浅析电子产品外壳塑料的回收利用技术以及市场发展前景

2015-07-17林成辉李皓

橡塑技术与装备 2015年16期

林成辉，李皓

（1.清远市科学技术局，广东清远 513025；2.广东金发科技有限公司，广东清远 513025）

1 废弃电子电气塑料的资源再利用

废弃电子电气塑料（Waste Electrical and Electronic Plastics，WEEP）回收处理技术包含许多种，像物理处理技术、化学处理技术、热能处理技术等等，它们都为资源再利用而生，是目前人类为了解决电子垃圾所造成的生态环境污染而提出的解决办法。例如：日本作为电子产品大国，每年的废弃电子产品回收率高达81%，并且回收后再生的产品成本只有新产品的1/10。在电子垃圾回收再生技术方面，日本无论是经验还是产业规模都是世界上数一数二的，目前全国有专门的废弃电子设备回收利用工厂超过700家，一些大型电气公司还拥有自己的资源再生技术。

从处理技术层面讲，化学处理方法如果得当就可以解决物理处理所无法做到的塑料物性下降问题，减少再生制品的使用限制。本文主要介绍的是化学处理技术。该技术的关键是利用化学试剂，通过水解和热解的方式将废旧电子设备塑料完全分解为单体甚至化学原料并回收利用。

2 HIPS塑料及其聚合物的共混增韧改性分析

图1 回收利用流程

2.1 概述

电子产品特有的外壳塑料含有多类的塑料，其中包含 HIPS（High Impact Polystryrene）。HIPS就是高抗冲聚苯乙烯，作为一种聚苯乙烯的冲击改性品种，它包含了PS和橡胶两种素材，它的分子式为：

2.2 聚合物的共混改性

聚合物共混物中有两种或两种以上的混合物，它是通过混合、分散、力学、热学、流变学等不同方法对原有聚合物进行内部分子性能的物化改造，最终共混改性而形成的全新聚合物，所以在生产实践中对材料具有多层次的要求，在高分子材料研究领域中也具有一定的深度价值。从化学角度讲，共聚—共混法是制备新聚合共混物的最常见方法，它利用到了由接枝共聚和嵌段共聚相结合的方法，它的主要操作流程为：制备聚合物然后将其融入到另一种聚合物单体中，在均匀两种聚合物溶液后利用热能和引发剂对单体聚合物进行引发，从而发生接枝共聚，使聚合物单体发生均聚作用。

2.3 HIPS共混改性

改变废弃电子设备外壳塑料物质中大分子链的化学结构，从而合成改造出新型的HIPS，不但实现了资源再利用，也提高了原有塑料的性能，具有不错的经济效果。利用HIPS共混改性来制造HIPS混合物，可以达到改进HIPS的高抗冲性能，实现改造后聚合物的高功能性，特别是对废弃电子设备外壳塑料的增韧改性方面效果相当显著[2]。

3 废弃电子产品外壳HIPS塑料的共混改性实验研究

3.1 试验材料

废弃的电视机外壳塑料，丁苯橡胶SBR，SBS，聚苯乙烯PS，抗氧剂和硬脂酸。

3.2 实验步骤

首先对废弃的电视机外壳塑料进行人工清洗并用破碎机打碎成为5 mm均大小的颗粒。

第二步开始熔融共混，将聚苯乙烯SBR和PS以及SBS、抗氧化剂等等配置为总量为1 kg的化学制剂，在塑料罐中充分摇匀，经过双螺杆挤出机拉条，水冷却切粒后，并在80 ℃的烘箱中干燥2 h，然后注塑成型，制备成标准性能测试所需求的国标标准样条，形成弹性体橡胶的增韧改性配方。

4 新聚合物性能测试

考虑到应用价值的需要，首先要对新聚合物进行塑料的力学性能测试。因为它属于高分子材料，在力学性能上对温度的依赖性很大，而且随着温度的提升，它的拉伸强度也会随之降低，导致断拉伸率不足，所以要在规定的温度下进行测试。本文实验中选择了23 ℃的室温条件进行测试，分别采用断裂伸长率、弯曲模量、拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度的力学性能测试，保证每一组聚合物样品测试5次，并取平均结果为参考值。

4.1 力学拉伸强度的测试

按照国际标准将注塑成品制成长度约为100 mm，宽度10 mm，厚度5 mm的哑铃型标准样条，在电子万能材料试验机上进行拉伸强度测试。初步将拉伸速度定为20 mm/min，所以拉伸强度的计算方法如下：

其中P表示最大破坏荷载（N），b表示试样宽度（mm），d表示试样厚度（mm）。所以根据此公式可以推算聚合物的断裂伸长率应该为：

其中，εt为断裂伸长率，L0为试样的原始标距，L为试样在断裂时的标线间距离[3]。

4.2 增韧剂改性对废弃电视机外壳HIPS塑料的力学性能分析

图2 增韧剂改性后废弃电视机外壳HIPS塑料的应力应变曲线示意图

如图2所示，当对新HIPS聚合物进行应力应变曲线实验后发现改性后的聚合物表现为韧性断裂，即材料受到一定的外力后超过了聚合物所能承受的极限强度。从图中可看出该应变应力曲线的初始阶段一直为直线，当试样被均匀拉伸以后，曲线值达到最大，试样一度出现了屈服现象。所以当试样产生大变形后，直到它完全断裂，符合聚合物韧性断裂的物理表现，但它的韧性比原电视机外壳塑料有所增强。

5 电子产品外壳塑料回收利用技术的市场发展前景

如果能妥善处理废弃电子设备外壳塑料，不但能做到自然环保，也能为社会带来丰厚的经济效益和社会效益。这也是我国回收利用技术在市场发展中所追求的发展前景，低成本、高效率以及稳定的环保良性循环。

5.1 经济效益的获取前景

在我国，对于这种电子设备废弃物回收行业所采取的经济评价体系是“费用——效益分析方法”该方法在注重电子废弃物给人们带来社会直接经济效益与间接经济效益的同时，也注重对人类社会福利作用的提高。

利用这些废弃物所产生的费用和机会成本，社会不但减少了电子产品生产方面的成本效益，还将结余下来的资金用于外部经济，达成了生产成本与环境成本的双赢效果。

加工过程中的增值，如果按照每吨废弃物增值有20%计算，那么一吨废弃物回收的再利用增值所产生的实际效益就应该超过千元。另外还有管理费与税收方面的收入，国家每进口一吨废弃电子设备进行各部分的提取和转化，就可以获得约25元的港口建设费和230元的边防检疫费，税收方面也可以达到110 元/t。

5.2 社会效益的发展前景

资源回收利用产业为社会上的其他周边产业也带来了大量廉价的生产材料，比如说工厂生产中废弃塑料的利用，比如各种塑料的再生利用等等。它们都保证各个企业在生产过程中的低成本加工需求，使得企业在市场竞争中赢得了更多价格与服务上的优势，促进了企业在市场中的可持续发展活力。

回收废旧塑料，节省了消耗掉的石油，降低区域污染。据统计，我国在废弃电子设备中每年所提取的塑料超过了50 万t。我国的废弃电子设备回收企业也已经成立6000家左右，而且全国各处都有大大小小的回收网点，从业人员超过2000万，这说明我国的再生资源产业还是相当发达的，资源回收率也达到了78%以上。它们所回收创造再生的新电子设备也占到了我国电子设备生产总量的20%左右，发展前景相当可观。