用废pcb粉料制备的增强型脂塑复合板材及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种用废PCB粉料制备的增强型脂塑复合板材及其制备方法，脂塑复合板材包括如下重量百分含量的组分：20%～65%的电路板非金属粉料、10%～30%的聚丙烯粉料、5%～30%的木粉、4%～8%的碳酸钙粉末、0.1%～5%的偶联剂以及1%～10%的助剂。在满足脂塑复合板材产品性能的前提下，本发明通过选择适当的偶联剂和助剂，并控制各组分的重量百分含量，所制备的脂塑复合板材中电路板非金属粉料和聚丙烯粉料添加量之和大于60%，资源利用率较高。
【专利说明】用废PCB粉料制备的增强型脂塑复合板材及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种固体废弃物综合利用的方法，具体涉及一种用废弃印刷电路板回收的非金属粉料制备的增强型脂塑复合板材以及该增强型脂塑复合板材的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着信息技术迅猛发展，电子废弃物(Waste Electric and Electronicequipment, WEEE)产量不断上升，废弃印刷电路板(Printed Circuit Boards, PCBs)作为WEEE重要组分，据估计，我国每年需要处理PCBs大约在50万吨以上并且以22%速度增长。目前废弃PCBs的回收技术注重于有价金属的回收，而对其中含量达70%以上的非金属材料没有进行利用，由于这些非金属材料中包括大部分的环氧树脂及少量的骨架材料玻璃纤维等，化学稳定性较高，在自然环境中不易降解，因此若不能妥善处理这些非金属材料，不仅会造成大量资源的损失，而且会对环境产生严重的危害。如能实现废弃PCBs处理及资源化，既能解决环境污染问题，又能实现金属及非金属的有效回收，将对我国PCBs行业的可持续发展有着重要意义。
[0003]废弃PCBs中的非金属材料如环氧树脂具有优异的粘结性能、耐磨性能、力学性能、电绝缘性能、化学稳定性能、耐高低温性能；若能充分利用的话，不仅解决了废弃PCBs的再生利用问题，而且也保证再生产品的性能要求。
[0004]关于废弃PCBs的非金属材料的再生利用，将其作为填料应用于建筑材料、再生板材等是其无害化处理利用的主要途径。
[0005]例如有企业利用从废弃PCBs中收集的废树脂粉末生产复合材料标准砖、多孔砖和砌块技术。例如江苏省苏州某企业利用废树脂粉末生产复合材料标准转、多孔砖和砌块，将环氧树脂粉末与水泥、白泥、粉煤灰、石米渣、激发剂增强硬度等各种辅料混合，通过配料、搅拌、成型等简单工序，制成成品标准砖、多孔砖和砌块。该资源化利用技术简单，产品安全无毒，投入成本小，但该技术环氧树脂添加量不大，添加量在12%左右。
[0006]除上述砖块外，也可利用从废弃PCBs中收集的环氧树脂粉末生产高强防火屋面板、铺路材料或人造木材。其中利用环氧树脂粉生产高强防火屋面板不改变原有防火屋面板生产工艺，只是改变生产原料配方。原生产原料主要为氧化镁、碳酸钙、生石灰、刨花木屑等，在该资源化利用技术中，用不超过10%的环氧树脂粉末替代部分刨花木屑；产出的防火屋面板强度、不燃性、保温系数、挠度、荷载等基本指标不发生改变，但是重量变重，而且废环氧树脂粉末在产品中的投加量小，不超过10%。
[0007]就目前而言,作为填料使用的废弃PCBs的非金属材料填充比例低,一般为20%以下，若大幅提高非金属材料的填充比例，存在再生产品档次不高的问题，产品性能不能满足拉伸强度、冲击强度、抗弯曲等规定要求。
[0008]为了提高废弃PCBs的非金属材料的使用量，中国专利文献CN 102152373 B(申请号201010615117.2)公开了一种利用废电路板粉合成的零碳木质纤维环保板材的制造工艺，所述环保板材的压制原料包括I~69份电路板回收粉，I~70份木质纤维粉，I~20份交联剂，I~10份防水剂，I~12份碳丝纤维；制造工艺如下:对电路板回收粉筛选并磁吸金属残渣后干燥处理，准备碳质纤维粉，将电路板回收粉与碳质纤维粉按比例混合搅拌均匀，按比例添加加工助剂再次均匀混合得到混合原料，所述加工助剂包括交联剂、防水剂、碳丝纤维，所述交联剂为脲醛树脂或酚醛树脂溶胶；将混合原料进行成型压制，压制完毕进行翻板及风冷处理，检测合格后入库。该法主要原料为印刷电路板非金属粉和木质纤维粉。
