【摘要】：隨著我國信息化技術(shù)的高速發(fā)展,激烈的市場競爭使得電子設備更新?lián)Q代越來越頻繁,從而導致電子廢棄物的產(chǎn)生量劇增。在電子廢棄物回收處理過程中,廢舊印刷電路板(WPCB)是造成二次污染的主要來源。由于WPCB經(jīng)久不腐,往往采用填埋或焚燒進行處理,但在填埋處理過程中其含有的重金屬和含鹵物質(zhì)會對土壤和地下水造成污染,而焚燒時會產(chǎn)生大量有害氣體和致癌物,嚴重破壞生態(tài)平衡和威脅人類健康。目前尚未找到科學、合理回收處理WPCB的方法,特別是其中的非金屬部分(WPCBP)的科學處理和回收利用,是一個亟待解決的國際性技術(shù)難題。本論文主要針對WPCBP無污染回收處理和高值化利用過程中的關鍵科學技術(shù)與工程問題,開展了WPCBP理化性質(zhì)表征、表面改性、殘留銅處理、原位雜化無機粒子改性及其填充聚烯烴復合材料等方面的科學問題和應用基礎研究,制備了多種性能優(yōu)良、綠色環(huán)保、高附加值的聚烯烴復合材料,為WPCBP的綠色處理與高值化利用以及節(jié)約資源、保護環(huán)境和促進社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供了理論依據(jù)和有效途徑。論文首先對WPCBP的理化性質(zhì)進行了表征,并將其作為填料用于改性高密度聚乙烯(HDPE),系統(tǒng)地研究了WPCBP粒徑及其用量對HDPE塑料結(jié)構(gòu)與性能的影響。研究結(jié)果表明,WPCBP的粒徑對HDPE復合材料的性能影響較大,當WPCBP為60目時,材料的各項性能均能保持平均水平以上,綜合性能最佳。隨著WPCBP用量的增加,HDPE復合材料的力學性能及熔融指數(shù)均有所下降,熱性能則有所提升。將WPCBP與次磷酸鋁(AHP)并用,當WPCBP用量為20wt.%、AHP用量為30wt.%時,HDPE復合材料的氧指數(shù)為28.4,垂直燃燒等級達到V-0級,阻燃性能明顯改善。采用WPCBP部分替代木粉(WF)制備了新型HDPE木塑復合材料。研究結(jié)果表明,當WF用量為10wt.%,WPCBP用量為20wt.%時,材料的綜合性能最優(yōu),WPCBP部分替代WF能達到較好地增強效果。為更有效提高HDPE木塑復合材料的綜合性能,將小分子偶聯(lián)劑與大分子接枝物協(xié)同改性HDPE木塑復合材料,研究結(jié)果表明填料WPCBP與基體間的界面結(jié)合能力得到明顯改善。由此,制備了性能優(yōu)良、價格低廉、工藝簡便、污染較小、可工業(yè)化的HDPE木塑復合材料,為WPCBP的高值化利用提供了新的途徑。進一步研究了WPCBP對聚丙烯(PP)結(jié)構(gòu)與性能的影響。從氧化誘導期(OIT)及加速熱氧老化測試結(jié)果可見,隨著WPCBP填充PP用量的增加,PP復合材料的耐熱氧老化性能明顯變差,這是由于WPCBP含有的變價金屬(如銅等)會加速PP分子鏈中的活潑氫發(fā)生氧化導致其分子主鏈降解,從而對復合材料的耐候性能產(chǎn)生較大影響。為此本文采用硝酸對WPCBP進行除銅處理,系統(tǒng)研究了經(jīng)硝酸處理的WPCBP對PP塑料結(jié)構(gòu)與性能的影響。研究結(jié)果表明,硝酸處理可有效除去WPCBP中的變價金屬,且隨著硝酸處理WPCBP濃度的增加,其除銅效果也越好,WPCBP改性PP復合材料的OIT明顯上升。經(jīng)加速熱氧老化處理后,硝酸處理WPCBP填充PP塑料體系的力學性能保持率明顯優(yōu)于未處理體系及PP純樣,說明經(jīng)過硝酸處理的WPCBP改性PP塑料的耐候性能有所提升,為今后WPCBP在PP中的廣泛應用提供了科學依據(jù)。采用堿預處理法可有效除去WPCBP中殘留的變價金屬,但造成了嚴重的二次污染。本文利用堿處理WPCBP過程中產(chǎn)生的廢堿液制備了納米氫氧化鎂(nano-Mg(OH)_2),并進一步采用原位生成法在WPCBP表面成功負載了氫氧化鎂,制備了新型WPCBP/Mg(OH)_2雜化填料(MW),將其應用于PP塑料中,系統(tǒng)地研究了不同雜化配比的MW對PP復合材料阻燃性能、熱性能及力學性能的影響。研究結(jié)果表明,經(jīng)過雜化改性的MW填充PP復合材料的氧指數(shù)大幅度提升,水平燃燒速率也明顯下降,說明材料的阻燃性能有所提高,其熱穩(wěn)定性能也得到明顯改善。此外,經(jīng)過雜化改性的MW粉體填充PP塑料的各項力學性能較之未改性體系均有一定程度地改善。最后,本論文采用溶膠凝膠法在WPCBP表面原位生成二氧化硅(SiO_2),制備了一系列不同反應pH值的WPCBP/SiO_2雜化體(TSW),并對其理化性質(zhì)進行了表征。結(jié)果表明WPCBP表面有二氧化硅生成,且隨著反應pH值的上升,雜化填料TSW表面二氧化硅的粒徑逐漸變大,其雜化量則呈先上升后下降的趨勢,此外,TSW粉體的含銅量也明顯降低。采用TSW增強PP復合材料,結(jié)果表明,較未改性WPCBP而言,雜化體填充PP體系的力學性能、氧化誘導期、熱性能均有所提升。這是由于雜化改性后填料與PP形成鋸齒狀界面能更有效地傳遞應力,因而材料的力學性能有所提升。
【圖文】：

