嚴濤海

(閩江學院 服裝與藝術工程系，福建福州 350108)

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廢舊紡織品回收利用的再探討
——聚酯回收技術

嚴濤海

(閩江學院 服裝與藝術工程系，福建福州 350108)

摘要：對廢舊紡織品的回收利用進行了再一次探討，主要的內容是結合聚酯纖維及其制品的特定廢舊紡織品進行了評述，提出了初級回收技術、能量回收技術、物理回收技術和化學回收技術四類主要的廢舊聚酯回收再利用方法，并且探討這四類回收技術的基本工藝及特點，為推動我國廢舊紡織品的循環(huán)再利用特別是滌綸回收提供借鑒和參考。

關鍵詞：廢舊聚酯紡織品回收利用

我國于19世紀60年代開始了聚酯纖維的商業(yè)化生產，商品名為滌綸，早期有個非常好聽的名字“的確良”。由于滌綸纖維具有強度高、模量高、彈性好、易洗快干、價格低廉等諸多優(yōu)點，是一種服用性能非常良好的纖維，在誕生之日起得到了迅猛發(fā)展，1972年后產量一直傲居合成纖維品種的榜首。據中國產業(yè)信息網數(shù)據顯示，從2012年開始中國滌綸纖維產量從3022.41萬噸增長到2014年的3580.97萬噸，年均增長8.8%[1]。盡管聚酯及其纖維制品廢棄后進入自然環(huán)境不會產生有毒有害物質，但其具有很強的生物及化學降解惰性，使其很難在自然環(huán)境條件下降解，自然廢棄將占據大量自然空間。眾所周知，合成聚酯的原料來源于石油、煤氣等有限的自然資源，直接廢棄聚酯及其制品對資源也是一種巨大的浪費。科研工作者在尋求新的可再生能源同時，對固體廢棄物的處理已經從過去粗放式的填埋、焚燒和簡單回收，逐漸的轉向全組分的回收再利用或高附加值的資源化利用趨勢。據報道， 回收再生的滌綸纖維與用石油制備滌綸原料相比較，可以減少77%的二氧化碳排放量，節(jié)約84%的能源[2]。

1聚酯廢料回收技術分類

聚酯廢料來源于三個途徑：生產加工過程中產生的廢熔體、廢絲及邊角料等；廢棄的聚酯包裝材料，如聚酯瓶和薄膜，大部分聚酯包裝材料用即棄型的一次性產品；因為破損、過時而廢棄的聚酯纖維面料及其服裝。生產加工過程中收集的廢聚酯成分簡單較為清潔，可直接回爐利用；其余收集的廢舊聚酯中含有較多的附加物、污染物等，必須經過清洗分離去除雜質才能進行回收再利用。廢舊聚酯回收技術按照回收技術的方法種類可劃分為初級回收技術、能量回收技術、物理回收技術和化學回收技術四類。

1.1初級回收技術

初級回收技術指回收生產加工過程中產生的廢料、廢絲及邊角料，這些廢料往往成分單一比較潔凈，為了節(jié)約成本可以將其重新回爐與純聚酯混合制成新的聚酯。

1.2能量回收技術

能量回收技術是指通過焚燒的方法將聚合物中的化學能轉化為熱能而加以回收利用的技術。

1.3物理回收技術

物理回收技術包括機械開松回收技術、高溫熔融回收技術及溶劑溶解回收技術。廢舊聚酯紡織品機械開松回收技術原理類似于紡紗原理的逆向應用，基本工藝流程是清洗、破碎、開松，經這些機械加工過后可以將其制備成短纖維，該短纖維可以作為紡織原料再次加以利用。高溫熔融回收技術是利用高溫將廢棄聚酯熔融，過濾去雜后通過擠壓成型，基本工藝流程是分類、切碎、凈洗、干燥、造粒(紡絲)。溶劑溶解回收技術是利用溶劑溶解廢棄聚酯，溶劑揮發(fā)后提純聚酯，然后將其造粒、紡絲或直接制備成樹脂。物理回收技術工藝簡單、成本低廉，但是也有很大的缺點：回收后制備的聚酯纖維物理機械性能有所下降，機械開松損傷纖維，熔融回收過程中由于小分子水、酸性雜質等污染物的存在，使大分子鏈斷裂，從而導致分子量下降，溶劑溶解回收技術還不成熟，還沒有工業(yè)化大生產的成功案例。