[0009]中国专利文献CN 101555356 B (申请号200910039508.1)公开了一种利用废PCB板粉与树脂纤维合成的炭化环保板材，板材包括重量比如下的组分:20~40份塑料，50~70份废弃电路板回收粉，10~20份活性碳酸钙，I~2份分散剂，2~3份偶联剂，I~3份硬酯酸锌，0.5~1.5份氯化石蜡，1份阳离子表面活性剂，0.3~1份抗氧剂，I~2份阻燃剂，1份除味剂，1.5份耐温剂，0.5份杀菌防霉剂；其中塑料是包括PE或PP或PVC或PS或ABS或酚醛树脂或脲醛树脂中的至少一种材料。该法所使用的助剂种类较多，增加原料成本和生产工艺步骤；另外碳酸钙为改性后的碳酸钙粉体，改性处理是以活性碳酸钙为基料，采用多功能表面活性剂和复合型高效加工助剂，对无机粉体表面进行改性活化处理而成。碳酸钙填充量一般为25%~50%，有的制品甚至填充超过50%，碳酸钙的大量使用挤占了废弃电路板回收粉及塑料的使用量。采用改性碳酸钙也增加了工艺步骤和生产成本。
[0010]中国专利文献CN 103087458 A(申请号201310044154.6)公开了一种废印刷电路板/ABS树脂复合材料及其制备方法，复合材料包括非金属粉、ABS树脂、硅烷偶联剂KH-560和复合加工助剂，印刷电路板非金属粉与ABS树脂的重量比为(10~30): (70: 90)，硅烷偶联剂101-560占印刷电路板非金属粉的0.8: 1.2wt%0该法相对于上两份专利印刷电路板非金属粉的添加量较小。
【发明内容】
[0011]本发明所要解决的 第一个技术问题是提供一种用废PCB回收的非金属粉料制备的增强型脂塑复合板材；本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种前述增强型脂塑复合板材的制备方法。
[0012]实现本发明第一目的的技术方案是一种用废PCB粉料制备的增强型脂塑复合板材，包括如下重量百分含量的组分:20%~65%的电路板非金属粉料、10%~30%的聚丙烯粉料、5%~30%的木粉、4~8%的碳酸钙粉末、0.1%~3%的偶联剂以及1%~10%的助剂；所述助剂包括粘合剂、增塑剂、润滑剂和改性剂。
[0013]所述助剂中的粘合剂为萜烯树脂，粘合剂的添加量占助剂总质量的12%~30% ;所述助剂中的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯，增塑剂的添加量占助剂总质量的15%~25% ;所述助剂中的润滑剂为硬脂酸、石蜡、PE蜡、氧化PE蜡、硬脂酸盐、单甘脂、PETS、EBS中的一种，润滑剂的添加量占助剂总质量的15%~30% ;所述助剂中的改性剂为马来酸酐接枝聚乙烯，改性剂占助剂总质量的20%~50%。
[0014]所述偶联剂为KH550硅烷偶联剂。
[0015]实现本发明第二目的的技术方案是上述的脂塑复合板材的制备方法，包括以下步骤:
①将废PCB或者PCB制作的边角料等材料进行粉碎，粉碎后用振动器筛选分离金属粉料和非金属粉料，筛选后得到的非金属粉料进一步进行磁吸，磁吸得到的电路板非金属粉料干燥后待用。
[0016]②选用废电缆回收铜后剩下的废聚丙烯花线皮或者废旧家电回收得到的聚丙烯塑料件，用塑料磨粉机磨制成40目~80目的聚丙烯粉料待用。
[0017]③将木材纤维粉碎研磨使木质纤维变成70目~110目的木粉待用。
[0018]④称取步骤①准备的电路板非金属粉料、步骤②准备的聚丙烯粉料、步骤③准备的木粉、碳酸钙粉末、KH550硅烷偶联剂以及助剂待用；⑤将步骤④称取的木粉、电路板非金属粉料、碳酸钙粉末、偶联剂、聚丙烯粉料以及助剂混合均匀得到模压料。
