一种基于废线路板树脂粉末的屋面建筑材料及其制备方法

1.本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种基于废线路板树脂粉末的屋面建筑材料及其制备方法。


背景技术：

2.印刷线路板(printed circuit boards，简称pcb)属于一种热固型复合材料，作为电子产品的核心零部件而被广泛应用于电子信息、机械等多个工业领域。随着科技的发展和社会的进步，电子产品的更新换代频率加快，导致其淘汰率急剧上升，间接导致了pcb废弃量加剧。据联合国发布《2020年全球电子废弃物监测》报告显示，2019年全球产生的电子废弃物(带电池或插头的废弃产品)总量达到了5360万吨，仅仅5年内就增长了21％。报告预测，到2030年，全球产生的电子废弃物将达到7400万吨。据调查每回收一吨废弃的电子产品和电气设备，就可以避免大约两吨的二氧化碳排放。
3.废线路板(waste printed circuit boards，简称wpcb)来自于生产过程中废弃边角料、不良产品以及报废电子产品的拆解，其主要成分包括30％稀贵金属(ag、cu等)和70％由玻璃纤维、环氧树脂、阻燃剂等构成的非金属组分。废线路板回收有价金属后，剩余组分则为废线路板树脂粉末组分，该组分有大量持久性有毒物质，主要涉及重金属和卤素阻燃剂两大类。《国家危险废物名录》(2021版)中明确规定wpcbs(包括已拆除或未拆除元器件的wpcbs)和处置过程中产生的废树脂粉属于危险废物。在wpcbs利用处置过程中，重金属、有机污染物(如二噁英)及副产物会通过废气、废液、废渣逐步释放到环境中，对生态以及居民产生较大环境健康风险。因此，如何对废弃线路板进行科学的处理和资源化利用已成为一个极其重要的问题。
4.关于wpcbs用于建材领域，国内外学者对此作了不少的研究工作。tian s等(2019)将wpcbs树脂粉末作为增强剂，填充改性聚丙烯制备出聚丙烯塑木复合材料，经检测加入wpcbs树脂粉末可提高塑木复合材料的热抗氧化性能和光解性能。wang r等(2012)研究发现wpcbs粉末掺杂水泥砂浆中，可以提高砂浆的保水率，但会导致含气量增加，降低砂浆的抗压强度、弹性强度性能；使用硅烷偶联剂可以解决含气量高的问题，而加入丁苯乳液可以改善砂浆抗压性能。
5.因此，如何合理利用wpcbs，减少其处理处置量，实现资源化再生利用，保护环境，具有重要的经济和社会意义。


