一種廢舊印刷電路板非金屬粉改性的室溫固化不飽和聚酯樹脂復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種廢舊印刷電路板非金屬粉改性的室溫固化不飽和聚酯樹脂復合材料及其制備方法。該方法將廢舊PCB的非金屬粉末除掉大塊雜質，再粉碎球磨2?10小時，干燥后制得非金屬粉。在100份不飽和聚酯樹脂中，加入非金屬粉5?50份，固化劑0.5?3份，促進劑0.1?2份，消泡劑和分散劑0.05?0.2份。攪拌均勻后，超聲分散，并抽真空消泡，室溫固化2?4小時，60?80℃固化5?10小時，得復合材料。這種復合材料的制備實現了廢舊PCB非金屬粉的資源化利用。同時，復合材料具有良好的力學性能和熱穩定性能，材料來源途徑廣泛，成本低廉，工藝簡單，有利于實現工業化大規模應用，具有良好的經濟效益和社會效益。
【專利說明】
一種廢舊印刷電路板非金屬粉改性的室溫固化不飽和聚酯樹 脂復合材料及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及廢舊印刷電路板回收利用領域，具體涉及一種廢舊印刷電路板非金屬 粉改性的室溫固化不飽和聚酯樹脂復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 隨著電子信息產業的迅猛發展和電子電器產品更新速度的加快，電子廢棄物逐漸 成為困擾全球的環境問題，作為電子產品的基本組成部分，印刷電路板(Printed circuit board，PCB)在通訊設備、家用電器等眾多領域得到了廣泛的應用，但由于其組分相當復 雜，也成為電子廢棄物中最難回收的部件。
[0003] 目前，由于經濟利益的驅動，對于廢PCB非金屬粉的回收主要集中于金屬部分，而 對于含量高達70%的非金屬部分，最常見的處理方法是焚燒和土壤填埋，這不僅是對資源的 一種浪費，同時也對大氣和土壤造成嚴重的破壞。
[0004]最近，許多研究者開始將廢PCB當做一種填料制備改性瀝青、熱塑性復合材料及 熱固性復合材料，但將廢PCB粉用于室溫固化的不飽和聚酯體系還未見研究報道。
[0005] 由于不飽和聚酯是玻璃鋼制備的最常用原料，其成型工藝多在室溫下進行，且用 量巨大。與高溫固化的不飽和聚酯復合材料相比，室溫固化復合材料更為簡便、易操作，且 避免了高溫造成的焦燒斑等外表缺陷。所以我們研究制備了室溫固化的UPE/廢PCB粉復合 材料，以期實現廢PCB非金屬粉的高值化利用。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于克服當前廢舊印刷電路板在回收過程中存在的資源浪費和環 境污染等缺點，提供了一種廢舊印刷電路板非金屬粉改性的室溫固化不飽和聚酯樹脂復合 材料及其制備方法，該方法是一種綠色、環保的循環利用方法。本發明利用廢舊印刷電路板 中的非金屬粉末對不飽和聚酯樹脂復合材料進行填充改性，制備了具有良好的力學性能、 熱穩定性能的廢PCB/UPE復合材料，實現了廢舊印刷電路板非金屬部分的高值化利用。
[0007] 本發明是通過以下技術方案實現的。
[0008] -種廢舊印刷電路板非金屬粉改性的室溫固化不飽和聚酯樹脂復合材料的制備 方法，包括以下步驟： (1) 將廢舊PCB(印刷電路板)的非金屬粉末在干燥箱中干燥8-24小時，除掉大塊雜質， 利用粉碎機和行星式球磨機對非金屬粉粉碎球磨2-10小時，然后過篩，制備出具有一定粒 徑的非金屬粉末； (2) 在100質量份不飽和聚酯樹脂中，加入步驟(1)制得的非金屬粉末5-50質量份，固化 劑〇. 5-3質量份，促進劑0.1-2質量份，消泡劑0.05-0.2質量份和分散劑0.05-0.2質量份； (3) 利用高速攪拌機將步驟(2)所得混合物攪拌均勻，然后在超聲分散儀上超聲分散， 并用真空烘箱抽真空消泡，將得到的產物傾倒到聚四氟乙烯模具中，室溫固化2-4小時，再 在60-80 °C的烘箱內固化5-10小時，制得所需的復合材料樣條。
[0009] 進一步地，步驟（1)非金屬粉在球磨的時候加入非金屬粉質量1%_10%的偶聯劑進 行表面改性。
[0010] 進一步地，所述偶聯劑為鈦酸酯偶聯劑或硅烷偶聯劑。
[0011] 更進一步地，所述偶聯劑為異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯，異丙基三(二 辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯，異丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)鈦酸酯，雙(二辛氧 基焦磷酸酯基）乙撐鈦酸酯，乙烯基三甲氧基硅烷，乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷，乙烯 基三乙氧基硅烷，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，γ-(2,3-環氧丙氧)丙基三甲氧 基硅烷和γ -氨丙基三乙氧基硅烷等中的一種。
