廢棄環(huán)氧樹脂再生技術(shù)及應(yīng)用研究.pdf

1、熱固性塑料作為塑料中的一大類，其制品已廣泛滲入到生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域，如用于制造建筑板材、汽車零部件、電子元器件、印制線路板(PCB)等。隨著熱固性塑料制品生產(chǎn)規(guī)模、需求不斷擴(kuò)大以及各類電子電器產(chǎn)品報廢高峰期的到來，廢棄熱固性塑料，尤其是用于制造電子組件的環(huán)氧樹脂塑料廢棄量也隨之劇增?？總鹘y(tǒng)的填埋或焚燒處理已不能滿足可持續(xù)發(fā)展要求，然而熱固性塑料不熔（溶）的特性又導(dǎo)致其不能像熱塑性塑料那樣采用重新加熱熔融的方法將其再生利用。隨著世界各國

2、對電子廢棄物資源化利用率要求越來越高，研發(fā)環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)可行的廢棄環(huán)氧樹脂再生技術(shù)勢在必行，無論從資源循環(huán)利用還是環(huán)境保護(hù)角度看，都具有十分重要的意義。
　　 本課題以電子元器件封裝用固化環(huán)氧樹脂的生產(chǎn)廢棄料為研究對象，進(jìn)行了廢棄環(huán)氧樹脂再生技術(shù)的研究，利用廢棄環(huán)氧樹脂回收粉料（以下簡稱廢環(huán)氧粉）與聚氯乙烯(PVC)，經(jīng)共混、模壓工藝制備了具有較好應(yīng)用前景的復(fù)合材料，深入分析了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系及其界面結(jié)合機(jī)理，優(yōu)化了材料

3、的配方和工藝條件，并在工廠中試生產(chǎn)了一種實(shí)用的再生產(chǎn)品，擬最大限度地實(shí)現(xiàn)廢棄環(huán)氧樹脂的資源化，最后進(jìn)一步開展了應(yīng)用硅烷偶聯(lián)劑提高復(fù)合材料性能的研究。
　　 對廢棄環(huán)氧樹脂粉料的組成和性質(zhì)進(jìn)行了研究，采用紅外光譜(FT-IR)、掃描電鏡(SEM)和X射線能譜分析(EDS)等測試手段，分析得到該廢環(huán)氧粉主要由形狀不規(guī)則、表面粗糙的固化環(huán)氧樹脂顆粒和球形的Si02粉組成，粉料表面存在羥基、醚基、羰基、環(huán)氧基等活性和極性基團(tuán)，并分析提出

4、將廢環(huán)氧粉與PVC共混，且以高填充量制備復(fù)合材料，具有一定的可行性。
　　 采用模壓成型法研究制備了廢棄環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，研究了廢環(huán)氧粉的粒徑、填充量以及模壓工藝參數(shù)對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，并找出最佳的模壓工藝參數(shù)組合。結(jié)果表明:細(xì)粒徑的廢環(huán)氧粉對復(fù)合材料力學(xué)性能有利;隨著廢環(huán)氧粉填充量的增加，復(fù)合材料力學(xué)強(qiáng)度整體呈下降趨勢，其中沖擊強(qiáng)度下降最明顯;當(dāng)廢環(huán)氧粉填充量達(dá)60％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）時，在最佳模壓工藝操作下，復(fù)合材料的

5、拉仲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和彎曲模量分別為34.65MPa、5.2KJ/m2、60.94MPa和6.1GPa，遠(yuǎn)超過普通木塑復(fù)合材料性能。在高比例填充時(≥50％)，廢環(huán)氧粉已成為主體材料被利用，而PVC和其它添加劑只起到粘合劑的作用將廢環(huán)氧粉粘合成一個整體，相對于目前將其作為低組分填料在熱塑性塑料中的應(yīng)用研究而言，本課題的研究在一定程度上有助于提高廢環(huán)氧粉的再利用率，具有較好的實(shí)際意義。
　　 探討了廢環(huán)氧粉/PVC復(fù)合材料