1.4化學回收技術

化學回收技術適合于對含聚酯纖維成分的純紡及混紡廢舊制品的回收利用?；瘜W回收方法是通過化學反應將廢棄聚酯解聚成較小的分子、 中間原料或是直接轉化為單體如對乙二醇、對苯二甲酸乙二醇酯、對苯二甲酸二異新酯、對苯二甲酸二甲酯、苯二甲酸等，解聚產物經純化后可再次作為聚酯合成的基本原料，或制造出再生纖維或其他制品?；瘜W技術回收廢舊聚酯的方法主要有：乙二醇醇解技術、甲醇醇解技術、水解技術及超臨界流體技術等?；瘜W回收技術還包括對回收聚酯產品進行化學改進，通常采用的方法包括增鏈改性、交聯(lián)改性、氯化改性等改變分子鏈鏈長及其結構，從而提高其物理化學性能。

2聚酯廢料回收技術綜述

2.1 能量回收技術

如果廢舊聚合物很難進行分離回收或是回收工程不具備社會及經濟價值，可以通過焚燒聚合物釋放大量熱能的方法最大限度利用廢舊聚合物，廢舊聚酯也可通過焚燒的方法進行能量回收?？梢钥隙ǖ氖?，當廢舊聚酯在特制的焚化爐中燃燒時，釋放的大量熱量可用于發(fā)電及供熱。但是這種焚燒的方法雖然可以產生大量的熱量，但是這個能量回收過程伴隨著大量二氧化碳甚至某些有毒有害氣體(如二噁英)的產生，當前整個國際國內環(huán)境都在積極倡導低碳、減排、環(huán)保的生活，因此能量回收技術不建議使用。

2.2物理回收技術

物理回收技術相對化學回收技術，其工藝流程短、方法簡單、投資成本較小，但是回收后的新聚酯產品性能指標相對比較差。廢舊聚酯利用物理回收技術方法每經歷一次回收加工，其各種理化及服用性能都會有所降低，因此回收再利用生產的聚酯產品，其廢料或廢舊棄物很難再次利用物理回收法進行回收了，因此物理回收技術并不能形成完全密閉式的循環(huán)利用。盡管此法有或多或少的缺點，但由于化學回收技術中仍存在較多的技術難點并且具有前面所述的突出優(yōu)點，因此廢舊聚酯的物理回收技術成為當前與今后較長一段時間內工業(yè)化商業(yè)化回收聚酯廢料的主要方法。

2.2.1熔融回收技術

廢舊聚酯熔融回收技術，基本工藝流程是廢舊聚酯經分類、破碎、清洗、干燥、熔融后再造?；蛑苯佑糜诩徑z。聚酯熔融回收技術的優(yōu)點是工藝流程短、設備簡單及投資較小，相比化學回收技術而言，對環(huán)境的污染要小得多。聚酯熔融回收技術的最大缺點在于加工過程中存在少量的水分或殘留酸會使得聚酯發(fā)生降解，分子量變小，導致再生聚酯性能變差。并且因為回收過程中發(fā)生的降解反應會使再生切片中的乙醛含量超標，導致再生聚酯無法應用在食品、藥品包裝等特殊要求的領域。

廢舊聚酯熔融回收技術通常是將純凈的較高分子量滌綸廢絲或廢舊聚酯瓶高溫熔融后制備再生聚酯纖維或再生聚酯塑料，該技術主要用于回收聚酯瓶片。這是因為滌綸分子量約為 15000～22000，聚酯瓶片分子量約為 26000～36000，滌綸分子量相比聚酯瓶片更低，經熔融回收制備的再生聚酯產品品質更差?？偟膩碚f，廢舊聚酯熔融回收技術生產的再生滌綸纖維品質不高，一般作為無紡布、填充物、產業(yè)用紡織品及要求不高的服用裝飾用織物。

