CN108831995A - 一种柔性组件中有机层的分离方法 - Google Patents

一种柔性组件中有机层的分离方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种柔性组件中有机层的分离方法，所述方法包括以下步骤：将待处理的柔性组件依次经过热处理、急冷、喷淋破碎和分选；其中，热处理的温度小于等于柔性组件的有机层中有机物料发生分解反应的临界温度。本发明所述方法采用低温热处理‑急冷‑高压水喷淋清洗等工艺综合处理柔性组件，解决了柔性组件有机层脱封难的问题，易于产业化应用，可以实现柔性组件中芯片与有机层脱离过程的机械化、自动化和工业化。

Description

一种柔性组件中有机层的分离方法
技术领域
本发明属于电子元器件回收领域，涉及一种柔性组件中有机层的分离方法。
背景技术
作为一种新兴技术，柔性有机材料以其独特的柔性和延展性，以及高效、低成本的制造工艺在信息、能源、国防和医疗等高端领域得到了广泛应用，比如其在薄膜太阳能电池板、电子显示器和有机发光二极管等中的应用。
通常柔性组件为多层复合结构，包括前板、背板以及封装胶层和芯片，其中前板、背板和封装胶层具有难溶和难熔等性质，使之很难从内部芯片上脱离，因此如何将其从芯片上脱离成为回收柔性组件的首要问题。例如，CIGS柔性薄膜太阳能组件以其轻薄、可弯曲和抗光斑性等诸多优点已经渐渐代替传统晶硅太阳能电池，占据市场主导地位。然而，随着使用年限的推移，在不久的将来必将会有大量的报废光伏组件产生，这些废料含有铜、铟、镓、硒和锌等有价元素，同时也含有镉和砷等有害元素，所以如何妥善回收柔性光伏组件成为急需解决的问题。
目前，柔性组件有机层脱封分离的方法主要有火法和湿法两种处理工艺。火法工艺，即采用高温煅烧的方法处理太阳能组件，将可燃和可挥发的组分以烟尘形式补收，剩下的部分在通过化学方法回收处理，但是柔性组件的前板封装胶大多为有机物，高温焚烧后会产生大量有害气体，会产生严重污染环境。湿法工艺，即通过组件中各层金属膜的特性，采用酸液或碱液蚀刻的方法进行脱离，然后在综合回收处理，但是该方法效率低，能耗高，较难实现工业化。
现有技术中有通过碱浸脱离-富集回收两段工艺，以及酸浸结合高温还原等工艺对铜铟镓硒柔性光伏组件进行回收利用的报道，但是所述方法控制反应条件要求较为严苛，产率比较低，应用局限性较大，不易于实现大规模工业化。
现有技术中也有关于采用深冷方法对柔性太阳能组件进行回收的方法，虽然较为有效的解决了脱离难得问题，但是该方法具有一定的局限性，深冷操作较为复杂，脱封过程不利于实现机械化，整体较难实现常规工业化。
因此，如何寻找一种无污染且操作简单，回收效率高，易于产业化应用的分离柔性组件中有机层的方法是亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种柔性组件中有机层的分离方法。本发明所述方法采用低温热处理-急冷-高压水喷淋清洗等工艺综合处理柔性组件，解决了柔性组件有机层脱封难的问题，易于产业化应用，可以实现柔性组件中芯片与有机层脱离过程的机械化、自动化和工业化。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种柔性组件中有机层的分离方法，所述方法包括以下步骤：
将待处理的柔性组件依次经过热处理、急冷、喷淋破碎和分选；其中，热处理的温度小于等于柔性组件的有机层中有机材料发生分解反应的临界温度。
本发明中，所述柔性组件中的“有机层”是指柔性组件中包含了有机材料的层结构，并非特指某一特定的层结构，即只要层结构中包括了有机材料均可使用本发明所述方法进行分离。
本发明中，所述“柔性”是指能形成为卷。
本发明中，所述“分离”还可陈述为“脱除”、“回收”和“脱封”等。
本发明所述的分离方法完全采用物理手段实现有机层的分离，利用柔性组件中的有机层与芯片的热膨胀系数不同，通过对柔性组件在低温下进行热处理，使有机层与芯片的热膨胀程度不同，再经过后续急冷处理使有机层与芯片迅速收缩，彼此之间产生缝隙或开裂，进而实现初步分离。经过初步分离后的柔性组件再经过喷淋破碎和分选实现最终分离。
