錢軍 林世東 邢喜全 王方河 秦丹 杜芳

摘要：尋求化纖制品的循環(huán)再生和高附加值利用已經(jīng)成為我國(guó)紡織行業(yè)發(fā)展乃至國(guó)家資源利用的迫切需求。廢舊聚酯紡織品的循環(huán)再利用，是解決化纖行業(yè)資源短缺和環(huán)境污染雙重問(wèn)題的重要舉措。本文對(duì)傳統(tǒng)的再生化纖工藝技術(shù)及裝備進(jìn)行創(chuàng)新，形成了以廢舊聚酯類紡織品生產(chǎn)高附加值再生滌綸系列產(chǎn)品的集成技術(shù)。項(xiàng)目符合國(guó)家循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，社會(huì)、環(huán)境效益顯著。

關(guān)鍵詞：廢舊紡織品；高附加值；再生滌綸；循環(huán)利用

中圖分類號(hào)：TQ342+.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

New System for Recycling PET-based Waste Textiles

Abstract： With the improvement of living standards， demand for home textiles and clothing will grow with each passing day. The total amount of waste textiles in China is more than 25 million tons/year， but the utilization rate just less than 3%. Chemical fiber recycling has become an urgent need for the development of textile industry in China. Recycling of waste textiles is the key to solve the dual problems of resources shortage and environmental pollution in chemical fiber industry. Ningbo Dafa Chemical Fiber Co.， Ltd. encourages creativity and innovation based on conventional process， as a result， the company has developed a series of key technologies for the production of high value-added regenerated polyester fiber by using waste textiles and established a new system for waste textiles recycling. The project conforms to the national program of developing a circular economy， and achieves both social and environmental benefits.

Key words： waste textiles； high value-added； regenerated polyester fiber； re-use

廢舊聚酯紡織品回收再生技術(shù)是解決聚酯纖維行業(yè)中資源和環(huán)境污染問(wèn)題的重要途徑。目前中國(guó)在這一領(lǐng)域的發(fā)展仍處于初級(jí)階段，以簡(jiǎn)單物理回收法為主。由于廢舊紡織品原料來(lái)源多樣，成分復(fù)雜，造成泡料品質(zhì)波動(dòng)大，雜質(zhì)（染料、粉塵、非PET材質(zhì)、增塑劑、紫外線吸收劑等）含量高，進(jìn)一步造成熔體中品質(zhì)不均、干燥時(shí)熱降解嚴(yán)重，特性黏度僅為0.485 dL/g左右，嚴(yán)重影響正常紡絲，使纖維疵點(diǎn)含量居高不下，降低經(jīng)濟(jì)效益。因此，研發(fā)聚酯類紡織品的高附加值利用技術(shù)和裝備成為再生化纖行業(yè)及廢舊紡織品利用的基礎(chǔ)。

1 廢舊紡織品循環(huán)利用新技術(shù)

1.1 智能配色和混合配料技術(shù)

1.1.1 建立顏色復(fù)配技術(shù)，確定原料配比

各種顏色布泡料因顏色各異、染料用量不同，遇熱氧化降解、色彩失真程度及在真空狀態(tài)下顏料的揮發(fā)程度都存在著差異。這些技術(shù)難題無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的布泡料共混解決，因其無(wú)法保證熔體的色澤穩(wěn)定。通過(guò)研究顏色復(fù)配原理，建立顏色復(fù)配體系以確定原料配比，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化處理，通過(guò)添加具有補(bǔ)償作用的色母粒方式實(shí)現(xiàn)熔體色的均一、穩(wěn)定。

研究色相、明度、純度的各自對(duì)比與調(diào)和，或者是色相、明度和純度三者之間綜合性的對(duì)比和調(diào)和的運(yùn)用作為配色基礎(chǔ)。根據(jù)光譜光度儀和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行顏色的快速辨認(rèn)并預(yù)測(cè)最佳配方；根據(jù)顏色管理方法和仿真模擬算法的原理，利用計(jì)算機(jī)輸出最佳配方。

1.1.2 開發(fā)廢舊紡織品混合配料技術(shù)

