合成塑料及合成纖維再生應用研究進展
1.前言
資源的匱乏和環境的污染這是當今全球共同面臨的問題而世界的紡織工業一方面隨著人口的日漸增多突出表現為原料緊缺其價格大幅度上揚國際上60年代后期隨著世界石油化工工業的迅猛發展合成塑料及合成纖維也得到相應的發展但合成纖維工業的發展深受石油價格的大幅漲落的影響而且生產過程中和使用之后的廢料處理則引起許多麻煩根本原因在于大多數高聚物不能生物降解另一方面大量的紡織廢料生產過程的下腳料廢紗廢布以及用過的舊衣服和其他紡織品往往用來擦油污設備和零件或清潔地板或掩埋既浪費資源又造成污染可重復利用的范圍十分有限此外一些極具優勢的天然纖維的開發和利用仍有待提高
為了滿足紡織工業生產所需原料同時減少環境污染國內外紡織界同仁都在不斷地利用廢舊紡織原料再生和開發新的原料資源世界標準化組織于1995年底推出的ISO14000對紡織品的環保性能以及可回收性做了明確的要求回收不僅減少了對天然資源棉花毛等纖維的消耗更重要的是對不可再生資源石油的消耗減少了對污染物的處置值得一提的是廢舊紡織原料再生技術的進展在非織造布生產中纖維用量最大的是土工布針刺地毯噴膠棉無膠棉和針刺絮片及汽車內裝飾材料等厚重產品而這些非織造布產品對纖維原料的性能要求并不很高
2010年產業用紡織品纖維加工量達821.7萬噸同比增長13.6%非織造布纖維加工量達279.5萬噸同比增長16%到2012年產業用紡織品纖維加工量占紡織品加工總量的比重將提高到25%同時廢舊纖維回收再利用占產業用紡織品纖維加工量的比例將達到20%以上目前可供回收利用制造再生纖維的原料包括合成高分子廢料主要是合成纖維生產加工過程中的下腳料邊角料廢紗廢絲碎料布片以及日常生活中的廢舊衣物和其他廢棄紡織品以及其他塑料廢棄料如聚酰胺聚酯聚丙烯等
2.再生合成纖維的研究
2.1聚酯的回收利用
如今聚酯系列制品的應用愈來愈廣泛遍及工業農業和每個家庭產品包括服裝玩具錄音錄像帶器皿飲料瓶汽車的零部件等聚酯的廢棄物到處可見已造成嚴重的環境污染再生聚酯短纖維價格低（是常規聚酯短纖維的75%～80%）用途廣品質指標接近或達到常規滌綸短纖維標準所以被廣泛應用在非織造布和產業用紡織品上在國內外市場上供不應求其發展潛力很大再生聚酯短纖維原料來源廣泛成本低聚酯瓶（PET）就是再生聚酯短纖維生產的一種主要原料聚酯瓶經過一系列加工處理即可用來紡絲制成非織造布和產業用紡織品原料
據歐洲PET瓶回收利用組織（PETCORE）稱歐洲2007年市場收集量達到了113萬噸占所有PET瓶的40%回收利用率比上一年提高20%且PET回收利用材料應用于制造纖維的噸位數在整個應用市場上所占份額為47%
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聚酯瓶回收處理大體可分三種
（1）第一種方法包括前清洗處理工藝全自動分選工藝后清晰處理工藝這種方法自動化程度很高可將聚乙烯聚氯乙烯瓶底熔體粘膠各種標簽以及鋁蓋分離開來特別是對瓶內剩余物清洗比較徹底通過分離系統將各種廢料分開做到各盡其用這種回收方法及瓶片紡絲技術在許多歐美公司和集團已取得明顯的進展此種工藝方法比較先進但瓶片還不能直接用于紡絲設備一次性投資較大能耗較高
（2）第二種方法包括分離粉碎工藝瓶片混合結晶工藝瓶片干燥冷卻工藝該方法二種處理工藝方法采用了結晶工藝專利技術使瓶片的無定形結構由結晶器變成結晶狀態既防止了后續干燥過程中的熔融也避免了瓶片在經過粘附階段時的燒結現象同時可使瓶片的含水量達到0.005%以下從而達到可紡的目的此種工藝技術比較先進但設備一次性投資太大
（3）第三種方法的主要特點是對聚酯瓶進行人工分選此種方法自動化程度較低分離準確程度差去底和除紙蓋比較徹底用人多勞動強度大規模小但是比較適合我們的國情據不完全統計此種方法的小型加工廠在全國有近百家
