导向管喷动流化床中废弃印刷线路板的非金属颗粒包覆改性

谢恒来，吴曼，赵军，陈义忠，郭庆杰



导向管喷动流化床中废弃印刷线路板的非金属颗粒包覆改性

谢恒来，吴曼，赵军，陈义忠，郭庆杰

（青岛科技大学化工学院，山东省多相流体反应与分离工程重点实验室，山东青岛 266042）

以3-氨基丙基三乙氧基硅烷（KH-550）为改性剂，在导向管喷动流化床内对废弃印刷线路板的非金属颗粒（NPWPCB）进行包覆改性，研究了颗粒包覆过程中KH-550溶液（体积分数20%）用量、喷雾速率、雾化气速、床层温度及喷动气速等操作参数对NPWPCB改性效果的影响。以聚丙烯（PP）为基体、改性NPWPCB为填料，采用挤出注塑工艺制备了PP/NPWPCB复合材料。通过红外光谱图和扫描电子显微镜对改性前后NPWPCB表面官能团及复合材料冲击断面微观形貌的分析表明，KH-550可以增加NPWPCB与PP基体之间的界面黏结强度，提高PP/NPWPCB复合材料的力学性能。当KH-550溶液用量为75 ml、喷雾速率为3.2 cm·s-1、雾化气速为58.98 m·s-1、床层温度为80℃、喷动气速为29.49 m·s-1时，复合材料的弯曲、拉伸和冲击强度较改性前分别提高了15.07%、17.52%和16.32%。

导向管喷动流化床；废弃印刷线路板的非金属颗粒；包覆改性；废物处理；复合材料；粉体技术

引 言

电子信息技术的迅猛发展产生了大量电子垃圾，据联合国相关数据显示，全球每年产生的电子废弃物高达5000万吨，而且呈逐年增长的趋势。预计到2017年全球电子废弃物产量将达到6540万吨。印刷线路板作为“电子系统产品之母”，废弃量庞大且成分复杂，其中金、银、铜等金属材料（约占40%）的资源化利用技术已相对成熟[1-2]，而非金属材料（约占60%）大都被简单地填埋或焚烧，在给生态环境和人类健康带来极大危害的同时也造成了巨大的资源浪费[3-4]。因此，深入研究废弃印刷线路板中非金属材料的资源化利用具有极高的环境与经济价值。

废弃印刷线路板的非金属颗粒（NPWPCB）主要由玻璃纤维与热固性塑料（环氧树脂或酚醛树脂）构成[5]。热固性塑料具有稳定性高、不熔、不溶等特点，使NPWPCB难以实现有效的资源化利用。目前NPWPCB的资源化研究主要集中于将其用作热固性塑料（如酚醛树脂[6]）或热塑性塑料（如聚乙烯[7]和聚丙烯[8-11]）的填料。Guo等[6]将NPWPCB用于生产酚醛塑模化合物，结果表明添加NPWPCB后材料的力学强度、热变形温度及介电强度均有所提高，可获得环境和经济双重效益。王丰等[7]探讨了NPWPCB对废旧聚乙烯基木塑材料的增强效果，研究表明适量的NPWPCB可以明显提高聚乙烯基木塑材料的热稳定性、力学性能及加工性能。沈志刚等[8]、Zheng等[9]和王新杰等[10]将NPWPCB作为新PP基质的填料，得到了弯曲、拉伸等力学性能增强的复合材料，此外NPWPCB的添加还改善了复合材料的耐热性和热软化特性。刘鲁艳等[11]将NPWPCB作为旧PP基质（废旧汽车保险杠）的填料进行了探讨，发现通过添加NPWPCB，复合材料的弯曲强度及阻燃性能均有明显提升。

NPWPCB极性较强，与非极性的PP基体间的相容性较差，界面黏结强度较弱。而硅烷偶联剂KH-550[结构式为(C2H5O)3Si(CH2)3NH2]同时具备有机和无机反应活性，可以与有机树脂及无机矿物表面发生反应，常用作无机填料的改性剂，提高无机填料在有机树脂中的分散性和界面黏结强度[12]。王新杰等[10]和刘鲁艳等[11]用改性剂KH-550对NPWPCB填料进行了表面改性，显著提高了填料与PP基体的相容性及界面黏结强度，从而使复合材料的力学性能得到增强。Lin等[13]的研究亦证明，无机填料经KH-550改性后在基体中的相容性及分散性均有显著的提高，从而避免了应力集中，提高了复合材料的力学性能。然而，传统的NPWPCB表面改性大都在高速混炼机中进行[10-11]，颗粒与改性剂雾滴随机接触，存在颗粒返混严重、表面包覆不均等缺陷，制约了颗粒的改性效果，并影响了改性剂的有效利用。

