導向管噴動流化床中廢棄印刷線路板的非金屬顆粒包覆改性

謝恒來，吳曼，趙軍，陳義忠，郭慶杰

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導向管噴動流化床中廢棄印刷線路板的非金屬顆粒包覆改性

謝恒來，吳曼，趙軍，陳義忠，郭慶杰

（青島科技大學化工學院，山東省多相流體反應(yīng)與分離工程重點實驗室，山東青島 266042）

以3-氨基丙基三乙氧基硅烷（KH-550）為改性劑，在導向管噴動流化床內(nèi)對廢棄印刷線路板的非金屬顆粒（NPWPCB）進行包覆改性，研究了顆粒包覆過程中KH-550溶液（體積分數(shù)20%）用量、噴霧速率、霧化氣速、床層溫度及噴動氣速等操作參數(shù)對NPWPCB改性效果的影響。以聚丙烯（PP）為基體、改性NPWPCB為填料，采用擠出注塑工藝制備了PP/NPWPCB復(fù)合材料。通過紅外光譜圖和掃描電子顯微鏡對改性前后NPWPCB表面官能團及復(fù)合材料沖擊斷面微觀形貌的分析表明，KH-550可以增加NPWPCB與PP基體之間的界面黏結(jié)強度，提高PP/NPWPCB復(fù)合材料的力學性能。當KH-550溶液用量為75 ml、噴霧速率為3.2 cm·s-1、霧化氣速為58.98 m·s-1、床層溫度為80℃、噴動氣速為29.49 m·s-1時，復(fù)合材料的彎曲、拉伸和沖擊強度較改性前分別提高了15.07%、17.52%和16.32%。

導向管噴動流化床；廢棄印刷線路板的非金屬顆粒；包覆改性；廢物處理；復(fù)合材料；粉體技術(shù)

引 言

電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展產(chǎn)生了大量電子垃圾，據(jù)聯(lián)合國相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，全球每年產(chǎn)生的電子廢棄物高達5000萬噸，而且呈逐年增長的趨勢。預(yù)計到2017年全球電子廢棄物產(chǎn)量將達到6540萬噸。印刷線路板作為“電子系統(tǒng)產(chǎn)品之母”，廢棄量龐大且成分復(fù)雜，其中金、銀、銅等金屬材料（約占40%）的資源化利用技術(shù)已相對成熟[1-2]，而非金屬材料（約占60%）大都被簡單地填埋或焚燒，在給生態(tài)環(huán)境和人類健康帶來極大危害的同時也造成了巨大的資源浪費[3-4]。因此，深入研究廢棄印刷線路板中非金屬材料的資源化利用具有極高的環(huán)境與經(jīng)濟價值。

廢棄印刷線路板的非金屬顆粒（NPWPCB）主要由玻璃纖維與熱固性塑料（環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂）構(gòu)成[5]。熱固性塑料具有穩(wěn)定性高、不熔、不溶等特點，使NPWPCB難以實現(xiàn)有效的資源化利用。目前NPWPCB的資源化研究主要集中于將其用作熱固性塑料（如酚醛樹脂[6]）或熱塑性塑料（如聚乙烯[7]和聚丙烯[8-11]）的填料。Guo等[6]將NPWPCB用于生產(chǎn)酚醛塑?；衔铮Y(jié)果表明添加NPWPCB后材料的力學強度、熱變形溫度及介電強度均有所提高，可獲得環(huán)境和經(jīng)濟雙重效益。王豐等[7]探討了NPWPCB對廢舊聚乙烯基木塑材料的增強效果，研究表明適量的NPWPCB可以明顯提高聚乙烯基木塑材料的熱穩(wěn)定性、力學性能及加工性能。沈志剛等[8]、Zheng等[9]和王新杰等[10]將NPWPCB作為新PP基質(zhì)的填料，得到了彎曲、拉伸等力學性能增強的復(fù)合材料，此外NPWPCB的添加還改善了復(fù)合材料的耐熱性和熱軟化特性。劉魯艷等[11]將NPWPCB作為舊PP基質(zhì)（廢舊汽車保險杠）的填料進行了探討，發(fā)現(xiàn)通過添加NPWPCB，復(fù)合材料的彎曲強度及阻燃性能均有明顯提升。