采用結晶工藝專利技術處理的聚酯瓶片通常可以直接用于紡絲因此這種瓶片紡絲方法被稱作直接紡絲法該方法加工的再生聚酯短纖維品質質量很好各項技術性能指標基本上可以達到標準切片紡絲質量采用其它方法所得到的聚酯瓶片都需要進行再生造粒然后方可用于紡絲因此被稱作造粒紡絲法朱光宇利用回收的聚酯瓶片和色母粒為主要原料經螺桿擠壓機熔融擠壓在線可切換熔體過濾器過濾多孔細旦噴絲板紡絲側吹風冷卻油嘴上油卷繞成型等工序制成接近原生聚酯切片生產的多孔細旦有色滌綸預取向長絲產品可廣泛用于服用及產業用紡織品領域
此外聚酯還可采用化學法進行回收化學回收方法包括化學改進及化學降解化學改進通常采用增鏈改性交聯改性氯化改性等來改變聚酯的鏈長結構從而提高某些特性如14-二22′-噁唑啉基苯PBO就是一種很好的增鏈劑它的加入可使PET廢料的特性粘度由0.78dL/g上升到0.85dL/g平均相對分子質量增至25600
化學降解是用解聚劑在一定條件下打斷酯鍵將高聚物降解為單體或低聚物以實現再資源化M.Ghaemy等采用乙二醇在醋酸鹽催化下對PET廢棄纖維進行解聚獲得純度超過75%的對苯二甲酸乙二酯二聚體施立勇等使用乙二醇對有色聚酯廢料解聚經分離提純得到對苯二甲酸二乙二醇酯單體及其低聚物其純度可達96%以上李雁開發了超臨界甲醇技術對纖維級PET進行解聚用溶解-熱過濾-沉析的方法脫色提純對苯二甲酸二甲酷的產率可達到85%純度達到99.9%以上白度達到87.5日本KobeSteel公司開發出一種廢聚酯的化學再生技術該技術用超臨界水將廢聚酯水解成對苯二甲酸和乙二醇這種工藝回收生產的對苯二甲酸的純度約為99%李慶峰等公開了一種滌綸纖維或滌綸混紡織物廢料回收再利用方法將滌綸纖維滌綸織物及其混紡織物廢料置于反應釜內加入溶劑和催化劑于25℃-200℃下對苯二甲酸乙二醇酯進行溶解或醇解將得到的溶液進行過濾排入蒸餾釜內對溶液進行蒸餾回收有機溶劑該方法不但可以處理純滌綸纖維和滌綸織物而且可以直接處理滌綸混紡纖維和滌綸混紡織物對滌綸纖維滌綸織物及其混紡織物廢料的粘度沒有要求不需對滌綸纖維滌綸織物及其混紡織物服裝進行人工分揀不會對環境造成嚴重污染符合節能減排的要求
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2.2尼龍的回收利用
尼龍是聚酰胺類高分子材料的俗稱其品種繁多有脂肪族尼龍芳香族尼龍等其中以尼龍6和尼龍66應用最多產量最大尼龍66絕大部分應用于化纖工業尼龍6則有70%應用于纖維工業30%應用于工程塑料回收尼龍的最大來源是廢舊地毯其次是汽車中使用的尼龍工程塑料安全氣囊和輪胎簾子線等這些制品使用量大且便于集中回收組分相對簡單容易進行分類分離處理從而降低回收成本提高回收效益
廢舊尼龍的回收包括機械回收和化學回收
（１）機械回收經過適當分離破碎以后回收的尼龍纖維可以作為混凝土結構材料和土壤加固材料甚至可以直接把廢塑料和廢玻璃混在一起壓成磚塊與普通粘土磚塊相比表現出很好的壓縮強度從工程塑料回收下來的尼龍根據需要與新樹脂混合如聚酯玻纖無機物等可作為汽車部件和其它工程塑料使用
（２）化學回收即優化工藝參數使尼龍在催化劑的作用下發生解聚反應得到尼龍6或尼龍66單體通過重新聚合獲得潔凈的尼龍材料除了將尼龍解聚為單體完成回收之外也可以通過裂解方式轉變為燃料油加以利用日本開發了一套新的反應器系統通入蒸氣進行廢塑料的熱裂解結果表明包含聚酰胺PA6和PA66在內的八種主要的塑料均能被高效率地熱解成單體或燃料油加以回收利用程欣等發明了一種回收廢棄尼龍66的方法具體是在酸性催化劑作用下使尼龍66水解經過進一步處理提取己二酸和己二胺JinyangChen等在催化劑作用下控制亞臨界條件水解尼龍6獲得氨基己酸及己內酰胺等
世界上最大的尼龍工業化回收項目Evergreen是美國DSM化工公司和Honeywell國際公司合資建設的該項目開發了用地毯或其它產品的舊尼龍制造己內酰胺適用于再制成纖維或塑料等再生的己內酰胺質量與新品相同DSM公司認為該項目的特點是經濟可行清潔有效率可以無限次地使用尼龍廢料而性能不變這與過去把地毯廢料用機械方法處理的效果大不相同機械處理只能作為低檔用途使用例如作地毯底布用估算Evergreen美國的工廠相當于每年節約己內酰胺常規法生產用的70萬噸原油在環境保護方面還減少了土埋法所占用的土地DSM估算每年美國有45萬噸地毯廢料用土埋法處理現在美國已經有75處收集舊地毯的點歐洲也開始收集尼龍6的廢舊物而運到美國使用由于收集的機構已經建立歐洲也在建同樣的回收設施回收還會延伸到汽車部件造紙用氈和其它尼龍的廢料