回收再利用的原料以廢舊紡織品泡料為主。當(dāng)前普遍的投料是利用兩組人工斷續(xù)性投料混料方式，因兩組投料速度未能和生產(chǎn)線消耗速度配合默契而易發(fā)生階段性的斷料、混料不均勻、停產(chǎn)等問(wèn)題；同時(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，無(wú)形中增加了人工成本。為了解決上述生產(chǎn)工序影響連續(xù)生產(chǎn)和工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，研發(fā)了一種滌綸廢紡織品泡粒半自動(dòng)混合配料系統(tǒng)（圖 1 ）。

如圖 1 所示，原料進(jìn)入管道、旋風(fēng)分離器后落入混料機(jī)的過(guò)程，通過(guò)計(jì)量絞龍實(shí)現(xiàn)了混料前的定量送料?；炝蠙C(jī)電機(jī)帶動(dòng)附有兩個(gè)對(duì)稱螺旋的攪拌葉轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)料的充分混合?；旌铣浞趾螅下淙胗?jì)量送料機(jī)，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)螺旋絞龍送入管道；由風(fēng)機(jī)送到旋風(fēng)分離器，旋風(fēng)分離器出口連接除塵室，經(jīng)過(guò)濾后排入大氣。原料從旋風(fēng)分離器落入大容量料筒這一過(guò)程中，通過(guò)計(jì)量送料機(jī)實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)料前的又一次定量送料。

最后原料落入分別設(shè)置了上限料位計(jì)、下限料位計(jì)的大容量料筒內(nèi)，當(dāng)料位到達(dá)下限料位計(jì)時(shí)給原料投放處一個(gè)警報(bào)，在允許的混料時(shí)間內(nèi)適當(dāng)加快投料速度，使料倉(cāng)內(nèi)的料位升高，此時(shí)趨于平穩(wěn)狀態(tài)；當(dāng)料位到達(dá)上限料位計(jì)時(shí)亦給投料處一個(gè)警報(bào)，在投料過(guò)程中增加一定時(shí)間的間隔量。通過(guò)這種運(yùn)作方式始終保持料倉(cāng)內(nèi)有充足的原料，防止因?yàn)榛炝涎b置出現(xiàn)某些小問(wèn)題而產(chǎn)生短時(shí)間的供料不足或供料過(guò)多，從而影響整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)，給生產(chǎn)線投料系統(tǒng)提供了二次保障。整個(gè)混合投料系統(tǒng)既對(duì)原料進(jìn)行了除塵工作，又實(shí)現(xiàn)了原料投放的半自動(dòng)化，更減少了工人勞動(dòng)量，提高了生產(chǎn)效率。

1.2 廢舊紡織品專用連續(xù)干燥技術(shù)

針對(duì)布泡料水分含量高、直接真空轉(zhuǎn)鼓干燥黏度降解大的缺點(diǎn)，開發(fā)專用連續(xù)干燥技術(shù)，使泡料在保證黏度的前提下進(jìn)行深度干燥，為后續(xù)紡絲工藝提供優(yōu)質(zhì)原料。廢舊紡織品專用連續(xù)干燥裝置如圖 2 所示。

通過(guò)125 ℃熱風(fēng)（鍋爐余熱）將布泡料送入風(fēng)道，并經(jīng)熱風(fēng)風(fēng)機(jī)吹來(lái)的高壓熱風(fēng)，進(jìn)入旋風(fēng)分離器。在旋風(fēng)分離器內(nèi)，熱風(fēng)和布泡料分離，布泡料進(jìn)入其下方的保溫料斗。布泡料在保溫料斗內(nèi)儲(chǔ)存一段時(shí)間后，至少重復(fù)上述步驟1 次，直到布泡料達(dá)到干燥效果。到布泡料進(jìn)入最后一個(gè)旋風(fēng)分離器，收集布泡料，總過(guò)程150 min，布泡料溫度提高至 120 ℃以上。經(jīng)連續(xù)干燥的布泡料進(jìn)入溫度為135 ℃的真空轉(zhuǎn)鼓進(jìn)一步干燥，最終布泡料含水率降至80 mg/kg以下。整個(gè)干燥過(guò)程連續(xù)穩(wěn)定，布泡料熱降解程度小。

1.3 雙級(jí)過(guò)濾技術(shù)

針對(duì)廢聚酯紡織品雜質(zhì)多（砂子、粉塵、非成纖聚合物等），影響組件使用周期和纖維可紡性、過(guò)濾器周期短等技術(shù)難題，開發(fā)了雙級(jí)過(guò)濾技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)泡料的高效過(guò)濾。

