本发明涉及一种非金属粉和聚烯烃的复合材料，具体涉及一种改性废弃印刷线路板非金属粉/聚烯烃复合材料及其制备方法。
背景技术：
随着生活水平的提高和科技的进步，电子产品已成为我们生活的必需品，特别是电视、洗衣机、空调、冰箱和电脑等电子产品。在我国，这些家用电器于上世纪九十年代开始大量进入日常生活，现在已进入淘汰和报废的高峰期。随着电子产品更新换代的速度加快，多功能电子产品的不断出现，加快了电子产品的报废和淘汰，使电子废弃物的数量呈现逐年增长的趋势。
印刷电路板（printedcircuitboards，简称pcb）是电子产品中最基本的元器件，是电子产品中各个元器件相互连接的基础。占电子产品比例最大的家用电器中含有大量的pcb。随着废弃家用电器数量的不断增加，废弃pcb的量也逐年增加。每年都产生大量的废弃pcb。
除了来源于电子废弃物外，废弃pcb还有一个来源就是pcb生产过程中产生的边角料以及不合格品。边角料和不合格品大约占pcb生产总量的10～20％。我国是印刷电路板的生产大国，因而每年将产生数量庞大的边角料和不合格品。
在数量庞大的废弃pcb中含有多种金属，具有较高的回收价值。经过拆解、破碎、分选等步骤，将金属回收后将剩下非金属粉。这些非金属粉还含有少量金属，因为现有的分选技术难以将金属从非金属粉中全部分离，这些金属大部分为重金属，有害于环境和人类健康。另外，非金属粉中还含有溴化阻燃剂。因而得不到正确处理与处置，这些非金属粉将对环境造成极大的危害。
填埋和焚烧是大规模处置这些非金属粉末的传统方法。填埋不仅占用宝贵的土地资源，而且会污染环境，如非金属粉中含有的金属会释放到环境中，含有的溴化阻燃剂也会被雨水浸出而污染土壤和地下水等。焚烧会产生大量的有毒物质，特别是多溴代二苯并二恶英和多溴代二苯并呋喃，这些有毒物质是由于含溴的pcb基板在燃烧过程中产生的。
将这些非金属粉用于填充改性高分子复合材料是一种具有实际应用前景的技术。但是，由于这些粉末中大部分颗粒都是热固性树脂包裹着玻璃纤维，使得这些粉末与高分子树脂的相容性很差，导致复合材料力学性能降低。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种改性废弃印刷线路板非金属粉/聚烯烃复合材料及其制备方法，该复合材料解决了现有技术难以将非金属粉和高分子树脂相容，得到的复合材料的力学性能差等问题，能够将非金属粉改性，与聚烯烃具有很好的相容性，力学性能提高。
为了达到上述目的，本发明提供了一种改性废弃印刷线路板非金属粉/聚烯烃复合材料，该复合材料包含：改性非金属粉和聚烯烃，所述的改性非金属粉和聚烯烃的重量比为10~50：50~90。
其中，所述的改性非金属粉包含：非金属粉和氧化石墨烯，所述的非金属粉和氧化石墨烯的重量比为100：0.1~10。
其中，所述的非金属粉为由废弃印刷线路板非金属粉和无机酸反应得到的非金属粉。
所述的聚烯烃为聚乙烯和/或聚丙烯。
所述的非金属粉的粒径为20目~180目。
所述的无机酸包含：盐酸、硫酸、硝酸和磷酸中的任意一种或两种以上。
本发明还提供了一种根据所述的改性废弃印刷线路板非金属粉/聚烯烃复合材料的制备方法，该方法包含：
步骤1：将废弃印刷线路板粉碎，分选，回收非金属粉，并筛选收集不同目数的非金属粉；
步骤2：将收集到的非金属粉加入到无机酸中，反应使非金属粉表面具有极性基团，过滤，洗至中性，干燥；
步骤3：将氧化石墨烯加入到分散剂中超声分散，得到氧化石墨烯分散液，将该氧化石墨烯分散液加入到步骤2得到的处理后的非金属粉中，高速搅拌，干燥，得到改性非金属粉；
步骤4：将所述的改性非金属粉与聚烯烃共混，熔融挤出造粒，得到改性废弃印刷线路板非金属粉/聚烯烃复合材料。
在步骤2中，所述的非金属粉的重量：无机酸的体积为1g：3~10ml，所述的无机酸浓度为1~8mol/l。
