Список тематических статей

Полимеры и экология в электронике

Проблема ограниченности природных ресурсов, загрязнения воздуха и воды и утилизации отходов принимает глобальные масштабы. В результате в Европе, Азии и США вступают в действия законодательные нормы, направленные на защиту окружающей среду и меняющие характер процессов разработки, производства, использования и утилизации материалов во многих отраслях. Однако нигде эти проблемы не ощущаются так остро, как в производстве электроники, где этапы разработки и сроки «жизни» товаров коротки, себестоимость высока и разработка, производство и  реализация продуктов осуществляются по всему миру.  Компаниям - переработчикам пластмассы, производящим комплектующие для электрического и электронного оборудования, необходимо представлять, как отразится на их деятельности введение новых законодательных норм,  с тем, чтобы уметь отбирать материалы, наилучшим образом соответствующие законодательству, и получать конкурентное преимущество.
   

Производители пластмасс, такие как  GE Plastics, занимаются активным поиском  технологий, которые отвечали бы современным требованиям защиты окружающей среды.  «Эковоображение»(«ecomagination») - это инициатива, предпринятая компанией в мае 2005 года  в целях разрешения самых острых проблем защиты окружающей среды, тревожащих  клиентов компании. Обязательства GE как часть программы состояли в удвоении инвестиций на разработку новых  экологически чистых технологий к 2010 году, а также в представлении продуктов, которые несут  значительную и измеримую пользу для клиентов в области защиты окружающей среды и выгод от эксплуатации продуктов. Кроме того, в обязательства входило улучшение эффективности энергопользования  и уменьшение выбросов газов, вызывающих парниковых эффект, а также постоянное информирование общественности о своих достижениях. Ниже приведены примеры некоторых продуктов, которые отвечают вышеназванным «экозащитным» тенденциям

Во-первых, снижение выбросов летучих органических соединений

Пигментированные смолы Lexan SLX, произведенные  компанией GE Plastics, обеспечивают интенсивный глянцевый блеск, разнообразные металлические цвета, высокую  устойчивостью к царапанию  и химическому воздействию, а также атмосферостойкость. Они представляют собой  альтернативу покраске. Смолы Lexan SLX, используемые в панелях автомобильных кузовов, помогают снизить выбросы летучих органических веществ в атмосферу.

Во-вторых, меньше токсичных материалов
GE разрабатывает полимеры, легко перерабатываемые, не содержащие галогенов и содержащие меньшее количество пигментов из тяжелых металлов, чем, к примеру, традиционное кабельное покрытие. Огнеупорные смолы  Flexible Noryl для кабельного покрытия не содержат галогенов, что позволяет им соответствовать одним из самым строгих экологических требований в мире, таким, как экологические требования Европейского союза или «Голубой ангел» Германии.

Эти электросоединители сделаны из нового полибутилентерефталата Valox IQ, 85% которого получены из переработанного полиэтилентерефталата. Переработка электрического и электронного оборудования для вторичного его использования, пока и не очень широко распространенная в ЕС, - достойный ответ на недавно принятую директиву ЕС о переработке вышедшего из эксплуатации оборудования.

Что принесет новое законодательство?
Все возрастающие объемы производства, короткий жизненный цикл товаров и непрерывно увеличивающийся поток отходов – вот три основные причины, заставляющие законодательные органы вводить новые ограничения в отношении  электронного и электрического оборудования. Рынок наводняют новые типы и модели электронных  и электрических приборов, новое телекоммуникационное оборудование. Мобильные телефоны, компьютеры, DVD плейеры, телевизоры, приборы глобальной системы навигации и т.д. при той скорости, с которой развиваются новые технологии, устаревают очень быстро и быстро уступают место новым разработкам.  Влияние этой тенденции на технологии утилизации отходов - и захоронение, и сжигание – открытый вопрос для многих стран.
   

В области нового законодательства лидируют Япония и страны Европейского Союза, хотя Китай и США также ужесточают свои требования к производителям электронного и электрического оборудования. Рассредоточенность населения Европы по небольшим городам, преобладание в инфраструктуре утилизации отходов метода  сжигания и политический интерес в проблемах окружающей среды помогли европейским странам обеспечить эффективное выполнение нового, ужесточенного экологического законодательства. Поскольку рынок электрических и электронных приборов глобален, новые законодательные нормы отражаются не только на национальных производителях -  любой производитель оборудования или комплектующих должен следовать новым требованиям. Практическое выражение этого положения состоит в том, что экологическое законодательство приобретает глобальный характер. Это не касается лишь тех случаев, когда компании разрабатывают и производят различные линии товаров для различных стран.
   