NPWPCB極性較強，與非極性的PP基體間的相容性較差，界面黏結(jié)強度較弱。而硅烷偶聯(lián)劑KH-550[結(jié)構(gòu)式為(C2H5O)3Si(CH2)3NH2]同時具備有機和無機反應(yīng)活性，可以與有機樹脂及無機礦物表面發(fā)生反應(yīng)，常用作無機填料的改性劑，提高無機填料在有機樹脂中的分散性和界面黏結(jié)強度[12]。王新杰等[10]和劉魯艷等[11]用改性劑KH-550對NPWPCB填料進行了表面改性，顯著提高了填料與PP基體的相容性及界面黏結(jié)強度，從而使復(fù)合材料的力學性能得到增強。Lin等[13]的研究亦證明，無機填料經(jīng)KH-550改性后在基體中的相容性及分散性均有顯著的提高，從而避免了應(yīng)力集中，提高了復(fù)合材料的力學性能。然而，傳統(tǒng)的NPWPCB表面改性大都在高速混煉機中進行[10-11]，顆粒與改性劑霧滴隨機接觸，存在顆粒返混嚴重、表面包覆不均等缺陷，制約了顆粒的改性效果，并影響了改性劑的有效利用。

流態(tài)化顆粒包覆技術(shù)是流態(tài)化技術(shù)、噴霧技術(shù)和干燥技術(shù)三者的有機結(jié)合，集噴霧、混合、包覆、干燥等過程于一體，具有傳熱傳質(zhì)效率高、顆粒包覆均勻、可連續(xù)操作等優(yōu)點[14]。常用的流態(tài)化顆粒包覆裝置有流化床、振動流化床、噴動床、噴動流化床及導向管噴動流化床等。其中，導向管噴動流化床技術(shù)集噴動床技術(shù)和流化床技術(shù)的優(yōu)點為一體，在顆粒包覆改性過程中具有獨特的優(yōu)勢。流化氣的引入使環(huán)隙區(qū)顆粒處于流化狀態(tài)，克服了傳統(tǒng)噴動床環(huán)隙區(qū)氣固接觸效率低、高床層噴動不穩(wěn)定等不利于包覆的因素。同時，流化氣的引入還提高了環(huán)隙區(qū)的傳熱傳質(zhì)效率，基本消除了環(huán)隙區(qū)底部“死區(qū)”、黏性顆粒的團聚等影響包覆改性效果的因素。導向管的引入抑制了顆粒在噴射區(qū)與環(huán)隙區(qū)之間的交互流動，使顆粒流動更加規(guī)律。在導向管的底部區(qū)域顆粒與氣體高速混合，進一步提高了傳質(zhì)傳熱效率，抑制了顆粒團聚[15]。這些結(jié)構(gòu)與操作特點使得導向管噴動流化床技術(shù)在緩控肥、緩釋藥物、飼料等大顆粒的包覆與造粒方面均得到成功應(yīng)用[16-17]，但在形狀不規(guī)則細顆粒包覆改性方面的應(yīng)用相對較少。本研究將導向管噴動流化床技術(shù)應(yīng)用于NPWPCB的包覆改性研究中，以期強化顆粒表面改性效果，得到功能性填料顆粒，用以制備高性能的PP基再生復(fù)合材料。這對于NPWPCB的資源化利用及再生復(fù)合材料性能的提高，都具有非常重要的理論和應(yīng)用價值。

本研究以KH-550為改性劑，在導向管噴動流化床顆粒包覆裝置中對NPWPCB進行包覆改性，得到功能性填料顆粒，通過擠出注塑工藝制備系列PP/NPWPCB復(fù)合材料。研究了顆粒包覆過程中KH-550溶液用量、噴霧速率、霧化氣速、床層溫度及噴動氣速等操作參數(shù)對NPWPCB改性效果及PP/NPWPCB復(fù)合材料力學性能的影響，并確定了適宜的操作參數(shù)。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

NPWPCB：河南三星機械有限公司，粒徑≤154mm，平均粒徑為33.53mm；PP顆粒：遼寧華錦通達化工股份有限公司，牌號 T30S，熔融指數(shù)4.25 g·(10 min)-1；KH-550：青島旭昕化工有限公司，分析純。