在步骤2中，所述的无机酸为盐酸、硫酸、硝酸和磷酸中的任意一种或两种以上。
在步骤2中，反应时间为0.5h~20h，温度为50℃～95℃。
在步骤3中，所述的分散剂包含：水、乙醇、甲醇、乙二醇、四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺和二甲亚砜中的任意一种或两种以上。
在步骤3中，所述的氧化石墨烯分散液的浓度为0.1g/l~10g/l；所述的高速搅拌的速度为120～200rpm/min，所述的高速搅拌的时间为10~30min。
在步骤4中，所述的熔融挤出温度为200℃~250℃。
本发明的改性废弃印刷线路板非金属粉/聚烯烃复合材料及其制备方法，解决了现有技术难以将非金属粉和高分子树脂相容，得到的复合材料的力学性能差等问题，具有以下优点：
（1）本发明的复合材料利用废弃印刷线路板经过破碎、分选回收金属粉后剩余的非金属粉制备，能够充分利用废弃资源，而且能够避免传统将非金属粉填埋和焚烧带来的环境污染，如重金属的释放和有毒物质的产生等；
（2）本发明的非金属粉末为回收金属后剩余的非金属粉末，无需二次粉碎，不会因二次粉碎而增加成本和产生有毒有害物质、粉尘及噪声；
（3）本发明的复合材料利用非金属粉负载氧化石墨烯，一方面利用氧化石墨烯巨大的表面积、两性和碳骨架改性非金属粉，使非金属粉能够与聚烯烃相容，提高了复合材料的力学性能；另一方面，使氧化石墨烯均匀分散，避免团聚；
（4）本发明的复合材料的制备方法工艺简单，既解决了废弃印刷线路板非金属粉的再利用，也解决氧化石墨烯的团聚，而且所用的无机酸能循环使用，不会造成二次污染。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
一种改性废弃印刷线路板非金属粉/聚烯烃复合材料，该复合材料包含：改性非金属粉和聚烯烃，改性非金属粉和聚烯烃的重量比为10~50：50~90。其中，改性非金属粉包含：非金属粉和氧化石墨烯，非金属粉和氧化石墨烯的重量比为100：0.1~10。
优选地，氧化石墨烯为具有单一原子层的氧化石墨烯。氧化石墨烯表面和边缘含有大量的亲水性基团，在氧化石墨烯单片上随机含有羟基、环氧基，而氧化石墨烯的边缘含有羧基等，由于其表面含有极性基团，同时氧化石墨烯的骨架主要为碳，因而具有两性（亲水性和疏水性）的特点。氧化石墨烯含有的极性基团能与非金属粉表面的羟基、氨基等相互作用，一方面，使氧化石墨烯均匀分布于非金属粉表面，达到改性非金属粉的目的；另一方面，氧化石墨烯负载于非金属粉表面有利于氧化石墨烯在复合材料中分散，避免氧化石墨烯的团聚。此外，氧化石墨烯具有很高的强度，提高了改性废弃印刷线路板非金属粉/聚烯烃复合材料的力学性能，包括抗冲击性能、抗弯曲性能和拉伸强度等。
非金属粉为由废弃印刷线路板非金属粉和无机酸反应得到的非金属粉；聚烯烃为聚乙烯和/或聚丙烯。
非金属粉的粒径为20目~180目。
无机酸包含：盐酸、硫酸、硝酸和磷酸中的任意一种或两种以上。
一种根据上述改性废弃印刷线路板非金属粉/聚烯烃复合材料的制备方法，该方法包含：
步骤1：将废弃印刷线路板粉碎，分选，回收非金属粉，并筛选收集不同目数的非金属粉；
步骤2：将收集到的非金属粉加入到无机酸中，反应使非金属粉表面部分热固性树脂分解，从而使非金属粉表面具有一定数量的极性基团，过滤，洗至中性，干燥，以去除水分；
步骤3：将氧化石墨烯加入到分散剂中超声分散，得到氧化石墨烯分散液，将该氧化石墨烯分散液加入到步骤2得到的处理后的非金属粉中，高速搅拌，干燥，得到改性非金属粉；非金属粉表面的极性基团与氧化石墨烯的极性基团相互作用通过化学键或分子间作用力使氧化石墨烯牢固地负载于非金属粉表面；
