江興隆 王天慶 屈天曉

1.安徽省柏瑞環(huán)保科技咨詢有限公司；2.合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院

1 引言

目前世界科技已進(jìn)入了高水平的時(shí)代，電器廣泛的應(yīng)用于我們的日常生活當(dāng)中，集成電路板則是組成電器的主要組成部分。時(shí)代高速向前發(fā)展，也促進(jìn)著電器的更新?lián)Q代，電器或好或壞都會(huì)被最終遺棄成為固體廢物。電器固廢物如果沒有得到及時(shí)合理地處理處置，會(huì)給環(huán)境帶來巨大的危害，同時(shí)電路板中大量的金屬材料和基板資源將被浪費(fèi)，也導(dǎo)致各種資源的短缺和匱乏。為了緩解這種情況，使用廢棄的電子設(shè)備已成為各國的重要的資源來源，從廢棄電子設(shè)備中回收有用資源，不僅可以減少廢棄物對(duì)環(huán)境的污染，緩解環(huán)境壓力，而且可以循環(huán)利用資源，達(dá)到資源化的目的，為國家可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略作出貢獻(xiàn)。

使電子基板氣化或液化的技術(shù)不僅大大提高了金屬的回收效率，還以更環(huán)保的方式解決環(huán)境問題，不會(huì)產(chǎn)生各種氣體造成二次污染，而且需要的能量也低，來源從廢木材中得到，相對(duì)經(jīng)濟(jì)。主要使用廢木材制造的木焦油來溶解基板，但焦油的組成復(fù)雜，不能確定是什么成分起主要作用。有多種物質(zhì)組成，其中最主要組成是醇和烯，對(duì)于其中的具體溶解機(jī)制，尚未明確。因此本實(shí)驗(yàn)采用常見環(huán)氧樹脂溶劑的種類，用環(huán)氧樹脂類電路板基板為原料，來探索及解釋環(huán)氧樹脂的溶劑溶解機(jī)制。主要通過各種試劑與樣品反應(yīng)，找到主要溶解試劑以及最佳的催化劑和最佳的溶解溫度，通過主要溶解試劑的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)，來解釋其相似相容的本質(zhì)。

2 試驗(yàn)方法

2.1 熱解實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)通過用熱重分析儀使用環(huán)氧樹脂樣品5.695mg 進(jìn)行熱重分析。熱重分析的最高溫度為700℃，最低溫度為初始溫度30℃，加熱升溫速度為10℃/min，再通過熱重儀收集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2.2 溶解實(shí)驗(yàn)方法

苯酚、萘、正庚醇等溶液對(duì)環(huán)氧樹脂的溶解。因?yàn)楸椒拥仍噭┑姆悬c(diǎn)在181℃左右，而將溫度分為140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、180℃等幾個(gè)梯度進(jìn)行溶解。在不同的催化劑和不同的溫度的條件下進(jìn)行溶解，觀察溶解的效率。

用相同的步驟，實(shí)驗(yàn)將間甲苯、對(duì)甲苯、鄰甲萘、正苯、庚醇、正丁醇也做相同的溶解研究，觀察不同溶劑在不同溫度下的反應(yīng)。再通過每個(gè)溶劑的溶解率來判斷實(shí)驗(yàn)溶劑溶解的效率。使用鹽酸、氫氧化鈉、氫氧化鋰來作為催化劑的原因鹽酸氫氧化鈉和氫氧化鋰都是堿性，可以探究酸性、堿性對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 TG分析

圖1 TG分析曲線圖

在熱重分析儀的進(jìn)行熱重分析之后將數(shù)據(jù)收集，繪制成曲線圖進(jìn)行分析。下圖1就是數(shù)據(jù)收集之后的曲線圖。其中藍(lán)色的為樣品質(zhì)量曲線，紅色的是樣品的熱解速率曲線。在圖中可以直觀地看出在100℃～300℃時(shí)，樣品的熱解效率非常低可以說根本沒有熱解，在300℃～400℃時(shí)樣品熱解速率加快。這主要原因應(yīng)該是達(dá)到熱解溫度環(huán)氧樹脂的分子鍵開始大量斷裂，形成小分子物質(zhì)。大部分形成小分子氣態(tài)物質(zhì)一氧化碳、二氧化碳、甲烷等氣體進(jìn)入大氣，小部分形成液態(tài)油類留在儀器中加熱。在400℃～500℃時(shí)速度減慢，但還是有質(zhì)量減少，樣品進(jìn)一步的減輕和油類物質(zhì)的進(jìn)一步分解形成氣體是質(zhì)量減少的主要原因。

3.2 不同溶劑對(duì)環(huán)氧樹脂的溶解影響

圖2 無催化劑下各溶劑的溶解度折線圖

圖3 HCL催化下各溶劑的溶解折線圖

實(shí)驗(yàn)分別在無催化劑和不同催化劑的作用下，控制溫度相同，探索各個(gè)溶劑對(duì)環(huán)氧樹脂的溶解性。圖中可以明顯看出不管催化劑的有無，苯酚對(duì)環(huán)氧樹脂的溶解效率都比其他的溶劑效率要高很多，苯酚的溶解效率僅在140℃時(shí)就有50%的溶解度，在170℃下高達(dá)90%，而萘和正庚醇的溶解效率最好僅僅只有20%。說明苯酚對(duì)環(huán)氧樹脂有很好的溶解性，這可能由于苯酚與環(huán)氧樹脂的結(jié)構(gòu)相似，達(dá)到相似相容原理。

