Uma nova abordagem para projetar placas de circuito impresso facilmente recicláveis

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 22199 (2022) Citar este artigo

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Devido à quantidade cada vez maior de lixo eletrônico (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 grande problema ambiental desafio. As técnicas convencionais de reciclagem de WPCB têm baixa eficiência e requerem processamento difícil, como tratamento térmico e alta pressão. Este trabalho apresenta um novo material compósito para fabricação de placas de circuito impresso (PCB) que podem ser facilmente reciclados em seus componentes originais e reutilizados. Além disso, os componentes PCB mais valiosos (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 vários dispositivos, tanto para uso doméstico quanto para monitoramento de vários processos, levou a um aumento constante na produção de PCB. Em última análise, isso 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. Faixas eletricamente condutoras são feitas gravando folha de cobre formada em um ou ambos os lados da base dielétrica. A base dielétrica consiste em várias camadas de tecido de vidro ou papel impregnado com resina termoendurecível como aglutinante e depois formado em uma prensa quente3. Atualmente, matérias-primas altamente tóxicas (resinas epóxi e fenol-formaldeído e suas misturas; resina epóxi-silicone combinada; resina epóxi-poliimida combinada, resinas bismaleimida, resina triazina, etc.) são usadas como aglutinantes. Essas resinas são derivadas de fontes não renováveis. Além disso, os PCBs produzidos a partir dessas resinas não são degradados por microorganismos em condições ambientais, o que contraria os requisitos modernos de segurança de processos químicos e materiais4.

WPCB consistindo de metal (~ 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 de 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 econômico, o processamento de metais preciosos é muito promissor, pois cada tonelada de WPCBs 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 superior a 80% do valor econômico8.

Hoje, a reciclagem de WPCB visa principalmente a recuperação de metais de alto valor agregado, enquanto a fração não metálica é geralmente aterrada ou incinerada sem posterior reciclagem. A fração não metálica WPCB contém resinas tóxicas e retardadores de chama bromados9, compostos extremamente perigosos que afetam a saúde humana e causam câncer10,11. Vale a pena notar que compostos tóxicos de WPCB podem entrar facilmente em águas subterrâneas a partir de aterros sanitários, levando à contaminação a longo prazo de vastas áreas12. As ameaças acima levaram a uma busca científica ativa para 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 desenvolver novos tipos de aglutinantes derivados de matérias-primas renováveis ​​produzidas por processos biotecnológicos e químicos21. Em particular, o estudo de polímeros biodegradáveis ​​atrai um interesse específico devido às suas aplicações cada vez mais diversificadas. Polímeros biodegradáveis ​​são amplamente aplicados em embalagens e medicamentos, e os campos de sua aplicação prática estão se expandindo significativamente22,23,24.