2.2.2溶劑溶解回收技術

廢舊聚酯溶劑溶解回收技術的關鍵點是尋找恰當?shù)幕瘜W藥劑，利用溶劑對聚酯成分的易溶性和對其他成分的不溶性，可以從廢棄聚酯纖維及其制品中回收聚酯，其基本的工藝流程大體為分類、破碎、清洗、干燥、溶解、溶劑分離、造?；蛑苯蛹徑z，溶劑分離后可以提純后重復利用是其工業(yè)化生產的核心技術。廢舊聚酯溶劑溶解回收技術如果能實現(xiàn)溶劑的重復使用，即可達到低成本、高效率并有望實現(xiàn)工業(yè)化的生產。廢舊聚酯溶劑溶解回收技術可以用于純滌綸制品及含滌的混紡制品的回收再利用，含滌綸的混紡制品利用溶劑對不同纖維成分的溶解性能不同的特點，滌綸可溶，其他纖維成分經過簡單的清洗即可獲得可再次使用的散纖維。目前實驗室中廢舊聚酯溶劑回收技術的應用以選用二甲基亞砜(DMSO)試劑為主，DMSO試劑對滌綸具有良好的溶解性，通過蒸餾可以實現(xiàn)回收再利用，但回用次數(shù)過多會導致試劑純度降低，對溶解回收工藝會有影響[3]。

2.2.3機械開松回收技術

機械法開松回收技術是將廢舊紡織品不經分離直接進行機械加工即可制備可紡出紗線的再生纖維，對再生纖維利用紡紗織造設備加工后織出具有穿著性或者一定使用功能的面料。機械回收技術的基本工藝流程是清洗、干燥、破碎、開松，其回收工藝流程短、設備簡單、投資成本較低。機械回收技術按照工藝所處的環(huán)境可分為干法和濕法兩種。濕法工藝能減少飛花、改善生產環(huán)境，因為濕態(tài)下開松最大限度保護纖維，回收的再生纖維長度長性能較優(yōu)，但其有工藝流程長、能耗高、投資大的缺點。干法工藝開松過程較為劇烈，易損傷、拉斷織物中的纖維，回收的再生纖維長度短、性能較差，加工環(huán)境中易產生粉塵而導致環(huán)境較為惡劣。但其有投資小、工藝流程短、能耗小的優(yōu)點?？傮w上來說，利用機械法回收技術制備的再生纖維質量不高，比較適合一些裝飾用或產業(yè)用的場合，且再生纖維很難具備再次機械法回收的價值。

2.3化學回收技術

廢舊聚酯的化學回收技術具有再生纖維產品質量優(yōu)良、能形成閉環(huán)的回收特點，并且其再生纖維可以再次利用化學回收技術進行回收。國內外很多公司和研發(fā)機構均投入大量的資源進行研究，涌現(xiàn)了一些新的回收技術和工藝，化學回收技術得到了較大的發(fā)展。國外具有代表性的化學回收技術包括日本帝人公司的ECO CIRCLE系統(tǒng)，美國Du Pont 公司和法國Unifi公司的廢舊聚酯紡織品回收系統(tǒng)；國內東華大學俞建勇院士對廢舊聚酯紡織品的回收開展了大量研究，并聯(lián)合福建華峰集團建立了具有自主知識產權的廢舊聚酯紡織品回收系統(tǒng)，目前系統(tǒng)已經進入中試階段，“十三五”期間將建立年產萬噸級的廢舊聚酯回收生產線。

廢舊聚酯的化學回收技術根據聚酯的降解機理的不同可分為乙二醇醇解技術、甲醇醇解技術、水解技術及超臨界降解技術等。

2.3.1乙二醇醇解技術

乙二醇醇解技術其簡單的工藝流程是把過量乙二醇、純凈的廢棄聚酯與如醋酸鈷、錳、鋅鹽，鈦酸四丁酯等催化劑在常壓環(huán)境下加熱反應一段時間，聚酯可解聚成對苯二甲酸乙二醇酯(BHET)，利用水在高溫下可溶解BHET以濾除不溶物，并利用脫色工藝以精煉濾液，冷卻后析出的白色針狀結晶物即為制備的純凈BHET，可直接用于合成聚酯(PET)。目前此法工藝已趨成熟，正被大公司商業(yè)化運營，如日本的帝人集團于2000年利用乙二醇醇解技術回收廢棄聚酯瓶，相對物理回收而言此法工藝復雜以及投資也比較大，從一定程度上阻礙了其大規(guī)模工業(yè)化的應用。

