废弃电路板非金属材料中环氧树脂分离降解研究

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印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)几乎应用于所有的电子电器产品。随着电子产品更新换代的速率加快,其使用寿命缩短,致使废弃电路板(WPCB)的产生量飞速上升。WPCB中非金属成分(NWPCB)约占7080%,主要成分是玻璃纤维强化热固性树脂,是一种难以资源化利用的固体废弃物。如何将其有效处理且不造成二次污染,引起了全球性关注,但是目前国内外相关的研究基础十分薄弱。本文选取NWPCB粉末为研究对象,和反应溶剂一同添加到水热反应釜中进行实验,能有效对玻璃纤维和环氧树脂进行分离和回收且不产生二次污染。本文的研究工作内容分为以下几点:首先,对NWPCB材料的物理化学性质进行分析。扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶红外光谱仪(FT-IR)显示实验材料中的NWPCB粉末为玻璃纤维通过胺类固化剂与四溴双酚A型环氧树脂紧密相连的复合物。热重测试(TGA)表明环氧树脂热解的初温为240°C,且玻璃纤维与环氧树脂分别占比约为70%和30%。其次,用四种反应体系(ZnCl2/乙醇溶液(60wt%)、ZnCl2/醋酸溶液(15wt%)、AlCl3/醋酸溶液(15wt%)、AlCl3/乙醇溶液(60wt%))对NWPCB进行溶解并通过SEM对反应残渣进行观察,确定环氧树脂分解的最佳反应体系为ZnCl2/醋酸溶液(15wt%)。实验过程考察了温度、时间、液固比、ZnCl2的量对环氧树脂分解率的影响,通过单因素实验、L16(44)正交试验和极差分析发现,影响分解率的因素主次顺序为:温度>液固比>时间>ZnCl2量。确定最佳反应条件为温度190°C,液固比10mL/g,反应时间8h,ZnCl2量5g,环氧树脂分解率可达81.85%。收集此条件下的固相和液相产物,并分别展开分析测试。对环氧树脂分解液相产物进行常压实沸点蒸馏,并进行GC-MS和FT-IR测试。结果表明,环氧树脂分解产物均以碳氢化合物为主,成分主要为苯酚衍生物,占据整个热解油部分的65%以上,在红外谱图中,也能看到相应官能团的峰,说明了此条件下获得的热解油具备相当大的资源化利用价值。最后,将回收得到的玻璃纤维添加到聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等塑料中,通过机械挤出注塑制成改性复合材料,并系统地研究了玻璃纤维添加量对复合材料力学性能的影响。结果显示,玻璃纤维添加量为10%时,PP复合材料的韧性相对于纯PP增量高达218.62%,PBT复合材料的韧性相对于纯PBT增量达到63.60%;玻璃纤维添加量为20%时,HDPE复合材料的弯曲载荷相对于纯HDPE增量达到60.50%;玻璃纤维添加量为30%时,PP复合材料的弯曲载荷相对于纯PP增量达到34.32%。复合塑料的力学测试试验指出,回收玻璃纤维在一定量的添加范围内可大大增强复合塑料的某种或多种力学性能,玻璃纤维通过此种方式,可得到极大的资源化应用价值。本研究为NWPCB的绿色无害化处理以及高值化全组分资源化利用提供了理论依据和有效途径,为促使WPCB处理工艺的工业化推广提供了理论指导。
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