環(huán)境材料學(xué)第10章有毒有害元素的替代技術(shù)課件

10.有毒有害元素的替代技術(shù)10.1背景及政策RoHS和WEEE指令RoHS:Therestrictionoftheuseofcertainhazardoussubstancesintheelectricalandelectronicequipment.《關(guān)于在電子電器設(shè)備中禁止使用某些有害物質(zhì)指令》歐盟2002/95/EC（2003年2月13日）WEEE指令WasteElectricalandElectronicEquipment《關(guān)于報(bào)廢電子電器設(shè)備指令》2006年7月1日正式執(zhí)行WEEE指令特點(diǎn)涉及的產(chǎn)品范圍很廣適用于10大類，近20萬(wàn)種，幾乎涵蓋當(dāng)今所有電子電器產(chǎn)品，但不包括國(guó)家基本安全的設(shè)備、武器、彈藥和戰(zhàn)略物資；技術(shù)核心3R技術(shù)：reuse,recycling,recovery；指令要求，2005年8月13日以后，電子電器產(chǎn)品的生產(chǎn)商（包括進(jìn)口商和經(jīng)銷商）必須承擔(dān)進(jìn)入歐盟市場(chǎng)的廢棄電子電器產(chǎn)品的回收、處理責(zé)任；指令規(guī)定必須采用分類回收制度，對(duì)報(bào)廢電子電器單獨(dú)收集，不讓其進(jìn)入城市垃圾系統(tǒng)，要求生產(chǎn)商或第三方在復(fù)合歐盟相關(guān)規(guī)定的情況下，盡可能采取最先進(jìn)的、有效的處理、再生和循環(huán)技術(shù)建立電子電器報(bào)廢處理系統(tǒng)；在管理體系上，采用了先進(jìn)的生產(chǎn)者延伸責(zé)任體系，強(qiáng)制電子電器生產(chǎn)商在產(chǎn)品的研發(fā)、制造、銷售以及后續(xù)的一系列過(guò)程都要考慮到環(huán)境因素，對(duì)產(chǎn)品整個(gè)生命周期負(fù)責(zé)。RoHS指令特點(diǎn)技術(shù)性限制目的更為明確

嚴(yán)格限定了電子電器產(chǎn)品中使用對(duì)人類健康造成潛在威脅的特定化學(xué)物質(zhì)。2006年7月1日以后投放歐盟市場(chǎng)的電氣和電子產(chǎn)品不得含有鉛、汞、鎘、六價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯和多溴聯(lián)苯醚等6種有害物質(zhì)，涉及的電子電氣產(chǎn)品范圍包括WEEE指令中除醫(yī)療設(shè)備類、監(jiān)控儀器類的8種產(chǎn)品.RoHS指令管制物質(zhì)的存在形式及危害表10-2RoHS指令特點(diǎn)只能在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中尋找安全的替代品歐盟從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的可行性角度考慮，認(rèn)為最有效的降低這些有害化學(xué)物質(zhì)對(duì)人類健康和環(huán)境威脅的方法只能是在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中尋找安全的替代品。對(duì)上述有害化學(xué)物質(zhì)使用的限制實(shí)際也增強(qiáng)了WEEE指令中提倡的循環(huán)利用方針的可能性和經(jīng)濟(jì)收益。由于部分RoHS指令限用的化學(xué)物質(zhì)目前還沒(méi)有合適的替代品，繼續(xù)使用含有這些物質(zhì)的電子電氣產(chǎn)品的獲益要大于其潛在威脅，因此，RoHS指令發(fā)布至今，已分批豁免了20余項(xiàng)電子電氣產(chǎn)品或部件，預(yù)計(jì)今后豁免清單仍將增加。2.