Поскольку пластмассы очень разнообразны и используются в столь большом количестве различных отраслей и в различных типах продукции, они попадают под действие  различных законодательств.

Четыре правовых направления особенно важны для производителей пластмасс – это:
1) качество воздуха;
2) отходы от вышедших из эксплуатации продуктов;
3) токсичные вещества;
4) пожарная безопасность.

Декоративное формование с  предварительно «отпечатанной» пленкой поликарбоната избавляет от необходимости окрашивания и проходит без выделения вредных летучих органических соединений.

Улучшая качество воздуха
Несколько нормативно-правовых актов, действующих в Европе, США и Японии регулируют уровень выбросов в атмосферу. Директива ЕС № 81/2001 устанавливает ограничения для каждого члена ЕС в отношении предельно допустимых к 2010 году объемов выбросов четырех  загрязнителей – сернистого газа, оксида азота, летучих органических соединений и аммиака, - которые вызывают кислотные дожди, смог и другие негативные последствия загрязнения атмосферы и  воды.
   

«Акт о чистом воздухе» 1990-го года – это федеральный закон США, по которому Министерство охраны окружающей среды устанавливает предельную концентрацию загрязнителей воздуха над территорией США. «Закон об озоновом слое», действующий в Японии, регулирует производство и потребление некоторых  веществ, таких как, к примеру, хлорфторуглерод, и призывает к рациональному их использованию для  предотвращения разрушение озонового слоя.
   

Вышеназванные  документы распространяются на производителей пластиковых изделий, заставляя их уменьшать выбросы, образуемые в результате покрасочных и отделочных работ, или полностью менять технологии этих работ, к примеру,  ручного производства укрепленных волокнами пластиковых композитов, вызывающих  значительные выбросы стирола в атмосферу. GE Plastics и другие производители пластмасс предлагают технические решения, к примеру, альтернативу  покрасочным материалам с высоким содержанием растворителей.
   

Использование пигментированных смол вместо краски может уменьшить уровень выброса летучих органических соединений и снизить затраты на производство, предоставляя новые возможности для дизайна изделий. В качестве примера можно привести смолы Visualfx, подразделения GE Plastics. Компания предлагает широкий спектр  цветов и специальных эффектов, таких как перламутр, металлик, сверкание и многие другие, избавляя своих клиентов от необходимости окрашивания изделий и нанесения на них защитного покрытия.
   

Другая технология переработки, которая может заменить окрашивание, либо набивку – это декоративное формование. В этом процессе тонкая пленка пластика, такого как поликарбонат Lexan GE Plastics, заранее формуется, чтобы соответствовать форме детали и затем помещается  в форму для литья под давлением. Инструмент затем наполняется, как обычно, создавая деталь с неизменяющимся со временем декоративным покрытием поверхности. Затем либо на пленку декоративного формования предварительно наносится необходимое изображение, либо пленка экструдируется для придания ей металлического или иного потребительского вида. Каждый из методов является приемлемой альтернативой окрашиванию и позволяет  легко изготавливать изделия на заказ. Более того, отпечаток может наноситься на обратную, либо нижнюю сторону пленки, которые не подвержены абразии и химической коррозии.
   

Сходным образом, порошковая окраска, в ходе которой не образуются летучие органические соединения, может заменить нанесение краски с высоким содержанием растворителя на пластмассовые или металлические детали. Некоторые технические смолы, как, например, марки Noryl GTX GE Plastics устойчивы к высоким температурам печей, используемых для сушки порошкового покрытия. Среди марок этих устойчивых к высоким температурам смол есть и те, что содержат электропроводящие порозаполнители, избавляющие от необходимости наносить электропроводящее грунтовое покрытие для того, чтобы  обеспечить наличие электростатического защитного слоя – жидкого или порошкового. Таким образом, в данном случае, за счет меньшего количества действий экономятся время, деньги, а также не наносится вред окружающей среде.
   

Вместо структурных панелей, изготовляемых из термореактивного пластика, армированного волокнами, могут использоваться термопласты. Многослойный соэкструдированный лист, проходящий  формование,  характеризуется  высокой атмосферостойкостью, цветностью и другими эстетическими преимуществами, а также  экономическими выгодами в виде автоматизации высокотрудоемкого ручного производства армированной волокном пластмассы и других композитных материалов. Помимо этого, производство эстетически привлекательных структурных и термопластичных листов не наносит вреда здоровью, поскольку  в нем не используются токсичные стирол и ацетон, применяемые в процессе обработки композитных материалов,  в  наружном смоляном слое и для последующего очищения.