[0019]⑥首先准备模具，清洁模具表面后将模具预热到成型温度，并在模具表面铺装脱模材料；然后将混合原料均匀等速喂料送入铺装系统，送扫平辊把原料摊平，混合原料进入预压机后压制为统一厚度的板坯，由输送带送去纵横修边后，输送至热压机对板材进行成型加压；脱模后得到脂塑复合板材。
[0020]上述步骤⑥中成型加压时成型中模具的上模板温度为120°C~150°C，下模板为180°C~190°C，压力为100 Mpa~150Mpa，模压成型时间为5~20分钟。[0021]上述步骤⑤准备模压料时，先将步骤④称取的电路板非金属粉料、木粉、碳酸钙粉末投入密闭混料机内搅拌均匀，再向密闭混料机中投入偶联剂，搅拌均匀后投入聚丙烯粉料，再次搅拌均匀后向其中加入助剂，再次搅拌均匀得到模压料。
[0022]上述步骤④称取的助剂中，粘合剂为萜烯树脂，粘合剂的添加量占助剂总质量的12%~30% ;增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯，增塑剂的添加量占助剂总质量的15%~25% ;润滑剂为硬脂酸、石蜡、PE蜡、氧化PE蜡、硬脂酸盐、单甘脂、PETS、EBS中的一种，润滑剂的添加量占助剂总质量的15%~30% ;改性剂为马来酸酐接枝聚乙烯，改性剂占助剂总质量的20% ~50%ο
[0023]本发明具有积极的效果:(I)在满足增强型脂塑复合板材产品性能(拉伸强度、冲击强度、抗弯曲、防火、密度、伸缩性)的前提下，本发明通过选择适当的偶联剂和助剂，并控制各组分的重量百分含量，所制备的增强型脂塑复合板材中废印刷电路板非金属粉料添加量为20%~65%，聚丙烯粉料添加量为10%~30%，废电路板非金属粉料和聚丙烯粉料的添加量之和超过60%，因此PCB非金属粉料和聚丙烯粉料的利用率较高。此外所用的聚丙烯粉料是将废电缆回收铜后剩下的聚丙烯花线皮粉碎得到的粉料，或者是将废旧家电回收得到的聚丙烯塑料经粉碎后得到的粉料，因此脂塑复合板材废品利用率高；与之对应的，木粉添加量可低至5%左右，节省了木材资源。
[0024](2)由于废PCB非金属材料中的组分是大部分的环氧树脂及少量的骨架材料玻璃纤维，本发明的脂塑复合板材中废PCB非金属材料的添加量高，相应的脂塑复合板材中玻璃纤维的含量也会较高，因此本发明所制备的脂塑复合板材的韧性、抗冲击性能得到增强，因此将本发明的脂塑复合板材称为增强型脂塑复合板材。
[0025](3)本发明在制备脂塑复合板材时所采用的生产工艺清洁环保，工艺温度不高于180°C，能耗低；由于废电路板非金属粉料在本发明加工前已经用于制作树脂产品，在制备脂塑复合板材时不会再产生有毒有害气体，无环境风险；制备过程中所产生的少量粉尘进行除尘处理，实现污染零排放。
[0026](4)本发明的制备脂塑复合板材的工艺流程简单，投加的辅料成本低。
[0027](5)本发明制备的脂塑复合板材每吨产效益3500元。【具体实施方式】
[0028] (实施例1、脂塑复合板材及其制备方法)
本实施例的用废PCB粉料制备的脂塑复合板材包括如下重量百分含量的组分:20%~65%的电路板非金属粉料、10%~30%的聚丙烯粉料、5%~30%的木粉、4%~8%的碳酸钙粉末、0.1%~3%的偶联剂以及1%~10%的助剂。
[0029]所述电路板非金属粉料是将废弃印刷电路板机械破碎后提取了金属后剩下的粉料，电路板非金属粉料的粒度为50目~120目。电路板非金属粉料中包括大部分的环氧树脂及少量的骨架材料玻璃纤维。
[0030]所述聚丙烯粉料是将废电缆回收铜后剩下的聚丙烯花线皮，或者是将废旧家电回收后的聚丙烯塑料，用塑料磨粉机磨制成的40目~80目的粉状粒料。
[0031]所述木粉含水率为8%，粒度为70目~110目；准备时将生产中密度纤维板用的木材纤维在室内自然堆放5个月后，测其含水率为8%时制成粉末。木粉的粒度为70目~110目。
[0032]所述碳酸钙粉末的粒度为1250目~3000目。
[0033]所述偶联剂为KH550硅烷偶联剂(CAS号:919-30_2);本实施例选用的是美国联碳公司的牌号为A-1100的KH550硅烷偶联剂。
[0034]所述助剂包括粘合剂、增塑剂、润滑剂和改性剂。
[0035]粘合剂为萜烯树脂，粘合剂的质量占助剂总质量的10%~40% (本实施例中为13%)。