1.2 顆粒包覆裝置及流程

顆粒包覆裝置主體為底噴式導向管噴動流化床，床體上部為內(nèi)徑160 mm的圓筒，筒體分為上下兩段，上段為高1000 mm的有機玻璃圓筒，下段為高400 mm的不銹鋼圓筒。筒體中心有內(nèi)徑為45 mm、長為450 mm的有機玻璃導向管，導噴距為50 mm。筒體下部與60°圓錐形氣體分布板相連。分布板由不銹鋼板制成，開孔率為1%，上呈三角形，分布有260個直徑為1 mm的垂直小孔，并鋪設(shè)2層48mm不銹鋼絲網(wǎng)防止漏料。噴動氣入口位于倒錐體頂部，內(nèi)徑為10 mm。內(nèi)混式二流噴嘴位于噴動氣入口中心，內(nèi)部液體射流直徑為2 mm，外部氣體射流直徑為4 mm。

實驗流程如圖1所示。噴動氣及流化氣經(jīng)管式加熱爐預(yù)熱，分別通過噴動氣入口與氣體分布板進入噴動流化床內(nèi)，在兩路氣體的協(xié)同作用下使NPWPCB物料處于穩(wěn)定的流化狀態(tài)。KH-550溶液經(jīng)蠕動泵加壓并由空氣霧化后經(jīng)內(nèi)混式二流噴嘴進入噴動流化床，在導向管底部與NPWPCB高速接觸、碰撞，實現(xiàn)顆粒包覆改性。隨后，改性顆粒在噴動氣帶動下沿導向管上升，到達噴泉區(qū)頂部后落入環(huán)隙區(qū)，上升過程中顆粒被快速干燥。改性顆粒在環(huán)隙區(qū)隨顆粒流向下移動至床層底部，完成進一步干燥，并進入下一個包覆改性循環(huán)。包覆改性過程完成后將顆粒取出，進行后續(xù)表征及復(fù)合材料的制備。

為保證床層溫度穩(wěn)定，包覆過程所需熱量分兩部分提供：一部分熱量由噴動氣、流化氣提供，為包覆改性后顆粒的快速干燥提供初始熱量；另一部分熱量由床體外壁加熱系統(tǒng)提供，以維持床內(nèi)的溫度穩(wěn)定，為改性顆粒進一步干燥提供熱量。尾氣由床體頂部的袋式除塵器凈化后排空。

1.3 復(fù)合材料樣品的制備

PP/NPWPCB復(fù)合材料的制備工藝流程如圖2所示。將NPWPCB過100目（154 μm）標準篩后，置于80℃下烘干2 h。在導向管噴動流化床顆粒包覆裝置中，用KH-550水解液（C2H5OH:KH-550: H2O=72:20:8, 體積比）對NPWPCB進行包覆改性。將PP顆粒、改性NPWPCB及抗氧劑、潤滑劑等助劑按比例混合，通過擠出機（SHJ-20，南京杰恩特機電有限公司）擠出造粒，并將PP/NPWPCB復(fù)合材料顆粒置于80℃下烘干4 h。在注塑成型機（130F2V，東華機械有限公司）中將干燥的復(fù)合材料顆粒注塑成力學性能測試樣條，將樣條靜置24 h后進行力學性能測試。

1.4 材料性能測試與表征

室溫（25℃）下，依據(jù)GB/T 1040—1992與GB/T 9341—2000標準用萬能試驗機（GT-10S- 2000，臺灣高鐵科技股份有限公司）分別測試PP/NPWPCB復(fù)合材料樣條的拉伸性能與彎曲性能，測試速度分別為10 mm·min-1與2 mm·min-1，每組測試5個試樣；依據(jù)GB 1843—1996標準用懸臂梁沖擊試驗機（XCT-40，河北承德精密試驗機廠）測試PP/NPWPCB復(fù)合材料樣條的缺口沖擊性能，選用1 J的擺錘，每組測試10個試樣。各組實驗均設(shè)平行實驗，計算各力學參數(shù)平均值及標準偏差。通過傅里葉變換紅外光譜儀（TENSOR-27型，德國BRUKER公司）對改性前后NPWPCB表面官能團進行表征；利用掃描電子顯微鏡（JSM-6700F型，日本JEOL公司）對改性前后PP/NPWPCB復(fù)合材料的沖擊斷面進行觀察。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 導向管噴動流化床顆粒包覆操作參數(shù)對NPWPCB改性效果的影響