（1）選用22 m2的雙室過(guò)濾器置換了原15 m2的雙室過(guò)濾器。通過(guò)增大過(guò)濾面積的方式減小過(guò)濾器濾前濾后的壓差，從而延長(zhǎng)過(guò)濾器的使用時(shí)間。試驗(yàn)證明在不更換過(guò)濾器精度的情況下，二級(jí)過(guò)濾器的使用周期延長(zhǎng)了 2 倍以上。

（2）選用直徑為22 mm、高度為60 mm的過(guò)濾棒替代原有組件中的合成網(wǎng)。組件的過(guò)濾面積相對(duì)合成網(wǎng)增加了12.4倍。通過(guò)選用不同目數(shù)的燒結(jié)網(wǎng)（80、100、120、150和200目）在初級(jí)過(guò)濾器和二級(jí)過(guò)濾上進(jìn)行試驗(yàn)，考察其組件中燒結(jié)金屬網(wǎng)組合的經(jīng)濟(jì)性、合理的過(guò)濾精度關(guān)系（表 1），探討出最優(yōu)方案。

從表 1 可以得到，初級(jí)過(guò)濾的精度越高，初級(jí)過(guò)濾器的使用時(shí)間越短；二級(jí)過(guò)濾中，隨過(guò)濾精度增加到一定程度，過(guò)濾器的使用時(shí)間和相應(yīng)組件的使用周期呈遞減趨勢(shì)。綜合考慮，表 1 中的方案 3 是優(yōu)化方案。

1.4 立臥雙釜串聯(lián)調(diào)質(zhì)調(diào)黏技術(shù)

根據(jù)布泡料特性黏度低，雜質(zhì)（染料、粉塵、非PET材質(zhì)、增塑劑、紫外線吸收劑等）含量高，熱降解大的特點(diǎn)，進(jìn)一步改進(jìn)技術(shù)，采用立臥雙釜串聯(lián)調(diào)質(zhì)調(diào)黏系統(tǒng)裝置，如圖3 所示。在保留去除熔體內(nèi)低分子聚合物的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加臥式反應(yīng)釜，攻克了立式反應(yīng)釜因增黏后造成熔體流動(dòng)性差而影響?zhàn)ざ仍龈叩募夹g(shù)瓶頸。

1.4.1 立式釜調(diào)質(zhì)裝置

聚酯熔體的純凈度除受固體低分子物質(zhì)的影響外，還受到廢聚酯紡織品中染料、增塑劑、紫外線吸收劑及聚酯自身氧化裂解產(chǎn)生的低分子聚合物的影響。因此，有效去除低分子聚合物是提高熔體純凈度的關(guān)鍵之一。而高效去除雜質(zhì)的關(guān)鍵又取決于反應(yīng)釜內(nèi)部蒸發(fā)面積的大小和熔體在釜內(nèi)停留的時(shí)間。

通過(guò)對(duì)對(duì)低分子物質(zhì)去除起決定作用的立式反應(yīng)釜內(nèi)部的格柵結(jié)構(gòu)和格柵層分布進(jìn)行結(jié)構(gòu)性調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了再生聚合物低分子雜質(zhì)的高效、連續(xù)化分離。在保證最大程度地去除熔體在立式反應(yīng)釜階段的低分子物質(zhì)和低分子聚合物、提高聚酯熔體純凈度的同時(shí)，做到增黏幅度的最大化。表 2 是立式反應(yīng)釜格柵層數(shù)和格柵間距調(diào)整后的試驗(yàn)結(jié)果。

從表 2 可以看出，格柵的間距對(duì)熔體停留時(shí)間起決定作用，而格柵層數(shù)對(duì)增黏幅度影響不大。黏度與熔體停留時(shí)間及格柵間距的增加不成正比關(guān)系，停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，熔體黏度不增反降。最終確定方案 3 最為理想。

1.4.2 臥式釜增黏裝置

聚酯紡織品在加工、干燥及螺桿熔融、過(guò)濾器過(guò)濾階段會(huì)出現(xiàn)大幅度熱降解：平均特性黏度為0.58 dL/g的布泡料經(jīng)過(guò)濾器后，特性黏度只有0.50 dL/g左右；如再經(jīng)過(guò) 5 ～7 min的熔體管道停留，最終紡絲熔體的特性黏度會(huì)低于0.45 dL/g。這樣生產(chǎn)出來(lái)的高彈粗旦滌綸短纖品質(zhì)不佳，利用價(jià)值不高。因此，提高熔體黏度是生產(chǎn)高彈再生滌綸短纖維的保證。