[0036]增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯(D0P)，增塑剂的质量占助剂总质量的15%~25% (本实施例中为20%)。
[0037]润滑剂为硬脂酸、石蜡、PE蜡、氧化PE蜡、硬脂酸盐、单甘脂、PETS、EBS中的一种。润滑剂的质量占助剂总质量的15%~30% (本实施例中为27%)。润滑剂的多少影响到生产的稳定和连续生产周期，产品的表观，产品的发泡和力学指标。
[0038]改性剂为马来酸酐接枝聚乙烯，占助剂总质量的20%~50% (本实施例中为40%)。
[0039]上述脂塑复合板材的制备方法包括以下步骤:
①将废PCB或者PCB制作的边角料等材料进行粉碎，粉碎后用振动器筛选分离金属粉料和非金属粉料，筛选后得到的非金属粉料进一步进行磁吸，磁吸得到的电路板非金属粉料干燥后待用。所得到的非金属粉料的粒度为50目~120目。
[0040]非金属粉料干燥时，控制干燥炉内温度为80°C，干燥后电路板非金属粉料的含水率为10%左右。
[0041]在对废弃印刷电路板或者电路板制作的边角料等材料破碎时，产生的粉尘由真空吸尘装置抽除。
[0042]②选用废电缆回收铜后剩下的废聚丙烯花线皮，或者废旧家电回收得到的聚丙烯塑料件，用塑料磨粉机磨制成40目~80目的聚丙烯粉料待用。聚丙烯粉料的含水率为8%~10%，自然通风。聚丙烯粉料也可以同时包含上述花线皮磨制得到的粉料和废旧家电磨制得到的粉料。
[0043]③将生产中密度纤维板用的木材纤维在室内自然堆放5个月后，测其含水率为8%后进行粗破碎，然后在进行粉碎研磨使木质纤维变成70目~110目的木粉。
[0044]④称取58.4kg步骤①准备的电路板非金属粉料、16.1kg步骤②准备的聚丙烯粉料、18kg步骤③准备的木粉、4.8Kg的碳酸钙粉末、0.4kg KH550硅烷偶联剂以及2.3kg助剂。助剂中粘合剂:增塑剂:润滑剂:改性剂=1: 1.5: 2: 3 (质量比)。
[0045]⑤先将步骤④称取的电路板非金属粉料、木粉、碳酸钙粉末投入密闭混料机内搅拌均匀，再向密闭混料机中投入偶联剂，搅拌均匀后投入聚丙烯粉料，再次搅拌均匀后向其中加入助剂，再次搅拌均匀得到模压料。
[0046]⑥首先准备模具，清洁模具表面后将模具预热到成型温度，上模板为120°C，下模板为180°C ;在模具表面铺装脱模材料聚四氟乙烯薄膜后待用。
[0047]然后将混合原料均匀等速喂料送入铺装系统，送扫平辊把原料摊平，混合原料进入预压机后压制为统一厚度的板坯，由输送带送去纵横修边后，输送至热压机对板材进行成型加压；成型中模具的上模板温度为120°C~150°C，下模板为180°C~190°C，压力为100Mpa~150Mpa，模压成型时间为5~20分钟。脱模后得到脂塑复合板材。
[0048]将热压得到的脂塑复合板材按中密度板国家标准(GB/T 24137 ；GB/T 17657)要求加工成试件，并且检测得其性能如下:静曲强度>20Mpa，弯曲弹性模量>1800Mpa，冲压剪切强度4.9Mpa，冲击韧性9KJ/cm2，拉伸强度为39.66 Mpa。
[0049]本实施例制得的脂塑复合板材可用于木塑复合板材使用的场所，例如建材、家具、物流包装等行业。
[0050](实施例2、用电路 板回收的非金属粉料制备的脂塑复合板材)
本实施例的脂塑复合板材包括如下重量百分含量的组分:44%的电路板非金属粉料、18%的聚丙烯粉料、30%的木粉、5%的碳酸钙粉末、0.4%的偶联剂以及2.6%的助剂。
[0051]本实施例按照实施例1的方法所制备的脂塑复合板材按中密度板国家标准(GB/T24137 ；GB/T 17657)要求加工成试件，并且检测得其性能如下:静曲强度>20Mpa，弯曲弹性模量>1800Mpa，冲压剪切强度5.0 KJ/m2，拉伸强度为36MPa。
[0052](实施例3、用电路板回收的非金属粉料制备的脂塑复合板材)
本实施例的脂塑复合板材包括如下重量百分含量的组分:65%的电路板非金属粉料、20%的聚丙烯粉料、6%的木粉、5%的碳酸钙粉末、2%的偶联剂以及2%的助剂。
