​欧洲电气电子产品循环塑料设计实用指南（三）——面向再生和源自再生的设计指南

“面向循环经济的消费后高技术再生聚合物”（Post-Consumer High-tech Recycled Polymers for a Circular Economy，简称PolyCE）项目发布的《电气电子产品面向再生和源自再生的设计：设计者实用指南》（以下简称《指南》），旨在帮助设计者/制造商将生命周期理念融入电气电子产品的设计中，将产品使用的塑料材料的生命周期转变为可持续生命周期。

PolyCE为电气电子产品面向再生和源自再生的设计提供了一系列实用指南。这些指南可帮助设计者/制造商规划项目的相关方面。某个指南是否相关，取决于设计者/制造商在设计过程中想要达成的目标，进而可以对应到产品和零件两个层面。如果设计者/制造商想开发新的产品概念，可以从产品层面入手；如果设计者/制造商想进一步开发确定的产品概念，可以从零件层面开始。

其中，产品层面侧重于再生工艺的所有设计和技术可行性。确定产品层面的要求，可以为新产品的概念和架构奠定基础。这种方法需要设计者/制造商对产品开发和再生工艺有深入的了解。零件层面侧重于最大限度地使用再生塑料和验证特定的材料性能。这种方法需要对再生材料和材料特性有深入的了解。

设计者/制造商的目标是最大限度地重复使用材料。这些指南旨在助力这一目标的实现。此外，这些指南还与当前欧盟的电气电子废物塑料回收利用系统保持一致，有助于设计者/制造商的产品材料在进入再生过程时保持尽可能高的质量。

这些指南既适用于面向再生的设计，也可用于源自再生的设计，但两者要实现的目标有所不同。其中，面向再生的设计的目标包括：避免使用有害物质；方便地获取和移除有害的或污染的部件；使用能够为WEEE再生企业再生的可再生材料；使用允许释放的材料组合和连接。源自再生的设计目标主要是使用再生材料。

为更好地理解和使用指南、平衡产品开发与再生利用的需求（见图1），设计者/制造商可以通过“从开始到概念→构建产品架构”和“从概念到生产→设计和工程制造零件”两部分来应用指南。

第1部分：从开始到概念→构建产品架构

针对“从开始到概念→构建产品架构”，《指南》从4个方面针对可再生利用性提出了多项行之有效的具体设计策略。

能够方便地获取和移除有害的或污染的部件

指南1：使用卡扣式解决方案固定产品中的电池，避免永久性固定，例如胶粘、焊接和封闭的方案。

如果电池在进入破碎机之前未被手动移除，则有可能在再生过程中引发问题，例如，污染材料流，在再生过程中爆炸。同时，电池也被消费者视为危险品，因此电池易于拆卸很重要。使用锂离子电池时，须使用硬壳电池，软壳锂离子电池容易损坏和挥发，存在安全和火灾风险。

指南2：固定产品中有价值的部件（印刷电路板、电缆、电线和电机），使用金属螺钉、卡扣、压配、收缩箔、自螺纹/锥形或连接器，避免永久性固定，如2K（模内装饰）、PSA胶带、胶水、熔化（不同塑料、外壳）和焊接。

有价值的部件可能会带来健康和安全风险，这是因为很大一部分的电子废物最终会流向第三世界国家。在这些国家，电子废物在非常原始的条件下在街头被再生利用，例如，通过燃烧电缆提取铜，将酸倒在印刷电路板上以提取稀有贵金属等。这些做法会释放出多种有毒烟雾，给人类健康和地球环境造成巨大风险。

为避免这些风险，设计者/制造商不要将有价值的部件粘合在一起，而是选择卡扣式解决方案，以保证再生利用时可以方便地移除。有价值的部件更易取出，有助于减少再生利用对健康和环境的负面影响。最重要的是，它对“受控的”再生利用具有积极影响，可以使有价值的材料更多地再生为新材料。

指南3：将产品结构中的有害部件设计为一个模块，形成一个不可再生利用的模块，再生利用时无需寻找多个不同的有害零件。

使用一个模块来放置所有的有害部件可以使再生过程更容易、更高效。对于再生工人来说，在手动拆卸步骤中更容易找到一个模块，而不是花时间找到多个部件。它节省了再生过程中花费的时间和精力，大大降低了成本，例如，使用外部电源而不是内部电源。外部电源可能含有溴化阻燃剂（BFR），但可以在再生开始时进行物理分离，以防止污染材料流。

指南4：为污染部件/材料（集尘袋、灯具、线组、绕线器、纸、纸板、纺织品、木材、泡沫、玻璃和陶瓷）提供分离的可能性。

为有害和污染的部件提供分离的可能性至关重要，否则它们很容易最终污染材料流。这些材料越容易取出，就越容易保持材料流的纯净。如果设计者/制造商不可能创造容易分离的可能性，须在产品上清楚地标记销毁方式，这将有助于再生过程的第一阶段（即产品要破碎时）。