在導向管噴動流化床顆粒包覆裝置中用KH-550對NPWPCB進行了包覆改性，通過PP/ NPWPCB復(fù)合材料力學性能的變化研究了KH-550溶液用量、噴霧速率、霧化氣速、床層溫度和噴動氣速等操作參數(shù)對NPWPCB改性效果的影響，并得到適宜的操作參數(shù)。

2.1.1 KH-550溶液用量對PP/NPWPCB復(fù)合材料力學性能的影響 在噴霧速率為4.8 cm·s-1、霧化氣速為58.98 m·s-1、床層溫度為80℃、噴動氣速為33.70 m·s-1的條件下考察了KH-550溶液（體積分數(shù)20%）用量對NPWPCB改性效果的影響。復(fù)合材料力學性能隨溶液用量的變化如圖3所示。隨著溶液用量的增加，復(fù)合材料的力學性能呈先升高后降低的趨勢，當KH-550溶液用量為75 ml時復(fù)合材料的力學性能達到最優(yōu)。當KH-550用量較少時，KH-550未能在NPWPCB表面實現(xiàn)完全包覆。隨著KH-550溶液用量的增加，NPWPCB的包覆率隨之增加，使得顆粒與PP基體的界面黏結(jié)強度增大，復(fù)合材料力學性能隨之提高，KH-550在NPWPCB表面形成單分子層包覆可以最大程度地提高NPWPCB與PP基體之間的界面黏結(jié)強度。但隨著KH-550溶液用量的進一步增加，KH-550水解產(chǎn)生的低分子量硅醇在NPWPCB表面堆積，充當了剝離劑或潤滑劑，因此復(fù)合材料受到外部應(yīng)力時易發(fā)生界面脫黏，降低了NPWPCB與PP基體之間的界面黏結(jié)強度[11,18]，使得復(fù)合材料力學性能反而下降。

2.1.2 噴霧速率對PP/NPWPCB復(fù)合材料力學性能的影響 在KH-550溶液（體積分數(shù)20%）用量為75 ml、霧化氣速為58.98 m·s-1、床層溫度為80℃、噴動氣速為33.70 m·s-1的條件下研究了KH-550溶液噴霧速率對NPWPCB改性效果的影響。復(fù)合材料力學性能隨KH-550溶液噴霧速率的變化如圖4所示。隨著溶液噴霧速率的提高，復(fù)合材料的拉伸、彎曲、沖擊強度均呈下降趨勢。對于內(nèi)混式二流噴嘴，隨溶液噴霧速率的提高霧滴的平均粒徑增加，霧滴分布不均勻[19]。這導致顆粒團聚的初始核增大，顆粒團聚式增長加劇[20]，抑制了包覆過程中的層式涂布，降低了顆粒包覆的均勻性，從而使NPWPCB的改性效果降低，復(fù)合材料的力學性能也隨之下降。然而，較低的噴霧速率在提高復(fù)合材料力學性能的同時亦會延長包覆時間，從而導致能耗的提高與產(chǎn)能的降低。與噴霧速率為1.6 cm·s-1相比，噴霧速率為3.2 cm·s-1時復(fù)合材料的彎曲、拉伸及沖擊強度僅分別降低2.14%、0.87%與1.81%，但包覆時間節(jié)省一半。當噴霧速率提高至4.8 cm·s-1時，顆粒表面濕潤速率增加，顆粒黏度提高，導致顆粒團聚加快，霧化噴嘴周圍出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象，而且大量顆粒黏附于床體內(nèi)壁及布袋除塵器內(nèi)表面，造成顆粒包覆不均勻和除塵難度增大等問題。綜上，選取噴霧速率為3.2 cm·s-1進行下一步研究。

2.1.3 霧化氣速對PP/NPWPCB復(fù)合材料力學性能的影響 在KH-550溶液（體積分數(shù)20%）用量為75 ml、噴霧速率為3.2 cm·s-1、床層溫度為80℃、噴動氣速為33.70 m·s-1的條件下考察了霧化氣速對NPWPCB改性效果的影響。復(fù)合材料力學性能隨霧化氣速的變化如圖5所示。隨著霧化氣速的增加，復(fù)合材料的力學性能先升高后降低，最佳的霧化氣速為58.98 m·s-1。在內(nèi)混式二流噴嘴中，隨著霧化氣速的增加，霧滴的平均直徑降低，霧滴分布更為均勻[19]。當床內(nèi)顆粒流動形態(tài)及床層溫度不變時，霧滴直徑的降低一方面增加了霧滴與顆粒碰撞的機會，有利于顆粒對包覆劑溶液的有效捕捉，另一方面提高了NPWPCB表面的干燥速率，抑制了顆粒團聚，有利于顆粒的層式涂布，因此霧化氣速的增加可以有效地提高NPWPCB的改性效果，從而使復(fù)合材料的力學性能提高。但是霧化氣速過大會造成噴霧角進一步增大，使得部分霧滴黏附于導向管壁面；另外，由于霧滴過小，部分霧滴在到達顆粒表面之前已被蒸發(fā)干燥，無法完成對NPWPCB的有效包覆改性，造成KH-550的浪費，影響了NPWPCB的改性效果，復(fù)合材料的力學性能隨之下降。

