专利名称：塑料手机外壳材料的再利用方法
技术领域：
属于废弃电子产品资源回收再利用技术领域，以保障电子产业的无污染可持续发展。
背景技术：
本发明是一种针对目前大量废弃手机产生的塑料外壳研究开发的回收处理方法。世界上所有国家都面临着废旧电子产品回收再利用的问题。在电子电器产品中，手机是一种淘汰率非常高的通讯工具。虽然其设计使用寿命一般在七八年左右，但由于手机设计尺寸越来越小，功能越来越多，价格越来越低，人们更换手机的速度也就越来越快。统计显示，全球移动用户更换新手机的周期平均在2年左右，而在一些经济较为发达的国家和地区，用户更换手机的周期更短。尤其是我国手机市场正处于高速发展时期，当前手机保有量接近3亿部，淘汰量估计每年6000万部以上，作为信息时代的高科技垃圾，废旧手机引起了极大的处理危机。
手机有多种不同的品牌和型号，其外壳多数是用性能优良的工程塑料，如聚碳酸酯(PC)，或工程塑料合金(PC+ABS)制成。在壳体内侧有标识(分别标识为“PC”或“PC+ABS”)。塑料外壳表面喷有各种颜色的涂层，还通常带有各种附件(如金属嵌件(铜、铁、铝等)、标签、粘结剂等)。
作为电子垃圾的一部分，废旧塑料手机外壳如果能够采用合适的方法进行回收，将具有一定的经济价值，但是如果处理不当将给环境带来非常不利的影响，如采取填埋的方法，塑料外壳很难自然降解，如对其进行焚烧，燃烧不充分产生的气体会对人体产生危害，同时也会对环境造成严重污染。
目前国内还没有手机外壳材料回收资源化处理的专利技术。相关的有聚碳酸酯塑料(PC)的回收(CN02817119.5聚碳酸酯回收利用的方法，
公开日2004年11月24日)，该专利处理的是低分子量聚碳酸酯残渣、生产废料、残品、回收废品以及类似聚碳酸酯物质，通过缩合技术制成较高分子量的材料及其应用。该专利的缩合方法是将聚碳酸酯在适当装置中熔融，然后熔体喂入到按间歇或连续方式操作的适宜反应器装置中，任选地加入双酚或具有羟基基团的低聚碳酸酯并任选地加入酯交换催化剂，以及聚碳酸酯熔体在250～350℃的温度范围，在低于5mbar的压力和0.02～4h的停留时间条件下进行熔融酯交换反应。
该专利中没有涉及手机外壳的再利用技术，也没有涉及塑料表面涂层的去除技术，同时该专利采用的是热降解方法，工艺复杂，过程中的压力、温度及添加剂(催化剂)不容易控制，能耗高，并需要高温高压容器，属于安全专业操作，同时反应产物为混合物，产物难以精确控制，最终制品性能不稳定或不容易控制。
发明内容
基于以上技术的弱点，本发明旨在发明一种低成本、环保型的塑料手机外壳回收处理方法。本方法的特点是充分考虑中国技术现状和劳动力市场特点，首先去除手机外壳上金属导线及黄铜嵌件，同时根据标识分拣成聚碳酸酯(PC)、工程塑料合金(PC+ABS)两种不同的塑料，然后分别采用喷砂的方法，去除表面涂层及胶粘件，采用破碎机及筛分装置进行破碎筛分，再利用重力分选法实现金属和非金属的有效分离，金属单独回收；经去除表面涂层及饰件后的非金属塑料清洁后，可添加少量助剂，在一定温度下挤出造粒或直接注塑成制品，制品性能优良。本方法生产效率高、回收材料性能好，成本低，排放少，污染小。
本发明所提供的塑料手机外壳材料的再利用方法，其工艺流程见图1，其特征在于，包括以下步骤1)手工或机械去除手机外壳上金属导线和黄铜嵌件；2)将上述塑料分拣为聚碳酸酯(PC)、工程塑料合金(PC+ABS)两类；3)将分类后的塑料进行喷砂处理，去除表面涂层及胶粘件；4)喷砂后的塑料用气流冲刷去除表面粉尘和杂物；5)清洁后的塑料采用破碎法进行破碎，破碎后的碎粒利用重力分选或静电分选将筛分后颗粒中的金属和非金属分开；6)采用热分析法确定塑料的挤压/注塑温度，在该温度下将塑料碎粒挤出造粒，或直接注塑成塑料制品。
上述步骤3)中喷砂气流压力为0.3～5MPa，砂粒粒径2～5mm，喷砂时间5～60min；使用后的喷砂砂粒可采用风选或离心水旋法分离表面涂层及胶粘非金属材料，将分离得到的表面涂层及胶粘非金属材料进行焚烧或填埋无害化处理；风选法的风速1～100m/s；水旋法中粒子离心转速10～1000rpm，停止离心旋转后静置时间1～60s；焚烧温度＞1200℃，填埋符合危险废弃物安全填埋要求。
上述步骤4)中使用的气流可选择氮气或惰性气体或压缩空气，气流压力为0.3～5MPa，气流冲刷时间5～60min，为降低成本，可首选压缩空气；使用后的气流通入水中，以避免粉尘排放；粉尘在水中沉淀，待沉积一定数量后，可滤去液体并干燥后进行焚烧或填埋无害化处理，焚烧温度＞1200℃，填埋符合危险废弃物安全填埋要求，水可循环使用，成本较低。
