响应面优化废弃ABS镀件退镀工艺研究*

邱俊霖，容 新，梅锐明，郑燕妮，麦雪莹，穆筱梅

(仲恺农业工程学院化学化工学院，广东 广州 510408)

ABS塑料表面覆盖的一层金属之后，不但具有金属质感和光泽，而且使用寿命会大幅度延长，因此近几十年来，塑料电镀行业发展迅速，塑料电镀制品的种类呈直线上升[1]。但是废旧ABS如果不加以有效地回收，会影响生态环境，污染了土壤和水资源，危害人类身体健康。另一方面还浪费资源，损失了大量的塑料和重金属。因此合理地回收废旧ABS电镀件，可以很大程度上缓解了生态环境被破坏的危机，又能够充分地利用这些废旧ABS电镀件，节省工业生产的成本。

本文探讨采用硫酸和过氧化氢混合液对废旧ABS电镀件进行退镀处理。为进一步的回收ABS和金属进一步提供工艺基础。

1 实 验

1.1 试剂与仪器

ABS塑料镀件(外径10 mm，长80 mm的小段)；硫酸，天津市大茂化学试剂厂；过氧化氢，天津市大茂化学试剂厂；GZX-9140MBE数显搅拌水浴锅，深圳市瑞鑫达仪器有限公司；HH-W600数显鼓风干燥箱，邦西仪器科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 单因素实验

配制不同浓度的硫酸和过氧化氢溶液混合，与ABS电镀件以不同的液固比在不同时间下混合退镀。退镀结束后，取出电镀件洗干净，干燥称重。按照下式计算退镀率。

上式中r为退镀率，M1为废ABS电镀件的初始质量，M2为废ABS电镀件浸泡某段时间后的质量，M3为完全退镀后的质量。

1.2.2 响应面法实验设计

根据单因素实验结果设计响应面实验，实验安排如表1所示，并用Design-Expert (8.0.6版本)对实验结果进行分析。

2 结果与讨论

2.1 硫酸浓度对退镀率的影响

图1 硫酸浓度对退镀率的影响Fig.1 Effect of sulfuric acid concentration on deplating rate

在液固比为10:1，在室温下浸泡退镀1 h。实验结果从图1可以看出，当硫酸浓度从10%增加到30%，退镀率逐渐从12%增加到增32%，但是硫酸浓度超过20%，将释放二氧化硫气体，甚至会烧蚀ABS塑料表面，影响二次回收，所以硫酸浓度不宜过高，比较适宜的硫酸浓度为15%。当在硫酸退镀液中加入3%的双氧水后，退镀率明显增加，10%浓度的硫酸溶液的退镀率从12%增加到20%，30%浓度的硫酸溶液的退镀率从32%增加到54%，双氧水对硫酸的退镀有很大的促进作用。

2.2 过氧化氢浓度和时间对退镀率的影响

图2 过氧化氢浓度对退镀率的影响Fig.2 Effect of hydrogen peroxide concentration on deplating rate

在液固比为10:1，10%的的硫酸和不同浓度的双氧水混合在室温下浸泡退镀。结果从图2可以看出，在相同的时间内，过氧化氢浓度越高，退镀率越高，在过氧化氢浓度低于4%时，退镀率增加较多。过氧化氢浓度为2%增加到4%时，1 h退镀率从45.6%增加到65%。但是当过氧化氢浓度超过4%，增长幅度减缓，过氧化氢浓度为6%，退镀率为75.1%，并且当过氧化氢浓度过高时，比较容易挥发，所以过氧化氢浓度不宜过高，应该低于6%。

同时，从图2可以看到，退镀率随着退镀时间的增加而增加，但是时间超过1.5 h，退镀率增加缓慢。

2.3 液固比对退镀率的影响

在10%的硫酸和2%的双氧水混合液在室温下以不同料液比浸泡1 h退镀，结果从图3可以看出，液固比越大，退镀率越高。当液固比为5～6时，溶液没有能够完全将ABS电镀件完全浸没，所以退镀率较低，仅达50%。当液固比从大于7时，退镀率增长幅度减缓。所以液固比控制在7到10之间。

图3 液固比对退镀率的影响Fig.3 Effect of liquid-solid ratio on deplating rate

2.4 响应面实验设计结果

在单因素实验的基础上，以双氧水和硫酸浓度，液固比和时间为主要影响因素，退镀率为响应值设计实验，实验结果如表1 所示。

表1 响应面实验设计及结果

表2 回归方程的方差分析

注：p若小于0.05表示差异显著，标注为*，若p小于0.01表示差异很显著，标注为**。

用Design-Expert(8.0.6版本)对试验结果进行分析，得到多元回归拟合方程：

Y=33.96+0.36A+30.40B-13.43C-0.528D+0.28AB+0.16AC-0.04×10-3AD-1.45BC+0.78BD+0.26CD-0.03A2-4.94B2+4.44C2+0.08×10-3D2

在该模型中，回归系数的显著性检验表明硫酸和双氧水浓度对退镀率影响很大，料液比对实验结果有一定的影响。四个因素的影响次序是：双氧水浓度>硫酸浓度>料液比 >时间。有显著影响因素的响应面如图4～图6所示。响应面是响应值对对个实验因素所构成的三维空间曲线。因素影响越显著，曲面弧度就越大，两个因素交互作用显著，等高线就是椭圆形。

由图4可见，当硫酸浓度(A)和双氧水浓度(B)分别向峰值移动，随着硫酸和双氧水浓度的增加，退镀率也不断增加。双氧水浓度(B)方向的等高线密度明显高于硫酸浓度(A)方向的等高线密度，说明双氧水浓度对退镀率影响大。

图4 Y(A,B)响应面Fig.4 Y(A,B) response surface

由图5可见，当硫酸浓度(A)和料液比(D)分别向峰值移动，随着硫酸浓度的增加，料液比的降低，退镀率也不断增加。硫酸浓度(A)方向的等高线密度明显高于料液比(D)方向的等高线密度，说明硫酸浓度对退镀率影响大。

图5 Y(A,D)响应面Fig.5 Y(A,D) response surface

由图6可见，当双氧水浓度(B)和料液比(D)分别向峰值移动，随着双氧水浓度和料液比的增加，退镀率也不断增加。等高线近似椭圆形，说明二者的交互作用对退镀率影响大。

图6 Y(B,D)响应面Fig.6 Y(B,D)response surface

2.5 最佳实验预测与验证

通过Design-Expert(8.0.6版本)软件进行数据分析，得到最佳的退镀条件是：硫酸浓度(A)为16%，双氧水浓度(B)位4%，时间(C)为2 h，液固比(D)为14.75，预计退镀率为94.4%。

按照响应面得到的最佳工艺条件进行退镀实验，得到的退镀率为94.25%，与预测值很接近。说明模型可靠。

3 结 论

采用硫酸-双氧水混合液对废弃ABS进行退镀，在单因素

试验的基础上，通过响应面实验设计优化工艺条件。结果表明，在硫酸浓度、双氧水浓度、浸泡温度和液固比四个因素中，对影响次序为过氧化氢浓度>硫酸浓度>液固比>时间，硫酸浓度与液固比的交互作用影响显著，最佳的退镀条件是：硫酸浓度(A)为16%，双氧水浓度(B)位4%，时间(C)为2 h，液固比(D)为14.75，在此工艺条件想退镀率为94.4%。