废旧电路板的资源化利用：侧重于制备聚合物基复合材料和地质聚合物

来源：ACS美国化学会

随着电子信息技术水平的快速发展以及电器电子产品更新换代的加快，废弃电器电子产品越来越多，电子废物呈现快速增长的态势。全球电子废物统计伙伴关系(GESP)最新发布的报告《The Global E-waste Monitor 2020: Quantities, flows and the circular economy potential》显示，2019年全球电子废物产生量高达5360万吨，短短五年内增长21%。中国家用电器研究院发布的《中国废弃电器电子产品回收处理及综合利用行业白皮书2019》披露，2019年我国电器电子产品理论报废量为67420.89万台，折合重量约为733.60万吨。电路板作为各种芯片和电容的载体，是电器电子产品的重要组成部分。电器电子产品虽然类型多样、材料组成复杂，但是其中均含有3~6%的电路板。在大力倡导建设资源节约型和环境友好型社会的背景下，加快废旧电路板(WPCBs)的资源化研究意义重大。

图1. 典型废电器电子产品关键拆解产物WPCBs

WPCBs通常由电子元器件和线路板基板组成，其中电阻、晶体管、电容等板载元器件通常未达到使用寿命，使用红外线加热、激光加热等无损拆解技术可最大程度地回收元器件，降低电路板生产成本。拆除元器件后的废电路板主要由树脂、玻璃纤维和铜箔组成，具有硬度高、韧性强的特点，后续的破碎、分选工艺将直接影响WPCBs的资源化效率。WPCBs破碎工艺分为粗碎和细碎，粗碎主要使用剪切式破碎，使破碎粒径控制在1-10mm；细碎常用锤式破碎，进一步使粒径控制在1mm以下。WPCBs分选可采用摇床分选或风力分选-高压静电复合分选。对于分选后获得的金属富集体，可直接炼铜或精加工提取贵金属。对于产生量大、占废电路板质量分数约70%的电路板非金属材料(NMF-WPCBs)，一般由环氧树脂胶黏剂和玻璃纤维增强材料组成，处理困难且经济效益低，已成为国内外电子废物处理行业面临的重要难题。

图2. WPCBs典型分选设备

目前国内外对于NMF-WPCBs的回收处理主要有热处理法和物理回收法。其中，热处理法虽能回收玻纤、热能或油品，但是热处理过程中可能会产生有毒有害气体，对二次污染控制要求较为严格。物理回收法具有不需改变NMF-WPCBs物理状态、处理工艺简单、资源利用率高等优点，从资源利用最大化和最优化的角度应优先考虑。近年来，利用NMF-WPCBs代替常规填料制备高分子复合材料成为国内外研究的热点。此外，还有将NMF-WPCBs与生石灰和石膏等无机料混合，制成混凝土、地质聚合物等建筑材料。NMF-WPCBs在降低复合材料成本的同时，还可改善复合材料的力学性能，但是直接利用NMF-WPCBs会产生诸如NMF-WPCBs在聚合物基体中分散性差、复合材料韧性不足等技术难题，大大限制了NMFs在复合材料中的广泛应用。究其原因主要是由于NMF-WPCBs与有机基体的界面相容性差，在基体中分散不均匀而发生团聚。强度和韧性是复合材料的两个主要力学性能，有关聚合物基体增强增韧的研究一直是高分子材料研究领域的重要课题。因此，如何对NMF-WPCBs进行处理，改善其与聚合物基体间的界面相容性，达到补强增韧的双重效果，是破解NMF-WPCBs在复合材料中应用瓶颈的关键。表面改性和填料复合可作为改善NMF-WPCBs填充性能的有效手段。此外，由于NMF-WPCBs中残留金属和溴化阻燃剂等有毒有害物质，NMF-WPCB再生产品的环境安全性需要进一步评估。

图3. NMF-WPCBs制备聚合物基复合材料和地质聚合物