本发明中，所述热处理需要在低温下进行，即热处理的温度需要低于有机层中有机材料的热分解温度，否则会产生二噁英等有害气体，造成环境污染。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述柔性组件包括柔性太阳能组件和/或柔性电子器件，但并不仅限于所列举的柔性组件。
作为本发明优选的技术方案，所述柔性太阳能组件包括铜铟镓硒太阳能电池、碲化镉太阳能电池或砷化镓太阳能电池中任意一种或至少两种的组合，但并不仅限于所列举的柔性太阳能组件。
优选地，所述柔性电子器件包括柔性显示屏、柔性电子标签或有机发光二极管中任意一种或至少两种的组合，但并不仅限于所列举的柔性电子器件。
作为本发明优选的技术方案，所述热处理的温度≤270℃。
优选地，所述热处理的温度为150℃～270℃。
本发明中，所述热处理的温度以150℃～270℃内更优，若温度低于150℃，虽然也可以使其热膨胀，但不论在膨胀效果还是处理效率上都会降低。
优选地，所述热处理的时间为30min～60min。
优选地，所述热处理在加热炉中进行。
作为本发明优选的技术方案，所述急冷包括：将经过热处理后的柔性组件迅速投入冷却液体中，然后取出。
作为本发明优选的技术方案，所述迅速投入指：经过热处理后的柔性组件投入冷却液体中的时间间隔＜20s。
优选地，经过热处理后的柔性组件在冷却液体中的放置时间为0～5min。
优选地，所述冷却液体的温度为0～20℃。
作为本发明优选的技术方案，所述喷淋破碎包括：将经过急冷处理的柔性组件进行喷淋处理，在喷淋处理的同时对柔性组件进行破碎。
作为本发明优选的技术方案，所述喷淋处理中所用喷淋液体的压强为5MPa～15MPa。
优选地，所述破碎采用搅拌破碎。
优选地，所述破碎包括采用螺旋刀片、刮刀或透平自吸式刀组中任意一种或至少两种的组合对其进行破碎。
优选地，采用螺旋刀片处理时，螺旋刀片的转速为50rad/s～300rad/s。
本发明所述方法通过对经过急冷处理的柔性组件进行高压喷淋并同时进行破碎，可以更有效的将有机层从柔性组件上脱离。
作为本发明优选的技术方案，所述分选为水力分选和/或重选，即利用柔性组件中不同组分之间的密度差，其在水中沉降速度不同，使不同组件完成分离，有机层在水体上部，芯片沉降在底部，进而实现分选。
优选地，所述水力分选得到的水返回水力分选进行循环利用。
作为本发明优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：
(1)将待处理的柔性组件在150℃～270℃进行热处理；
(2)经过热处理后的柔性组件迅速投入温度为0～20℃的冷却液体中进行急冷处理，放置0～5min后取出；
(3)将经过急冷处理的柔性组件用压强为5MPa～15MPa的喷淋液体进行喷淋处理，在喷淋处理的同时用螺旋刀片对柔性组件进行破碎，螺旋刀片的转速为50rad/s～300rad/s；
(4)经过喷淋处理和破碎处理后，进行水力分选，完成柔性组件中有机层的脱除。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用低温热处理-急冷-高压水喷淋清洗等工艺综合处理柔性组件，通过纯物理手段对柔性组件中的有机层进行分离处理，整个过程中不产生有毒有害气体，分离效率高(分离效率可以达到97％以上)，不需要高温加热或深冷处理，能耗低，易于实现工业化。
附图说明
图1是本发明所述柔性组件中有机层的分离方法的流程示意图。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施方式部分提供了一种柔性组件中有机层的分离方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
将待处理的柔性组件依次经过热处理、急冷、喷淋破碎和分选；其中，热处理的温度小于等于柔性组件的有机层中有机材料发生分解化学反应的临界温度。