2.1.4 床層溫度對PP/NPWPCB復(fù)合材料力學性能的影響 在KH-550溶液（體積分數(shù)20%）用量為75 ml、噴霧速率為3.2 cm·s-1、霧化氣速為58.98 m·s-1、噴動氣速為33.70 m·s-1的條件下考察了床層溫度對NPWPCB改性效果的影響。復(fù)合材料力學性能隨床層溫度的變化如圖6所示。隨著床層溫度的升高，復(fù)合材料的拉伸、彎曲、沖擊強度均先增大后減小，當床層溫度為80℃時復(fù)合材料的綜合力學性能達到最優(yōu)。前人研究表明顆粒的包覆效果受到顆粒表面的濕潤速率與干燥速率的影響[20]。床層溫度為40℃時，NPWPCB表面的KH-550溶液得不到及時干燥，顆粒間“液橋”力增大，顆粒與顆粒及顆粒與壁面間的黏附力增大，導致了霧化噴嘴周圍的結(jié)塊現(xiàn)象。隨著溫度的升高，KH-550溶液的蒸發(fā)速度加快，顆粒表面的“液橋”力減小，顆粒的黏附現(xiàn)象得到有效的抑制。但當溫度超過80℃時，KH-550溶液的蒸發(fā)速度過快，部分霧滴在到達顆粒表面之前已被蒸發(fā)干燥，降低了KH-550的有效利用?？傊瑴囟冗^高或過低均會降低顆粒的改性效果，使得復(fù)合材料力學性能降低。當床層溫度為60～80℃時，NPWPCB表面的濕潤速率與干燥速率達到平衡，有利于顆粒的層式涂布進行，可最大限度地提高顆粒的改性效果，復(fù)合材料的力學性能也隨之達到最優(yōu)。

2.1.5 噴動氣速對PP/NPWPCB復(fù)合材料力學性能的影響 在KH-550溶液（體積分數(shù)20%）用量為75 ml、噴霧速率為3.2 cm·s-1、霧化氣速為58.98 m·s-1、床層溫度為80℃的條件下考察了噴動氣速對NPWPCB改性效果的影響。復(fù)合材料力學性能隨噴動氣速的變化如圖7所示。隨著噴動氣速的增加，復(fù)合材料的力學性能先升高后降低，當噴動氣速為29.49 m·s-1時復(fù)合材料的各力學強度均達到最大。噴動氣速對床內(nèi)氣、固內(nèi)循環(huán)及傳熱傳質(zhì)起著關(guān)鍵性的作用。隨著噴動氣速的變化，導向管內(nèi)顆粒的流動形態(tài)隨之變化。當噴動氣速較小時，導向管內(nèi)顆粒處于不穩(wěn)定的流化狀態(tài)，顆粒包覆不均勻，此時噴動氣對團聚顆粒的破碎能力較低，容易形成大的顆粒團聚。隨著噴動氣速的增加，導向管內(nèi)顆粒進入稀相輸送狀態(tài)，一方面氣液固三相在導向管內(nèi)混合更為充分，傳熱傳質(zhì)效率進一步提高，有利于改性劑均勻地包覆于顆粒的表面，提高顆粒的改性效果，另一方面噴動氣速的增加提高了射流的卷吸力，可以更為充分地流化待包覆顆粒，增加顆粒的循環(huán)量[21]，進而有效提高顆粒的包覆率，增強顆粒改性效果，復(fù)合材料的各力學強度也隨之增加。隨著噴動氣速的進一步提高，噴動氣對顆粒循環(huán)量的影響減弱，但由于噴動氣射流與噴霧方向一致，當噴動氣速過大時導致部分霧滴在未與顆粒碰撞前即被射流帶出床層，造成改性劑的浪費，降低了NPWPCB的改性效果，進而導致復(fù)合材料的力學強度下降。