步骤4：将改性非金属粉与聚烯烃共混，熔融挤出造粒，得到改性废弃印刷线路板非金属粉/聚烯烃复合材料；氧化石墨烯的碳骨架的疏水性，使得改性非金属粉能够与聚烯烃具有很好的相容性。
在步骤2中，非金属粉的重量：无机酸的体积为1g：3~10ml，无机酸浓度为1~8mol/l。
在步骤2中，无机酸为盐酸、硫酸、硝酸和磷酸中的任意一种或两种以上。无机酸能够将未处理掉的金属粉反应掉。
在步骤2中，反应时间为0.5h~20h，温度为50℃～95℃。
在步骤3中，分散剂包含：水、乙醇、甲醇、乙二醇、四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺和二甲亚砜中的任意一种或两种以上。
在步骤3中，氧化石墨烯分散液的浓度为0.1g/l~10g/l；高速搅拌的速度为120～200rpm/min，高速搅拌的时间为10~30min，使氧化石墨烯均匀分散于非金属粉颗粒表面。
在步骤4中，熔融挤出温度为200℃~250℃，聚丙烯和聚乙烯能在此温度下熔融。
对下述各实施例中的材料均进行力学性能测试时，拉伸强度用电子万能试验机（型号规格3360，美国instron公司），依据iso527标准测定；弯曲强度用电子万能试验机（型号规格3360，美国instron公司），依据iso178标准测定；冲击强度用摆锤冲击试验机（型号规格zbc7000，美特斯工业系统（中国）有限公司），依据iso180标准测定（悬臂梁，缺口）。
实施例1
一种改性废弃印刷线路板非金属粉/聚乙烯复合材料，该复合材料包含：改性非金属粉和聚乙烯，改性非金属粉和聚乙烯的重量比为1：3。其中，改性非金属粉包含：非金属粉和氧化石墨烯，非金属粉和氧化石墨烯的重量比为100：1。
非金属粉为粒径为40目~60目的废弃印刷线路板非金属粉。
非金属粉为由40目~60目的废弃印刷线路板非金属粉110g和330ml4mol/l硝酸在常压下80℃反应得到的非金属粉。
实施例2
实施例1的改性废弃印刷线路板非金属粉/聚乙烯复合材料的制备方法，该方法包含：
步骤1：将废弃印刷线路板粉碎，分选，回收非金属粉，并筛选目数为40目~60目的非金属粉收集；
步骤2：将110g步骤1得到的非金属粉加入到330ml4mol/l硝酸中，在80℃反应6h，使非金属粉表面部分热固性树脂分解，从而使非金属粉表面具有一定数量的极性基团，过滤，用水将非金属粉洗至中性，干燥，滤液回收再利用；
步骤3：将氧化石墨烯加入到水中超声分散，制备浓度为1g/l的氧化石墨烯分散液，将该氧化石墨烯分散液加入到步骤2得到的处理后的非金属粉中，非金属粉与氧化石墨烯的重量比为100:1，在120rpm/min速度下搅拌15min，干燥，得到改性非金属粉；
步骤4：将改性非金属粉与聚乙烯以重量比1:3共混，在200℃~250℃熔融挤出造粒，得到实施例1的改性废弃印刷线路板非金属粉/聚乙烯复合材料。
通过力学性能测试，实施例1的改性废弃印刷线路板非金属粉/聚乙烯复合材料的拉伸强度为37.09mpa；弯曲强度为47.26mpa；冲击强度为23.30kj/m2。
实施例3
一种改性废弃印刷线路板非金属粉/聚乙烯复合材料，该复合材料包含：改性非金属粉和聚乙烯，改性非金属粉和聚乙烯的重量比为1：3。其中，改性非金属粉包含：非金属粉和氧化石墨烯，非金属粉和氧化石墨烯的重量比为100：3。
非金属粉为粒径为40目~60目的废弃印刷线路板非金属粉。
非金属粉为由40目~60目的废弃印刷线路板非金属粉110g和330ml4mol/l硝酸在常压下80℃反应得到的非金属粉。
实施例4
实施例3的改性废弃印刷线路板非金属粉/聚乙烯复合材料的制备方法，与实施例2的制备方法相同，区别在于在步骤3中制备的氧化石墨烯分散液的浓度为0.5g/l，分散液为乙醇，搅拌的速度为200rpm/min；在步骤4中改性非金属粉与聚乙烯以重量比1:3共混。