作为本发明优选的实施方式，所述柔性组件包括柔性太阳能组件和/或柔性电子器件，但并不仅限于所列举的柔性组件。
作为本发明优选的实施方式，所述柔性太阳能组件包括铜铟镓硒太阳能电池、碲化镉太阳能电池或砷化镓太阳能电池中任意一种或至少两种的组合，但并不仅限于所列举的柔性太阳能组件。
优选地，所述柔性电子器件包括柔性显示屏、柔性电子标签或有机发光二极管中任意一种或至少两种的组合，但并不仅限于所列举的柔性电子器件。
作为本发明优选的实施方式，所述热处理的温度≤270℃，例如270℃、260℃、250℃、240℃、230℃、220℃、210℃、200℃、190℃、180℃、170℃、160℃或150℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述热处理的温度为150℃～270℃。
优选地，所述热处理的时间为30min～60min，例如30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述热处理在加热炉中进行。
作为本发明优选的实施方式，所述急冷包括：将经过热处理后的柔性组件迅速投入冷却液体中，然后取出。
作为本发明优选的实施方式，所述迅速投入指：经过热处理后的柔性组件投入冷却液体中的时间间隔＜20s，例如18s、16s、14s、12s、10s、8s、6s或4s等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，经过热处理后的柔性组件在冷却液体中的放置时间为0～5min，例如1min、2min、3min、4min或5min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述冷却液体的温度为0～20℃，例如0℃、1℃、3℃、5℃、7℃、10℃、13℃、15℃、17℃或20℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的实施方式，所述喷淋破碎包括：将经过急冷处理的柔性组件进行喷淋处理，在喷淋处理的同时对柔性组件进行破碎。
作为本发明优选的实施方式，所述喷淋处理中所用喷淋液体的压强为5MPa～15MPa，例如5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、10MPa、11MPa、12MPa、13MPa、14MPa或15MPa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述破碎采用搅拌破碎。
优选地，所述破碎包括采用螺旋刀片、刮刀或透平自吸式刀组中任意一种或至少两种的组合对其进行破碎。
优选地，采用螺旋刀片处理时，螺旋刀片的转速为50rad/s～300rad/s，例如50rad/s、70rad/s、90rad/s、100rad/s、130rad/s、150rad/s、170rad/s、200rad/s、230rad/s、250rad/s、270rad/s或300rad/s等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的实施方式，所述分选为水力分选和/或重选。
优选地，所述水力分选得到的水返回水力分选进行循环利用。
作为本发明优选的实施方式，所述方法包括以下步骤：
(1)将待处理的柔性组件在150℃～270℃进行热处理；
(2)经过热处理后的柔性组件迅速投入温度为0～20℃的冷却液体中进行急冷处理，放置0～5min后取出；
(3)将经过急冷处理的柔性组件用压强为5MPa～15MPa的喷淋液体进行喷淋处理，在喷淋处理的同时用螺旋刀片对柔性组件进行破碎，螺旋刀片的转速为50rad/s～300rad/s；
(4)经过喷淋处理和破碎处理后，进行水力分选，完成柔性组件中有机层的脱除。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