指南5：排空工作的液体和气体，并使油箱、压缩机和软管等部件易于移除。

这一步具有重要意义，排出工作的液体和气体可以避免在再生过程中污染材料流或周围空气。因此，在设计中，这些部件易于找到和取出很重要。如果无法满足排空要求，破坏性操作的标记可以在再生过程的第一阶段（即产品破碎时）提供帮助。

使用能够为WEEE再生企业再生的可再生材料

指南6：避免在塑料上使用涂层。

尽可能避免使用涂层，所有形式的涂层都会污染材料流，或使再生过程变得困难。涂层会改变塑料的密度，这有可能导致塑料最终进入错误的材料流。涂层材料本身也会污染材料流。印刷数字或线条来指示液位（与产品整体相比很小）不会引发上述问题，而且对于再生利用的影响优于使用贴纸（出于相同目的）。其他选项包括丝网印刷、模内纹理、激光雕刻。

当需要使用涂层时，密度差小于材料重量的1%是可以的，而且须始终避免多层喷涂。

指南7：避免使用泡沫。

当需要使用泡沫时，务必使用热塑性泡沫，不要使用弹性体或热固性泡沫。

指南8：尽量减少磁铁的使用。

磁铁最终会进入黑色金属材料流，造成污染。

指南9：尽量减少热塑性弹性体的使用。

不可再生利用的热塑性弹性体必须被分离出来。未分离的颗粒可被视为污染物。

指南10：避免使用热固性材料和复合材料。

当需要使用热固性塑料时，设计者/制造商使用密度范围在0.85g/cm3~1.25g/cm3（常用再生塑料的范围）之外的热固性塑料。热固性塑料不能再生利用，只能焚烧处置。

指南11：避免使用电镀、镀锌、真空金属化作为塑料涂层。

这些工艺连接塑料和金属，会导致塑料密度变化，给再生利用带来困难。

使用允许释放的材料组合和连接

指南12：避免通过2K或xK工艺将不同的材料类型模塑在一起（不同的塑料材料注入同一模具，或包覆成型，或模内贴标），例如将热塑性弹性体模塑到PP（如牙刷）上。如果材料类型相同，只是颜色和添加剂不同，则可以使用，例如将含有抗氧化剂的红色PP模塑到含有滑石粉的黑色PP上。

不同类型的材料模塑在一起，会导致不可再生利用。通过2K或xK工艺连接的材料很难分离，会致使这些材料最终成为废物，或者（取决于密度）污染其他塑料流。使用2K或xK工艺且不会导致材料化学结合的模内组装或组装注射成型，可以在破碎过程中分离材料，且不会损失任何材料。

指南13：避免永久封闭材料的连接。避免使用以下连接方法将嵌件模塑到塑料中，包括铆接、装订、压配、螺钉、螺栓和螺母、钎焊、焊接和压印。

设计者/制造商避免永久封闭材料的连接方法，有助于避免污染材料流。永久性的封闭材料会使不同的材料更难分离，上述工艺通常用于将一种材料紧密地封闭在另一种材料中，因此建议避免使用。

使用再生材料

指南14：对于注塑塑料零件，考虑使用有纹理的表面，避免均匀的高光泽表面。

再生塑料中可能存在的弹性体和玻璃痕迹会降低高光泽表面的质量。

第2部分：从概念到生产→设计和工程制造零件

针对“从概念到生产→设计和工程制造零件”，《指南》从5个方面针对可再生利用性提出了多项具体设计策略。

避免使用有害物质

指南15：避免使用“SIN清单”列出的未来限制物质。

这些物质主要用作塑料中的表面活性剂、溶剂、稳定剂、增塑剂、防腐剂、颜料和涂料。物品中每种物质的浓度不得超过1000ppm（0.1%）。

“SIN清单”是一份尚未受到限制的物质清单，但相关机构正在推动将其在未来列入SVHC清单（另见指南17）。SIN清单指明了未来将受到限制/禁止的物质，具有重要的指示作用。如果这些物质现在被用于材料中，那么这些材料流未来很可能无法满足在新产品中再生利用和重复使用的要求。SIN清单网址为www.sinlist.chemsec.org。

指南16：避免使用卤化聚合物（如聚氯乙烯PVC、聚四氟乙烯PTFE）。

PVC在典型的加工温度下会使ABS、PC、PC/ABS、PP、PA、HIPS降解。产生的盐酸会腐蚀挤出机和模具。

指南17：在外壳/外壳零件中避免使用REACH法规规定的高度关注物质（SVHC）和CLP法规分类的致癌物质（致癌1A或1B类）、致突变物质（致突变1A或1类）、生殖毒性物质（生殖毒性1A或1B类）。