2.2 NPWPCB改性分析

當KH-550溶液（體積分數(shù)20%）用量為75 ml、噴霧速率為3.2 cm·s-1、霧化氣速為58.98 m·s-1、床層溫度為80℃、噴動氣速為29.49 m·s-1時，在導向管噴動流化床內(nèi)對NPWPCB顆粒進行包覆改性。通過紅外譜圖和掃描電子顯微鏡對改性前后NPWPCB表面官能團及PP/NPWPCB復(fù)合材料沖擊斷面微觀形貌進行了表征分析。

接觸者檢查是掌握感染與發(fā)病的最早時點,對接觸者進行X線檢查,并定期追蹤檢查能發(fā)現(xiàn)相當多的病人,其檢出率也高。在全人口中每名肺結(jié)核患者有家庭密切接觸者2~3名,沈陽市結(jié)防所調(diào)查1個傳染源平均接觸4人,其中兒童1~2人,全民中有接觸及接觸史者占10%,對這部分人的檢查,可壓縮檢查對象90%[1 0]?？梢娊佑|者尤以排菌病人接觸者比一般人感染率、陽轉(zhuǎn)率、患病率都高。

2.2.1 NPWPCB改性前后紅外表征 圖8為NPWPCB改性前后的紅外光譜圖。改性前后樣品在3456 cm-1處都出現(xiàn)了較寬的吸收峰，主要是由顆粒表面物理吸附的水及Si—OH基團的—OH伸縮振動引起；1105、798與468 cm-1分別對應(yīng)Si—O—Si鍵的非對稱伸縮振動、對稱伸縮振動及彎曲振動吸收峰；2964 cm-1和2927 cm-1分別對應(yīng)—CH2的對稱伸縮振動和不對稱伸縮振動吸收峰。改性后—CH2的吸收峰加強，而且在3398 cm-1及1608 cm-1處出現(xiàn)了兩個新的吸收峰，分別對應(yīng)—NH2的伸縮振動及彎曲振動吸收峰，說明KH-550成功包覆于顆粒表面。

對比改性前、改性后Si—OH吸收峰減弱，Si—O—Si鍵的吸收峰加強，一方面是由于NPWPCB表面的Si—OH基團與KH-550水解產(chǎn)生的Si—OH基團發(fā)生脫水反應(yīng)形成Si—O—Si鍵，另一方面是由于KH-550在水解過程中分子間相互締合形成Si—O—Si鍵[22-23]。KH-550分子間相互締合會在NPWPCB表面形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)膜或有機長鏈，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)膜可實現(xiàn)NPWPCB表面的有機化，降低NPWPCB的極性，增強其與PP基體的相容性[12]，而有機長鏈通過靜電吸附與物理纏結(jié)作用使得PP基體與NPWPCB填料牢固地黏結(jié)在一起，增強了界面黏結(jié)強度[24]，進而顯著提高了PP/NPWPCB復(fù)合材料的力學性能。

2.2.2 復(fù)合材料沖擊斷面SEM表征 如圖9(a)所示，未改性的NPWPCB與PP基體所制備復(fù)合材料的沖擊斷面顯示：NPWPCB填料顆粒在基體中分布不均，沖擊斷面有較多纖維拔出后的空洞，大量纖維表面光滑，纖維與基體之間有明顯的裂縫。這說明基體與填料間的黏結(jié)性較差，材料斷裂時纖維對復(fù)合材料未起到良好的增強作用。NPWPCB經(jīng)改性后與PP基體所制備復(fù)合材料的沖擊斷面如圖9(b)所示，改性后填料顆粒在復(fù)合材料中分布均勻，沖擊斷面纖維的脫黏拔出明顯減少，裸露的纖維表面黏附有大量的基體樹脂，而且有明顯的抽絲現(xiàn)象。這表明KH-550的加入使NPWPCB與PP基體的相容性增加，界面黏結(jié)強度顯著提高。