臥式反應(yīng)釜內(nèi)置葉輪（推進(jìn)器），由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，熔體在推進(jìn)過(guò)程中在掛網(wǎng)器成膜，氧化裂解的低分子物質(zhì)和低聚物進(jìn)一步去除，達(dá)到二次增黏的目的。表 3 對(duì)比了不同加工設(shè)備下熔體最終黏度的影響。

從表 3 可以看出，改進(jìn)后的熔體立臥聯(lián)合反應(yīng)釜增黏效果好，其增黏結(jié)果較適合再生高彈滌綸短纖維的紡絲黏度要求。

1.5 功能性纖維紡絲新工藝

1.5.1 功能性母粒在線添加技術(shù)

目前再生紡化纖行業(yè)產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，常規(guī)產(chǎn)品已無(wú)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)可言，開發(fā)高附加值產(chǎn)品是必然選擇。在現(xiàn)有設(shè)備中直接添加母粒等存在混合不均勻、色差嚴(yán)重等問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)獨(dú)特、專門用于母粒添加的再生聚酯紡絲裝置，其主要構(gòu)造如圖 4 所示。

在該裝置中，先將功能性母粒送入小型螺桿擠壓機(jī)進(jìn)行熔融；熔體通過(guò)專用過(guò)濾器的同時(shí)進(jìn)行混合和凈化；凈化后的熔體按工藝量要求由計(jì)量泵擠出，添加至紡絲工藝流程中。靜態(tài)混合器利用固定在管內(nèi)的混合單元體改變流體在管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)，以達(dá)到不同流體之間良好分散和充分混合的目的，效率高、能耗低、體積小、投資省、易于連續(xù)化生產(chǎn)。通過(guò)二級(jí)過(guò)濾器和靜態(tài)混合器的共同作用，實(shí)現(xiàn)功能性母粒熔體和聚酯熔體的高效均一混合，從而為制備高品質(zhì)、差別化再生滌綸提供基礎(chǔ)。

2 廢舊紡織品的高附加值循環(huán)利用

2.1 共混改性實(shí)現(xiàn)廢舊紡織品為主的新纖維產(chǎn)品開發(fā)

利用廢聚酯類紡織品成分復(fù)雜（混有少量PE、PP、PEN等成分）的特性，通過(guò)研究分子結(jié)構(gòu)改性、共混、異形、超細(xì)、復(fù)合等技術(shù)，開發(fā)相容性優(yōu)異的助劑和功能化、差別化母粒等方式，實(shí)現(xiàn)廢舊紡織品的共混改性，制備兼具PE、PP、PEN、PET等特性的共混再生纖維，以低成本、高經(jīng)濟(jì)性實(shí)現(xiàn)再生原料的梯度化回收，優(yōu)化再生原料的來(lái)源與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，應(yīng)用領(lǐng)域拓展至產(chǎn)業(yè)用等新領(lǐng)域，將是重要的研究課題。

2.2 智能提純實(shí)現(xiàn)混紡廢舊紡織品的高附加值再利用

合成纖維紡織品的回收中目前商業(yè)化技術(shù)最成熟的是聚酯的回收，對(duì)于含有天然纖維素纖維等的多成分紡織品的回收尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。拓展單一聚酯類紡織品的化學(xué)回收技術(shù)（糖解、醇解、水解、復(fù)合化學(xué)分解），針對(duì)不同纖維開發(fā)出其專用的回收工藝及技術(shù)，從而進(jìn)行智能提純，真正實(shí)現(xiàn)廢舊紡織品“廢而不廢、廢而不差、廢而更優(yōu)”，這是未來(lái)的研究方向。

化纖循環(huán)經(jīng)濟(jì)是我國(guó)紡織原料與產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要內(nèi)容。通過(guò)技術(shù)的創(chuàng)新與集成，綜合能耗進(jìn)一步降低；技術(shù)裝備進(jìn)一步向自動(dòng)化、連續(xù)化、清潔化、規(guī)模化發(fā)展；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、規(guī)格及應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步多元化。

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