二甲亚砜低温常压下分层解离废弃印刷电路板的研究

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作为电子元器件的必需载体,废弃印刷电路板(Waste Printed Circuit Boards,WPCBs)全球累积量随电子电器产品加速的更新换代呈现持续上升趋势。尽管被定义为“电子垃圾”,但WPCBs包含众多高回收价值的金属及非金属物质,使其资源化逐步取代焚烧和填埋成为全球研究热点。本文以FR-4型环氧玻纤布覆铜板为研究对象,通过二甲亚砜(Dimethyl sulphoxide,DMSO)常压低温条件下分层解离WPCBs,建立“WPCBs组分单独资源化”的创新绿色工艺,为构建WPCBs零污染、可持续资源化体系提供新思路;并从溶胀作用、溶剂化能力、分子间作用等方面全面解析工艺原理,为其优化提供理论支持。首先,WPCBs是经由溴化环氧树脂固化反应粘结而成的玻璃纤维+铜箔+绿油的致密层状结构。本课题将DMSO作为解离层状结构溶剂,寻得WPCBs分层工艺最佳参数为:浸泡温度130oC,WPCBs/DMSO固液质量比1:5,WPCBs尺寸1×1cm。通过离子色谱及GC-MS等分析证实工艺无DMSO及溴化环氧树脂分解,不存在环境风险。同时,DMSO可通过过滤及旋蒸,实现循环再利用;WPCBs解离混合物则通过浮选+粗破碎筛分实现组分单独分离继而资源化。其次,基于固化树脂溶胀曲线分析,证实WPCBs的分层解离源于层间树脂的溶胀,符合Schott二级溶胀动力学模型,并得出浸泡温度及溶剂极性均为WPCBs溶胀分层的必要条件。此外,本课题从表征溶剂化能力的溶度参数出发,通过平衡溶胀法求得WPCBs及自主合成固化树脂的三维溶度参数。后续基团估算法及混合溶剂不仅求得FR-4型WPCBs分层最佳溶剂组合为DMSO60%+二甲基甲酰胺40%,同时验证此法可推广至寻找不同类型WPCBs最佳分层溶剂。最后,本课题结合溶胀曲线、双酚A树脂溶解曲线、FTIR中-OH的红移现象、玻璃转化温度(Tg)降低及活化能差值等分析,得出DMSO溶胀固化树脂过程为两部分:1)当温度接近Tg,随着交联链间运动的增强,空余空间扩大使足量DMSO渗入,与交联链形成以氢键为基础的物理交联,破坏其原有网络结构,进而使层间粘接力削弱;2)较小段的交联链及凝胶部分受DMSO溶剂化作用,借助氢键以整体形式进入DMSO,使树脂网络结构稳定性进一步削弱,层间粘接作用弱化进而使WPCBs片层结构解离。
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