CN112029301A - 一种废旧印刷线路板非金属粉改性沥青及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废旧印刷线路板非金属粉改性沥青，各组分及其所占重量份数包括：基质沥青100份，废旧印刷线路板非金属粉10～40份，相容剂1～4份，其中相容剂为桐油和甘油。本发明通过在基质沥青中引入废旧印刷线路板非金属粉，并利用桐油和甘油改善废旧印刷线路板非金属粉与沥青之间的界面性能，有效改善所得沥青体系的抗高温性能及水稳定性能，并可实现废旧印刷线路板非金属粉对基质沥青的大掺量改性；且涉及的制备方法简单、操作方便，环境友好，具有良好的经济效益和社会效益，并可为绿色交通建设提供新的途径。

Description

一种废旧印刷线路板非金属粉改性沥青及其制备方法

技术领域

本发明属于道路工程技术领域，具体涉及一种废旧印刷线路板非金属粉改性沥青及其制备方法。

背景技术

废旧印刷线路板非金属(PCBN:Printed Circuit Board Non-metallic)粉是将废旧印刷线路板的非金属材料部分通过一定的加工工艺磨碎得到的粉料；将其应用于工业生产的各个领域，是回收废旧印刷线路板非金属材料的有效办法。

众所周知，电子产品是以消耗电能为工作基础的产品及其衍生物，主要包括：电视机、收音机、音响、计算机和手机电话等。虽然这些电子产品让人们的生活越来越方便，但如何处理废旧电子产品也是一个值得我们思考的大问题。我国环保部门为了使废旧电子产品不再污染环境且可以变废为宝，相继制定了《电子信息产品生产污染防治管理办法》、《废旧家用电器回收利用管理办法》及2020年4月29日刚修订通过了《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》等相关法规。有研究表明，废旧印刷线路板在电子产品废弃物中占有相当大的比例，由于经济利益的驱动，废旧印刷线路板中的金属元素被人们回收甚多，但是对废旧印刷线路板非金属材料的处置方式往往是直接填埋或焚烧。非金属材料中含有大量的卤素，在燃烧的过程中会产生有害物质，如此不仅会浪费大量的土地资源，同时严重污染环境和危害人类健康，更制约可持续发展战略及和谐社会的建设。因此很有必要采取合理的措施使之资源化，可有效减少材料的浪费，节约大量能源，同时可减少碳排放，减轻对环境污染的压力。

公路建设和养护需要消耗大量的砂、石、水泥、沥青、改性剂等原材料，大规模的公路交通基础设施建设带来了不可忽视的能源消耗、生态环境保护问题。突破环境破坏与保护、资源消耗与节约、道路材料循环利用等技术瓶颈制约，大力实施绿色公路建设，以最少的资源维持交通的需求，从而保持交通与资源的协调性至关重要，对推动交通事业供给侧结构性改革，促进经济提质增效、转型升级，支撑国家发展战略实施具有重大作用。加之我国公路建设经过多年大力发展已经形成了全世界最为庞大的公路网，尤其是近年来随着《交通强国建设纲要》的贯彻落实和国家区域经济发展质量的全面提升，交通量的大幅度增加是一个必然趋势，对沥青路面材料性质的要求也必定越来越高。因此进一步探索新型高性能、绿色环保改性沥青并进一步优化其制备工艺，具有重要的研究和应用意义。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种废旧印刷线路板非金属粉改性沥青，将废旧印刷线路板非金属粉应用于对基质沥青进行改性，在保证沥青基本使用性能的基础上，可进一步提升所得沥青混合料的抗高温及抗水损害等路用性能；且涉及的制备方法简单、环境友好，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种废旧印刷线路板非金属粉改性沥青，各组分及其所占重量份数包括：基质沥青100份，废旧印刷线路板非金属粉10～40份，相容剂1～4份；其中相容剂为桐油和甘油。

优选的，所述废旧印刷线路板非金属粉的用量为26～35份。

上述方案中，所述基质沥青在25℃的针入度为60～80(以0.1mm为单位)。

上述方案中，所述废旧印刷线路板非金属粉的粒度为400～800目。

上述方案中，所述废旧印刷线路板非金属粉中各组分及其含量包括：环氧树脂50～60％，玻璃纤维40～50％。

上述方案中，所述相容剂由桐油和甘油按(5～6):4的质量比复合而成。

上述一种废旧印刷线路板非金属粉改性沥青的制备方法，包括如下步骤：

1)按配比称取各原料，各原料及其所占重量份数包括：基质沥青100份，废旧印刷线路板非金属粉10～40份，相容剂1～4份；

2)将称取的废旧印刷线路板非金属粉进行加热处理，然后加入相容剂混合均匀，再将所得混合料加入熔化的基质沥青中；进行高速剪切，发育，得所述废旧印刷线路板非金属粉改性沥青。

