Un nuovo approccio alla progettazione di circuiti stampati facilmente riciclabili

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 22199 (2022) Citare questo articolo

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A causa della quantità sempre crescente di rifiuti elettronici (e-waste) in tutto il mondo, il problema dello smaltimento efficace dei rifiuti di circuiti stampati (WPCB), che sono prodotti pericolosi per l'ambiente, difficili da riciclare e di valore economico, è diventato un importante problema ambientale. sfida. Le tecniche convenzionali di riciclaggio dei WPCB hanno una bassa efficienza e richiedono lavorazioni impegnative, come il trattamento termico e l'alta pressione. Questo articolo presenta un nuovo materiale composito per la produzione di circuiti stampati (PCB) che può essere facilmente riciclato nei suoi componenti originali e riutilizzato. Inoltre, i componenti PCB più preziosi (componenti elettronici contenenti metalli preziosi) possono essere facilmente separati dal circuito stampato e riutilizzati. Questo studio dimostra il vantaggio dell’utilizzo di polimeri biodegradabili come leganti per PCB in termini di riciclaggio efficiente e rispettoso dell’ambiente.

La rapida crescita dell'uso dell'elettronica in vari dispositivi, sia per uso domestico che in dispositivi elettronici per il monitoraggio di vari processi, ha portato ad un costante aumento della produzione di PCB. In definitiva, ciò ha portato ad un numero crescente di circuiti stampati obsoleti e inutilizzabili1. Secondo le statistiche, ogni anno nel mondo si accumulano più di 50 milioni di tonnellate di rifiuti elettronici e fino al 10% di questa massa è WPCB2.

Il PCB tradizionalmente utilizzato nell'industria elettronica è costituito da una base dielettrica composita che funge da telaio rigido e meccanico. Le piste elettricamente conduttive sono realizzate incidendo un foglio di rame formato su uno o entrambi i lati della base dielettrica. La base dielettrica è costituita da diversi strati di tessuto di vetro o carta impregnati con resina termoindurente come legante e poi formati in una pressa a caldo3. Attualmente come leganti vengono utilizzate materie prime altamente tossiche (resina epossidica e fenolo-formaldeide e loro miscele; resina combinata epossi-siliconica; resina combinata epossi-poliimmidica, resine bismaleimmidiche, resina triazinica, ecc.). Queste resine derivano da fonti non rinnovabili. Inoltre, i PCB realizzati con queste resine non vengono degradati dai microrganismi in condizioni ambientali, il che contraddice i moderni requisiti di sicurezza dei processi e dei materiali chimici4.

I WPCB costituiti da una frazione metallica (~ 30% in peso) e da una frazione non metallica (~ 70% in peso)5 sono i componenti più difficili da riciclare, pericolosi e preziosi dei rifiuti elettronici6. Nonostante le diverse applicazioni dei circuiti stampati, dai telefoni cellulari agli elettrodomestici fino alle automobili e ai sistemi di controllo dei processi industriali, i WPCB sono caratterizzati da un contenuto relativamente elevato di metalli preziosi Pd, Au, Pt, Ag e metalli di base come Cu, Fe, Ni, Zn, Sn, Pb. Inoltre, anche nella stessa tipologia di prodotti (ad esempio i telefoni cellulari), il contenuto di metalli può variare più di dieci volte7. Dal punto di vista economico, la lavorazione dei metalli preziosi è molto promettente poiché ogni tonnellata di WPCB contiene in media 130 kg di rame, 1,38 kg di argento, 0,35 kg di oro e 0,21 kg di palladio, di cui i metalli preziosi possono rappresentare una quota maggiore superiore all'80% del valore economico8.

Oggi, il riciclaggio del WPCB è principalmente finalizzato al recupero di metalli ad alto valore aggiunto, mentre la frazione non metallica viene solitamente messa in discarica o incenerita senza ulteriore riciclaggio. La frazione non metallica del WPCB contiene resine tossiche e ritardanti di fiamma bromurati9, che sono composti estremamente pericolosi che incidono sulla salute umana e causano il cancro10,11. Vale la pena notare che i composti tossici del WPCB possono facilmente penetrare nelle acque sotterranee dalle discariche, portando alla contaminazione a lungo termine di vaste aree12. Le minacce di cui sopra hanno stimolato una ricerca scientifica attiva sullo smaltimento dei WPCB13,14,15,16 e sui metodi di riciclaggio17,18,19,20.

Attualmente, il rapido sviluppo nella sintesi e produzione di nuovi polimeri biodegradabili sta stimolando gli scienziati a sviluppare nuovi tipi di leganti derivati ​​da materie prime rinnovabili prodotte attraverso processi biotecnologici e chimici21. In particolare, lo studio dei polimeri biodegradabili suscita particolare interesse per le loro applicazioni sempre più diversificate. I polimeri biodegradabili sono ampiamente applicati nel settore degli imballaggi e della medicina e i campi della loro applicazione pratica si stanno espandendo in modo significativo22,23,24.