中國(guó)的RoHS法規(guī)及實(shí)施進(jìn)程目的：應(yīng)對(duì)歐盟“雙綠指令”挑戰(zhàn)，從源頭加強(qiáng)對(duì)電子信息產(chǎn)品污染的限制和控制，減少?gòu)U氣電子信息產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)公眾的危害，實(shí)現(xiàn)電子工業(yè)清潔生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展，保護(hù)人類健康，提高資源利用率。國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部、發(fā)改委、商務(wù)部、海關(guān)總署、工商總局、質(zhì)檢總局和環(huán)?？偩钟?006年2月28日聯(lián)合發(fā)布了《電子產(chǎn)品污染控制辦法》，并自2007年3月1日施行。中國(guó)的RoHS之后相關(guān)部門發(fā)布了《電子信息產(chǎn)品中有害物質(zhì)的限量要求》、《電子信息產(chǎn)品污染控制重點(diǎn)管理目錄》等多項(xiàng)細(xì)則文件?！豆芾矸椒ā分饕獌?nèi)容設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)符合電子信息產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)或元素控制國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，在滿足要求的前提下，采用無(wú)毒無(wú)害或低毒低害、易于降解、便于回收利用的材料、技術(shù)和工藝方案。采用目錄管理形式，限制和禁止電子信息產(chǎn)品中使用有毒有害物質(zhì)，對(duì)列入污染控制重點(diǎn)管理目錄中的電子信息產(chǎn)品納入強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證管理，從目錄實(shí)施期限起，產(chǎn)品中不得含有鉛、汞、鎘、六價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯和多溴二苯醚6中有毒有害物質(zhì)，對(duì)于產(chǎn)品中含有有毒有害物質(zhì)不能被完全替代的，其有毒有害物質(zhì)的含量必須符合電子信息產(chǎn)品污染控制國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，污染控制重點(diǎn)管理目錄將根據(jù)實(shí)際情況和科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平要求逐年調(diào)整。對(duì)在中國(guó)市場(chǎng)上銷售的電子信息產(chǎn)品，應(yīng)依據(jù)電子信息產(chǎn)品污染控制國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在產(chǎn)品上注明安全使用期限、有毒有害物質(zhì)的名稱、含量、所在部件及其可否回收的標(biāo)識(shí)，包裝物應(yīng)采用無(wú)害、便于回收的材料，并注明包裝物材料名稱。不含有毒有害物質(zhì)或元素，是綠色環(huán)保的產(chǎn)品，廢棄后可以回收利用，不應(yīng)隨意丟棄含有某些有毒有害物質(zhì)，在環(huán)保使用期限內(nèi)可以放心使用，超過(guò)環(huán)保使用期限至后則應(yīng)進(jìn)入回收循環(huán)系統(tǒng)10.2有毒有害元素替代材料的研究和應(yīng)用進(jìn)展無(wú)鉛焊料傳統(tǒng)的電子封裝焊料：63Sn37Pb與銅基底潤(rùn)濕性好熔點(diǎn)低性價(jià)比高力學(xué)性能好劇毒物質(zhì)（精神混亂、呆滯、生殖功能障礙、貧血、高血壓，美國(guó)列入的17種對(duì)人類威脅最大的元素之一）焊料無(wú)鉛化提出始于美國(guó)（1991.1992參議院提案，要求將電子組裝焊料中鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.1%內(nèi)）遭到了強(qiáng)烈的反對(duì)，卻激發(fā)了世界范圍內(nèi)的研究熱潮。