CN101157778A - 聚丙烯复合材料及废弃印刷电路板的回收利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子废弃物印刷电路板中非金属材料的再应用，即用于制备聚丙烯复合材料，属于电子废弃物回收再生利用技术领域。本发明聚丙烯复合材料含有下述重量配比的组分制备而成：聚丙烯100份、印刷电路板非金属粉末5～30份、聚烯烃弹性体6～20份。本发明将印刷电路板的非金属材料应用在聚丙烯以及其他塑料的工程改性中将可以极大的提高电子废弃物的再生利用率，最大限度的保护环境；同时可以降低材料成本约10－30％；本发明聚丙烯复合材料具有良好的缺口冲击强度性能，虽拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量有所降低，但是从产品应用的总体性能来说是明显提高的，达到了增韧聚丙烯复合材料的性能要求。

Description

聚丙烯复合材料及废弃印刷电路板的回收利用方法

技术领域

本发明涉及电子废弃物印刷电路板中非金属材料的再应用，即用于制备聚丙烯复合材料，属于电子废弃物回收再生利用技术领域。

背景技术

随着电子科技的快速发展，各种电子产品的升级换代日益频繁。淘汰下来的电子产品中的印刷电路板主要由电子元件、印刷电路板基板以及连接电子元件和印刷电路板基板的焊料组成。其中的印刷电路板主要由环氧树脂和玻璃纤维组成，而印刷板在分离电子元器件、铜、银等金属后，余下的非金属材料被抛弃或作为地板等低附加值产品的填料。印刷板非金属材料中的玻璃纤维等材料没有得到有效的再生利用。

根据预测，聚丙烯材料的年产量在2010年将达到700万吨，目前的聚丙烯无机刚性粒子增韧复合材料一般选用碳酸钙粒子，以及其他类似的增韧体系如聚丙烯/云母、聚丙烯/滑石粉、聚丙烯/硅石灰以及聚丙烯/钙晶须等。受原生矿成分的影响，矿物刚性粒子成分波动大，影响复合材料的性能。由于处理工序复杂、开矿要破坏环境等原因，矿物刚性粒子均存在成本较高、质量不稳定，环境友好性差等问题。

沈志刚等在论文《Recycling and reusing of nonmetal materials from wasteprinted circuit boards》(CHEMICAL ENGINEERING Vol.34 No.10 Oct.2006)中对废弃印刷电路板中非金属材料在聚丙烯材料上的单一材料填充改性进行了实验，实验表明填充改性后的PP除弯曲强度和拉伸强度等有较大幅度的增加(刚度增加)外，材料的缺口冲击强度大幅度下降(韧性下降)，材料的施工性能也大幅度下降。

中国专利：电路板回收粉料窨井盖座及其制造方法(申请号为200510038342.3)和一种利用废弃线路板的非金属粉末制作玻璃钢制品的方法(申请号为200610011117.5)分别公开了以印刷电路板中非金属粉末制作窑井盖和玻璃钢的方法，但是上述方法忽略了非金属材料的潜在价值，不能形成废弃电子产品的再生利用的规模和示范效应。

中国专利：废印刷电路板中非金属材料的利用方法(申请号为200510083981.1)公开了基体材料为高分子材料或建筑材料，改性非金属粉填料和助剂制备而成的复合材料，非金属填料粒度为10～400目，质量百分比为10～70％。根据其说明书实施例1记载按照该专利方法制备而得的聚丙烯复合材料的缺口冲击强度几乎没变化，仅在非金属粉填料添加量为50％时有较小提高。

发明内容

本发明所要解决的是聚丙烯复合材料的缺口冲击强度低的技术问题，本发明聚丙烯复合材料较中国专利“废印刷电路板中非金属材料的利用方法”(申请号为200510083981.1)中公开聚丙烯复合材料的缺口冲击强度性能明显提高。

本发明为了解决上述技术问题的技术方案是提供一种新的聚丙烯复合材料。本发明聚丙烯复合材料由下述重量配比的组分制备而成：聚丙烯100份、细度为200～400目的印刷电路板非金属粉末5～30份、聚烯烃弹性体6～20份；还含有偶联剂0.2～0.8份、助剂0.1～0.6份，偶联剂用于非金属粉末的改性，助剂用于提高复合材料的施工性能。

本发明聚丙烯复合材料采用如下方法制备而得：

A、印刷电路板非金属粉末粉碎为200～400目的粉末，粉末除湿，加入偶联剂，混合，混合物备用；

B、取步骤A所得的混合物与聚丙烯、聚烯烃弹性体混合，熔融，造粒，即得。

本发明将印刷电路板的非金属材料应用在聚丙烯以及其他塑料的工程改性中将可以极大的提高电子废弃物的再生利用率，最大限度的保护环境；同时可以降低材料成本约10-30％；将印刷电路板中非金属材料的再生应用范围拓宽到高分子材料的改性工程中，可节约了大量矿产资源；由于印刷电路板非金属材料多为不可降解物质，通过物理方式再生应用印刷电路板，解决了废料处理的问题，防止对环境的污染和破坏。本发明聚丙烯复合材料具有良好的缺口冲击强度性能，虽拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量有所降低，但是从产品应用的总体性能来说是明显提高的，达到了增韧聚丙烯复合材料的性能要求。