流态化颗粒包覆技术是流态化技术、喷雾技术和干燥技术三者的有机结合，集喷雾、混合、包覆、干燥等过程于一体，具有传热传质效率高、颗粒包覆均匀、可连续操作等优点[14]。常用的流态化颗粒包覆装置有流化床、振动流化床、喷动床、喷动流化床及导向管喷动流化床等。其中，导向管喷动流化床技术集喷动床技术和流化床技术的优点为一体，在颗粒包覆改性过程中具有独特的优势。流化气的引入使环隙区颗粒处于流化状态，克服了传统喷动床环隙区气固接触效率低、高床层喷动不稳定等不利于包覆的因素。同时，流化气的引入还提高了环隙区的传热传质效率，基本消除了环隙区底部“死区”、黏性颗粒的团聚等影响包覆改性效果的因素。导向管的引入抑制了颗粒在喷射区与环隙区之间的交互流动，使颗粒流动更加规律。在导向管的底部区域颗粒与气体高速混合，进一步提高了传质传热效率，抑制了颗粒团聚[15]。这些结构与操作特点使得导向管喷动流化床技术在缓控肥、缓释药物、饲料等大颗粒的包覆与造粒方面均得到成功应用[16-17]，但在形状不规则细颗粒包覆改性方面的应用相对较少。本研究将导向管喷动流化床技术应用于NPWPCB的包覆改性研究中，以期强化颗粒表面改性效果，得到功能性填料颗粒，用以制备高性能的PP基再生复合材料。这对于NPWPCB的资源化利用及再生复合材料性能的提高，都具有非常重要的理论和应用价值。

本研究以KH-550为改性剂，在导向管喷动流化床颗粒包覆装置中对NPWPCB进行包覆改性，得到功能性填料颗粒，通过挤出注塑工艺制备系列PP/NPWPCB复合材料。研究了颗粒包覆过程中KH-550溶液用量、喷雾速率、雾化气速、床层温度及喷动气速等操作参数对NPWPCB改性效果及PP/NPWPCB复合材料力学性能的影响，并确定了适宜的操作参数。

1 实验部分

1.1 实验材料

NPWPCB：河南三星机械有限公司，粒径≤154mm，平均粒径为33.53mm；PP颗粒：辽宁华锦通达化工股份有限公司，牌号 T30S，熔融指数4.25 g·(10 min)-1；KH-550：青岛旭昕化工有限公司，分析纯。

1.2 颗粒包覆装置及流程

颗粒包覆装置主体为底喷式导向管喷动流化床，床体上部为内径160 mm的圆筒，筒体分为上下两段，上段为高1000 mm的有机玻璃圆筒，下段为高400 mm的不锈钢圆筒。筒体中心有内径为45 mm、长为450 mm的有机玻璃导向管，导喷距为50 mm。筒体下部与60°圆锥形气体分布板相连。分布板由不锈钢板制成，开孔率为1%，上呈三角形，分布有260个直径为1 mm的垂直小孔，并铺设2层48mm不锈钢丝网防止漏料。喷动气入口位于倒锥体顶部，内径为10 mm。内混式二流喷嘴位于喷动气入口中心，内部液体射流直径为2 mm，外部气体射流直径为4 mm。

实验流程如图1所示。喷动气及流化气经管式加热炉预热，分别通过喷动气入口与气体分布板进入喷动流化床内，在两路气体的协同作用下使NPWPCB物料处于稳定的流化状态。KH-550溶液经蠕动泵加压并由空气雾化后经内混式二流喷嘴进入喷动流化床，在导向管底部与NPWPCB高速接触、碰撞，实现颗粒包覆改性。随后，改性颗粒在喷动气带动下沿导向管上升，到达喷泉区顶部后落入环隙区，上升过程中颗粒被快速干燥。改性颗粒在环隙区随颗粒流向下移动至床层底部，完成进一步干燥，并进入下一个包覆改性循环。包覆改性过程完成后将颗粒取出，进行后续表征及复合材料的制备。