2.3 顆粒改性效果評價

在KH-550溶液（體積分數(shù)20%）用量為75 ml、噴霧速率為3.2 cm·s-1、霧化氣速為58.98 m·s-1、床層溫度為80℃、噴動氣速為29.49 m·s-1的條件下采用導向管噴動流化床對NPWPCB進行了KH-550包覆改性，并將改性前后的NPWPCB分別作為PP基體的填料，制備了PP/NPWPCB復(fù)合材料。改性后復(fù)合材料的彎曲、拉伸及沖擊強度分別達到54.73 MPa、39.63 MPa和5.83 kJ·m-2，與改性前相比分別提高了15.07%、17.52%和16.32%。劉魯艷等[11]在高速混煉機中采用KH-550溶液（體積分數(shù)20%）對NPWPCB進行了改性，PP/NPWPCB復(fù)合材料的彎曲、拉伸及沖擊強度較改性前分別提高了6.25%、6.50%和17.9%。顯然，與傳統(tǒng)的高速混合法相比，導向管噴動流化床技術(shù)對NPWPCB具有更優(yōu)的改性效果，從而使得所制備復(fù)合材料的綜合力學性能得到顯著提高。因此，將導向管噴動流化床技術(shù)用于NPWPCB的包覆改性，制備功能性填料，可成功實現(xiàn)NPWPCB的高值化及資源化利用。

3 結(jié) 論

（1）將導向管噴動流化床技術(shù)成功應(yīng)用于NPWPCB的包覆改性過程中，有效地降低了顆粒的表面極性，提高了填料顆粒與PP基體的相容性，從而使填料顆粒在基體中的分布更加均勻，填料顆粒與基體的界面黏結(jié)強度增加，顯著提高了復(fù)合材料的力學性能。

（3）導向管噴動流化床技術(shù)對NPWPCB具有更優(yōu)的改性效果，進而使得再生PP/NPWPCB復(fù)合材料的綜合力學性能得到更大的提高。這為NPWPCB的包覆改性資源化利用提供了更為有效的途徑。

References

[1] Veit H M, Bernardes A M, Ferreira J Z,. Recovery of copper from printed circuit boards scraps by mechanical processing and electrometallurgy [J]., 2006, 137(3): 1704-1709

[2] Eswaraiah C, Kavitha T, Vidyasagar S,. Classification of metals and plastics from printed circuit boards (PCB) using air classifier [J].:, 2008, 47(4): 565-576

[3] Lee J, Song H T, Yoo J M. Present status of the recycling of waste electrical and electronic equipment in Korea [J]., 2007, 50(4): 380-397

[4] Marques A C, Marrero J M C, de Fraga Malfatti C. A review of the recycling of non-metallic fractions of printed circuit boards [J]., 2013, 2(1): 521

[5] Cui J, Forssberg E. Mechanical recycling of waste electric and electronic equipment: a review [J]., 2003, 99(3): 243-263

[6] Guo J, Rao Q, Xu Z. Application of glass-nonmetals of waste printed circuit boards to produce phenolic moulding compound [J]., 2008, 153(1): 728-734

[7] Wang Feng(王豐), He Hui(何慧), Chen Jizun(陳繼尊),. Modifying of PE wood-plastic composite with waste printed circuit board nonmetal powder [J].(高分子材料科學與工程), 2012, 28(8): 174-177

[8] Zheng Yanhong(鄭艷紅), Shen Zhigang(沈志剛), Cai Chujiang(蔡楚江),. Mechanical properties of PP matrix composites filled with nonmetals recycled from waste PCB and milled glass fibers [J].(復(fù)合材料學報), 2009, 26(2): 59-66

[9] Zheng Y, Shen Z, Cai C,. The reuse of nonmetals recycled from waste printed circuit boards as reinforcing fillers in the polypropylene composites [J]., 2009, 163: 600-606

[10] Wang Xinjie(王新杰), Guo Yuwen(郭玉文), Zhang Jianqiang(張建強),. Properties of non-metallic powder recycled from paper-based printed circuit boards and performance of composites [J].(化工學報), 2010, 61(3): 795-800

[11] Liu Luyan(劉魯艷), Guo Qingjie(郭慶杰), Wu Man(吳曼),. Preparation and performance of composites using waste polypropylene and waste non-metallic powder recycled from printed circuit board [J].(化工學報), 2013, 65(4): 1495-1502

[12] Plueddemann E P. Silane Coupling Agents[M]. 2nd ed. New York. London: Plenum Press, 1991

[13] Lin H, Yan H, Liu B,. The influence of KH-550 on properties of ammonium polyphosphate and polypropylene flame retardant composites [J]., 2011, 96(7): 1382-1388