[0012] 進一步地，步驟(1)所制備出的非金屬粉末的目數為40-200。
[0013]進一步地，步驟（2)所述的不飽和聚酯樹脂為鄰苯型、間苯型、對苯型和乙烯基酯 型不飽和聚酯樹脂等中的一種以上。
[0014] 進一步地，步驟(2)所述的固化劑為過氧化甲乙酮、過氧化苯甲酰和過氧化環己酮 等中的一種或幾種。
[0015] 進一步地，步驟(2)所述的促進劑為環烷酸鈷和異辛酸鈷中的一種以上。
[0016] 進一步地，步驟(2)所述的消泡劑為ΒΥΚ消泡劑;所述的分散劑為ΒΥΚ分散劑。
[0017]進一步地，步驟(2)所述非金屬粉的用量為5-20質量份。
[0018] 由以上所述的制備方法制得的一種廢舊印刷電路板非金屬粉改性的室溫固化不 飽和聚酯樹脂復合材料。
[0019] 與現有技術相比，本發明具有以下優點和特色： (1)將廢舊印刷電路板的非金屬部分作為補強填料按照一定比例加入到不飽和聚酯基 體中，實現了廢舊制品的資源化利用，節約了資源，減少了因土壤填埋或焚燒造成的環境污 染。
[0020] (2)制備的復合材料具有良好的力學性能、熱穩定性能，符合不飽和聚酯產品的性 能要求。
[0021] (3)材料來源途徑廣泛，成本低廉，成型工藝簡單，有利于實現工業化大規模應用， 此外，有效地保護了環境，具有良好的經濟效益和社會效益。
【附圖說明】
[0022] 圖1是廢PCB非金屬粉改性室溫固化不飽和聚酯樹脂復合材料的路線圖。
[0023] 圖2a、圖2b是不同粒徑的廢PCB非金屬粉末對復合材料力學性能的影響曲線圖。
[0024] 圖3是添加不同份數廢PCB非金屬粉對不飽和聚酯樹脂復合材料力學性能的影響 曲線圖，其中縱坐標Stress為應力，橫坐標Strain為應變。
[0025] 圖4是不飽和聚酯樹脂與添加 15phr廢PCB非金屬粉復合材料的熱重曲線圖。
【具體實施方式】
[0026] 為了更好地敘述和理解本發明，下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明， 但是本發明要求保護的范圍并不局限于實施例表述的范圍。
[0027] 實施例1 將廢印刷電路板非金屬粉粉碎5小時后，過40，60，80,100，150，200目數的篩子，并在 100°C下烘干;然后按照100g鄰苯型不飽和聚酯樹脂，10g-定粒徑的廢PCB粉，0.5g異辛酸 鈷促進劑（cobait isooctanoate)，1 · 5g過氧化甲乙酮固化劑(MEKP)，0 · lg BYK消泡劑和 O.lg BYK分散劑稱取原料，并按照圖1所示線路，依次加入攪拌混勻，然后在超聲分散儀上 超聲分散30min，再真空烘箱消泡處理，倒入模具進行常溫固化2小時，在70°C烘箱下固化5 小時，制備出復合材料測試樣條。圖2a、圖2b是加入不同目數的廢PCB非金屬粉后，拉伸強度 和彎曲強度的變化曲線圖，從圖中看出，隨著球磨粉碎時間的延長，粒徑降低，材料的力學 性能明顯提尚。
[0028] 實施例2 將廢PCB非金屬粉粉碎，過200目篩子，然后分別加入5，10，15，20質量份非金屬粉到 100質量份(l〇〇g)鄰苯型不飽和聚酯中，固化劑過氧化甲乙酮，加入份數為2質量份，促進劑 異辛酸鈷，加入〇. 8質量份，BYK消泡劑和BYK分散劑的加入量同實施例1，制備過程與固化工 藝也同實施例1，測試不同樣條的力學性能，隨著添加份數的增加，力學性能出現先增加后 降低的趨勢，應力應變曲線如圖3所示。表1是加入廢PCB非金屬粉后材料的粘度變化，這說 明隨著體系中，廢PCB非金屬粉加入量的增加，體系粘度增加，所以氣泡排出困難、出現較多 內部缺陷，導致力學性能出現先增加后降低的趨勢，但作為廢物利用領域，加入15質量份仍 對材料的力學性能基本沒有破壞，所以為了更大限度的實現廢PCB非金屬粉的循環利用，建 議在不飽和樹脂中添加15質量份的廢PCB非金屬粉。
[0029] 表 1
實施例3 利用粉碎機或球磨機對廢PCB非金屬粉進行粉碎2小時，然后過200目篩子，在100質量 份(100g)191型不飽和聚酯基體中，加入15質量份廢PCB非金屬粉，攪拌均勻后，在三輥研磨 機上研磨均勻，然后添加1.5質量份過氧化甲乙酮、0.5質量份促進劑環烷酸鈷，0.05g BYK 消泡劑和〇. lg BYK分散劑，室溫固化兩小時，后70°C固化5小時，得到廢PCB/UPE復合材料試 樣。圖4是15質量份廢PCB非金屬粉與基體材料的熱重曲線圖，從圖中看出，5%，10%，20%失重 對應溫度都明顯升高，材料的耐熱性能大幅提高。這表明廢PCB非金屬粉能夠有效的限制分 子鏈的運動，顯著提高復合材料的熱穩定性。