具体实施方式

本发明聚丙烯复合材料由述重量配比的组分制备而成：

聚丙烯(PP)100份、印刷电路板非金属粉末5～30份、聚烯烃弹性体6～20份。

根据组分筛选实验，当印刷电路板非金属粉末填充量超过30份时，造粒过程中会出现架桥现象，使造粒难以顺利进行，不能达到正常工艺状态。

本发明复合材料的制备过程中还可以加入重量配比为0.2～0.8份的偶联剂。偶联剂用于印刷电路板非金属粉末的改性，偶联剂采用硅烷型偶联剂、铝酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂中至少一种。印刷电路板非金属粉末经偶联剂处理后，即可将其亲水性表面转变成亲有机表面，可避免体系中粒子集结及聚合物急剧稠化，还可提高有机聚合物聚丙烯对印刷电路板非金属粉末的润湿性。因此，根据本领域技术人员的公知常识，具有可转化印刷电路板非金属粉末表面亲水性，防止体系中粒子集结及防止体系中聚合物急剧稠化等作用的试剂均可以用于印刷电路板非金属粉末改性。添加顺序上应先加入偶联剂，而后加入助剂，助剂可以是但不限于是硬脂酸、低分子脂类或白油，各种组分混合发挥协同作用以获得较佳的结果。

本发明聚丙烯复合材料采用的聚丙烯为均聚或共聚聚丙烯，是作为改性对象的基础树脂，采用两种聚丙烯均可实现本发明复合材料对改善缺口冲击强度性能的目的。

聚烯烃弹性体(简称POE)是以茂金属为催化剂、由乙烯和辛烯单体聚合而成的热塑性弹性体，可以增加复合材料的韧性，即改善冲击强度，但是复合材料的弯曲模量和强度都会下降。

原料之一印刷电路板非金属粉末是印刷电路板分离铜以及其他金属以后，以玻璃纤维和固化的环氧化合物等非金属为主的混合物，经粉碎为200～400目的颗粒，再通过偶联剂活化改性而成。印刷电路板非金属粉末起增强作用主要原理是；其中的玻璃纤维有利于提高本发明复合材料的强度和尺寸稳定性，而颗粒状的环氧化合物粉末则有利于提高本发明复合材料的韧性和表面硬度，改善弯曲模量和弯曲强度，但是材料的韧性会下降。

POE与印刷电路板非金属粉末中的玻璃纤维、环氧化合物的有机结合可以使本发明复合材料具备优异的综合性能；聚丙烯、印刷电路板非金属粉末、POE三者相互补充，协同起效达到对聚丙烯基材增韧的目的。

实验证明采用由下述重量配比制备而成的复合材料：聚丙烯100份、印刷电路板非金属粉末5～30份、聚烯烃弹性体6～20份、偶联剂0.2～0.8份、助剂0.1～0.6份，可以充分发挥组分之间协同增效的作用，使复合材料整体性能均显著提高，尤其使材料的缺口冲击强度显著提高，尤其是当组分配比为聚丙烯100份、印刷电路板非金属粉末25份、聚烯烃弹性体16份、偶联剂0.5份、助剂0.4份时，本发明复合材料的整体性能较高，特别是缺口冲击强度达到了20.73KJ/m²。

本发明聚丙烯复合材料的制备方法包括如下步骤：

A、印刷电路板非金属粉末粉碎为200～400目的粉末，粉末除湿，加入偶联剂，混合，混合物备用；

B、取步骤A所得的混合物、聚丙烯、聚烯烃弹性体混合，熔融，挤出造粒，即得；其中熔融、挤出造粒的温度为175～225℃。

在步骤B中还会加入助剂与步骤A所得的混合物、聚丙烯、聚烯烃弹性体混合。

助剂加入量为0.1～0.6份，助剂采用硬脂酸、低分子脂类或白油中的至少一种，用于提高复合材料的施工性能。而且还可以根据实际情况，如根据聚丙烯复合材料需要具有的其它性能，添加本领域技术人员常规选择的相应助剂。

采用上述原料及制备方法制备本发明复合材料，使刷电路板非金属粉末中的玻璃纤维和环氧树脂得到了最有效的应用，实现了废弃资源的再生利用。

以下通过组分筛选实验说明本发明聚丙烯复合材料制备依据及有益效果。

实施例1

原料配比：PP 5kg、POE(美国杜邦-陶氏化学公司的POE8150)0.3kg、印刷电路板非金属粉末(300目)0.5kg、市售KH792硅烷偶联剂0.01kg、市售白油0.015kg。