上述方案中，步骤2)中所述加热温度为170～185℃，时间为1～2h。

上述方案中，所述基质沥青熔化温度为130～140℃。

上述方案中，所述高速剪切步骤采用的温度为170～185℃，3000～4000r/min，时间为30～50min。

上述方案中，步骤2)中所述发育温度为130～140℃，时间为60～80min。

优选的，所述剪切时间为45min，剪切速率为3500r/min，剪切温度为175℃；发育时间为70min。

根据上述方案所得废旧印刷线路板非金属粉改性沥青，其性能指标满足表1要求，试验方法按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)进行。

表1废旧印刷线路板非金属粉改性沥青性能指标

附：其中PG分级不低于PG70-22指动态剪切流变试验失效温度不小于70℃；低温弯曲梁流变试验失效温度不大于﹣22℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明采用的相容剂由桐油和甘油复配而成，成本低、环境友好；其中桐油的水解产物之一桐油酸含有的羧基(-COOH)和甘油中的羟基(-OH)可与废旧印刷线路板非金属粉中环氧树脂环氧基发生有机反应，使得废旧印刷线路板非金属粉改性剂在基质沥青中形成结构性强的脂肪族长链及环氧基团，有效提升废旧印刷线路板非金属粉与沥青之间的界面性能，从而大大提高所得混合体系的稳定性(高温稳定性和水稳定性)，提升改性效果。

2)本发明可实现大掺量废旧印刷线路板非金属粉对基质沥青的高效改性，在废旧印刷线路板非金属粉这一固体废弃物变废为宝，并经过相容剂处理后加入到基质沥青中，在相同路面铺筑条件下，可大大减少沥青使用量，具有重要的环境和经济效益。

3)本发明所得废旧印刷线路板非金属粉改性沥青，在135℃时的运动黏度值可达1.68Pa.s，大于普通SBS改性沥青同等温度下的黏度值1.5Pa.s且小于规范要求的3.0Pa.s，表明通过本制备工艺制得的改性沥青黏附性要优于SBS改性沥青。

4)利用本发明所述改性沥青所得混合料的高温稳定性和抗水损害性能均提升显著，可弥补基质沥青在抗车辙及水稳定性方面的不足，特别对于刚柔复合长寿命路面，本发明能大幅度减少沥青面层车辙、裂缝等病害，改善刚柔复合路面的沥青面层使用性能，提升沥青路面的使用寿命。

5)本发明涉及的废旧印刷线路板非金属粉改性沥青制备方法简单实用且较为经济，并通过软化点试验、针入度试验、延度试验及微观电镜扫描试验及美国PG分级中的DSR、BBR试验结果确定了高速剪切的工艺参数，即最佳剪切时间45min、剪切速率3500r/min、剪切温度175℃及发育时间70min，有利于废旧印刷线路板非金属粉改性沥青的推广应用。

6)本发明所述废旧印刷线路板非金属粉改性沥青的制备方法简单、环境友好，在保证沥青使用性能的基础上，兼具优良的抗高温及抗水损害等路用性能，可满足日渐提升的沥青路面质量要求，具有重要的社会、经济和环境效益。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

以下实施例中，采用的基质沥青为广州壳牌70#基质沥青，其25℃的针入度值为68，软化点为48.5℃。

以下实施例中，采用的废旧印刷线路板非金属粉由清远市金运再生资源有限公司提供；其粒度为600目；其中热固性环氧树脂的含量为59wt％，玻璃纤维为39％，堆积密度为0.5～1g/cm³，吸油量为40～60g/100g。

以下实施例中，所述相容剂由桐油和甘油按比例混合而成。

实施例1

一种废旧印刷线路板非金属粉改性沥青，其制备方法包括如下步骤：

取25质量份的废旧印刷线路板非金属粉置于175℃的烘箱中2h；将100质量份基质沥青放入135℃的烘箱中40min；在温度为175℃的条件下，向废旧印刷线路板非金属粉中加入1.5相容剂(0.83份桐油，0.67份甘油)，并用玻璃棒均匀搅拌10min；在170℃下向熔化的基质沥青中加入经过相容剂处理的废旧印刷线路板非金属粉，并用玻璃棒均匀搅拌10min；然后将所得混合物在高速剪切仪中高速剪切30min(转速为3000r/min)，剪切完成后将所得混合物放入135℃的烘箱中发育60min；即得所述废旧印刷线路板非金属粉改性沥青。