華南理工大學博士學位論文于焚燒會生成大量有害廢氣造成嚴重的大氣污染[47]，而直接填埋不但占用土地，還會使其中的有毒成分遷移至地下，污染土壤與地下水源[48]。最典型的實例是廣東汕頭市貴嶼鎮(zhèn)，據(jù)有關媒體報道，貴嶼鎮(zhèn)是國內(nèi)回收電子廢棄物規(guī)模較大的地區(qū)之一，該鎮(zhèn)在上世紀九十年代從國外大量走私進口電子垃圾，進行最原始最簡單的拆解和提取金屬，造成了嚴重的環(huán)境和生態(tài)污染，一度成為世界輿論關注的焦點，不僅造成了嚴重的環(huán)境污染，還帶來了極壞的社會影響，成為一個值得深思和警惕的典型負面案例。由此可見，電子廢棄物作為人類工作與活動的產(chǎn)物，帶來了一系列嚴重的環(huán)境和生態(tài)問題，尤其是對于擁有南嶺地區(qū)優(yōu)越生態(tài)環(huán)境的廣東省，其年產(chǎn)量居全國之首的電子廢棄物如果得不到妥善處理，對生態(tài)環(huán)境的污染和破壞將會嚴重阻礙廣東地區(qū)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[3, 49]。盡快采取有效措施，突破至今無法合理利用的 WPCBP 高值化回收利用技術(shù)，促進電子廢棄物處理和資源化利用技術(shù)創(chuàng)新，具有重大的理論與現(xiàn)實意義[50]！

第一章 緒論0]、不飽和聚酯[61]等熱固性樹脂中。但 WPCBP 中含有的部分殘余重金屬）在其資源化利用過程中會對人類和自然環(huán)境造成威脅。者[22]采用固廢浸出毒性瀝濾法 TCLP 對 WPCBP 填充聚合物時復合材進行檢測后發(fā)現(xiàn)，，材料中含有的主要重金屬成分如鐵、銅、鉻等均低中有毒有害物質(zhì)的限量要求》等相關標準規(guī)定，證明了將 WPCBP 用材料在環(huán)保上是可行的。WPCBP 作為塑料填料有獨特的優(yōu)點，其來在塑料中實現(xiàn)高填充達到減少塑料用量和控制成本的目的，且 WPCB纖，在一定范圍添加量下對高分子復合材料具有較好地增強效果，能各項性能，制備出性能優(yōu)異的復合材料，在降低復合材料生產(chǎn)成本 開拓了新的回收利用方案，具有良好的經(jīng)濟與環(huán)保價值。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB332;TN41

【參考文獻】

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本文編號：2702723