Une nouvelle approche pour concevoir des circuits imprimés facilement recyclables

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 22199 (2022) Citer cet article

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En raison de la quantité toujours croissante de déchets électroniques (e-waste) dans le monde, le problème de l'élimination efficace des déchets de circuits imprimés (WPCB), qui sont dangereux pour l'environnement, difficiles à recycler et économiquement précieux, est devenu un problème environnemental majeur. défi. Les techniques conventionnelles de recyclage des WPCB sont peu efficaces et nécessitent un traitement rigoureux, tel qu'un traitement thermique et une haute pression. Cet article présente un nouveau matériau composite pour la fabrication de cartes de circuits imprimés (PCB) qui peuvent être facilement recyclés dans leurs composants d'origine et réutilisés. De plus, les composants PCB les plus précieux (composants électroniques contenant des métaux précieux) peuvent être facilement séparés du circuit imprimé et réutilisés. Cette étude démontre l’intérêt de l’utilisation de polymères biodégradables comme liants pour les PCB en termes de recyclage écologique et efficace.

La croissance rapide de l’utilisation de l’électronique dans divers appareils, tant à usage domestique que dans les appareils électroniques destinés à surveiller divers processus, a conduit à une augmentation constante de la production de PCB. En fin de compte, cela a conduit à une quantité croissante de circuits imprimés obsolètes et inutilisables1. Selon les statistiques, plus de 50 millions de tonnes de déchets électroniques sont accumulées dans le monde chaque année, et jusqu'à 10 % de cette masse sont des WPCB2.

Les PCB traditionnellement utilisés dans l’industrie électronique sont constitués d’une base diélectrique composite qui agit comme un cadre mécanique rigide. Les pistes électriquement conductrices sont réalisées par gravure d'une feuille de cuivre formée sur un ou les deux côtés de la base diélectrique. La base diélectrique est constituée de plusieurs couches de tissu de verre ou de papier imprégnées de résine thermodurcissable comme liant puis formées dans une presse à chaud3. Actuellement, des matières premières hautement toxiques (résines époxy et phénol-formaldéhyde et leurs mélanges ; résine combinée époxy-silicone ; résine combinée époxy-polyimide, résines bismaléimide, résine triazine, etc.) sont utilisées comme liants. Ces résines proviennent de sources non renouvelables. De plus, les PCB fabriqués à partir de ces résines ne sont pas dégradés par les micro-organismes dans les conditions environnementales, ce qui contredit les exigences modernes en matière de sécurité des processus et matériaux chimiques4.

Les WPCB composés de fractions métalliques (~ 30 % en poids) et d'une fraction non métallique (~ 70 % en poids)5 sont les composants les plus difficiles à recycler, les plus dangereux et les plus précieux des déchets électroniques6. Malgré les diverses applications des cartes de circuits imprimés, depuis les téléphones mobiles et les appareils électroménagers jusqu'aux automobiles et aux systèmes de contrôle de processus industriels, les WPCB se caractérisent par une teneur relativement élevée en métaux précieux Pd, Au, Pt, Ag et en métaux communs tels que Cu, Fe, Ni, Zn, Sn, Pb. De plus, même dans le même type de produits (par exemple les téléphones portables), la teneur en métaux peut varier de plus de dix fois7. D'un point de vue économique, le traitement des métaux précieux est très prometteur puisque chaque tonne de WPCB contient en moyenne 130 kg de cuivre, 1,38 kg d'argent, 0,35 kg d'or et 0,21 kg de palladium, où les métaux précieux peuvent représenter plus plus de 80% de la valeur économique8.

Aujourd’hui, le recyclage des WPCB vise principalement à récupérer des métaux à forte valeur ajoutée, tandis que la fraction non métallique est généralement mise en décharge ou incinérée sans autre recyclage. La fraction non métallique du WPCB contient des résines toxiques et des retardateurs de flamme bromés9, qui sont des composés extrêmement dangereux affectant la santé humaine et provoquant le cancer10,11. Il convient de noter que les composés toxiques du WPCB peuvent facilement pénétrer dans les eaux souterraines à partir des décharges, entraînant une contamination à long terme de vastes zones12. Les menaces ci-dessus ont incité une recherche scientifique active sur l'élimination des WPCB13,14,15,16 et les méthodes de recyclage17,18,19,20.

Actuellement, le développement rapide de la synthèse et de la production de nouveaux polymères biodégradables incite les scientifiques à développer de nouveaux types de liants dérivés de matières premières renouvelables produites par des processus biotechnologiques et chimiques21. En particulier, l’étude des polymères biodégradables suscite un intérêt particulier en raison de leurs applications de plus en plus diversifiées. Les polymères biodégradables sont largement utilisés dans l’emballage et la médecine, et les domaines de leur application pratique s’étendent considérablement22,23,24.