[14] Gao J Z H, Jain A, Motheram R,. Fluid bed granulation of a poorly water soluble, low density, micronized drug: comparison with high shear granulation [J]., 2002, 237(1): 1-14

[15] Xu J, Tang J, Wei W,. Minimum spouting velocity in a spout-fluid bed with a draft tube [J]., 2009, 87(2): 274-278

[16] Saadevandi B A, Turton R. Particle velocity and voidage profiles in a draft tube equipped spouted-fluidized bed coating device [J]., 2004, 191(10): 1379-1400

[17] Shao Y, Liu X, Zhong W,. Recent advances of spout-fluid bed: a review of fundamentals and applications [J]., 2013, 11(1): 243-258

[18] Park R, Jang J. A study of the impact properties of composites consisting of surface-modified glass fibers in vinyl ester resin [J]., 1998, 58(6): 979-985

[19] Shi Jun(時鈞), Wang Jiading(汪家鼎), Yu Guocong(余國琮),. Chemical Engineering Handbook(化學工程手冊)[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 1996

[20] Chen Y, Yang J, Dave R N,. Granulation of cohesive Geldart group C powders in a Mini-Glatt fluidized bed by pre-coating with nanoparticles [J]., 2009, 191(1): 206-217

[21] Zhou Yong(周勇), Ma Lan(馬蘭), Shi Yanfu(石炎福). Solids circulation rate of ultra-fine powders in spouted bed with draft tube [J].() (化工學報), 2004, 55(9): 1532-1536

[22] Abdelmouleh M, Boufi S, Belgacem M N,. Modification of cellulosic fibres with functionalised silanes: development of surface properties [J]., 2004, 24(1): 43-54

[23] Krasnoslobodtsev A V, Smirnov S N. Effect of water on silanization of silica by trimethoxysilanes [J]., 2002, 18(8): 3181-3184

[24] Guo Xiaochen(郭曉晨), Li Yingchun(李迎春), Zheng Jiaxing(鄭佳星). Influence of surface treatments on the mechanical properties of PP composites filled with wasted printed circuit board basement [J].(塑料工業(yè)), 2012, 40(11): 111-117

Coating modification of non-metal particles of waste printed circuit boards in spout-fluid bed with draft tube

XIE Henglai，WU Man，ZHAO Jun，CHEN Yizhong，GUO Qingjie

Key Laboratory of Multi-phase Fluid Reaction Engineering and Separation EngineeringShandong ProvinceSchool of Chemical EngineeringQingdao University of Science & TechnologyQingdaoShandongChina

Non-metal particles of waste printed circuit boards (NPWPCB) were modified with 3-aminopropyltriethoxysilane (KH-550) by coating in a spout-fluid bed with draft tube. To obtain the range of operating parameters for the modification, the effects of KH-550 solution (20%(vol)) volume, spray rate, atomizing gas velocity, bed temperature, and spouting gas velocity on modification were evaluated. The modified NPWPCB were used as filler to fabricate PP/NPWPCB composites by extrusion and injection molding. The variations of the surface functional groups and the cross-section morphology were characterized by infrared spectroscopy and scanning electron microscopy. Modified NPWPCB improved the interface bonding between NPWPCB and PP, which enhanced the mechanical properties of PP/NPWPCB composites. At KH-550 solution (20%(vol)) volume of 75 ml, spray rate of 3.2 cm·s-1, atomizing gas velocity of 58.98 m·s-1, bed temperature of 80℃, and spouting gas velocity of 29.49 m·s-1, flexural strength, tensile strength, and impact strength of the composites increased by 15.07%, 17.52% and 16.32%, respectively.

spout-fluid bed with draft tube；non-metal particles of waste printed circuit boards；coating modification；waste treatment；composites；powder technology

2014-09-04.

Prof. GUO Qingjie, qjguo@qust.edu.cn

10.11949/j.issn.0438-1157.20141351

X 783.2

A

0438—1157（2015）03—1185—09

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃項目（SS2012AA062613）；山東省科技攻關(guān)項目（2008GG10006010）。

2014-09-04收到初稿，2014-11-17收到修改稿。

聯(lián)系人：郭慶杰。第一作者：謝恒來（1988—），男，碩士研究生。

supported by the National High Technology Research and Development Program of China (SS2012AA062613) and the Key Scientific and Technological Project in Shandong Province (2008GG10006010).