リサイクルしやすいプリント基板を設計するための新しいアプローチ

Scientific Reports volume 12、記事番号: 22199 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

世界中で電子廃棄物（e-waste）の量が増え続けているため、環境に有害でリサイクルが難しく、経済的に価値のある製品であるプリント基板廃棄物（WPCB）の効果的な処理の問題が、環境問題の大きな問題となっています。チャレンジ。 従来の WPCB リサイクル技術は効率が低く、熱処理や高圧などの厳しい処理が必要でした。 この論文では、元のコンポーネントに簡単にリサイクルして再利用できる、プリント基板 (PCB) 製造用の新しい複合材料を紹介します。 さらに、最も価値のある PCB コンポーネント (貴金属を含む電子部品) は、プリント基板から簡単に分離して再利用できます。 この研究は、環境に優しく効率的なリサイクルの観点から、PCB のバインダーとして生分解性ポリマーを使用する利点を実証しています。

家庭用およびさまざまなプロセスを監視する電子デバイスの両方で、さまざまなデバイスでのエレクトロニクスの使用が急速に増加し、PCB 生産量が着実に増加しています。 最終的に、これにより、時代遅れで使用できなくなった回路基板が増加することになりました1。 統計によると、毎年 5,000 万トンを超える電子廃棄物が世界中に蓄積されており、この質量の最大 10% が WPCB2 です。

エレクトロニクス業界で伝統的に使用されている PCB は、剛性の機械フレームとして機能する複合誘電体ベースで構成されています。 導電性トラックは、誘電体ベースの片面または両面に形成された銅箔をエッチングすることによって作成されます。 誘電体ベースは、バインダーとして熱硬化性樹脂を含浸させたガラス布または紙の数層で構成され、ホットプレスで成形されます3。 現在、非常に有毒な原材料（エポキシ樹脂およびフェノールホルムアルデヒド樹脂およびその混合物、エポキシとシリコーンの混合樹脂、エポキシとポリイミドの混合樹脂、ビスマレイミド樹脂、トリアジン樹脂など）がバインダーとして使用されています。 これらの樹脂は再生不可能な資源に由来しています。 さらに、これらの樹脂から作られた PCB は、環境条件下で微生物によって分解されません。これは、化学プロセスと材料の安全性に対する現代の要件に反します4。

WPCB は金属部分 (~ 30 wt%) と非金属部分 (~ 70 wt%)5 で構成されており、電子廃棄物 6 の中でリサイクルが最も難しく、危険かつ貴重な成分です。 携帯電話や家電製品から自動車や産業プロセス制御システムに至るまで、プリント基板の多様な用途にもかかわらず、WPCB は貴金属 Pd、Au、Pt、Ag および Cu、Fe、 Ni、Zn、Sn、Pb。 さらに、同じ種類の製品（携帯電話など）であっても、金属の含有量は 10 倍以上異なる場合があります7。 経済的な観点から見ると、WPCB 1 トンあたり平均 130 kg の銅、1.38 kg の銀、0.35 kg の金、0.21 kg のパラジウムが含まれているため、貴金属の処理は非常に有望であり、貴金属はさらに多くを占める可能性があります。経済価値の 80% 以上8.

現在、WPCB リサイクルは主に高付加価値金属の回収を目的としていますが、非金属部分は通常、それ以上リサイクルされずに埋め立てられるか焼却されます。 非金属 WPCB 画分には有毒な樹脂と臭素化難燃剤 9 が含まれており、これらは人間の健康に影響を与え、発がん性を引き起こす非常に危険な化合物です 10,11。 有毒な WPCB 化合物が埋め立て地から地下水に容易に侵入し、広大な地域の長期汚染につながる可能性があることは注目に値します12。 上記の脅威により、WPCB の処分 13、14、15、16 およびリサイクル方法 17、18、19、20 に関する積極的な科学的研究が行われてきました。

現在、新しい生分解性ポリマーの合成と生産の急速な発展により、科学者は、バイオテクノロジーおよび化学プロセスを通じて生産された再生可能原料に由来する新しいタイプのバインダーの開発を奨励されています21。 特に、生分解性ポリマーの研究は、その用途がますます多様化しているため、特別な関心を集めています。 生分解性ポリマーは包装や医療に広く応用されており、その実用化分野は大幅に拡大している22、23、24。