为保证床层温度稳定，包覆过程所需热量分两部分提供：一部分热量由喷动气、流化气提供，为包覆改性后颗粒的快速干燥提供初始热量；另一部分热量由床体外壁加热系统提供，以维持床内的温度稳定，为改性颗粒进一步干燥提供热量。尾气由床体顶部的袋式除尘器净化后排空。

1.3 复合材料样品的制备

PP/NPWPCB复合材料的制备工艺流程如图2所示。将NPWPCB过100目（154 μm）标准筛后，置于80℃下烘干2 h。在导向管喷动流化床颗粒包覆装置中，用KH-550水解液（C2H5OH:KH-550: H2O=72:20:8, 体积比）对NPWPCB进行包覆改性。将PP颗粒、改性NPWPCB及抗氧剂、润滑剂等助剂按比例混合，通过挤出机（SHJ-20，南京杰恩特机电有限公司）挤出造粒，并将PP/NPWPCB复合材料颗粒置于80℃下烘干4 h。在注塑成型机（130F2V，东华机械有限公司）中将干燥的复合材料颗粒注塑成力学性能测试样条，将样条静置24 h后进行力学性能测试。

1.4 材料性能测试与表征

室温（25℃）下，依据GB/T 1040—1992与GB/T 9341—2000标准用万能试验机（GT-10S- 2000，台湾高铁科技股份有限公司）分别测试PP/NPWPCB复合材料样条的拉伸性能与弯曲性能，测试速度分别为10 mm·min-1与2 mm·min-1，每组测试5个试样；依据GB 1843—1996标准用悬臂梁冲击试验机（XCT-40，河北承德精密试验机厂）测试PP/NPWPCB复合材料样条的缺口冲击性能，选用1 J的摆锤，每组测试10个试样。各组实验均设平行实验，计算各力学参数平均值及标准偏差。通过傅里叶变换红外光谱仪（TENSOR-27型，德国BRUKER公司）对改性前后NPWPCB表面官能团进行表征；利用扫描电子显微镜（JSM-6700F型，日本JEOL公司）对改性前后PP/NPWPCB复合材料的冲击断面进行观察。

2 结果分析与讨论

2.1 导向管喷动流化床颗粒包覆操作参数对NPWPCB改性效果的影响

在导向管喷动流化床颗粒包覆装置中用KH-550对NPWPCB进行了包覆改性，通过PP/ NPWPCB复合材料力学性能的变化研究了KH-550溶液用量、喷雾速率、雾化气速、床层温度和喷动气速等操作参数对NPWPCB改性效果的影响，并得到适宜的操作参数。

2.1.1 KH-550溶液用量对PP/NPWPCB复合材料力学性能的影响 在喷雾速率为4.8 cm·s-1、雾化气速为58.98 m·s-1、床层温度为80℃、喷动气速为33.70 m·s-1的条件下考察了KH-550溶液（体积分数20%）用量对NPWPCB改性效果的影响。复合材料力学性能随溶液用量的变化如图3所示。随着溶液用量的增加，复合材料的力学性能呈先升高后降低的趋势，当KH-550溶液用量为75 ml时复合材料的力学性能达到最优。当KH-550用量较少时，KH-550未能在NPWPCB表面实现完全包覆。随着KH-550溶液用量的增加，NPWPCB的包覆率随之增加，使得颗粒与PP基体的界面黏结强度增大，复合材料力学性能随之提高，KH-550在NPWPCB表面形成单分子层包覆可以最大程度地提高NPWPCB与PP基体之间的界面黏结强度。但随着KH-550溶液用量的进一步增加，KH-550水解产生的低分子量硅醇在NPWPCB表面堆积，充当了剥离剂或润滑剂，因此复合材料受到外部应力时易发生界面脱黏，降低了NPWPCB与PP基体之间的界面黏结强度[11,18]，使得复合材料力学性能反而下降。