技术实现要素：

6.本发明针对废线路板树脂粉末产量大且危害性高，属于危险废物，需要进行合理妥善处理处置的问题，提出一种基于废线路板树脂粉末的屋面建筑材料及其制备方法，采用废线路板树脂粉末替代部分优质原材料，制备屋面建筑材料，该材料具有防火隔热性能，且力学性能佳。
7.为克服上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种屋面建筑材料。
8.具体的，一种屋面建筑材料，所述屋面建筑材料的制备原料包括废线路板树脂粉末、助溶剂、骨料和增强剂；
9.所述助溶剂为复合水溶性钠盐；
10.所述骨料包括氧化镁和石粉；
11.所述增强剂包括pet布和玻璃纤维。
12.本发明以废线路板树脂粉末为主要原料，通过添加复合水溶性钠盐起助溶作用，氧化镁和石粉作为骨料，pet布和玻璃纤维作为增强剂，各原料间相互作用，形成丰富的网络结构，可实现产品的自粘结，同时提高产品力学强度和抗冲击性能。同时，废线路板树脂粉末的主要成分为溴化环氧树脂，具有良好的阻燃性能；氧化镁的熔点和沸点均较高，经过高温燃烧后可转化为晶体状，具有优异的防火隔热性能，在废线路板树脂粉末和氧化镁的共同作用下，本发明所制备的屋面建筑材料，具有良好的防火隔热效果，可减少普通屋面建筑材料的防火隔热层的施工，降低建筑钢架的整体承重。此外，废线路板树脂粉末还具有较好的粘合性能，可与水溶性钠盐共同作为粘结剂，使产品具有自粘性能，有利于提高产品的强度。
13.作为上述方案的进一步改进，所述制备原料，按重量份计包括：废线路板树脂粉末20-40份、助溶剂14-20份、骨料23-45份和增强剂2-5份。
14.具体的，本发明通过控制废线路板树脂粉末与助溶剂、骨料和增强剂间的最佳配比关系，原料间协同增效，以使制备的屋面建筑材料在兼具良好防火保温和力学性能的前提下，提高废线路板树脂粉末的掺入量，未在该配方范围的屋面建筑材料，均未能同时满足产品综合性能的最优化。
15.作为上述方案的进一步改进，所述助溶剂包括硫酸钠、氯化钠和水玻璃。
16.优选的，所述助溶剂，按重量份计包括：硫酸钠3-5份、氯化钠3-5份和水玻璃8-10份。
17.具体的，本发明选择特定的水溶性钠盐硫酸钠、氯化钠和水玻璃作为助溶剂，并控制各钠盐间的最佳用量关系，有利于提高产品的粘结强度。
18.作为上述方案的进一步改进，所述骨料，按重量份计包括：氧化镁20-35份和石粉3-10份。
19.具体的，氧化镁和石粉作为无机耐高温原料，不仅可作为产品网络结构的骨架，提高产品力学性能，同时还具有良好的防火隔热效果。
20.作为上述方案的进一步改进，所述pet布和所述玻璃纤维的质量比为(1.5-2.5)：(0.5-2.5)。
21.具体的，本发明以pet布和玻璃纤维作为复合增强剂，充分利用pet布的编织物理结构，使其在废线路板树脂粉末的粘结作用下与其他原料紧密结合；同时，玻璃纤维可有效承担基体材料的载荷传递，通过拔出、裂纹偏转等方式有效提高产品的强度和韧性；通过控制pet布和玻璃纤维的特定质量比，可实现产品力学性能的最优化。
22.本发明的第二方面提供了一种屋面建筑材料的制备方法。
23.具体的，一种屋面建筑材料的制备方法，所述制备方法用于制备本发明所述的屋面建筑材料，包括以下步骤：
24.(1)将助溶剂溶解后，得混合溶液；
25.(2)在步骤(1)制得的混合溶液中加入废线路板树脂粉末和骨料进行搅拌，得预混物料；
26.(3)在步骤(2)制得的预混物料中，加入增强剂，经压制成型，得所述屋面建筑材料。
27.作为上述方案的进一步改进，步骤(1)中，所述助溶剂溶解于水，所述助溶剂与所述水的质量比为(14-20)：(5-20)。
28.作为上述方案的进一步改进，步骤(3)中，所述压制成型后还包括养护的步骤。
29.优选的，所述养护的工艺为：在温度为(20
±
2)℃，相对湿度大于95％的标准养护条件下养护28天。
30.本发明的第三方面提供了一种屋面建筑材料的应用。
31.具体的，本发明所述的屋面建筑材料在建筑领域的应用。
32.优选的，所述的屋面建筑材料在屋面建筑瓦材中的应用。
33.本发明的上述技术方案相对于现有技术，至少具有如下技术效果或优点：
34.(1)本发明废线路板树脂粉末的添加量高，可大量消纳米废线路板树脂粉末，实现废线路板树脂粉末的资源化利用。
35.(2)本发明还通过添加水溶性钠盐起助溶作用，氧化镁和石粉作为骨料，pet布和玻璃纤维作为增强剂，各原料间相互作用，形成丰富的网络结构，可实现产品的自粘结，同时提高产品力学强度和抗冲击性能。实现产品的横向抗折力可达3780-3920n/m，纵向抗折力可达350-375n/m。
36.(3)本发明采用的废线路板树脂粉末的主要成分为溴化环氧树脂，具有良好的阻燃性能；氧化镁的熔点和沸点均较高，经过高温燃烧后可转化为晶体状，具有优异的防火隔热性能，在废线路板树脂粉末和氧化镁的共同作用下，本发明所制备的屋面建筑材料，具有良好的防火隔热效果，可减少普通屋面建筑材料的防火隔热层的施工，降低建筑钢架的整体承重。实现产品的导热系数为0.775-0.845w/mk；防火等级为a级。
具体实施方式
37.下面结合实施例对本发明进行具体描述，以便于所属技术领域的人员对本发明的理解。有必要在此特别指出的是，实施例只是用于对本发明做进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟练人员，根据上述发明内容对本发明作出的非本质性的改进和调整，应仍属于本发明的保护范围。同时下述所提及的原料未详细说明的，均为市售产品；未详细提及的工艺步骤或制备方法为均为本领域技术人员所知晓的工艺步骤或制备方法。
38.实施例1
