Uma nova abordagem para projetar placas de circuito impresso facilmente recicláveis

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 22199 (2022) Citar este artigo

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Devido à quantidade cada vez maior de resíduos eletrônicos (e-lixo) em todo o mundo, o problema do descarte eficaz de resíduos de placas de circuito impresso (WPCB), que são produtos ambientalmente perigosos, difíceis de reciclar e economicamente valiosos, tornou-se um importante problema ambiental. desafio. As técnicas convencionais de reciclagem de WPCB têm baixa eficiência e requerem processamento difícil, como tratamento térmico e alta pressão. Este artigo apresenta um novo material compósito para a fabricação de placas de circuito impresso (PCB) que pode ser facilmente reciclado em seus componentes originais e reutilizado. Além disso, os componentes mais valiosos do PCB (componentes eletrônicos contendo metais preciosos) podem ser facilmente separados da placa de circuito impresso e reutilizados. Este estudo demonstra o benefício do uso de polímeros biodegradáveis ​​como aglutinantes para PCBs em termos de reciclagem eficiente e ecologicamente correta.

O rápido crescimento do uso de eletrônicos em diversos dispositivos, tanto para uso doméstico quanto em dispositivos eletrônicos para monitoramento de diversos processos, levou a um aumento constante na produção de PCB. Em última análise, isto levou a uma quantidade crescente de placas de circuito obsoletas e inutilizáveis1. Segundo as estatísticas, mais de 50 milhões de toneladas de lixo eletrônico são acumuladas no mundo todos os anos, e até 10% dessa massa é WPCB2.

O PCB tradicionalmente usado na indústria eletrônica consiste em uma base dielétrica composta que atua como uma estrutura mecânica rígida. Trilhas eletricamente condutoras são feitas gravando uma folha de cobre formada em um ou ambos os lados da base dielétrica. A base dielétrica consiste em diversas camadas de tecido de vidro ou papel impregnado com resina termoendurecível como aglutinante e posteriormente moldado em prensa a quente3. Atualmente, matérias-primas altamente tóxicas (resina epóxi e fenol-formaldeído e suas misturas; resina combinada epóxi-silicone; resina combinada epóxi-poliimida, resinas bismaleimida, resina triazina, etc.) são usadas como aglutinantes. Essas resinas são derivadas de fontes não renováveis. Além disso, os PCB feitos a partir destas resinas não são degradados por microrganismos em condições ambientais, o que contradiz os requisitos modernos para a segurança de processos e materiais químicos4.

WPCB consistindo de fração metálica (~ 30% em peso) e uma fração não metálica (~ 70% em peso)5 são os componentes mais difíceis de reciclar, perigosos e valiosos do lixo eletrônico6. Apesar das diversas aplicações das placas de circuito impresso, desde telefones celulares e eletrodomésticos até automóveis e sistemas de controle de processos industriais, os WPCBs são caracterizados por um teor relativamente alto de metais preciosos Pd, Au, Pt, Ag e metais básicos como Cu, Fe, Ni, Zn, Sn, Pb. Além disso, mesmo no mesmo tipo de produtos (por exemplo, telemóveis), o teor de metais pode variar mais de dez vezes7. Do ponto de vista económico, o processamento de metais preciosos é muito promissor, pois cada tonelada de WPCB contém em média 130 kg de cobre, 1,38 kg de prata, 0,35 kg de ouro e 0,21 kg de paládio, sendo que os metais preciosos podem representar mais mais de 80% do valor económico8.

Hoje, a reciclagem do WPCB visa principalmente a recuperação de metais de alto valor agregado, enquanto a fração não metálica é geralmente depositada em aterro ou incinerada sem reciclagem adicional. A fração não metálica do WPCB contém resinas tóxicas e retardadores de chama bromados9, que são compostos extremamente perigosos que afetam a saúde humana e causam câncer10,11. É importante notar que os compostos tóxicos do WPCB podem facilmente entrar nas águas subterrâneas provenientes dos aterros, levando à contaminação a longo prazo de vastas áreas12. As ameaças acima levaram a uma busca científica ativa pelo descarte de WPCB13,14,15,16 e métodos de reciclagem17,18,19,20.

Atualmente, o rápido desenvolvimento na síntese e produção de novos polímeros biodegradáveis ​​está estimulando os cientistas a desenvolverem novos tipos de ligantes derivados de matérias-primas renováveis ​​produzidas através de processos biotecnológicos e químicos21. Em particular, o estudo de polímeros biodegradáveis ​​desperta interesse específico devido às suas aplicações cada vez mais diversas. Os polímeros biodegradáveis ​​são amplamente aplicados em embalagens e medicamentos, e os campos de sua aplicação prática estão se expandindo significativamente22,23,24.