2.1.2 喷雾速率对PP/NPWPCB复合材料力学性能的影响 在KH-550溶液（体积分数20%）用量为75 ml、雾化气速为58.98 m·s-1、床层温度为80℃、喷动气速为33.70 m·s-1的条件下研究了KH-550溶液喷雾速率对NPWPCB改性效果的影响。复合材料力学性能随KH-550溶液喷雾速率的变化如图4所示。随着溶液喷雾速率的提高，复合材料的拉伸、弯曲、冲击强度均呈下降趋势。对于内混式二流喷嘴，随溶液喷雾速率的提高雾滴的平均粒径增加，雾滴分布不均匀[19]。这导致颗粒团聚的初始核增大，颗粒团聚式增长加剧[20]，抑制了包覆过程中的层式涂布，降低了颗粒包覆的均匀性，从而使NPWPCB的改性效果降低，复合材料的力学性能也随之下降。然而，较低的喷雾速率在提高复合材料力学性能的同时亦会延长包覆时间，从而导致能耗的提高与产能的降低。与喷雾速率为1.6 cm·s-1相比，喷雾速率为3.2 cm·s-1时复合材料的弯曲、拉伸及冲击强度仅分别降低2.14%、0.87%与1.81%，但包覆时间节省一半。当喷雾速率提高至4.8 cm·s-1时，颗粒表面湿润速率增加，颗粒黏度提高，导致颗粒团聚加快，雾化喷嘴周围出现结块现象，而且大量颗粒黏附于床体内壁及布袋除尘器内表面，造成颗粒包覆不均匀和除尘难度增大等问题。综上，选取喷雾速率为3.2 cm·s-1进行下一步研究。

2.1.3 雾化气速对PP/NPWPCB复合材料力学性能的影响 在KH-550溶液（体积分数20%）用量为75 ml、喷雾速率为3.2 cm·s-1、床层温度为80℃、喷动气速为33.70 m·s-1的条件下考察了雾化气速对NPWPCB改性效果的影响。复合材料力学性能随雾化气速的变化如图5所示。随着雾化气速的增加，复合材料的力学性能先升高后降低，最佳的雾化气速为58.98 m·s-1。在内混式二流喷嘴中，随着雾化气速的增加，雾滴的平均直径降低，雾滴分布更为均匀[19]。当床内颗粒流动形态及床层温度不变时，雾滴直径的降低一方面增加了雾滴与颗粒碰撞的机会，有利于颗粒对包覆剂溶液的有效捕捉，另一方面提高了NPWPCB表面的干燥速率，抑制了颗粒团聚，有利于颗粒的层式涂布，因此雾化气速的增加可以有效地提高NPWPCB的改性效果，从而使复合材料的力学性能提高。但是雾化气速过大会造成喷雾角进一步增大，使得部分雾滴黏附于导向管壁面；另外，由于雾滴过小，部分雾滴在到达颗粒表面之前已被蒸发干燥，无法完成对NPWPCB的有效包覆改性，造成KH-550的浪费，影响了NPWPCB的改性效果，复合材料的力学性能随之下降。

2.1.4 床层温度对PP/NPWPCB复合材料力学性能的影响 在KH-550溶液（体积分数20%）用量为75 ml、喷雾速率为3.2 cm·s-1、雾化气速为58.98 m·s-1、喷动气速为33.70 m·s-1的条件下考察了床层温度对NPWPCB改性效果的影响。复合材料力学性能随床层温度的变化如图6所示。随着床层温度的升高，复合材料的拉伸、弯曲、冲击强度均先增大后减小，当床层温度为80℃时复合材料的综合力学性能达到最优。前人研究表明颗粒的包覆效果受到颗粒表面的湿润速率与干燥速率的影响[20]。床层温度为40℃时，NPWPCB表面的KH-550溶液得不到及时干燥，颗粒间“液桥”力增大，颗粒与颗粒及颗粒与壁面间的黏附力增大，导致了雾化喷嘴周围的结块现象。随着温度的升高，KH-550溶液的蒸发速度加快，颗粒表面的“液桥”力减小，颗粒的黏附现象得到有效的抑制。但当温度超过80℃时，KH-550溶液的蒸发速度过快，部分雾滴在到达颗粒表面之前已被蒸发干燥，降低了KH-550的有效利用。总之，温度过高或过低均会降低颗粒的改性效果，使得复合材料力学性能降低。当床层温度为60～80℃时，NPWPCB表面的湿润速率与干燥速率达到平衡，有利于颗粒的层式涂布进行，可最大限度地提高颗粒的改性效果，复合材料的力学性能也随之达到最优。