39.一种屋面建筑材料，其制备原料，按重量份计包括废线路板树脂粉末(过100目筛)25份，硫酸钠5份，氯化钠5份，水玻璃10份，氧化镁35份，石粉10份，pet布2.5份，玻璃纤维2.5份。
40.一种屋面建筑材料的制备方法，包括以下步骤：
41.(1)将助溶剂(水玻璃、硫酸钠和氯化钠)用纯水充分溶解，其中助溶剂与纯水的质量比为3:1，制成混合溶液；
42.(2)按质量比称取氧化镁、废线路板树脂粉末、石粉、硫酸钠，氯化钠，氧化镁，将其投入搅拌机中，并加入步骤(1)制得的混合溶液，进行搅拌30分钟，得预混物料；
43.(3)在步骤(2)制得的预混物料中，加入增强剂后，经由传送带传输至卷材压制机进行压制成型，在温度为(20
±
2)℃，相对湿度大于95％的标准养护条件下养护28天后，经脱模、剪切后，得本实施例的屋面建筑瓦片。
44.实施例2
45.一种屋面建筑材料，其制备原料，按重量份计包括废线路板树脂粉末(过100目筛)30份，硫酸钠4份，氯化钠5份，水玻璃8份，氧化镁30份，石粉8份，pet布3份，玻璃纤维1份。
46.一种屋面建筑材料的制备方法，包括以下步骤：
47.(1)将助溶剂(水玻璃、硫酸钠和氯化钠)用纯水充分溶解，其中助溶剂与纯水的质量比为2:1，制成混合溶液；
48.(2)按质量比称取氧化镁、废线路板树脂粉末、石粉、硫酸钠，氯化钠，氧化镁，将其投入搅拌机中，并加入步骤(1)制得的混合溶液，进行搅拌30分钟，得预混物料；
49.(3)在步骤(2)制得的预混物料中，加入增强剂后，经由传送带传输至卷材压制机进行压制成型，在温度为(20
±
2)℃，相对湿度大于95％的标准养护条件下养护28天后，经脱模、剪切后，得本实施例的屋面建筑瓦片。
50.实施例3
51.一种屋面建筑材料，其制备原料，按重量份计包括废线路板树脂粉末(过100目筛)35份，硫酸钠5份，氯化钠4份，水玻璃8份，氧化镁25份，石粉10份，pet布2.5份，玻璃纤维1份。
52.一种屋面建筑材料的制备方法，包括以下步骤：
53.(1)将助溶剂(水玻璃、硫酸钠和氯化钠)用纯水充分溶解，其中助溶剂与纯水的质量比为1:1，制成混合溶液；
54.(2)按质量比称取氧化镁、废线路板树脂粉末、石粉、硫酸钠，氯化钠，氧化镁，将其投入搅拌机中，并加入步骤(1)制得的混合溶液，进行搅拌30分钟，得预混物料；
55.(3)在步骤(2)制得的预混物料中，加入增强剂后，经由传送带传输至卷材压制机进行压制成型，在温度为(20
±
2)℃，相对湿度大于95％的标准养护条件下养护28天后，经脱模、剪切后，得本实施例的屋面建筑瓦片。
56.实施例4
57.一种屋面建筑材料，其制备原料，按重量份计包括废线路板树脂粉末(过100目筛)40份，硫酸钠3份，氯化钠4份，水玻璃10份，氧化镁35份，石粉3份，pet布2.5份，玻璃纤维2.5份。
58.一种屋面建筑材料的制备方法，包括以下步骤：
59.(1)将助溶剂(水玻璃、硫酸钠和氯化钠)用纯水充分溶解，其中助溶剂与纯水的质量比为3:1，制成混合溶液；
60.(2)按质量比称取氧化镁、废线路板树脂粉末、石粉、硫酸钠，氯化钠，氧化镁，将其投入搅拌机中，并加入步骤(1)制得的混合溶液，进行搅拌30分钟，得预混物料；
61.(3)在步骤(2)制得的预混物料中，加入增强剂后，经由传送带传输至卷材压制机进行压制成型，在温度为(20
±
2)℃，相对湿度大于95％的标准养护条件下养护28天后，经
脱模、剪切后，得本实施例的屋面建筑瓦片。
62.对比例1
63.对比例1与实施例1的区别仅在于：对比例1中未添加废线路板树脂粉末，其他原料的种类、添加量及屋面建筑材料的制备方法均与实施例1相同。
64.对比例2
65.对比例2与实施例1的区别仅在于：对比例2中添加的助溶剂为单一氯化钠，其用量为20份，其他原料的种类、添加量及屋面建筑材料的制备方法均与实施例1相同。
66.对比例3
67.对比例3与实施例1的区别仅在于：对比例3中添加的助溶剂为单一硫酸钠，其用量为20份，其他原料的种类、添加量及屋面建筑材料的制备方法均与实施例1相同。
68.对比例4
69.对比例4与实施例1的区别仅在于：对比例4中添加的助溶剂为单一水玻璃，其用量为20份，其他原料的种类、添加量及屋面建筑材料的制备方法均与实施例1相同。
70.对比例5
71.市售的水泥瓦片。
72.性能测试
73.将实施例1-4和对比例1-5的屋面建筑瓦片进行力学性能、防火性能和隔热性能测试，其中：力学性能检测依据gb/t 7019-2014《纤维水泥制品试验方法》测试其横向抗折力和纵向抗折力；导热系数采用导热系数测定仪进行测试导热系数；防火性能测试依据gb8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》测试其防火级别，具体测试结果如表1所示。
74.表1：各实施例和对比例的产品性能测试结果对比表
[0075][0076]
由表1可知：实施例1-4制备的产品可同时兼具良好的力学性能和隔热保温性能，横向抗折力可达3780-3920n/m，纵向抗折力可达350-375n/m，导热系数为0.775-0.845w/mk，同时防火级别可达a级。而对比例1-4由于未添加废线路板树脂粉末或采用单一的助溶
剂，其制备的样品的力学性能和隔热保温性能均不及实施例1-4。对比例5为普通水泥瓦片，其力学性能也不及实施例1-4，且导热系数较大，隔热保温性不佳。
[0077]
对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下还可以做出若干简单推演或替换，而不必经过创造性的劳动。因此，本领域技术人员根据本发明的揭示，对本发明做出的简单改进都应该在本发明的保护范围之内。上述实施例为本发明的优选实施例，凡与本发明类似的工艺及所作的等效变化，均应属于本发明的保护范畴。