[0030] 實施例4 在PCB粉碎過程中，加入相對于廢PCB非金屬粉質量3%的硅烷偶聯劑570( γ -甲基丙 烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷），在球磨的同時進行表面改性，球磨三小時后，過200目篩子， 在60 °C真空烘箱干燥后，得到改性的廢PCB非金屬粉。在100質量份（100g)鄰苯型不飽和聚 酯樹脂中，加入20質量份偶聯劑改性的廢PCB非金屬粉，1.5質量份過氧化甲乙酮，0.5質量 份促進劑環烷酸鈷，〇.〇5g BYK消泡劑和0. lg BYK分散劑，其它制備工藝同實施例3,得到改 性廢PCB填充的UPE復合材料(UPE/m-WPCB復合材料）。表2是關于未改性和改性PCB補強的 UPE復合材料的拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度和熱變形溫度。
[0031] 表2
從表中可以看出，廢PCB非金屬粉經過表面改性后，力學性能和熱性能明顯提高。
【主權項】
1. 一種廢舊印刷電路板非金屬粉改性的室溫固化不飽和聚酯樹脂復合材料的制備方 法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 將廢舊PCB的非金屬粉末除掉大塊雜質，利用粉碎機和行星式球磨機對非金屬粉 粉碎球磨2-10小時，然后在干燥箱中干燥8-24小時，過篩，制備出非金屬粉末； (2) 在100質量份不飽和聚酯樹脂中，加入步驟（1)制得的非金屬粉末5-50質量份，固化 劑〇. 5-3質量份，促進劑0.1-2質量份，消泡劑0.05-0.2質量份和分散劑0.05-0.2質量份； (3) 利用高速攪拌機將步驟(2)所得混合物攪拌均勻，然后在超聲分散儀上超聲分散， 并用真空烘箱抽真空消泡，將得到的產物傾倒到聚四氟乙烯模具中，室溫固化2-4小時，再 在60-80 °C的烘箱內固化5-10小時，制得復合材料。2. 根據權利要求1所述的一種廢舊印刷電路板非金屬粉改性的室溫固化不飽和聚酯樹 脂復合材料的制備方法，其特征在于，步驟（1)非金屬粉在球磨的時候加入非金屬粉質量 1%-10%的偶聯劑進行表面改性。3. 根據權利要求2所述的一種廢舊印刷電路板非金屬粉改性的室溫固化不飽和聚酯樹 脂復合材料的制備方法，其特征在于，所述偶聯劑為鈦酸酯偶聯劑或硅烷偶聯劑。4. 根據權利要求2所述的一種廢舊印刷電路板非金屬粉改性的室溫固化不飽和聚酯樹 脂復合材料的制備方法，其特征在于，所述偶聯劑為異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸 酯，異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯，異丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)鈦 酸酯，雙(二辛氧基焦磷酸酯基）乙撐鈦酸酯，乙烯基三甲氧基硅烷，乙烯基三(β_甲氧基乙 氧基)硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，γ-(2,3-環氧 丙氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一種。5. 根據權利要求1所述的一種廢舊印刷電路板非金屬粉改性的室溫固化不飽和聚酯樹 脂復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所制備出的非金屬粉末的目數為40-200。6. 根據權利要求1所述的一種廢舊印刷電路板非金屬粉改性的室溫固化不飽和聚酯樹 脂復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述的不飽和聚酯樹脂為鄰苯型、間苯型、對 苯型和乙烯基酯型不飽和聚酯樹脂中的一種以上;所述的固化劑為過氧化甲乙酮、過氧化 苯甲酰和過氧化環己酮中的一種或幾種。7. 根據權利要求1所述的一種廢舊印刷電路板非金屬粉改性的室溫固化不飽和聚酯樹 脂復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述的促進劑為環烷酸鈷和異辛酸鈷中的一 種以上。8. 根據權利要求1所述的一種廢舊印刷電路板非金屬粉改性的室溫固化不飽和聚酯樹 脂復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述的消泡劑為ΒΥΚ消泡劑;所述的分散劑為 ΒΥΚ分散劑。9. 根據權利要求1所述的一種廢舊印刷電路板非金屬粉改性的室溫固化不飽和聚酯樹 脂復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述非金屬粉末的用量為5-20質量份。10. 由權利要求1-9任一項所述的制備方法制得的一種廢舊印刷電路板非金屬粉改性 的室溫固化不飽和聚酯樹脂復合材料。
【文檔編號】C08K9/06GK106009577SQ201610379601
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】賈志欣, 胡德超, 傅偉文, 羅遠芳, 賈德民
【申請人】華南理工大學