2.1.5 喷动气速对PP/NPWPCB复合材料力学性能的影响 在KH-550溶液（体积分数20%）用量为75 ml、喷雾速率为3.2 cm·s-1、雾化气速为58.98 m·s-1、床层温度为80℃的条件下考察了喷动气速对NPWPCB改性效果的影响。复合材料力学性能随喷动气速的变化如图7所示。随着喷动气速的增加，复合材料的力学性能先升高后降低，当喷动气速为29.49 m·s-1时复合材料的各力学强度均达到最大。喷动气速对床内气、固内循环及传热传质起着关键性的作用。随着喷动气速的变化，导向管内颗粒的流动形态随之变化。当喷动气速较小时，导向管内颗粒处于不稳定的流化状态，颗粒包覆不均匀，此时喷动气对团聚颗粒的破碎能力较低，容易形成大的颗粒团聚。随着喷动气速的增加，导向管内颗粒进入稀相输送状态，一方面气液固三相在导向管内混合更为充分，传热传质效率进一步提高，有利于改性剂均匀地包覆于颗粒的表面，提高颗粒的改性效果，另一方面喷动气速的增加提高了射流的卷吸力，可以更为充分地流化待包覆颗粒，增加颗粒的循环量[21]，进而有效提高颗粒的包覆率，增强颗粒改性效果，复合材料的各力学强度也随之增加。随着喷动气速的进一步提高，喷动气对颗粒循环量的影响减弱，但由于喷动气射流与喷雾方向一致，当喷动气速过大时导致部分雾滴在未与颗粒碰撞前即被射流带出床层，造成改性剂的浪费，降低了NPWPCB的改性效果，进而导致复合材料的力学强度下降。

2.2 NPWPCB改性分析

当KH-550溶液（体积分数20%）用量为75 ml、喷雾速率为3.2 cm·s-1、雾化气速为58.98 m·s-1、床层温度为80℃、喷动气速为29.49 m·s-1时，在导向管喷动流化床内对NPWPCB颗粒进行包覆改性。通过红外谱图和扫描电子显微镜对改性前后NPWPCB表面官能团及PP/NPWPCB复合材料冲击断面微观形貌进行了表征分析。

接触者检查是掌握感染与发病的最早时点,对接触者进行X线检查,并定期追踪检查能发现相当多的病人,其检出率也高。在全人口中每名肺结核患者有家庭密切接触者2~3名,沈阳市结防所调查1个传染源平均接触4人,其中儿童1~2人,全民中有接触及接触史者占10%,对这部分人的检查,可压缩检查对象90%[1 0]。可见接触者尤以排菌病人接触者比一般人感染率、阳转率、患病率都高。

2.2.1 NPWPCB改性前后红外表征 图8为NPWPCB改性前后的红外光谱图。改性前后样品在3456 cm-1处都出现了较宽的吸收峰，主要是由颗粒表面物理吸附的水及Si—OH基团的—OH伸缩振动引起；1105、798与468 cm-1分别对应Si—O—Si键的非对称伸缩振动、对称伸缩振动及弯曲振动吸收峰；2964 cm-1和2927 cm-1分别对应—CH2的对称伸缩振动和不对称伸缩振动吸收峰。改性后—CH2的吸收峰加强，而且在3398 cm-1及1608 cm-1处出现了两个新的吸收峰，分别对应—NH2的伸缩振动及弯曲振动吸收峰，说明KH-550成功包覆于颗粒表面。

对比改性前、改性后Si—OH吸收峰减弱，Si—O—Si键的吸收峰加强，一方面是由于NPWPCB表面的Si—OH基团与KH-550水解产生的Si—OH基团发生脱水反应形成Si—O—Si键，另一方面是由于KH-550在水解过程中分子间相互缔合形成Si—O—Si键[22-23]。KH-550分子间相互缔合会在NPWPCB表面形成网状结构膜或有机长链，网状结构膜可实现NPWPCB表面的有机化，降低NPWPCB的极性，增强其与PP基体的相容性[12]，而有机长链通过静电吸附与物理缠结作用使得PP基体与NPWPCB填料牢固地黏结在一起，增强了界面黏结强度[24]，进而显著提高了PP/NPWPCB复合材料的力学性能。