2.3.2甲醇醇解技術

廢舊聚酯甲醇醇解回收技術的基本的工藝流程是廢舊PET和甲醇在高溫高壓下發(fā)生解聚反應，解聚產物是對苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(EG)。解聚反應的催化劑主要有鋅、鎂、鈷的醋酸鹽以及二氧化鉛等，反應結束后待反應液冷卻后析出DMT，如果經離心分離和重結晶工藝過程可得到高純度的DMT，而通過蒸餾可以提純EG，解聚產物DMT和EG可直接用于PET 的合成。廢舊聚酯甲醇醇解回收技術的產物含較多乙二醇、乙醇和鄰苯二甲酸的衍生物，這些物質的分離純化需要的設備投資費用較大，并且現(xiàn)在大部分聚酯生產企業(yè)都采用直接酯化法生產聚酯，使用的原料是對苯二甲酸(PTA)而不是DMT，DMT進一步轉化成TPA 將增加甲醇醇解技術回收聚酯的成本，一定程度上阻礙了其應用推廣。

2.3.3水解技術

廢舊聚酯水解回收技術其基本的工藝是，PET在高溫高壓條件下水解解聚成DMT和EG。聚酯要深度水解才能得到純度較高的對苯二甲酸和乙二醇，其工藝條件是必須在酸性、堿性、中性條件下或在高溫高壓條件下進行水解，因此根據水解環(huán)境的酸堿度，此法可分為中性水解技術、酸性水解技術和堿性水解技術。

酸性水解技術通常將硫酸作為催化劑使用，其他硝酸、磷酸等無機酸也可作為催化劑，如果使用高濃度酸可以避免高溫高壓下進行反應。酸性水解技術回收利用廢舊聚酯其基本的工藝是濃硫酸催化環(huán)境下，85℃～90℃常壓反應后用冷水稀釋，再加燒堿至pH=11，此時的反應體系中主要成分為EG、PTA的鈉鹽、Na2SO4和其他雜質，除雜過濾后將濾液酸化至pH=1～3時將析出PTA，經再次過濾洗滌純化后可得到PTA純度大于99%。此技術因為需要回收大量的濃硫酸并需要從硫酸中純化EG，因此使用此法回收聚酯的成本很高。

廢舊聚酯堿性水解回收技術一般工藝是在NaOH或KOH堿性溶液中，高溫高壓下進行，解聚反應產物為EG和對苯二甲酸的金屬鹽，對苯二甲酸金屬鹽酸化提純后的對苯二甲酸純度較高。

廢舊聚酯中性水解回收技術是廢舊聚酯高溫高壓的水或水蒸氣的環(huán)境下發(fā)生解聚反應，反應產物最終得到EG和PTA，產物經過蒸餾和重結晶可得到純化。中性水解法具有很強的優(yōu)勢：不會產生較難處理的無機鹽；拒絕強堿、強酸腐蝕反應器；整個反應過程對環(huán)境友好。

水解技術對比乙二醇醇解技術和甲醇醇解技術，聚酯水解比較費時，對苯二甲酸的純化工藝非常復雜。酸性水解技術設備要求高，并且水解產物質量差；中性水解要求在高溫高壓下長時間反應，成本也較高；堿性在低溫低壓下水解反應時間短，但產物是必須轉化成PTA才能使用的對苯二甲酸鹽。綜上所述，水解要求大的生產規(guī)模以補償成本，工藝特征是資本密集型，因此回收聚酯商業(yè)上水解沒有成功的案例[4]。

2.3.4超臨界流體降解技術

超臨界流體(SCF)是處在臨界壓力(Pc)和臨界溫度(Tc)以上狀態(tài)的流體，理化性質非常獨特，超臨界水和超臨界甲醇是研究較多的現(xiàn)有回收廢舊聚酯領域的SCF。Rebeiz K S等認為PET在超臨界甲醇(Tc=239.4℃，Pc=8.09MPa)環(huán)境中，在300℃、8MPa的條件下，完全解聚只需要少于30min，反應產物是EG單體和DMT單體以及其他可作為單體使用的低聚物，可達100%的單體回收率[5]。超臨界流體技術解聚反應時間很短，且不需要催化劑。對比超臨界甲醇，超臨界水環(huán)境下聚酯分解不完全，并且降解反應所需壓力較大，溫度較高。單純從理論上來講，超臨界甲醇體系最適合回收廢舊聚酯。但是廢舊聚酯的超臨界流體降解回收技術目前的發(fā)展還只是停留在實驗室階段，因為該技術的反應條件非?？量?、設備要求也非常高，對應降解成本居高不下，還不具備商業(yè)化運營的條件[4]。