本实施例提供了一种对铜铟镓硒太阳能电池废芯片中有机层进行分离的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将铜铟镓硒太阳能电池废芯片置于低温加热炉中45min，保持炉内温度为240℃，然后取出；
(2)将步骤(1)经过低温加热处理后的铜铟镓硒太阳能电池废芯片迅速投入冷水槽中保持3min，冷水槽水温为0℃，然后取出；
(3)将步骤(2)经急冷处理后的铜铟镓硒太阳能电池废芯片放到带有高压水喷头的旋转清洗水罐中，打开高压水对组件进行喷淋，喷淋压强为8MPa，同时启动螺旋刀片以200rad/s旋转，最终实现组件有机层分离过程；
(4)步骤(3)进行完高压喷淋破碎后，关闭高压水及旋转开关，根据各组分的密度不同，在水中沉降速度不同，芯片沉降在底部，封装膜在上部，完成分选过程。
本实施例所述的分离方法对铜铟镓硒太阳能电池废芯片中有机层的分离效率可以达到97.5％，并且整个过程中不产生有毒有害气体。
实施例2：
本实施例提供了一种对柔性显示屏中有机层进行分离的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将柔性显示屏置于低温加热炉中60min，保持炉内温度为260℃，然后取出；
(2)将步骤(1)经过低温加热处理后的柔性显示屏迅速投入冷水槽中保持2min，冷水槽水温为5℃，然后取出；
(3)将步骤(2)经急冷处理后的柔性显示屏放到带有高压水喷头的旋转清洗水罐中，打开高压水对组件进行喷淋，喷淋压强为10MPa，同时启动螺旋刀片以260rad/s旋转，最终实现组件有机层分离过程；
(4)步骤(3)进行完高压喷淋破碎后，关闭高压水及旋转开关，根据各组分的密度不同，在水中沉降速度不同，柔性有机封装膜在上部，完成分选过程。
本实施例所述的分离方法对柔性显示屏中有机层的分离效率可以达到98％，并且整个过程中不产生有毒有害气体。
实施例3：
本实施例提供了一种对碲化镉薄膜太阳能电池组件中有机层进行分离的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将碲化镉薄膜太阳能电池组件置于低温加热炉中35min，保持炉内温度为170℃，然后取出；
(2)将步骤(1)经过低温加热处理后的碲化镉薄膜太阳能电池组件迅速投入冷水槽中保持4min，冷水槽水温为0℃，然后取出；
(3)对步骤(2)经急冷处理后的碲化镉薄膜太阳能电池组件放到采用压强为6MPa的液体进行高压喷淋，并同时采用递进式螺旋刀片以100rad/s的转速进行旋转破碎，最终实现组件有机层分离过程；
(4)步骤(3)进行完高压喷淋破碎后，关闭高压水及旋转开关，根据各组分的密度不同，在水中沉降速度不同，柔性有机封装膜在上部，完成分选过程。
本实施例所述的分离方法对碲化镉薄膜太阳能电池组件中有机层的分离效率可以达到97.5％，并且整个过程中不产生有毒有害气体。
实施例4：
本实施例提供了一种对有机发光二极管中有机层进行分离的方法，所述方法参照实施例1中的方法，区别仅在于：步骤(1)中加热温度为200℃，热处理时间为50min；步骤(2)中冷水温度为15℃，保持时间为5min；步骤(3)中高压液体压强为15MPa，递进式螺旋刀片的转速为300rad/s。
本实施例所述的分离方法对有机发光二极管中有机层的分离效率可以达到99％，并且整个过程中不产生有毒有害气体。
实施例5：
本实施例提供了一种对电子标签中有机层进行分离的方法，所述方法参照实施例1中的方法，区别仅在于：步骤(3)中破碎搅拌采用透平自吸式刀组进行搅拌破碎。
本实施例所述的分离方法对电子标签中有机层的分离效率可以达到98.5％，并且整个过程中不产生有毒有害气体。
对比例1：
本对比例提供了一种对铜铟镓硒太阳能电池废芯片中有机层进行分离的方法，所述方法除了步骤(1)中加热温度为300℃(＞270℃)外，其他操作条件均与实施例1中相同。
本对比例所述方法由于加热温度较高，在加热过程中会产生有害气体，造成环境污染，而且部分有机组件已经软化并附着在芯片上，影响后续水淬过程，导致分离效率降低，分离率仅为80％。
对比例2：