[0053]本实施例按照实施例1的方法所制备的脂塑复合板材按中密度板国家标准(GB/T24137 ；GB/T 17657)要求加工成试件，并且检测得其性能如下:静曲强度>20Mpa，弯曲弹性模量>1800Mpa，冲压剪切强度6.8 KJ/m2,拉伸强度为42MPa。
[0054]本实施例的脂塑复合板材增加了电路板非金属粉料和聚丙烯粉料的用量，减少了木粉用量，性能增强，节省了木材资源。
【权利要求】
1.一种用废PCB粉料制备的增强型脂塑复合板材，其特征在于包括如下重量百分含量的组分:20%~65%的电路板非金属粉料、10%~30%的聚丙烯粉料、5%~30%的木粉、4~8%的碳酸钙粉末、0.1%~3%的偶联剂以及1%~10%的助剂；所述助剂包括粘合剂、增塑剂、润滑剂和改性剂。
2.根据权利要求1所述的用废PCB粉料制备的增强型脂塑复合板材，其特征在于:所述助剂中的粘合剂为萜烯树脂，粘合剂的添加量占助剂总质量的12%~30% ;所述助剂中的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯，增塑剂的添加量占助剂总质量的15%~25% ;所述助剂中的润滑剂为硬脂酸、石蜡、PE蜡、氧化PE蜡、硬脂酸盐、单甘脂、PETS、EBS中的一种，润滑剂的添加量占助剂总质量的15%~30% ;所述助剂中的改性剂为马来酸酐接枝聚乙烯，改性剂占助剂总质量的20%~50%。
3.根据权利要求1所述的用废PCB粉料制备的增强型脂塑复合板材，其特征在于:所述偶联剂为KH550硅烷偶联剂。
4.一种如权利要求1所述的脂塑复合板材的制备方法，其特征在于包括以下步骤: ①将废PCB或者PCB制作的边角料等材料进行粉碎，粉碎后用振动器筛选分离金属粉料和非金属粉料，筛选后得到的非金属粉料进一步进行磁吸，磁吸得到的电路板非金属粉料干燥后待用； ②选用废电缆回收铜后剩下的废聚丙烯花线皮或者废旧家电回收得到的聚丙烯塑料件，用塑料磨粉机磨制成40目~80目的聚丙烯粉料待用； ③将木材纤维粉碎研磨使木质纤维变成70目~110目的木粉待用； ④称取步骤①准备的电路板非金属粉料、步骤②准备的聚丙烯粉料、步骤③准备的木粉、碳酸钙粉末、KH550硅烷偶联剂以及助剂待用； ⑤将步骤④称取的木粉、电路板非金属粉料、碳酸钙粉末、偶联剂、聚丙烯粉料以及助剂混合均匀得到模压料； ⑥首先准备模具，清洁模具表面后将模具预热到成型温度，并在模具表面铺装脱模材料； 然后将混合原料均匀等速喂料送入铺装系统，送扫平辊把原料摊平，混合原料进入预压机后压制为统一厚度的板坯，由输送带送去纵横修边后，输送至热压机对板材进行成型加压；脱模后得到脂塑复合板材。
5.根据权利要求4所述的脂塑复合板材的制备方法，其特征在于:步骤⑥中成型加压时成型中模具的上模板温度为120°C~150°C，下模板为180°C~190°C，压力为100 Mpa~150Mpa，模压成型时间为5~20分钟。
6.根据权利要求4所述的脂塑复合板材的制备方法，其特征在于:步骤⑤准备模压料时，先将步骤④称取的电路板非金属粉料、木粉、碳酸钙粉末投入密闭混料机内搅拌均匀，再向密闭混料机中投入偶联剂，搅拌均匀后投入聚丙烯粉料，再次搅拌均匀后向其中加入助剂，再次搅拌均匀得到模压料。
7.根据权利要求4所述的脂塑复合板材的制备方法，其特征在于:步骤④称取的助剂中，粘合剂为萜烯树脂，粘合剂的添加量占助剂总质量的12%~30% ;增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯，增塑剂的添加量占助剂总质量的15%~25% ;润滑剂为硬脂酸、石蜡、PE蜡、氧化PE蜡、硬脂酸盐、单甘脂、PETS、EBS中的一种，润滑剂的添加量占助剂总质量的15%~30% ;改 性剂为马来酸酐接枝聚乙烯，改性剂占助剂总质量的20%~50%。
【文档编号】C08L63/00GK103834100SQ201310643945
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】程洁红, 高洋 申请人:江苏理工学院