廢舊聚酯紡織品循環(huán)利用技術的發(fā)展

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)成為我國紡織行業(yè)發(fā)展乃至國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)境污染雙重問題的重要舉措。本文對傳統(tǒng)的再生化纖工藝技術及裝備進行創(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。項目符合國家循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃，社會、環(huán)境效益顯著。

關鍵詞：廢舊紡織品；高附加值；再生滌綸；循環(huán)利用

中圖分類號：TQ342+.2 文獻標志碼：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是解決聚酯纖維行業(yè)中資源和環(huán)境污染問題的重要途徑。目前中國在這一領域的發(fā)展仍處于初級階段，以簡單物理回收法為主。由于廢舊紡織品原料來源多樣，成分復雜，造成泡料品質波動大，雜質（染料、粉塵、非PET材質、增塑劑、紫外線吸收劑等）含量高，進一步造成熔體中品質不均、干燥時熱降解嚴重，特性黏度僅為0.485 dL/g左右，嚴重影響正常紡絲，使纖維疵點含量居高不下，降低經(jīng)濟效益。因此，研發(fā)聚酯類紡織品的高附加值利用技術和裝備成為再生化纖行業(yè)及廢舊紡織品利用的基礎。

1 廢舊紡織品循環(huán)利用新技術

1.1 智能配色和混合配料技術

1.1.1 建立顏色復配技術，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。這些技術難題無法通過簡單的布泡料共混解決，因其無法保證熔體的色澤穩(wěn)定。通過研究顏色復配原理，建立顏色復配體系以確定原料配比，實現(xiàn)最優(yōu)化處理，通過添加具有補償作用的色母粒方式實現(xiàn)熔體色的均一、穩(wěn)定。

研究色相、明度、純度的各自對比與調和，或者是色相、明度和純度三者之間綜合性的對比和調和的運用作為配色基礎。根據(jù)光譜光度儀和數(shù)據(jù)庫進行顏色的快速辨認并預測最佳配方；根據(jù)顏色管理方法和仿真模擬算法的原理，利用計算機輸出最佳配方。

1.1.2 開發(fā)廢舊紡織品混合配料技術

回收再利用的原料以廢舊紡織品泡料為主。當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)等問題；同時，勞動強度較大，無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)和工人勞動強度大等問題，研發(fā)了一種滌綸廢紡織品泡粒半自動混合配料系統(tǒng)（圖 1 ）。

如圖 1 所示，原料進入管道、旋風分離器后落入混料機的過程，通過計量絞龍實現(xiàn)了混料前的定量送料。混料機電機帶動附有兩個對稱螺旋的攪拌葉轉動，從而實現(xiàn)料的充分混合?；旌铣浞趾?，原料落入計量送料機，通過電機帶動螺旋絞龍送入管道；由風機送到旋風分離器，旋風分離器出口連接除塵室，經(jīng)過濾后排入大氣。原料從旋風分離器落入大容量料筒這一過程中，通過計量送料機實現(xiàn)了儲料前的又一次定量送料。

最后原料落入分別設置了上限料位計、下限料位計的大容量料筒內，當料位到達下限料位計時給原料投放處一個警報，在允許的混料時間內適當加快投料速度，使料倉內的料位升高，此時趨于平穩(wěn)狀態(tài)；當料位到達上限料位計時亦給投料處一個警報，在投料過程中增加一定時間的間隔量。通過這種運作方式始終保持料倉內有充足的原料，防止因為混料裝置出現(xiàn)某些小問題而產(chǎn)生短時間的供料不足或供料過多，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。整個混合投料系統(tǒng)既對原料進行了除塵工作，又實現(xiàn)了原料投放的半自動化，更減少了工人勞動量，提高了生產(chǎn)效率。

1.2 廢舊紡織品專用連續(xù)干燥技術

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

通過125 ℃熱風（鍋爐余熱）將布泡料送入風道，并經(jīng)熱風風機吹來的高壓熱風，進入旋風分離器。在旋風分離器內，熱風和布泡料分離，布泡料進入其下方的保溫料斗。布泡料在保溫料斗內儲存一段時間后，至少重復上述步驟1 次，直到布泡料達到干燥效果。到布泡料進入最后一個旋風分離器，收集布泡料，總過程150 min，布泡料溫度提高至 120 ℃以上。經(jīng)連續(xù)干燥的布泡料進入溫度為135 ℃的真空轉鼓進一步干燥，最終布泡料含水率降至80 mg/kg以下。整個干燥過程連續(xù)穩(wěn)定，布泡料熱降解程度小。

1.3 雙級過濾技術

針對廢聚酯紡織品雜質多（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、過濾器周期短等技術難題，開發(fā)了雙級過濾技術，可實現(xiàn)泡料的高效過濾。

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

（2）選用直徑為22 mm、高度為60 mm的過濾棒替代原有組件中的合成網(wǎng)。組件的過濾面積相對合成網(wǎng)增加了12.4倍。通過選用不同目數(shù)的燒結網(wǎng)（80、100、120、150和200目）在初級過濾器和二級過濾上進行試驗，考察其組件中燒結金屬網(wǎng)組合的經(jīng)濟性、合理的過濾精度關系（表 1），探討出最優(yōu)方案。