这将避免这些物质包含在塑料再生物中。

指南18：避免使用任何溴化阻燃剂（如PBDEs、TBBPA、PBBs、HBCDs等），确保产品100%不含溴化阻燃剂。

一些溴化阻燃剂已经受到限制，而且未来更多溴化阻燃剂可能被禁用。如果这些物质现在被用于材料中，那么这些材料流很可能无法满足未来在新产品中再生利用和重复使用的要求。重要的是不要选择更差的替代方案。

使用能够为WEEE再生企业再生的可再生材料

指南19：仅使用常用塑料，如ABS、MABS、PE、PP、PA、PC、PC/ABS、HIPS。

常用塑料很容易再生利用，应始终作为设计者/制造商的首选。如果需要使用其他材料，请确保动机充分并得到支持。上述常用塑料有既定的再生流，这意味着它们很可能会被再生利用。其他材料目前在废物流中的数量太少，无法经济可行地再生利用。

当使用上述常用塑料以外的塑料时，设计者/制造商须选择密度范围在0.85g/cm3~1.25g/cm3之外的塑料。

指南20：避免使用玻璃纤维填充塑料。

玻璃纤维会污染材料流，降低机械特性并引起磨损。与其使用玻璃纤维增加塑料的模量，不如使用碳纤维或矿物质填充塑料，例如以滑石矿物填充PP是可以再生利用的。

指南21：尽量减少热塑性弹性体的使用。

尽量减少弹性体的使用，并选择基于SEBS的热塑性弹性体（TPE）。大多数弹性体在分离步骤中会被过滤掉。未过滤掉的部分弹性体很可能最终进入PS流。当基于SEBS的TPE用作弹性体并最终进入PS流时，它可以充当抗冲击改性剂，因此危害最小。

指南22：避免使用聚合物混合物。

应用单一材料流应成为目标。POM/ABS、PA/ABS、PC/PBT、PPE/PS、PET/PBT等混合物会污染材料流。（由于可以很好地再生利用，PC/ABS可以除外。）

指南23：尽量减少塑料材料中的添加剂。

添加剂会降低塑料流的纯度。

指南24：避免使用热固性橡胶。

热固性橡胶不能再生利用，如果确需使用热固性橡胶，应使其易于分离，以避免污染其他材料流。

能够方便地获取和移除有害的或污染的部件

指南25：避免印刷电路板上的磁性元件。

印刷电路板含有许多有价值的有色金属。如果将磁铁放在印刷电路板上，印刷电路板可能会最终进入黑色金属流，从而导致有价值的有色金属丢失，并污染黑色金属流。

使用再生材料

指南26：对要求非常苛刻的零件使用原生塑料。例如，透明光导板。

再生塑料不同于原生塑料，不能满足每一个苛刻的要求。

指南27：对于注塑塑料零件，考虑增加更多的排气口或更宽的排气口。

由于生产过程中的污染或聚合物降解，再生聚合物可能会产生更高的碳排放。

指南28：为注塑零件选择便于流动的产品模具，避免紧凑和狭窄的产品模具。

狭窄的产品模具导致的高剪切速率，会使聚合物产生应力并降解。

指南29：对于注塑塑料零件，避免使用长注射路径（从浇口到产品末端完全填充产品的长度）。

再生聚合物对剪切和温度更敏感。一种可能的解决方案是使用多个注入点，同时考虑增加壁厚。

使用允许释放的材料组合和连接

指南30：在零件或紧固件中避免将黑色金属固定到有色金属上。例如，避免使用螺钉（黑色金属）将零件固定到铝（有色金属）上。

若将黑色金属材料和有色金属材料连接在一起，当产品破碎成小块时，极有可能会污染黑色金属流或有色金属流。例如，螺钉可能与主部件一起进入有色金属流，或者有色金属可能跟随螺钉进入黑色金属流。

指南31：勿将铝、铜（包括黄铜）、不锈钢或钢以以下组合永久地固定在一起：部件的主要材料是铝（铸造），勿将一部分不锈钢或钢固定到其上；部件的主要材料是铝（锻造），勿将一部分铝（铸造）、铜、不锈钢或钢固定到其上；部件的主要材料是不锈钢，勿将一部分铜固定到其上；部件的主要材料是钢，勿将一部分铜或不锈钢固定到其上；部件的主要材料是铜，勿将一部分铁、铅、锑或铋永久地固定在其上。

指南31是基于材料的热力学特性提出的，根据部件中的主要材料，少量的其他材料最终会污染该材料流。许多含有难以提取的污染物的材料流最终只会成为废物，而良好且易于分离的材料组合可以带来更少的污染以及废物更少的材料流。

为了方便应用，笔者将相关指南总结归纳为表1。

面向再生和源自再生的设计案例见电器微刊（ID：dianqiweikan）后续报道。

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