Гонконгская LTK Industries занимается производством плоскоэкранных телевизоров. В качестве замены поливинилхлоридному покрытию кабеля она использует новую смолу Flexible Noryl, основой которой является полифениленоксид.

Судьба «отслужившего» оборудования
Поскольку электронные и электрические приборы используются повсеместно  и товарооборот этого сегмента рынка очень большой, отходы также очень велики. Несколько уже  принятых законов в этой области имеют своей целью  уменьшение количества отходов за счет  создания условий для их переработки и побуждения производителей к более внимательному выбору материалов для производства и более тщательным разработкам изделий.
   

В ответ на тревогу по поводу токсинов, которыми опасно вышедшее из службы электрическое и электронное оборудование и по поводу все возрастающих объемов отходов от этих приборов -  по прогнозам, количество их в три-пять раз превысит ежегодный объем городского мусора – в 2002 году Европейский Союз принял Директиву № 2002/96  «Об Отходах от Электрического и Электронного оборудования». Эта директива требует от всех европейских производителей оборудования и комплектующих брать  на себя ответственность за «судьбу» производимого продукта после его службы, что включает в себя сбор, утилизацию и  переработку продукта. Производители должны позаботиться  и о финансовой стороне вопроса.
   

Кроме того, производители электрического и электронного оборудования должны выполнять нормы утилизации и переработки - от 50% до 75% от общего веса продукта, в зависимости от его типа. Необходимо вынимать из оборудования, вышедшего из эксплуатации,  печатные платы, батарейки, электронно-лучевые трубки и наружные кабели, а также любые детали из пластмассы, содержащей бромированные огнестойкие добавки. Эти детали следует  перерабатывать изолированно.
   

Вышеназванная директива была опубликована Европейским Парламентом в январе 2003 года. Директива обязывала правительства стран-участников ЕС  закрепить утвержденные нормы в национальном законодательстве к августу 2004 года, для  того, чтобы создать систему сбора «отслуживших» продуктов и выработать технологию для производителей электрического и электронного оборудования, которая позволила бы им выполнить все обязательства по сбору, утилизации и  переработке продуктов к августу 2005 года, достичь вышеобозначенных численных показателей по переработке и утилизации к январю 2007 года и установить новые к декабрю 2008 года.
   

Самое большое практическое значение Директивы состоит в том, что все затраты на продажу или поставки товаров на рынок Европейского Союза, сбор, переработку продуктов и их правильную утилизацию после 13 августа 2005 года должны были оплачиваться производителями.  Законодательная цель состоит в том, чтобы заставить производителей, ответственных за «судьбу» «отслуживших» товаров принять разумное с точки зрения защиты окружающей среды решение. И это решение может заставить производителей переконструировать их оборудование, изменить процесс его переработки для  вторичного использования, упростить состав материалов или изменить его конфигурацию.

Среди других законодательных норм, касающихся утилизации отходов:
- Закон о «Переработке бытового оборудования», принятый в Японии, вступивший в действие в апреле 2001 года. Он касается телевизоров, кондиционеров, стиральных машин и холодильников. Переработку этого оборудование отныне должны осуществлять производители. Теперь, как логичный результат введения этого закона, производители стараются изготавливать приборы, переработка которых будет стоить меньше и проходить проще.
 - Директива ЕС «Об утилизации отходов от упаковочных материалов» направлена на создание более совершенных малоотходных материалов. 
- Директива ЕС от 2000 года «О вышедших из эксплуатации транспортных средствах» обязывает производителей транспортных средств уменьшать использование вредных веществ. Согласно Директиве, производимый транспорт должен легко разбираться на составные части, перерабатываться, утилизироваться или восстанавливаться для повторного использования. Кроме того, детали транспортных средств, поставляемых на рынок после 1-го июля 2003 года, не должны изготавливаться из материалов, содержащих ртуть,  шестиатомный хром, кадмий или свинец. Последнее: Директива обязывает производителей утилизовывать 85% веса транспортного средство, 80% из которых должны пойти на вторичное использование. И эти требования возрастут до 95% и 85% соответственно к 2015 году.
   