上述步骤5)中可采用锤击式或剪切式进行破碎，选择破碎机筛网直径2～5mm；水旋法中粒子离心转速10～1000rpm，停止离心旋转后静置时间1～60s；静电法中电选机箱体内空气温度40-60℃，相对湿度10-40％，电极电压5～20kV，电极距离40-60mm，圆盘转速5～100rpm；振动频率2～50次/min，给料速率15-70kg/h。
上述步骤6)中在挤压或注塑前加入的助剂，助剂包括抗氧化剂和/或增塑剂和/或着色剂，总助剂添加量为最终塑料制品总质量的0～20％；挤出温度200℃～300℃，螺杆转速8～15rpm；注塑温度230～320℃，注射压力50～150MPa，螺杆转速20～150rpm。
本发明选择方法的原理手机外壳材料一般均选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)两类，分别标识为“PC”或者“PC+ABS”，便于回收。这两类塑料性能相近，可分类单独处理，也可不分类而共混处理。本方法首先将塑料根据上述标识分类，可免去做进一步分析分离的工序及成本，同时有利于回收再生制品性能的稳定。
有的手机外壳上有金属导线及黄铜嵌件，金属导线易于手工拆除，拆除后在积累一定数量后集中交给专用部门进行处理；现有的黄铜嵌件多数含金属铍，铍对人体有严重的毒害，因此在外壳用其他方法处理前，要拆除这些嵌件，避免造成污染的扩散，同时拆除的金属不会影响回收料的性能。
手机外壳由于功能的要求或装饰、标识的要求，经常做了表面强化或彩色化，即表面含有涂层，约几微米厚，涂层附着力很好，另外，各种饰件、标签也经常出现，如果不清除，则严重影响制品的性能。若采取化学方法，一方面成本高，同时化学处理液也非常容易造成再次污染或者为处理该处理液造成成本增加。采用喷砂是一种非常有效的表面处理方法，高速带尖角的磨粒在高速流体(气流/液流)带动下高速打击到试样表面，冲击磨削掉表面薄层并破坏胶粘层与基体的结合，从而可以非常有效地去除表面涂层和胶粘件，为再生产品的性能提供保障。同时由于是纯机械作用，不会造成新的化学污染，喷砂在密封隔音的容器中进行，产生的气流可以通入水中除尘，不会造成粉尘污染。喷砂件有时表面会吸附少量杂物，因此喷砂结束后，可以用洁净的压缩空气将吸附杂物去除。
由于手机外壳用工程塑料性能优越，因此完全可以采用再生制品来消化这些材料。在保证挤出或注塑设备最大供给粒度的前提下，粉碎成可供挤出或注塑使用的颗粒大小，相对较短的粉碎时间，可尽量减少分子链的破坏，避免分子量大幅度下降造成力学性能的劣化，节省能耗。实验证明，再生料的力学性能依然保持了原生料的50％以上，是非常好的塑性材料。由于个别外壳上带有金属薄片，在整件处理中很难用机械方法去除，而这些金属夹杂若残留在塑料中，一方面会大大降低再生产品的性能，同时会在挤出或注塑工艺中损坏螺杆，给设备和流程带来很多影响，因此需要在粉碎后分选出来。由于嵌件多数为不锈钢等黑色金属或铜等有色金属，与塑料密度相差很大，因此很容易通过重力分选(如风选法)或静电法将其分离开。通过差示扫描量热仪或热重仪，得到其玻璃化温度及熔化温度，从而确定其挤压和注塑的工艺参数。
图1本发明工艺流程具体实施方式
下面通过具体的处理实例，来说明本发明的效果。
实例1选择塑料外壳内侧标识有“PC+ABS”的工程合金塑料1kg，手工去除金属引线和嵌入的黄铜螺孔，将手机外壳放入喷砂箱内进行表面喷砂，气流压力0.5MPa，砂粒粒径5mm，时间30min，表面颜料涂层及胶粘件均脱落并混入砂粒中，经风选(风速10m/s)收集后在1300℃下焚烧；将无表面涂层的塑料取出，并用压缩空气(气流压力0.5MPa)吹除表面杂物后，进入粉碎机中进行粉碎，选择筛网直径5mm，并通过风选(风速30m/s)，将外壳中的金属分离，金属主要为不锈钢，非金属则为工程塑料合金(PC+ABS)。将塑料碎粒装入挤出造粒机造粒，挤出温度240℃，螺杆转速8rpm，得到的塑料粒表面光滑；将得到的塑料粒置入注塑机内注塑成标准试样，注塑温度250℃，注射压力80MPa，螺杆转速30rpm。所得试样质地均匀，测试标准试样的力学性能，其抗拉强度和弯曲强度与PC原生材料相近，延伸率和冲击韧性为原生料的50％以上，属于性能优良的工程塑料。
表1实例1和原生料(资料)的力学性能对比