本对比例提供了一种对铜铟镓硒太阳能电池废芯片中有机层进行分离的方法，所述方法除了步骤(2)中采用常规冷却的方法外，其他操作条件均与实施例1中相同。
本对比例所述方法由于采用常规的冷却方法，加热膨胀后的柔性组件没有立即进行急冷，会造成脱离不彻底，进而影响分离效率，使分离效率降低至75％。
对比例3：
本对比例提供了一种对铜铟镓硒太阳能电池废芯片中有机层进行分离的方法，所述方法除了步骤(3)中采用常压液体进行喷淋外，其他操作条件均与实施例1中相同。
本对比例所述方法由于常压液体进行喷淋，无法全方位冲刷组件，会造成脱离不彻底，进而影响分离效率，使分离效率降低至65％。
综合上述实施例和对比例可以看出，本发明采用低温热处理-急冷-高压水喷淋清洗等工艺综合处理柔性组件，通过纯物理手段对柔性组件中的有机层进行分离处理，整个过程中不产生有毒有害气体，分离效率高(可以达到97％以上)，不需要高温加热或深冷处理，能耗低，易于实现工业化。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性组件中有机层的分离方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将待处理的柔性组件依次经过热处理、急冷、喷淋破碎和分选；其中，热处理的温度小于等于柔性组件的有机层中有机材料发生分解化学反应的临界温度。
2.根据权利要求1所述的分离方法，其特征在于，所述柔性组件包括柔性太阳能组件和/或柔性电子器件。
3.根据权利要求2所述的分离方法，其特征在于，所述柔性太阳能组件包括铜铟镓硒太阳能电池、碲化镉太阳能电池或砷化镓太阳能电池中任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述柔性电子器件包括柔性显示屏、柔性电子标签或有机发光二级管中任意一种或至少两种的组合。
4.根据权利要求1-3任一项所述的分离方法，其特征在于，所述热处理的温度≤270℃；
优选地，所述热处理的温度为150℃～270℃；
优选地，所述热处理的时间为30min～60min；
优选地，所述热处理在加热炉中进行。
5.根据权利要求1-4任一项所述的分离方法，其特征在于，所述急冷包括：将经过热处理后的柔性组件迅速投入冷却液体中，然后取出。
6.根据权利要求5所述的分离方法，其特征在于，所述迅速投入指：经过热处理后的柔性组件投入冷却液体中的时间间隔＜20s；
优选地，经过热处理后的柔性组件在冷却液体中的放置时间为0～5min；
优选地，所述冷却液体的温度为0～20℃。
7.根据权利要求1-6任一项所述的分离方法，其特征在于，所述喷淋破碎包括：将经过急冷处理的柔性组件进行喷淋处理，在喷淋处理的同时对柔性组件进行破碎。
8.根据权利要求7所述的分离方法，其特征在于，所述喷淋处理中所用喷淋液体的压强为5MPa～15MPa；
优选地，所述破碎采用搅拌破碎；
优选地，所述破碎包括采用螺旋刀片、刮刀或透平自吸式刀组中任意一种或至少两种的组合对其进行破碎；
优选地，采用螺旋刀片处理时，螺旋刀片的转速为50rad/s～300rad/s。
9.根据权利要求1-8任一项所述的分离方法，其特征在于，所述分选为水力分选和/或重选；
优选地，所述水力分选得到的水返回水力分选进行循环利用。
10.根据权利要求1-9任一项所述的分离方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将待处理的柔性组件在150℃～270℃进行热处理；
(2)经过热处理后的柔性组件迅速投入温度为0～20℃的冷却液体中进行急冷处理，放置0～5min后取出；
(3)将经过急冷处理的柔性组件用压强为5MPa～15MPa的喷淋液体进行喷淋处理，在喷淋处理的同时用螺旋刀片对柔性组件进行破碎，螺旋刀片的转速为50rad/s～300rad/s；
(4)经过喷淋处理和破碎处理后，进行水力分选，完成柔性组件中有机层的脱除。
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