Тенденция роста ответственности производителя за экологичность производства и утилизацию отходов выражается в особом подходе к  выбору материала и  конструкции оборудования. Во-первых, упразднение вторичных операций, таких как окрашивание и нанесение защитного покрытия, облегчает переработку. В некоторых странах обязательным является удаление защитного покрытия изделия до сжигания или захоронения отходов, либо  отдельно перерабатывать детали, на которых имеется это покрытие. От этой необходимости избавляет замена нанесения цветного покрытия  смолами, окрашенными в процесс формовки пластмасс, или смолами с высокоглянцевым блеском, такими как новая смола GE Plastics Lexan EXL,
   

Вторичная переработка – это выгодное решение для тех производителей оборудования, которые стремятся вторично использовать части пластиковых деталей своего оборудования. В небольшой степени это  делается  сейчас в автомобильной промышленности. Однако в электронике производство смол с высокими эксплуатационными характеристиками, отвечающих современным стандартом безопасности и частично состоящих из уже переработанного материала,  обходится дороже. GE Plastics и другие компании продолжают искать технологию, которая смогла бы разрешить эту проблему.  Один из примеров – недавно представленные смолы Valox iQ и  Xenoy iQ. В этих марках используется полибутилентерефталат, произведенный по запатентованной технологии, в которой 85% веществ восстановлены из переработанных бутылок из полиэтилентерефталата. Электронные и электрические соединители – это один из примеров потенциального использования смол Valox iQ.

Снижая уровень вредных веществ

Как было отмечено, свинец и другие тяжелые металлы, ровно, как и некоторые соединения, содержащие бром, накапливаются в окружающей среде. Директивы ЕС «О предельно допустимом уровне выбросов в автомобилестроении» и  «Об ограничении использования вредных веществ»  служат  базой для  принятия законов и другими странами.

Официальное название правил ограничения содержания вредных веществ - Директива ЕС № 2002/95 «Об ограничении использования некоторых вредных веществ в производстве электронного и электрического оборудования». Ограничение касается следующих веществ – свинца, кадмия, ртути, шестиатомного хрома, полиброминированного бифенила и некоторых полибромистых дифенилэфиров. Директива «Об ограничении содержания вредных веществ» действует в отношении электрического и электронного оборудования и его комплектующих, изготовляемых на территории ЕС после 1-го июля 2006 года».
   

Китай принял подобный закон, названный «Управление контролем за загрязнением, вызываемым производством электронных информационных продуктов». Закон, вступивший в действие также в июле этого года, регламентирует создание специального каталога, в котором должно быть  указано, какие классы веществ относятся к вредным. В отличие от «Правил ограничения содержания вредных веществ», он требует, чтобы на продуктах указывались названия и уровень содержания токсичных веществ, входящих в их состав.
   

Что касается индустрии пластмасс, то здесь к запрещенным веществам относятся свинец, кадмий и полибромистые дифенилэфиры. Главные из последних - восьми-, пяти- и десятиатомый бром. Восьми- и пятиатомный бром упоминаются как недопустимые и  в Европейской, и в Китайской директивах. Для того, чтобы соответствовать законодательству, пластмассы и другие материалы, имеющие в своем составе вышеописанные вещества, должны быть заменены на более безопасные альтернативы. Поправкой от сентября 2005 года десятиатомный бром был исключен из списка запрещенных веществ Европейской директивы, но это решение сейчас пересматривается.
   

Предельной допустимая концентрация «однородных материалов» по Европейской директиве составляет 0, 01% для кадмия и  0, 1% - для других веществ.  Это положение можно рассматривать и в приложении к печатным платам и другим комплектующим. Но сами по себе пластмассы являются однородными материалами.

Ноутбук, изготовленный из материала, содержащего  АБС-смолы и поликарбонат, – хороший пример применения технологий, не наносящих вред окружающей среде. Как и в технологии Visualfx GE Plastics, в ней используется специальный наполнитель, не содержащий галогенов,  для придания эффекта металлического блеска, таким образом он выполняет ту роль, которую раньше выполняло окрашивание, но снижает количество выбросов летучих органических соединений. Более того,   в его составе - огнестойкий материал, не содержащий галогенов, который достигает показателей UL94V-O и 5VA, отвечая при этом требованиям ограничения содержания вредных веществ в материалах
   