复合材料的制备方法：

A、将已经回收了铜等有价重金属的印刷电路非金属材料，经过粉碎分级为非金属粉末；

B、将非金属粉末在高速混合机内除湿0.5小时后，加入偶联剂，高速混合3-5分钟备用；

C、将聚丙烯、POE、步骤B处理后的非金属粉末以及助剂混合均匀，在双螺杆挤出机中熔融混合，挤出造粒。

挤出机(SLF-35B型双螺杆挤出机，成都科强高分子工程公司)各段温度如下：

第一段	第二段	第三段	第四段	第五段	第六段	第七段
							190±5℃	210±5℃	220±5℃	225±5℃	220±5℃	210±5℃	185±5℃

实施例2

原料配比：PP 5kg、POE 0.6kg、印刷电路板非金属粉末(300目)1kg、市售KH792硅烷偶联剂0.01kg、市售白油0.01kg。制备方法同实施例1。

实施例3

原料配比：PP 5kg、POE 0.8kg、印刷电路板非金属粉末(400目)1.25kg、市售KH792硅烷偶联剂0.025kg、市售白油0.02kg。制备方法同实施例1。

实施例4

原料配比见表1，制备方法同实施例1。

表1实施例4原料配比(单位为kg)

各实施例制备而得的聚丙烯复合材料力学性能实验结果见表2

表2本发明聚丙烯复合材料力学性能实验结果

由于实施例4F和4I在造粒过程中出现架桥现象，料斗的出料口形成拱桥状影响正常出料，使造粒难以顺利进行，不能达到正常工艺状态。故未进行相关参数的测定。

表3中国专利200510083981.1说明书实施例1记载的复合材料力学性能测试结果

填充量	弯曲强度Mpa	弯曲模量Mpa	拉伸强度Mpa	缺口冲击KJ/m2
					0％	47.95	1100	33.18	2.49
10％	46.13	1290	36.65	1.32
					20％	49.43	1290	36.42	1.51
30％	69.49	1960	42.85	2.35
					50％	81.07	2670	52.73	2.70

根据表2的数据说明，本发明聚丙烯复合材料的核心材料为聚丙烯、印刷电路板非金属粉末和聚烯烃弹性体，三者起主要协同作用改善聚丙烯复合材料的整体性能，明显提高缺口冲击强度。将实施例4A～C组和实施例4G～I组进行对比，两组区别在于是否在印刷电路板非金属粉末中添加偶联剂改性，实施例4A～C组较实施例4G～I组性能明显提高，而且实施例4I由于在造粒过程中会出现架桥现象，使造粒难以顺利进行，不能达到正常工艺状态，无法实施。

而表3说明中国专利200510083981.1说明书实施例1所记载的复合材料在印刷电路板非金属粉添加量在30～50％时，弯曲强度、弯曲模量、拉伸强度才有所提高，但是缺口冲击强度没有明显提高。

Claims (10)

1.聚丙烯复合材料，其特征在于，它由下述重量配比的组分制备而成：

聚丙烯100份、印刷电路板非金属粉末5～30份、聚烯烃弹性体6～20份，所述印刷电路板非金属粉末的细度为200～400目。

2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，它由下述重量配比的组分制备而成：

聚丙烯100份、印刷电路板非金属粉末25份、聚烯烃弹性体16份。

3.根据权利要求1或2所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，它还含有重量配比为0.2～0.8份的偶联剂。

4.根据权利要求3所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述偶联剂是硅烷型偶联剂、铝酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂中至少一种。

5.根据权利要求1或2所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，它还含有重量配比为0.1～0.6份的助剂，所述助剂为硬脂酸、低分子脂类或白油中的至少一种。

6.根据权利要求1或2所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，它还含有重量配比为0.1～0.6份的助剂、0.2～0.8份的偶联剂；

其中，所述偶联剂是硅烷型偶联剂、铝酸酯偶联剂或钛酸酯偶联剂中至少一种；所述助剂为硬脂酸、低分子脂类或白油中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，它是由下述重量配比的组分制备而成：

聚丙烯100份、印刷电路板非金属粉末25份、聚烯烃弹性体16份、偶联剂0.5份、助剂0.4份。

8.权利要求3所述聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：

A、印刷电路板非金属粉末粉碎为200～400目的粉末，粉末除湿，加入偶联剂，混合，混合物备用；

B、取步骤A所得的混合物与聚丙烯、聚烯烃弹性体混合，熔融，挤出造粒，即得。

9.根据权利要求8所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤B中加入助剂与聚丙烯、聚烯烃弹性体、步骤A所得的混合物混合。

10.根据权利要求9所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤B所述熔融和挤出造粒的温度为175～225℃。