通过力学性能测试，实施例3的改性废弃印刷线路板非金属粉/聚乙烯复合材料的拉伸强度为41.26mpa；弯曲强度为48.94mpa；冲击强度为33.96kj/m2。
实施例5
一种改性废弃印刷线路板非金属粉/聚乙烯复合材料，该复合材料包含：改性非金属粉和聚乙烯，改性非金属粉和聚乙烯的重量比为1：4。其中，改性非金属粉包含：非金属粉和氧化石墨烯，非金属粉和氧化石墨烯的重量比为100：3。
非金属粉为粒径为60目~80目的废弃印刷线路板非金属粉。
非金属粉为由60目~80目的废弃印刷线路板非金属粉110g和330ml4mol/l硝酸在常压下80℃反应得到的非金属粉。
实施例6
实施例5的改性废弃印刷线路板非金属粉/聚乙烯复合材料的制备方法，与实施例2的制备方法相同，区别在于在步骤1中分选得到的废弃印刷线路板非金属粉的粒径为40目~60目，在步骤3中制备的氧化石墨烯分散液的浓度为0.5g/l，分散液为乙二醇，在步骤4中改性非金属粉与聚乙烯以重量比1:4共混。
通过力学性能测试，实施例5的改性废弃印刷线路板非金属粉/聚乙烯复合材料的拉伸强度为37.72mpa；弯曲强度为50.22mpa；冲击强度为39.11kj/m2。
实施例7
一种改性废弃印刷线路板非金属粉/聚乙烯复合材料，该复合材料包含：改性非金属粉和聚乙烯，改性非金属粉和聚乙烯的重量比为1：3。其中，改性非金属粉包含：非金属粉和氧化石墨烯，非金属粉和氧化石墨烯的重量比为100：3。
非金属粉为粒径为80目~100目的废弃印刷线路板非金属粉。
非金属粉为由80目~100目的废弃印刷线路板非金属粉110g和330ml4mol/l硝酸在常压下80℃反应得到的非金属粉。
实施例8
实施例7的改性废弃印刷线路板非金属粉/聚乙烯复合材料的制备方法，与实施例2的制备方法相同，区别在于在步骤1中分选得到的废弃印刷线路板非金属粉的粒径为80目~100目，在步骤3中制备的氧化石墨烯分散液的浓度为10g/l，分散液为乙醇的水溶液。
通过力学性能测试，实施例7的改性废弃印刷线路板非金属粉/聚乙烯复合材料的拉伸强度为37.99mpa；弯曲强度为52.34mpa；冲击强度为42.06kj/m2。
实施例9
一种改性废弃印刷线路板非金属粉/聚丙烯复合材料，该复合材料包含：改性非金属粉和聚丙烯，改性非金属粉和聚丙烯的重量比为1：1.5。其中，改性非金属粉包含：非金属粉和氧化石墨烯，非金属粉和氧化石墨烯的重量比为100：10。
非金属粉为粒径为80目~100目的废弃印刷线路板非金属粉。
非金属粉为由80目~100目的废弃印刷线路板非金属粉110g和550ml2mol/l硝酸在常压下90℃反应得到的非金属粉。
实施例10
实施例9的改性废弃印刷线路板非金属粉/聚丙烯复合材料的制备方法，与实施例2的制备方法相同，区别在于在步骤1中分选得到的废弃印刷线路板非金属粉的粒径为80目~100目，在步骤3中制备的氧化石墨烯分散液的浓度为0.1g/l，分散液为乙二醇的水溶液。
通过力学性能测试，实施例7的改性废弃印刷线路板非金属粉/聚丙烯复合材料的拉伸强度为37.21mpa；弯曲强度为46.51mpa；冲击强度为5.13kj/m2。
本发明的改性废弃印刷线路板非金属粉/聚烯烃复合材料用途广泛，能用于电子电器产品、汽车、农业、交通运输业、化工行业、日常生活等领域。
综上所述，本发明的改性废弃印刷线路板非金属粉/聚烯烃复合材料及其制备方法，该复合材料利用氧化石墨烯的疏水性和亲水性，能够提高非金属粉和聚烯烃的相容性，并提高了复合材料的力学性能，具有很好的实用前景。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。