经测试，本实施例所得改性沥青的软化点为60.2℃，10℃延度为43cm，135℃黏度为1.59Pa.s，PG分级为PG70-22(动态剪切流变试验失效温度为70.1℃，低温弯曲梁流变试验失效温度为-22℃)，各项指标按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)进行，且符合表1要求。

实施例2

一种废旧印刷线路板非金属粉改性沥青，其制备方法包括如下步骤：

取30质量份的废旧印刷线路板非金属粉置于175℃的烘箱中2h；将100质量份基质沥青放入135℃的烘箱中40min；在温度为175℃的条件下，向废旧印刷线路板非金属粉中加入2相容剂(1.1份桐油，0.9份甘油)，并用玻璃棒均匀搅拌10min；在170℃下向熔化的基质沥青中加入经过相容剂处理的废旧印刷线路板非金属粉，并用玻璃棒均匀搅拌10min；然后将所得混合物在高速剪切仪中高速剪切45min(转速为4000r/min)，剪切完成后将所得混合物放入135℃的烘箱中发育70min；即得所述废旧印刷线路板非金属粉改性沥青。

经测试，本实施例所得改性沥青的软化点为62.1℃，10℃延度为41cm，135℃黏度为1.68Pa.s，PG分级为PG70-22(动态剪切流变试验失效温度为70.6℃，低温弯曲梁流变试验失效温度为-22℃)，各项指标按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》进行。

应用例

将实施例2所得废旧印刷线路板非金属粉改性沥青和基质沥青分别应用于制备沥青混合料，具体步骤包括：按最佳油石比设计，配制的最大公称粒径为13.2mm的密级配沥青混合料，并分别进行标准车辙试验、低温性能测试和水稳定性测试，结果分别见表2、表3和表4。

表2沥青混和料动稳定度测试结果

表3沥青混合料低温小梁测试结果

表4沥青混合料水稳定性评价

由表2可以看出，利用本发明所述改性沥青所得沥青混和料(PCBN粉沥青混合料)的动稳定度比基质沥青混合料动稳定度提高了3977次/mm，动稳定度提高了大约151.3％；本发明利用PCBN粉，并在PCBN粉和基质沥青之间引入复合相容剂，并可有效改善沥青与矿料之间的粘结性，改善沥青的感温性并显著提升所得混和料的高温抗车辙性能。

由表3可以看出，PCBN粉对沥青混合料的低温抗裂性能影响较小，与基质沥青混合料的低温抗裂性能基本上无异，且满足试验规范的要求。

由表4可以看出，表明PCBN粉改性沥青混合料具有良好的抗车辙性能及抗水损害性能，其浸水残留稳定度比基质沥青混合料提高了4.6％。

上述结果表明，利用本发明所述改性沥青所得混合料的高温稳定性和抗水损害性能均提升显著，可弥补基质沥青在抗车辙及水稳定性方面的不足，有效提升沥青路面的使用寿命。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种废旧印刷线路板非金属粉改性沥青，其特征在于，各组分及其所占重量份数包括：基质沥青100份，废旧印刷线路板非金属粉10～40份，相容剂1～4份，其中相容剂为桐油和甘油。

2.根据权利要求1所述的废旧印刷线路板非金属粉改性沥青，其特征在于，所述基质沥青在25℃的针入度为60～80。

3.根据权利要求1所述的废旧印刷线路板非金属粉改性沥青，其特征在于，所述废旧印刷线路板非金属粉的粒度为400～800目；各组分及其所占质量百分比包括：环氧树脂50～60％，玻璃纤维40～50％。

4.根据权利要求1所述的废旧印刷线路板非金属粉改性沥青，其特征在于，所述相容剂由桐油和甘油按(4.5～5):4的质量比复合而成。

5.根据权利要求1所述的废旧印刷线路板非金属粉改性沥青，其特征在于，其10℃延度≥405cm/min，软化点≥60℃，135℃黏度v为1.5～3.0Pa^.s，25℃弹性恢复≥95％，PG分级为70-22。

6.权利要求1～5任一项所述废旧印刷线路板非金属粉改性沥青的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)按配比称取各原料，各原料及其所占重量份数包括：基质沥青100份，废旧印刷线路板非金属粉10～40份，相容剂1～4份；

2)将称取的废旧印刷线路板非金属粉进行加热处理，然后加入相容剂混合均匀，再将所得混合料加入熔化的基质沥青中；进行高速剪切，发育，得所述废旧印刷线路板非金属粉改性沥青。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述加热温度为170～185℃，时间为1～2h。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述基质沥青熔化温度为130～140℃。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述高速剪切步骤采用的温度为170～185℃，剪切速率为3000～4000r/min，时间为30～50min。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述发育温度为130～140℃，时间为60～80min。