從表 1 可以得到，初級過濾的精度越高，初級過濾器的使用時間越短；二級過濾中，隨過濾精度增加到一定程度，過濾器的使用時間和相應組件的使用周期呈遞減趨勢。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)調質調黏技術

根據(jù)布泡料特性黏度低，雜質（染料、粉塵、非PET材質、增塑劑、紫外線吸收劑等）含量高，熱降解大的特點，進一步改進技術，采用立臥雙釜串聯(lián)調質調黏系統(tǒng)裝置，如圖3 所示。在保留去除熔體內低分子聚合物的基礎上，通過增加臥式反應釜，攻克了立式反應釜因增黏后造成熔體流動性差而影響?zhàn)ざ仍龈叩募夹g瓶頸。

1.4.1 立式釜調質裝置

聚酯熔體的純凈度除受固體低分子物質的影響外，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鍵之一。而高效去除雜質的關鍵又取決于反應釜內部蒸發(fā)面積的大小和熔體在釜內停留的時間。

通過對對低分子物質去除起決定作用的立式反應釜內部的格柵結構和格柵層分布進行結構性調整，實現(xiàn)了再生聚合物低分子雜質的高效、連續(xù)化分離。在保證最大程度地去除熔體在立式反應釜階段的低分子物質和低分子聚合物、提高聚酯熔體純凈度的同時，做到增黏幅度的最大化。表 2 是立式反應釜格柵層數(shù)和格柵間距調整后的試驗結果。

從表 2 可以看出，格柵的間距對熔體停留時間起決定作用，而格柵層數(shù)對增黏幅度影響不大。黏度與熔體停留時間及格柵間距的增加不成正比關系，停留時間過長，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、過濾器過濾階段會出現(xiàn)大幅度熱降解：平均特性黏度為0.58 dL/g的布泡料經(jīng)過濾器后，特性黏度只有0.50 dL/g左右；如再經(jīng)過 5 ～7 min的熔體管道停留，最終紡絲熔體的特性黏度會低于0.45 dL/g。這樣生產(chǎn)出來的高彈粗旦滌綸短纖品質不佳，利用價值不高。因此，提高熔體黏度是生產(chǎn)高彈再生滌綸短纖維的保證。

臥式反應釜內置葉輪（推進器），由電機驅動，熔體在推進過程中在掛網(wǎng)器成膜，氧化裂解的低分子物質和低聚物進一步去除，達到二次增黏的目的。表 3 對比了不同加工設備下熔體最終黏度的影響。

從表 3 可以看出，改進后的熔體立臥聯(lián)合反應釜增黏效果好，其增黏結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

目前再生紡化纖行業(yè)產(chǎn)品同質化嚴重，常規(guī)產(chǎn)品已無競爭優(yōu)勢可言，開發(fā)高附加值產(chǎn)品是必然選擇。在現(xiàn)有設備中直接添加母粒等存在混合不均勻、色差嚴重等問題。本文設計了一種結構獨特、專門用于母粒添加的再生聚酯紡絲裝置，其主要構造如圖 4 所示。

在該裝置中，先將功能性母粒送入小型螺桿擠壓機進行熔融；熔體通過專用過濾器的同時進行混合和凈化；凈化后的熔體按工藝量要求由計量泵擠出，添加至紡絲工藝流程中。靜態(tài)混合器利用固定在管內的混合單元體改變流體在管內的流動狀態(tài)，以達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)。通過二級過濾器和靜態(tài)混合器的共同作用，實現(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、差別化再生滌綸提供基礎。

2 廢舊紡織品的高附加值循環(huán)利用

2.1 共混改性實現(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雜（混有少量PE、PP、PEN等成分）的特性，通過研究分子結構改性、共混、異形、超細、復合等技術，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)濟性實現(xiàn)再生原料的梯度化回收，優(yōu)化再生原料的來源與產(chǎn)品結構，應用領域拓展至產(chǎn)業(yè)用等新領域，將是重要的研究課題。

2.2 智能提純實現(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)化技術最成熟的是聚酯的回收，對于含有天然纖維素纖維等的多成分紡織品的回收尚未實現(xiàn)商業(yè)化。拓展單一聚酯類紡織品的化學回收技術（糖解、醇解、水解、復合化學分解），針對不同纖維開發(fā)出其專用的回收工藝及技術，從而進行智能提純，真正實現(xiàn)廢舊紡織品“廢而不廢、廢而不差、廢而更優(yōu)”，這是未來的研究方向。

化纖循環(huán)經(jīng)濟是我國紡織原料與產(chǎn)品進行結構調整的重要內容。通過技術的創(chuàng)新與集成，綜合能耗進一步降低；技術裝備進一步向自動化、連續(xù)化、清潔化、規(guī)?；l(fā)展；產(chǎn)品結構、規(guī)格及應用領域進一步多元化。

參考文獻

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