引言

全球电子废弃物 (e-waste) 塑料年产量约5400万吨，但回收率不足50%，且主要处理国对进口的禁令可能会加剧回收压力。因此，鉴于当前全球回收努力成效甚微且面临压力，需要建立分散且高度专业化的塑料回收站 (也称为微型工厂)，以进一步降低运输成本。电子废弃物塑料中，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 (ABS)、聚碳酸酯 (PC) 和聚丙烯 (PP) 占比最高，但因其聚合物混合物复杂且含溴化阻燃剂 (BFR)，分选与回收面临挑战。熔融共混挤出技术可将废弃热塑性塑料转化为3D打印线材，但需解决BFR去除、材料兼容性及工艺稳定性问题。来自英国兰卡斯特大学 (Lancaster University)的Alejandro Moure Abelenda博士和Farid Aiouache进行了这项研究，调查了不同等级的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 (ABS) 共聚物、聚碳酸酯和聚丙烯的可回收性，研究结果刊登在 Recycling 期刊上。

图为使用回收的电子垃圾塑料聚合物 (ABS、PC和PP) 制造硬盘盒的微型工厂设计。Autodesk的Fusion 360和UltiMaker Cura软件的界面代表通过准备CAD文件和评估所需的支持材料量来选择最合适的要复制的组件的阶段。

研究过程与结果

从英国回收场采集的电子废塑经树脂识别码 (RIC) 和傅里叶变换红外光谱 (Agilent Cary 630 FTIR光谱仪，ATR反射模式) 鉴定为ABS、PC及PP；通过岛津EDX8000 X射线荧光仪 (Rh靶源，5 mm准直器) 半定量分析微量元素 (如溴化阻燃剂BFR)，样品置于聚酯薄膜辐照；参照Chandrasekaran水洗法预评估浮沉分选可行性。废塑经3devo GP20破碎机处理至<5 mm颗粒后，采用3devo Precision 350复合机进行渐进式挤出：ABS线材以高密度聚乙烯 (HDPE) 为过渡介质，起始温度240°C (螺杆转速5 rpm，风扇功率50%)，逐步替换为废塑ABS后降温至215°C；聚丙烯 (PP) 线材以聚乳酸 (PLA) 过渡，设定170–175°C钟形温度曲线；挤出前物料经3devo Airid干燥机 (80°C，1 h) 处理，设备清洗使用Devoclean MidTemp purge (聚乙烯基)。

主要结果有：

采用渐进式挤出工艺，以HDPE辅助ABS、PLA辅助PP过渡，最终实现100%废塑线材生产；成功制备白色ABS、黑色ABS、ABS+PC及PP的再生线材。

线材直径稳定性监测显示，白色ABS最易控制 (1.75±0.10 mm，<8000 s)；黑色ABS (>8000 s) 与ABS+PC (<15000 s) 因未熔颗粒堵塞设备需重复挤出；PP直径波动最大；PLA质检证实波动源于废塑复杂性。

拉伸强度表现为黑色ABS最高 (4.14±0.34 MPa)，ABS+PC最低 (1.70±0.36 MPa)，再生料与原生料共混未提升强度；断裂行为显示ABS断裂伸长<6 mm，ABS+PC呈脆性断裂无颈缩，而PP延展性极佳 (伸长率>2000%)；热分析表明挤出未显著降解聚合物，但黑ABS的热氧化稳定性因储存条件下降。

激光显微镜显示ABS+PC断裂面多纤维 (相容性差)，PP颈缩明显，黑色ABS+HDPE相容性优于ABS+PC；添加5 wt.%乙烯-甲基丙烯酸酯-缩水甘油酯三元共聚物可改善ABS+PC相容性。

在基质影响方面，四步丙酮萃取 (25 g/100 mL, 30 min/步) 后FTIR显示丁二烯橡胶相在残余颗粒中降解 (910/966 cm⁻¹峰增强)，白色/黑色ABS经2次萃取后功能丧失。

在微量元素变化方面，丙酮处理将白色ABS溴含量从2939.3 mg/kg降至2.9 mg/kg (再沉淀法)，ABS+PC经丙酮-DCM处理溴回收率提升；硝酸处理效果差 (残留溴305 mg/kg)。

研究总结

评估证实，浮沉法可有效分离低密度聚丙烯 (PP)，但分离ABS与聚碳酸酯 (PC) 需依赖盐水或有机溶剂。相比于能够提取聚碳酸酯 (PC) 的其他溶剂 (例如二氯甲烷 (DCM))，危险性较低的溶剂更受青睐。回收工艺可能包括从 ABS 中去除溴化阻燃剂 (BFR)，而这项技术依赖于溴对丙酮的亲和力。类似于CreaSolv®工艺的封闭系统设计旨在减少环境污染，并实现作为溶剂的丙酮的完全回收。在所有回收材料中，黑色ABS的拉伸强度最高，而PP丝的柔韧性最高。因此，对于硬盘盒的制造，建议混合使用这些材料。对于需要大量复制的电子设备的塑料部件，注塑成型比3D打印更合适。应谨慎选择增材制造复制的塑料部件，以最大程度地减少产生的支撑材料量，避免这些支撑材料需要移除并再次熔化以进行再加工。尽管遵循了主要的回收策略，最大限度地减少了聚合物添加剂和稳定剂的损失，但ABS+PC的混合会导致3D打印线材易碎且易碎。因此，应在回收材料的配方中添加5% (重量百分比) 的相容剂和抗冲改性剂，例如乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物。

原文出自 Recycling 期刊：https://www.mdpi.com/2275938

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/recycling

Recycling 期刊介绍

主编：Michele John, Curtin University, Australia

期刊发表资源回收、再利用、废弃物管理与循环经济等相关领域的原始性、首创性成果，主题涵盖工业资源回收的创新工艺、工具与方法学，废弃物处理技术，循环经济，零废弃项目实践，回收利用相关政策，回收经济学，回收过程的环境与社会影响，以及产品 (生态) 设计与回收等方向。目前已被ESCI (Web of Science)、Scopus、FSTA、DOAJ等数据库收录。

2024 Impact Factor：4.6

2024 CiteScore：8.9

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