粉料、6%的木粉、5%的碳酸鈣粉末、2%的偶聯劑以及2%的助劑。
[0053]本實施例按照實施例1的方法所製備的脂塑複合板材按中密度板國家標準(GB/T24137 ；GB/T 17657)要求加工成試件，並且檢測得其性能如下:靜曲強度>20Mpa，彎曲彈性模量>1800Mpa，衝壓剪切強度6.8 KJ/m2,拉伸強度為42MPa。
[0054]本實施例的脂塑複合板材增加了電路板非金屬粉料和聚丙烯粉料的用量，減少了木粉用量，性能增強，節省了木材資源。
【權利要求】
1.一種用廢PCB粉料製備的增強型脂塑複合板材，其特徵在於包括如下重量百分含量的組分:20%~65%的電路板非金屬粉料、10%~30%的聚丙烯粉料、5%~30%的木粉、4~8%的碳酸鈣粉末、0.1%~3%的偶聯劑以及1%~10%的助劑；所述助劑包括粘合劑、增塑劑、潤滑劑和改性劑。
2.根據權利要求1所述的用廢PCB粉料製備的增強型脂塑複合板材，其特徵在於:所述助劑中的粘合劑為萜烯樹脂，粘合劑的添加量佔助劑總質量的12%~30% ;所述助劑中的增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯，增塑劑的添加量佔助劑總質量的15%~25% ;所述助劑中的潤滑劑為硬脂酸、石蠟、PE蠟、氧化PE蠟、硬脂酸鹽、單甘脂、PETS、EBS中的一種，潤滑劑的添加量佔助劑總質量的15%~30% ;所述助劑中的改性劑為馬來酸酐接枝聚乙烯，改性劑佔助劑總質量的20%~50%。
3.根據權利要求1所述的用廢PCB粉料製備的增強型脂塑複合板材，其特徵在於:所述偶聯劑為KH550矽烷偶聯劑。
4.一種如權利要求1所述的脂塑複合板材的製備方法，其特徵在於包括以下步驟: ①將廢PCB或者PCB製作的邊角料等材料進行粉碎，粉碎後用振動器篩選分離金屬粉料和非金屬粉料，篩選後得到的非金屬粉料進一步進行磁吸，磁吸得到的電路板非金屬粉料乾燥後待用； ②選用廢電纜回收銅後剩下的廢聚丙烯花線皮或者廢舊家電回收得到的聚丙烯塑料件，用塑料磨粉機磨製成40目~80目的聚丙烯粉料待用； ③將木材纖維粉碎研磨使木質纖維變成70目~110目的木粉待用； ④稱取步驟①準備的電路板非金屬粉料、步驟②準備的聚丙烯粉料、步驟③準備的木粉、碳酸鈣粉末、KH550矽烷偶聯劑以及助劑待用； ⑤將步驟④稱取的木粉、電路板非金屬粉料、碳酸鈣粉末、偶聯劑、聚丙烯粉料以及助劑混合均勻得到模壓料； ⑥首先準備模具，清潔模具表面後將模具預熱到成型溫度，並在模具表面鋪裝脫模材料； 然後將混合原料均勻等速餵料送入鋪裝系統，送掃平輥把原料攤平，混合原料進入預壓機後壓制為統一厚度的板坯，由輸送帶送去縱橫修邊後，輸送至熱壓機對板材進行成型加壓；脫模後得到脂塑複合板材。
5.根據權利要求4所述的脂塑複合板材的製備方法，其特徵在於:步驟⑥中成型加壓時成型中模具的上模板溫度為120°C~150°C，下模板為180°C~190°C，壓力為100 Mpa~150Mpa，模壓成型時間為5~20分鐘。
6.根據權利要求4所述的脂塑複合板材的製備方法，其特徵在於:步驟⑤準備模壓料時，先將步驟④稱取的電路板非金屬粉料、木粉、碳酸鈣粉末投入密閉混料機內攪拌均勻，再向密閉混料機中投入偶聯劑，攪拌均勻後投入聚丙烯粉料，再次攪拌均勻後向其中加入助劑，再次攪拌均勻得到模壓料。
7.根據權利要求4所述的脂塑複合板材的製備方法，其特徵在於:步驟④稱取的助劑中，粘合劑為萜烯樹脂，粘合劑的添加量佔助劑總質量的12%~30% ;增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯，增塑劑的添加量佔助劑總質量的15%~25% ;潤滑劑為硬脂酸、石蠟、PE蠟、氧化PE蠟、硬脂酸鹽、單甘脂、PETS、EBS中的一種，潤滑劑的添加量佔助劑總質量的15%~30% ;改 性劑為馬來酸酐接枝聚乙烯，改性劑佔助劑總質量的20%~50%。
【文檔編號】C08L63/00GK103834100SQ201310643945
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】程潔紅, 高洋 申請人:江蘇理工學院