废旧印刷电路板非金属粉改性聚烯烃塑料的研究

发布时间：2020-06-08 07:08

【摘要】：随着我国信息化技术的高速发展,激烈的市场竞争使得电子设备更新换代越来越频繁,从而导致电子废弃物的产生量剧增。在电子废弃物回收处理过程中,废旧印刷电路板(WPCB)是造成二次污染的主要来源。由于WPCB经久不腐,往往采用填埋或焚烧进行处理,但在填埋处理过程中其含有的重金属和含卤物质会对土壤和地下水造成污染,而焚烧时会产生大量有害气体和致癌物,严重破坏生态平衡和威胁人类健康。目前尚未找到科学、合理回收处理WPCB的方法,特别是其中的非金属部分(WPCBP)的科学处理和回收利用,是一个亟待解决的国际性技术难题。本论文主要针对WPCBP无污染回收处理和高值化利用过程中的关键科学技术与工程问题,开展了WPCBP理化性质表征、表面改性、残留铜处理、原位杂化无机粒子改性及其填充聚烯烃复合材料等方面的科学问题和应用基础研究,制备了多种性能优良、绿色环保、高附加值的聚烯烃复合材料,为WPCBP的绿色处理与高值化利用以及节约资源、保护环境和促进社会经济可持续发展提供了理论依据和有效途径。论文首先对WPCBP的理化性质进行了表征,并将其作为填料用于改性高密度聚乙烯(HDPE),系统地研究了WPCBP粒径及其用量对HDPE塑料结构与性能的影响。研究结果表明,WPCBP的粒径对HDPE复合材料的性能影响较大,当WPCBP为60目时,材料的各项性能均能保持平均水平以上,综合性能最佳。随着WPCBP用量的增加,HDPE复合材料的力学性能及熔融指数均有所下降,热性能则有所提升。将WPCBP与次磷酸铝(AHP)并用,当WPCBP用量为20wt.%、AHP用量为30wt.%时,HDPE复合材料的氧指数为28.4,垂直燃烧等级达到V-0级,阻燃性能明显改善。采用WPCBP部分替代木粉(WF)制备了新型HDPE木塑复合材料。研究结果表明,当WF用量为10wt.%,WPCBP用量为20wt.%时,材料的综合性能最优,WPCBP部分替代WF能达到较好地增强效果。为更有效提高HDPE木塑复合材料的综合性能,将小分子偶联剂与大分子接枝物协同改性HDPE木塑复合材料,研究结果表明填料WPCBP与基体间的界面结合能力得到明显改善。由此,制备了性能优良、价格低廉、工艺简便、污染较小、可工业化的HDPE木塑复合材料,为WPCBP的高值化利用提供了新的途径。进一步研究了WPCBP对聚丙烯(PP)结构与性能的影响。从氧化诱导期(OIT)及加速热氧老化测试结果可见,随着WPCBP填充PP用量的增加,PP复合材料的耐热氧老化性能明显变差,这是由于WPCBP含有的变价金属(如铜等)会加速PP分子链中的活泼氢发生氧化导致其分子主链降解,从而对复合材料的耐候性能产生较大影响。为此本文采用硝酸对WPCBP进行除铜处理,系统研究了经硝酸处理的WPCBP对PP塑料结构与性能的影响。研究结果表明,硝酸处理可有效除去WPCBP中的变价金属,且随着硝酸处理WPCBP浓度的增加,其除铜效果也越好,WPCBP改性PP复合材料的OIT明显上升。经加速热氧老化处理后,硝酸处理WPCBP填充PP塑料体系的力学性能保持率明显优于未处理体系及PP纯样,说明经过硝酸处理的WPCBP改性PP塑料的耐候性能有所提升,为今后WPCBP在PP中的广泛应用提供了科学依据。采用碱预处理法可有效除去WPCBP中残留的变价金属,但造成了严重的二次污染。本文利用碱处理WPCBP过程中产生的废碱液制备了纳米氢氧化镁(nano-Mg(OH)_2),并进一步采用原位生成法在WPCBP表面成功负载了氢氧化镁,制备了新型WPCBP/Mg(OH)_2杂化填料(MW),将其应用于PP塑料中,系统地研究了不同杂化配比的MW对PP复合材料阻燃性能、热性能及力学性能的影响。研究结果表明,经过杂化改性的MW填充PP复合材料的氧指数大幅度提升,水平燃烧速率也明显下降,说明材料的阻燃性能有所提高,其热稳定性能也得到明显改善。此外,经过杂化改性的MW粉体填充PP塑料的各项力学性能较之未改性体系均有一定程度地改善。最后,本论文采用溶胶凝胶法在WPCBP表面原位生成二氧化硅(SiO_2),制备了一系列不同反应pH值的WPCBP/SiO_2杂化体(TSW),并对其理化性质进行了表征。结果表明WPCBP表面有二氧化硅生成,且随着反应pH值的上升,杂化填料TSW表面二氧化硅的粒径逐渐变大,其杂化量则呈先上升后下降的趋势,此外,TSW粉体的含铜量也明显降低。采用TSW增强PP复合材料,结果表明,较未改性WPCBP而言,杂化体填充PP体系的力学性能、氧化诱导期、热性能均有所提升。这是由于杂化改性后填料与PP形成锯齿状界面能更有效地传递应力,因而材料的力学性能有所提升。
【图文】：

概略图,情况,电子废弃物

华南理工大学博士学位论文于焚烧会生成大量有害废气造成严重的大气污染[47]，而直接填埋不但占用土地，还会使其中的有毒成分迁移至地下，污染土壤与地下水源[48]。最典型的实例是广东汕头市贵屿镇，据有关媒体报道，贵屿镇是国内回收电子废弃物规模较大的地区之一，该镇在上世纪九十年代从国外大量走私进口电子垃圾，进行最原始最简单的拆解和提取金属，造成了严重的环境和生态污染，一度成为世界舆论关注的焦点，不仅造成了严重的环境污染，还带来了极坏的社会影响，成为一个值得深思和警惕的典型负面案例。由此可见，电子废弃物作为人类工作与活动的产物，带来了一系列严重的环境和生态问题，尤其是对于拥有南岭地区优越生态环境的广东省，其年产量居全国之首的电子废弃物如果得不到妥善处理，对生态环境的污染和破坏将会严重阻碍广东地区社会经济的可持续发展[3, 49]。尽快采取有效措施，突破至今无法合理利用的 WPCBP 高值化回收利用技术，促进电子废弃物处理和资源化利用技术创新，具有重大的理论与现实意义[50]！

对比图,力学性能,对比图,基体

第一章绪论0]、不饱和聚酯[61]等热固性树脂中。但 WPCBP 中含有的部分残余重金属）在其资源化利用过程中会对人类和自然环境造成威胁。者[22]采用固废浸出毒性沥滤法 TCLP 对 WPCBP 填充聚合物时复合材进行检测后发现，，材料中含有的主要重金属成分如铁、铜、铬等均低中有毒有害物质的限量要求》等相关标准规定，证明了将 WPCBP 用材料在环保上是可行的。WPCBP 作为塑料填料有独特的优点，其来在塑料中实现高填充达到减少塑料用量和控制成本的目的，且 WPCB纤，在一定范围添加量下对高分子复合材料具有较好地增强效果，能各项性能，制备出性能优异的复合材料，在降低复合材料生产成本开拓了新的回收利用方案，具有良好的经济与环保价值。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB332;TN41

【参考文献】