«Директива ЕС об отходах от электрического и электронного оборудования»  и «Правила ограничения содержания вредных веществ» – это различные документы с различными временными рамками, однако они имеют сходное влияние на использование и переработку пластмасс. Несколько технологий позволяют изготавливать детали из пластмассы в соответствии с вышеназванными директивами:
• Красители: GE Plastics и другие компании изменили технологии производства смол для получения   темно- красного, оранжевого и желтого цветов без добавления   тяжелых металлов.
• Огнестойкие добавки: Директива ЕС «Об отходах от электрического и электронного оборудования»  требует, чтобы на всех материалах, содержащих бром, стояла специальная маркировка и, кроме того, чтобы они перерабатывались по специальной технологии. Помимо этого, «Правила ограничения содержания вредных веществ» лимитируют использование материалов, содержащих полибромистый дифенилэфир за исключением десятиатомного брома. Чтобы облегчить переработку и утилизацию оборудования, вышедшего из экплуатации,  многие производители  меняют комбинацию материалов и ограничивают выбор пластиковых деталей теми, что не содержат бромированных и хлорированных   огнестойких добавок. Компания GE Plastics предлагает целый спектр пластмасс с такими характеристиками, включая несколько марок Cycoloy, содержащих поликарбонат и АБС-смолы, поликарбонатную смолу Lexan, полиэфиримидную смолу Ultem, полифениленоксидные сплавы Noryl и компаунды LNP.

• Эластичный винил. В эластичном поливинилхлоридном кабельном покрытии традиционно использовались термостабилизаторы на основе свинца. Хотя в настоящее время некоторые поливинилхлоридные покрытия изготавливаются и без свинца, многие электронные корпорации предпочитают им альтернативы, не содержащие ни свинца, ни других  галогенов, таких как хлор – неотъемлемый компонент поливинилхлоридных смол. Одна из альтернатив – новая  смола для кабельных покрытий Flexible Noryl компании GE Plastics. Она прошла проверку по категории UL 1581, характеризуется огнестойкостью и применяется в кабелях для электрического и электронного оборудования.

Рынок электроники на самом деле развивается опережающими темпами, выходя за рамки требований законодательства. К примеру, многие производители электроники по собственной воле снизили в своих продуктах содержание пластмасс, в состав которых входят галогены. В двух вышеназванных Директивах не упоминаются десятиатомный бром и хлор.  И, несмотря на это, производители электроники публично объявили о своем намерении снизить содержание или совсем исключить из использования в своих продуктах материалы, содержащие поливинилхлорид и галогены, как часть экологической программы компаний и их ответственности за состояние окружающей среды.

Повышая  пожарную безопасность
Другая тенденция в стандартах электрического и электронного оборудования касается пожарной безопасности. Хотя в настоящее время существует большое количество разнообразных химических добавок, которые позволяют производить пластмассы, соответствующие повышенным стандартам пожарной безопасности, в отношении некоторых, таких как полибромистый дифенилэфир, требования ужесточаются.
   

Другая важная сфера деятельности – это объединение региональных требований  безопасности в единый глобальный стандарт. Это осуществляется через Международную электротехническую комиссию, организующую свою деятельность через организации, разрабатывающие стандарты (UL, ISO и другие), через работу специалистов в области пожарной безопасности и производителей. Несколько лет Международная электротехническая комиссия работала над комбинированием и консолидацией шести различных стандартов пожарной безопасности электрического и электронного оборудования в единый стандарт посредством Технической комиссии 108.  Было подписано Генеральное соглашение, обозначающее  эксплуатационные требования для предотвращения  пожара «по внешним причинам»: все предыдущие соглашения описывали ситуации возникновения пожара по причине короткого замыкания в электрооборудовании или искрового пробоя, но не учитывала внешних причин, которые могут привести к пожару, к примеру, пламени искры или других источников.
   

Если эти нормативные акты будут введены в действие, материалы, из которых изготавливаются многие дополнительные комплектующие, такие как клавиатура или динамики, должны будут содержать большее количество  огнестойких добавок. Несмотря на то, что  такие материалы, как акрилонитрилбутадиенстироловые смолы Noryl, Cycoloy, Lexan, and Cycolac, отвечают повышенным требованиям пожарной безопасности без содержания галогенированных огнестойких добавок, в отрасли чувствуется серьезная обеспокоенность тем, какой экономический эффект будет иметь использование более совершенных, отвечающих требованиям безопасности материалов.

Кристин Мернир - лидер «эковоображения» и директор GE Plastic Business, базирующейся в г. Пиффсфилд, штат Массачусетс. До своего прихода в компанию в 1992 году он занимал различные позиции в сфере маркетинга в GE Plastics,  среди прочих областей его деятельности – индустрия строительства в Китае.

Plastics Technology