Новый подход к созданию легко перерабатываемых печатных плат

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 22199 (2022) Цитировать эту статью

5003 доступа

2 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В связи с постоянно растущим количеством электронных отходов (электронных отходов) во всем мире, проблема эффективной утилизации отходов печатных плат (ОТПБ), которые являются экологически опасными, трудно поддающимися вторичной переработке и экономически ценными продуктами, стала серьезной экологической проблемой. испытание. Обычные методы переработки ДСП имеют низкую эффективность и требуют жесткой обработки, такой как термообработка и высокое давление. В данной статье представлен новый композитный материал для изготовления печатных плат (PCB), который можно легко переработать в исходные компоненты и использовать повторно. Кроме того, наиболее ценные компоненты печатной платы (электронные компоненты, содержащие драгоценные металлы) можно легко отделить от печатной платы и использовать повторно. Это исследование демонстрирует преимущества использования биоразлагаемых полимеров в качестве связующих для печатных плат с точки зрения экологически чистой и эффективной переработки.

Быстрый рост использования электроники в различных устройствах, как бытового назначения, так и электронных устройствах для мониторинга различных процессов, привел к устойчивому увеличению производства печатных плат. В конечном итоге это привело к увеличению количества устаревших и непригодных для использования плат1. По статистике, ежегодно в мире накапливается более 50 миллионов тонн электронных отходов, и до 10% этой массы приходится на WPCB2.

Печатная плата, традиционно используемая в электронной промышленности, состоит из композитной диэлектрической основы, которая действует как жесткий механический каркас. Электропроводящие дорожки изготавливаются травлением медной фольги, образованной с одной или обеих сторон диэлектрической основы. Диэлектрическая основа состоит из нескольких слоев стеклоткани или бумаги, пропитанных термореактивной смолой в качестве связующего и затем сформированных в горячем прессе3. В настоящее время в качестве связующих используют высокотоксичное сырье (эпоксидные и фенолформальдегидные смолы и их смеси; комбинированные эпоксидно-силиконовые смолы; комбинированные эпоксидно-полиимидные смолы, бисмалеимидные смолы, триазиновые смолы и др.). Эти смолы получают из невозобновляемых источников. Кроме того, ПХБ, изготовленные из этих смол, не разлагаются микроорганизмами в условиях окружающей среды, что противоречит современным требованиям безопасности химических процессов и материалов4.

ДСП, состоящие из металлической (~ 30 мас. %) и неметаллической фракции (~ 70 мас. %)5, являются наиболее трудноперерабатываемыми, опасными и ценными компонентами электронных отходов6. Несмотря на разнообразное применение печатных плат, от мобильных телефонов и бытовой техники до автомобилей и систем управления промышленными процессами, ДСП характеризуются относительно высоким содержанием драгоценных металлов Pd, Au, Pt, Ag и недрагоценных металлов, таких как Cu, Fe, Ni, Zn, Sn, Pb. Более того, даже в однотипных продуктах (например, в мобильных телефонах) содержание металлов может различаться более чем в десять раз7. С экономической точки зрения переработка драгоценных металлов весьма перспективна, так как каждая тонна ДСП содержит в среднем 130 кг меди, 1,38 кг серебра, 0,35 кг золота и 0,21 кг палладия, причем на драгоценные металлы может приходиться больше более 80% экономической стоимости8.

Сегодня переработка ДСП в основном направлена ​​на извлечение металлов с высокой добавленной стоимостью, а неметаллическую фракцию обычно вывозят на свалку или сжигают без дальнейшей переработки. Неметаллическая фракция ДСП содержит токсичные смолы и бромированные антипирены9, которые являются чрезвычайно опасными соединениями, влияющими на здоровье человека и вызывающими рак10,11. Стоит отметить, что токсичные соединения ДПХБ могут легко попадать в грунтовые воды со свалок, что приводит к долговременному загрязнению обширных территорий12. Вышеуказанные угрозы побудили активный научный поиск методов утилизации ДСП13,14,15,16 и переработки17,18,19,20.

В настоящее время бурное развитие синтеза и производства новых биоразлагаемых полимеров стимулирует ученых к разработке новых типов связующих, полученных из возобновляемого сырья, получаемого с помощью биотехнологических и химических процессов21. В частности, изучение биоразлагаемых полимеров вызывает особый интерес в связи с их все более разнообразным применением. Биоразлагаемые полимеры широко применяются в упаковке и медицине, а области их практического применения значительно расширяются22,23,24.