6、的微觀界面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，研究了在界面上可能發(fā)生的表面接枝反應(yīng)并對反應(yīng)過程進(jìn)行了分析。將廢環(huán)氧粉/PVC共混物經(jīng)索氏抽提溶解掉物理吸附的PVC后，得到的殘余物經(jīng)FT-IR測試分析，結(jié)果證明PVC分子鏈在廢環(huán)氧粉表面產(chǎn)生了化學(xué)接枝反應(yīng)，該接枝反應(yīng)可能是發(fā)生于廢環(huán)氧粉中環(huán)氧基、羥基與PVC分子鏈間的親核反應(yīng)。說明廢環(huán)氧粉與PVC界面間不但存在主要的次價鍵力作用，還存在強(qiáng)的主價鍵力作用，從而形成了多相性的整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對復(fù)合效果起到關(guān)鍵的作用。S

7、EM觀察發(fā)現(xiàn)，廢環(huán)氧粉和PVC基體間具有一定的界面相容性，兩者接觸面上有接枝交聯(lián)點(diǎn)產(chǎn)生，但斷面上界面處發(fā)生開裂和脫粘，說明界面結(jié)合力還有進(jìn)一步提高的空問。
　　 為了正確了解配方中各組分的作用及其相互影響，為接下來進(jìn)一步投入生產(chǎn)試制產(chǎn)品作準(zhǔn)備。本課題在轉(zhuǎn)矩流變儀上模擬實(shí)際生產(chǎn)條件，研究了不同助劑和添加劑對廢環(huán)氧粉/PVC共混體系流變性能的影響規(guī)律。研究表明:丙烯酸酯類加工助劑ACR-401主要在塑化初期促進(jìn)體系塑化;抗沖改性劑C

8、PE-135A在縮短塑化時間的同時，能提高材料的沖擊強(qiáng)度但也使材料的拉仲強(qiáng)度降低，本課題以4～6份為宜;廢環(huán)氧粉對潤滑劑有較強(qiáng)吸附作用和削弱作用，并得到在CaSt2和石蠟兩者等量配比時能發(fā)揮潤滑協(xié)同效應(yīng)，且此時材料的耐沖擊性能最好。
　　 在工廠進(jìn)行了實(shí)用產(chǎn)品的生產(chǎn)研究，建立了采用錐形雙螺桿擠出機(jī)擠出生產(chǎn)廢棄環(huán)氧樹脂再生產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程，對各工藝環(huán)節(jié)和工藝參數(shù)進(jìn)行了分析和優(yōu)化。最終本課題成功生產(chǎn)了一種貨運(yùn)托盤，該托盤產(chǎn)品靜載可

9、達(dá)2000kg，動載為1000kg，已能達(dá)到市場上作為集裝箱運(yùn)輸貨物托盤的基本要求，而且還能滿足貨運(yùn)托盤耐高溫、耐沖擊和耐酸度要求。對該生產(chǎn)線進(jìn)行簡單的成本效益分析表明，生產(chǎn)該托盤產(chǎn)品可帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益，同時還具有較好的環(huán)境效益和社會效益。
　　 研究了偶聯(lián)劑在改善廢棄環(huán)氧樹脂復(fù)合材料性能中的應(yīng)用，以硅烷偶聯(lián)劑KH-550為例，分析了其偶聯(lián)作用機(jī)理，并與未添加偶聯(lián)劑時復(fù)合材料的性能進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明:KH-550不但能有

10、效改善復(fù)合材料的力學(xué)性能，還有利于改進(jìn)共混體系的塑化和加工熱穩(wěn)定性;SEM觀察結(jié)果也說明KH-550提高了廢環(huán)氧粉和PVC間的界面結(jié)合強(qiáng)度，因而宏觀上表現(xiàn)出復(fù)合材料更佳的力學(xué)性能。添加偶聯(lián)劑后，廢環(huán)氧粉/PVC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均超過了國內(nèi)普通工程塑料的要求，進(jìn)一步提升了復(fù)合材料的可應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)品附加值。
　　 對復(fù)合材料進(jìn)行了動態(tài)熱力學(xué)分析(DMA)和維卡軟化點(diǎn)(VST)測試，結(jié)果說明:一方面，廢環(huán)氧粉自身具有一定的