3.3 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析

經(jīng)過上述實(shí)驗(yàn)我們可以了解到苯酚對(duì)環(huán)氧樹脂的溶解度，在有鹽酸作為催化劑的情況下還是很樂觀的。大部分的環(huán)氧樹脂都能夠被溶解，隨著科技的發(fā)展和學(xué)者的不斷研究會(huì)有一天應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，所以為了給未來的研究和工業(yè)生產(chǎn)一些建議，實(shí)驗(yàn)對(duì)苯酚溶解的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律進(jìn)行了基礎(chǔ)研究。

實(shí)驗(yàn)采用了環(huán)氧樹脂1g，苯酚20ml，在鹽酸作為催化劑的情況下，使用160℃的加熱溫度分別在1h、2h、3h、4h、5h的時(shí)間梯度下進(jìn)行溶解實(shí)驗(yàn)。收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算溶解度繪制反應(yīng)動(dòng)力學(xué)曲線。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在不同時(shí)間下的反應(yīng)速度是大不相同的，2h～3h時(shí)溶解的速率是最快的，在3 h之后溶解的速率慢慢變小。它的溶解速度是先快后慢，原因在于環(huán)氧樹脂在開始2h左右，苯酚與環(huán)氧樹脂充分接觸有利于環(huán)氧樹脂的溶解。隨著反應(yīng)的進(jìn)行環(huán)氧樹脂的濃度減少，反應(yīng)速度也就慢了下來。

3.4 溶解機(jī)制和模型推測(cè)

上述實(shí)驗(yàn)可以看出苯酚對(duì)環(huán)氧樹脂的溶解性是幾種溶劑中最好的。實(shí)驗(yàn)為了更好地驗(yàn)證這一點(diǎn)使用間甲酚、鄰甲酚、對(duì)甲酚做相同的實(shí)驗(yàn)。觀察在有甲基參與的情況下，是否對(duì)溶解效率有影響，影響的規(guī)律是什么樣的。同樣是將溫度分為150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃，在不同催化劑鹽酸、氫氧化鈉和磷酸的催化下作用2h，環(huán)氧樹脂板去1g，溶劑取20ml，觀察溶解效率。這里選擇鹽酸、氫氧化鈉和磷酸的原因在于鹽酸和氫氧化鈉分別為酸性和堿性，而且在上面的實(shí)驗(yàn)中可以總結(jié)鹽酸和氫氧化鈉有一定的催化作用。氫氧化鋰作用和氫氧化鈉的區(qū)別不是很明顯，實(shí)驗(yàn)將其省略。這里選擇中性的磷酸，觀察在中性下的溶解度的變化。在加入鹽酸和磷酸沸點(diǎn)改變達(dá)不到200℃的沸點(diǎn)，所以只能加熱到190℃。

在苯酚結(jié)構(gòu)上有甲基時(shí)，不同位置的甲基會(huì)給環(huán)氧樹脂的溶解性帶來不同的影響。，甲基位置不同時(shí)，對(duì)苯酚結(jié)構(gòu)中的羥基活性有影響，在間位上時(shí)，使羥基在酸性的鹽酸中產(chǎn)生更強(qiáng)的作用。而在鄰位上和對(duì)位上時(shí)，在酸性情況羥基的活性會(huì)被抑制，在中性有氫離子的情況下更有助于羥基的活性。

4 結(jié)束語

（1）通過分析相同的條件下對(duì)比醇和萘，苯酚對(duì)環(huán)氧樹脂的溶解效率最好。這主要是因?yàn)榄h(huán)氧樹脂是大分子節(jié)結(jié)構(gòu)，它有很多脂鍵，要將苯酚溶解需要將其變成小分子物質(zhì)，苯酚中的羥基可能直接作用在環(huán)氧樹脂的脂鍵上使其斷裂形成小分子物質(zhì)而被溶解。而正庚醇和萘上的羥基沒有起到很好的作用，這主要原因在于羥基在烷烴上時(shí)，活性不夠強(qiáng)，在本實(shí)驗(yàn)的條件下部能達(dá)到溶解要求。

（2）在實(shí)驗(yàn)分析后，不同催化劑、溶劑，環(huán)氧樹脂的溶解效率都是隨著溫度的上升而上升的。因?yàn)樵诟邷囟认挛镔|(zhì)更為活躍，環(huán)氧樹脂上的化學(xué)鍵在高溫下吸收能量變得活躍而更容易斷裂，所以溫度越高會(huì)有更好地溶解性。

（3）在催化劑方面，苯酚為溶劑的時(shí)候鹽酸是最好的催化劑，鄰甲酚和對(duì)甲酚是溶劑的時(shí)候磷酸是最好的催化劑。這主要是因?yàn)辂}酸中有大量的氫離子，在苯酚溶解環(huán)氧樹脂時(shí)因?yàn)橹I的斷裂從而需要?dú)潆x子與其中一部分結(jié)合，所以鹽酸作為催化劑有很好的效率。而鄰甲酚和對(duì)甲酚在酸性下對(duì)環(huán)氧樹脂的溶解有抑制作用，在中性下有氫離子的作用下，能更好地催化環(huán)氧樹脂的溶解，這主要是甲基位置不同時(shí)，對(duì)苯酚結(jié)構(gòu)中的羥基活性有影響，在間位上時(shí)，使羥基在酸性的鹽酸中產(chǎn)生更強(qiáng)的作用。而在鄰位上和對(duì)位上時(shí)，在酸性情況羥基的活性會(huì)被抑制，在中性有氫離子的情況下更有助于羥基的活性。