2.2.2 复合材料冲击断面SEM表征 如图9(a)所示，未改性的NPWPCB与PP基体所制备复合材料的冲击断面显示：NPWPCB填料颗粒在基体中分布不均，冲击断面有较多纤维拔出后的空洞，大量纤维表面光滑，纤维与基体之间有明显的裂缝。这说明基体与填料间的黏结性较差，材料断裂时纤维对复合材料未起到良好的增强作用。NPWPCB经改性后与PP基体所制备复合材料的冲击断面如图9(b)所示，改性后填料颗粒在复合材料中分布均匀，冲击断面纤维的脱黏拔出明显减少，裸露的纤维表面黏附有大量的基体树脂，而且有明显的抽丝现象。这表明KH-550的加入使NPWPCB与PP基体的相容性增加，界面黏结强度显著提高。

2.3 颗粒改性效果评价

在KH-550溶液（体积分数20%）用量为75 ml、喷雾速率为3.2 cm·s-1、雾化气速为58.98 m·s-1、床层温度为80℃、喷动气速为29.49 m·s-1的条件下采用导向管喷动流化床对NPWPCB进行了KH-550包覆改性，并将改性前后的NPWPCB分别作为PP基体的填料，制备了PP/NPWPCB复合材料。改性后复合材料的弯曲、拉伸及冲击强度分别达到54.73 MPa、39.63 MPa和5.83 kJ·m-2，与改性前相比分别提高了15.07%、17.52%和16.32%。刘鲁艳等[11]在高速混炼机中采用KH-550溶液（体积分数20%）对NPWPCB进行了改性，PP/NPWPCB复合材料的弯曲、拉伸及冲击强度较改性前分别提高了6.25%、6.50%和17.9%。显然，与传统的高速混合法相比，导向管喷动流化床技术对NPWPCB具有更优的改性效果，从而使得所制备复合材料的综合力学性能得到显著提高。因此，将导向管喷动流化床技术用于NPWPCB的包覆改性，制备功能性填料，可成功实现NPWPCB的高值化及资源化利用。

3 结 论

（1）将导向管喷动流化床技术成功应用于NPWPCB的包覆改性过程中，有效地降低了颗粒的表面极性，提高了填料颗粒与PP基体的相容性，从而使填料颗粒在基体中的分布更加均匀，填料颗粒与基体的界面黏结强度增加，显著提高了复合材料的力学性能。

（3）导向管喷动流化床技术对NPWPCB具有更优的改性效果，进而使得再生PP/NPWPCB复合材料的综合力学性能得到更大的提高。这为NPWPCB的包覆改性资源化利用提供了更为有效的途径。

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(王丰), He Hui(何慧), Chen Jizun(陈继尊),. Modifying of PE wood-plastic composite with waste printed circuit board nonmetal powder [J].(高分子材料科学与工程), 2012, 28(8): 174-177

[8] Zheng Yanhong(郑艳红), Shen Zhigang(沈志刚), Cai Chujiang(蔡楚江),. Mechanical properties of PP matrix composites filled with nonmetals recycled from waste PCB and milled glass fibers [J].(复合材料学报), 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(张建强),. Properties of non-metallic powder recycled from paper-based printed circuit boards and performance of composites [J].(化工学报), 2010, 61(3): 795-800

[11] Liu Luyan(刘鲁艳), Guo Qingjie(郭庆杰), Wu Man(吴曼),. Preparation and performance of composites using waste polypropylene and waste non-metallic powder recycled from printed circuit board [J].(化工学报), 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(时钧), Wang Jiading(汪家鼎), Yu Guocong(余国琮),. Chemical Engineering Handbook(化学工程手册)[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(马兰), Shi Yanfu(石炎福). Solids circulation rate of ultra-fine powders in spouted bed with draft tube [J].() (化工学报), 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(郭晓晨), Li Yingchun(李迎春), Zheng Jiaxing(郑佳星). Influence of surface treatments on the mechanical properties of PP composites filled with wasted printed circuit board basement [J].(塑料工业), 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

国家高技术研究发展计划项目（SS2012AA062613）；山东省科技攻关项目（2008GG10006010）。

2014-09-04收到初稿，2014-11-17收到修改稿。

联系人：郭庆杰。第一作者：谢恒来（1988—），男，硕士研究生。

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