隨著科學技術水平的不斷發(fā)展，廢舊聚酯的回收再利用新技術也不斷推陳出新，除上述四種化學回收技術外，其他化學處理回收聚酯廢料的技術也在見于國內外的研究報道：在廢舊聚酯中特定催化劑下加入四氫呋喃發(fā)生共聚反應，反應得到性能優(yōu)良的工程塑料，是由高分子軟硬鏈段組成共聚體產物；廢舊聚酯利用霍夫曼重排、氯代和氨解技術可制備出對苯二胺[4]。

3結論與展望

廢舊聚酯的化學回收技術可以實現(xiàn)閉式循環(huán)，是一種具有可持續(xù)發(fā)展的廢舊聚酯回收技術，相比物理回收技術其具有高能耗、復雜技術對環(huán)境有一定負面影響的特點。國外在廢舊聚酯的化學回收技術方面已有工業(yè)化商業(yè)化的一些應用，目前我國化學技術回收聚酯與國外發(fā)達國家相比，差距還是比較大的，但是國內的專家學者和企事業(yè)單位一直在不斷的努力縮小這些差距。目前我國廢舊聚酯的回收再利用主要是物理回收技術的利用，制備的產品比如再生纖維主要是低端的棉型、填充型、短纖產品還有部分工業(yè)絲，這些企業(yè)基本都處于微利狀態(tài)，再生纖維的高端化、差別化是未來廢舊聚酯回收的方向。

中國經濟步入新常態(tài)后，聚酯纖維及其制品的利潤大幅降低，各大聚酯生產企業(yè)盈利空間明顯地縮減。同時，每年因為大量的聚酯纖維被廢棄而沒有回收利用，對環(huán)境和資源造成了大量的浪費和挑戰(zhàn)。因此，如何有效回收利用這部分廢棄的聚酯纖維及其制品對于當今的經濟轉型升級就顯得很有意義了?！笆濉奔徔棶a業(yè)規(guī)劃將有大量的篇幅介紹對廢舊紡織品的回收利用。如何更有效的回收廢舊紡織品，對于科研工作者和從事紡織行業(yè)的企事業(yè)單位來講既是一個挑戰(zhàn)，同時也是任重而道遠的事情。

參考文獻

[1]國家統(tǒng)計局.2014年中國滌綸纖維產量及其增長年度統(tǒng)計數(shù)據分析[EB/OL].http：//www.chyxx.com/data/201504/310235.html.2015-04-09.

[2]孔偉, 于永玲, 呂麗華. 利用廢棄滌棉混紡纖維回收滌綸[J]. 大連工業(yè)大學學報, 2012, 31(5): 21-27.

[3]石娜, 武志云, 汪少朋, 等. 溶劑法回收廢舊聚酯紡織品技術[J]. 紡織學報, 2012, 33(7): 31-36.

[4]李準準. 乙二醇醇解法回收滌綸廢絲制備聚酯漿料的研究[D]. 江南大學, 2008.

[5]Rebeiz K S, Fowler D W. Flexural strength of reinforced polymer concrete made with recycled plastic waste[J]. ACI structural journal, 1996, 93(5).

Further Discussion on Waste Textile Recycling——PET Recycling Technology

YANHai-tao

(Department of Clothing and Art, Minjiang University, Fuzhou 350108)

Abstract:Further discussion was made on waste textile recycling and main content was about the review on recovery technology of waste polyester fibers and textile. Four major polyester waste recycling methods were put forward such as primary recovery technology, energy recovery technology, physical recovery technology, chemical recovery technology. The basic techniques and features of these four recycling technologies were explored which provided reference for promoting domestic waste textile recycling, especially in polyester field.

Key words:waste polyestertextilerecycling

中圖分類號：TS102

文獻標識碼：A

文章編號：1008-5580(2016)01-0181-05

基金項目：福建省教育廳科技項目(JB11126)

收稿日期：2015-11-09

作者：嚴濤海(1983-)，男，碩士，講師，研究方向：紡織服裝新材料。