自1991年起，研究投入達(dá)2000萬(wàn)美元焊料無(wú)鉛化以Sn為機(jī)體，填加Ag,Cu,Zn,Sb,In等其它合金元素，主要用于電子組裝的軟釬料合金。質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%以下具有以下特征：無(wú)毒性：替代合金無(wú)毒性與鉛錫焊料詳見(jiàn)的熔點(diǎn)和盡量小的熔程良好的潤(rùn)濕性能：245度，潤(rùn)濕時(shí)間1s良好的抗氧化性合適的物理性能：導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹系數(shù)等足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐熱疲勞性目前開(kāi)發(fā)的典型的無(wú)鉛焊料類型及其優(yōu)缺點(diǎn)按二元合金成分劃分為Sn-AgSn-Cu高溫焊料（大于200度）Sn-SbSn-Zn中溫焊料180-200度Sn-BiSn-In低溫焊料180度以下表10-5盡管如此，目前尚未開(kāi)發(fā)出鉛錫焊料的理想替代物熱穩(wěn)定劑的主要作用機(jī)理吸收、中和PVC降解過(guò)程總生成的HCl，從而抑制HCl的自動(dòng)催化降解作用；置換PVC分子中不穩(wěn)定的烯丙基氯原子或叔碳氯原子，消除不穩(wěn)定氯原子，減少引發(fā)降解的位點(diǎn)；與多烯結(jié)構(gòu)發(fā)生加成反應(yīng)，防治大共軛體系的形成，減少著色；捕捉熱力、機(jī)械剪切、光氧及熱氧過(guò)程產(chǎn)生的大量自由基，阻止氧化反應(yīng)和連鎖反應(yīng)。鉛鹽化合物穩(wěn)定劑使用最早、應(yīng)用時(shí)間最長(zhǎng)、效果最好具有很強(qiáng)的結(jié)合氯化氫的能力，迅速、高效、大量捕獲PVC熱降解過(guò)程脫出的HCl生成PbCl2.主要種類三堿式硫酸鉛：3PbO*PbSO4*H2O二堿式亞磷酸鉛：2PbO*PbHPO3*1/2H2O二堿式硬脂酸鉛：2PbO*[Ch3(CH2)16COO]2Pb金屬皂類穩(wěn)定劑高級(jí)脂肪酸金屬鹽的總稱常用的金屬元素：鎘、鋇、鈣、鋅等穩(wěn)定性一般、但透明性、潤(rùn)滑性好于鉛鹽含鎘、鉛穩(wěn)定劑的替代技術(shù)有機(jī)錫類穩(wěn)定劑Ca/Zn復(fù)合穩(wěn)定劑水滑石類穩(wěn)定劑稀土穩(wěn)定劑有機(jī)錫類穩(wěn)定劑

含一類C-Sn鍵的有機(jī)金屬化合物，結(jié)構(gòu)通式為RnSnY4-n，其中R基團(tuán)可以是烷基，也可以是脂基，Y基團(tuán)是脂肪酸、硫醇根等熱穩(wěn)定性好：熱加工耐候性能優(yōu)越：露天制品透明性能優(yōu)越：著色性能好圖10-3稀土類穩(wěn)定劑我國(guó)獨(dú)具特色的無(wú)毒低度穩(wěn)定劑以鑭、鈰、鐠氧化物、氯化物和有機(jī)酸鹽等為主體無(wú)毒、熱穩(wěn)定性優(yōu)異，耐候性好，降低塑化溫度，提高力學(xué)性能，優(yōu)于其它穩(wěn)定劑我國(guó)主要熱穩(wěn)定劑產(chǎn)能產(chǎn)量圖10-73.汞、鎘等替代材料汞，常溫下可蒸發(fā)為水蒸氣對(duì)人體有害（蒸氣吸入，皮膚黏膜滲入，食物鏈攝入）具有重要應(yīng)用價(jià)值，用于照明工業(yè)、電池行業(yè)、冶金工業(yè)、儀器制造業(yè)等；照明工業(yè)中的汞替代熒光燈、節(jié)能燈、汞燈的發(fā)光物質(zhì)鈉燈、金屬鹵化物燈的緩沖物質(zhì)全球有50億只含汞光源工作每只含汞20mg，總量100t，每25只含汞光源可以污染8m2水域措施：替代&減量準(zhǔn)分子光源利用介質(zhì)阻擋放電原理制成無(wú)汞光源鋅替代汞光源利用金屬鋅及其金屬鹵化物代替汞，作為放電光源的填充物質(zhì)。較為理想的替代物質(zhì)微波硫燈在石英燈泡殼中沖入適量的發(fā)光物質(zhì)和填充氣體，用2.45GHz的微波能量激發(fā)，制成無(wú)汞光源。