实施例2选择外壳内侧标识“PC”的聚碳酸酯塑料1kg，机械切割去除含有金属引线和嵌入的黄铜螺孔，将手机外壳放入喷砂箱内进行表面喷砂，选择气流压力1.0MPa，砂粒粒径3mm，时间30min，表面颜料涂层及胶粘件均脱落并混入砂粒中，经水旋法(粒子离心转速100rpm，停止离心旋转后静置时间20s)后收集，在1300℃焚烧炉中焚烧，没有环境污染；将无表面涂层的塑料取出，并用压缩空气(气流压力1.0MPa)吹除表面杂物后，进入粉碎机中进行粉碎，选择筛网直径2mm，采用静电法将外壳中的金属分离，电选机箱体内空气温度45-50℃，相对湿度16-28％，电极电压10kV，电极距离50mm，圆盘转速13rpm；振动频率20次/min；给料速率30kg/h，金属与非金属的分离达到90％以上，分选的金属主要为不锈钢，非金属则为PC。直接将塑料碎料置入注塑机中在270℃、注射压力100MPa、螺杆转速50rpm下注塑成标准试样，试样质地均匀，测试标准试样的力学性能，其抗拉强度和弯曲强度与PC原生材料相近，延伸率为原生料的44％，冲击韧性达到了原生料的冲击韧性值，依然属于性能优良的工程塑料。
表2实例2和原生料(实验室测试)的力学性能对比
权利要求
1.一种塑料手机外壳材料的再利用方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1)手工或机械去除塑料手机外壳上的金属导线和黄铜嵌件；步骤2)将上述塑料分拣为聚碳酸酯、工程塑料合金两类；步骤3)将分类后的塑料进行喷砂处理，去除表面涂层及胶粘件；步骤4)喷砂后的塑料用气流冲刷去除表面粉尘和杂物；步骤5)清洁后的塑料采用破碎法进行破碎，破碎后的碎粒利用重力分选或静电分选将金属和塑料分开；步骤6)采用热分析法确定塑料的挤压/注塑温度，在该温度下将塑料碎粒挤出造粒，或直接注塑成塑料制品。
2.根据权利要求1所述的塑料手机外壳材料的再利用方法，其特征在于，其步骤3)中喷砂气流压力为0.3～5MPa，砂粒粒径2～5mm，喷砂时间5～60min；使用后的喷砂砂粒采用风选或离心水旋法分离表面涂层及胶粘非金属材料，将分离得到的表面涂层及胶粘非金属材料进行焚烧或填埋无害化处理；风选法的风速1～100m/s；水旋法中粒子离心转速10～1000rpm，停止离心旋转后静置时间1～60s。
3.根据权利要求1所述的塑料手机外壳材料的再利用方法，其特征在于，其步骤4)中使用的气流选择氮气或惰性气体或压缩空气，气流压力为0.3～5MPa，气流冲刷时间5～60min；使用后的气流通入水中，粉尘在水中沉淀，滤去液体并干燥后进行焚烧或填埋无害化处理。
4.根据权利要求1所述的塑料手机外壳材料的再利用方法，其特征在于，其步骤5)中采用锤击式或剪切式进行破碎，选择破碎机筛网直径2～5mm；水旋法中粒子离心转速10～1000rpm，停止离心旋转后静置时间1～60s；静电法中电选机箱体内空气温度40-60℃，相对湿度10-40％，电极电压5～20kV，电极距离40-60mm，圆盘转速5～100rpm；振动频率2～50次/min，给料速率15-70kg/h。
5.根据权利要求1所述的塑料手机外壳材料的再利用方法，其特征在于，其步骤6)中在挤压或注塑前加入助剂，助剂包括抗氧化剂和/或增塑剂和/或着色剂，总助剂添加量为最终塑料制品总质量的0～20％；挤出温度200℃～300℃，螺杆转速8～15rpm；注塑温度230～320℃，注射压力50～150MPa，螺杆转速20～150rpm。
全文摘要
塑料手机外壳材料的再利用方法属废弃电子产品回收再利用领域，以保障电子产业的无污染可持续发展。目前还没有手机外壳材料回收资源化处理的专利。本方法充分考虑中国技术现状和劳动力市场特点，首先去除手机外壳上金属导线及黄铜嵌件，同时根据标识分拣成聚碳酸酯(PC)、工程塑料合金(PC+ABS)两种不同的塑料，然后分别采用喷砂的方法，去除表面涂层及胶粘件，采用破碎机及筛分装置进行破碎筛分，再利用重力分选法实现金属和非金属的有效分离，金属单独回收；经去除表面涂层及饰件后的非金属塑料清洁后，可添加少量助剂，在一定温度下挤出造粒或直接注塑成制品，制品性能优良。本方法生产效率高、回收材料性能好，成本低，排放少，污染小。
文档编号B09B3/00GK1836874SQ20061007863
公开日2006年9月27日 申请日期2006年4月29日 优先权日2006年4月29日
发明者夏志东, 毛倩瑾, 王素云, 史耀武, 雷永平, 郭福, 李旸, 钟涛兴 申请人:北京工业大学