论文标题：Microfactory Design for Valorization of E-Waste Plastics (Acrylonitrile-Butadiene-Styrene, Polycarbonate, and Polypropylene) on Additive Manufacturing Sector

论文链接：https://www.mdpi.com/2313-4321/8/3/46

期刊名：Recycling

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/recycling

研究背景：

全球电子废弃物（e-waste）塑料年产量约5400万吨，但回收率不足50%，且主要处理国对进口的禁令可能会加剧回收压力。因此，鉴于当前全球回收努力成效甚微且面临压力，需要建立分散且高度专业化的塑料回收站（也称为微型工厂），以进一步降低运输成本。电子废弃物塑料中，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚碳酸酯（PC）和聚丙烯（PP）占比最高，但因其聚合物混合物复杂且含溴化阻燃剂（BFR），分选与回收面临挑战。熔融共混挤出技术可将废弃热塑性塑料转化为3D打印线材，但需解决BFR去除、材料兼容性及工艺稳定性问题。来自英国兰卡斯特大学（Lancaster University）的Alejandro Moure Abelenda博士和Farid Aiouache进行了这项研究，调查了不同等级的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 (ABS) 共聚物、聚碳酸酯和聚丙烯的可回收性，研究结果刊登在Recycling期刊上。

使用回收的电子垃圾塑料聚合物（ABS、PC 和 PP）制造硬盘盒的微型工厂设计。 Autodesk 的 Fusion 360 和 UltiMaker Cura 软件的界面代表通过准备 CAD 文件和评估所需的支持材料量来选择最合适的要复制的组件的阶段。

研究过程与结果

从英国回收场采集的电子废塑经树脂识别码（RIC）和傅里叶变换红外光谱（Agilent Cary 630 FTIR光谱仪，ATR反射模式）鉴定为ABS、PC及PP；通过岛津EDX8000 X射线荧光仪（Rh靶源，5 mm准直器）半定量分析微量元素（如溴化阻燃剂BFR），样品置于聚酯薄膜辐照；参照Chandrasekaran水洗法预评估浮沉分选可行性。废塑经3devo GP20破碎机处理至<5 mm颗粒后，采用3devo Precision 350复合机进行渐进式挤出：ABS线材以高密度聚乙烯（HDPE）为过渡介质，起始温度240°C（螺杆转速5 rpm，风扇功率50%），逐步替换为废塑ABS后降温至215°C；聚丙烯（PP）线材以聚乳酸（PLA）过渡，设定170–175°C钟形温度曲线；挤出前物料经3devo Airid干燥机（80°C，1 h）处理，设备清洗使用Devoclean MidTemp purge（聚乙烯基）。

主要结果有：

采用渐进式挤出工艺，以HDPE辅助ABS、PLA辅助PP过渡，最终实现100%废塑线材生产；成功制备白色ABS、黑色ABS、ABS+PC及PP的再生线材。

线材直径稳定性监测显示，白色ABS最易控制（1.75±0.10 mm，<8000 s）；黑色ABS（>8000 s）与ABS+PC（<15000 s）因未熔颗粒堵塞设备需重复挤出；PP直径波动最大；PLA质检证实波动源于废塑复杂性。

拉伸强度表现为黑色ABS最高（4.14±0.34 MPa），ABS+PC最低（1.70±0.36 MPa），再生料与原生料共混未提升强度；断裂行为显示ABS断裂伸长<6 mm，ABS+PC呈脆性断裂无颈缩，而PP延展性极佳（伸长率>2000%）；热分析表明挤出未显著降解聚合物，但黑ABS的热氧化稳定性因储存条件下降。

激光显微镜显示ABS+PC断裂面多纤维（相容性差），PP颈缩明显，黑色ABS+HDPE相容性优于ABS+PC；添加5 wt.%乙烯-甲基丙烯酸酯-缩水甘油酯三元共聚物可改善ABS+PC相容性。

在基质影响方面，四步丙酮萃取（25 g/100 mL, 30 min/步）后FTIR显示丁二烯橡胶相在残余颗粒中降解（910/966 cm?¹峰增强），白色/黑色ABS经2次萃取后功能丧失。

在微量元素变化方面，丙酮处理将白色ABS溴含量从2939.3 mg/kg降至2.9 mg/kg（再沉淀法），ABS+PC经丙酮-DCM处理溴回收率提升；硝酸处理效果差（残留溴305 mg/kg）。

研究总结

评估证实，浮沉法可有效分离低密度聚丙烯（PP），但分离ABS与聚碳酸酯（PC）需依赖盐水或有机溶剂。相比于能够提取聚碳酸酯 (PC) 的其他溶剂（例如二氯甲烷 (DCM)），危险性较低的溶剂更受青睐。回收工艺可能包括从 ABS 中去除溴化阻燃剂 (BFR)，而这项技术依赖于溴对丙酮的亲和力。类似于 CreaSolv® 工艺的封闭系统设计旨在减少环境污染，并实现作为溶剂的丙酮的完全回收。在所有回收材料中，黑色 ABS 的拉伸强度最高，而 PP 丝的柔韧性最高。因此，对于硬盘盒的制造，建议混合使用这些材料。对于需要大量复制的电子设备的塑料部件，注塑成型比3D打印更合适。应谨慎选择增材制造复制的塑料部件，以最大程度地减少产生的支撑材料量，避免这些支撑材料需要移除并再次熔化以进行再加工。尽管遵循了主要的回收策略，最大限度地减少了聚合物添加剂和稳定剂的损失，但ABS + PC的混合会导致3D打印线材易碎且易碎。因此，应在回收材料的配方中添加5%（重量百分比）的相容剂和抗冲改性剂，例如乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物。

期刊介绍

期刊发表资源回收、再利用、废弃物管理与循环经济等相关领域的原始性、首创性成果，主题涵盖工业资源回收的创新工艺、工具与方法学，废弃物处理技术，循环经济，零废弃项目实践，回收利用相关政策，回收经济学，回收过程的环境与社会影响，以及产品(生态)设计与回收等方向。目前已被ESCI (Web of Science)、Scopus、FSTA、DOAJ等数据库收录。