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2.3聚丙烯的回收利用
成纖聚丙烯PP是生產丙綸纖維的原料由于PP原料應用廣泛如無紡布購物袋用即棄衛生用品地毯等所以一直供應緊張
到目前為止大部分的研究和開發工作都圍繞著廢PP熔融體的性質和造粒再紡絲等方面進行廢PP可以使用螺桿擠壓機進行造粒然后再紡絲回收PP再造粒時要經過反復加熱和熔融PP的化學和物理性質都會發生變化再造粒的添加劑擠壓條件以及廢料中的灰分也會對成品絲的性質造成很大的影響若性能太差可能導致無法紡絲在回收PP時首先應考慮材料的均勻性純度相對分子質量分布以及熔融體的性質實驗表明微量添加劑的含量也是保證回收成功的重要因素將再生PP用于紡絲生產織物時對于原料有很高的要求否則紡絲困難由于地毯用量的增加以及其它復合材料的使用使得回收PP成纖聚合物的工作越來越困難因此PP的回收利用成本相對較高
聚丙烯也可通過熱裂解或催化熱裂解進行化學回收通過裂解可得到丙烯單體再經聚合實現材料的無限次循環利用同時對環境無污染但該方法技術要求高成本亦較高
2.4其他纖維的回收利用
某些時候廢棄纖維成分復雜難以分離還可有以下用途
將不同質量的纖維包（一個產品通常不超過2～3種纖維成份）連同低熔點纖維一并喂入開包機纖維從開包機被吹送入混棉箱以將不同成分的纖維均勻混合成網機將混合的纖維制成均勻的棉網形成不同纖維三維均勻分布的纖維網或棉網棉網的厚度范圍為10～350毫米此后松散的纖維網被連續喂入生產線的核心設備帶有強制穿透熱風系統的Santatherm雙導帶熱風烘燥機其加熱方式通常為天然氣直接加熱或通過蒸汽或熱油管道的熱交換器加熱實現熱粘合
該熱粘合無紡布具有良好的隔熱/隔音性能低成本重量輕經濟又環保加工工藝簡單等特點可應用于各行各業如家用紡織品中的地毯背墊家具墊料褥墊保護層汽車隔熱材料汽車隔音材料中的空氣進口隔壁單元傳動信道閥帽內里內外圈沖閥工業用去污擦拭巾保護性的包裝材料建筑材料中的隔熱材料隔音材料等
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據報道中國臺灣一家公司應用針刺非織造布生產設備開發了應用于花卉園藝的非織造布種植袋用以代替傳統的塑料或陶土花盆非織造布種植袋具有重量輕易搬運和儲存的特點并且避免了制作陶土花盆挖用耕地粘土浪費能源和人力的現象由于這種種植袋具有孔隙當花木移栽到地里時不需重新裝盆可直接埋入地中節省了費用簡化了園藝工程另外還可根據不同需要將花木種植在不同強度的種植袋中以控制花木根的生長程度防止樹根生長頂碎街道路面的現象發生非織造布種植袋原料來源豐富有許多纖維可以利用紡織廢料日用纖維及亞麻黃麻等天然纖維非織造布種植袋產品的開發受到了園藝界及花卉愛好者的歡迎
3.結語
再生纖維的開發利用是推進循環經濟發展實現可持續發展的必由之路目前主要的紡織纖維價格上揚也促使廠家認真考慮如何經濟地提高利潤合成高分子廢棄料回收利用的前景十分誘人只要充分提高認識加強研究合理開發再生纖維必將成為一門新興的大有作為的行業
但是再生纖維生產過程中由于原料來源的特殊性其自身的衛生安全程度以及在整個加工還原過程如原料回收分類開松整理和織造過程中所涉及的生產環境衛生狀況各種洗滌劑染化料助劑和整理劑等化學物質的加入不可避免地在纖維中或多或少地存在多種對人體有害的細菌和各種化學殘留物將直接影響再加工纖維的各項安全性指標并對從業人員的健康和安全造成危害因此必須加強再加工纖維生產行業管理和規范對紡織廢料再加工產品的安全性進行研究并進行控制積極引進和研發新型再加工設備改進生產工藝采取必要的措施使紡織廢料及其再加工纖維在得到有效利用的同時提高再生利用的附加值確保從業人員和消費者的健康安全
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