合成纤维再生应用研究进展

摘要：综述了符合绿色环保要求的聚酯、尼龙、聚丙烯等再生合成纤维的利用及其在产业用纺织品各领域的应用。

关键词：绿色；合成纤维；回收；应用

1 前言

资源的匮乏和环境的污染，这是当今全球共同面临的问题。而世界的纺织工业一方面随着人口的日渐增多突出表现为原料紧缺，其价格大幅度上扬[1]；国际上20世纪60年代后期随着世界石油化工工业的迅猛发展，合成塑料及合成纤维也得到相应的发展，但合成纤维工业的发展深受石油价格大幅涨落的影响，而且生产过程中和使用之后的废料处理引起许多麻烦，根本原因在于大多数高聚物不能生物降解；另一方面，大量的纺织废料——生产过程的下脚料、废纱、废布以及用过的旧衣服和其他纺织品[2]往往用来擦油污设备和零件或清洁地板、或掩埋，既浪费资源又造成污染，可重复利用的范围十分有限；此外，一些极具优势的天然纤维的开发和利用仍有待提高。

为了满足纺织工业生产所需原料，同时减少环境污染，国内外纺织界同仁都在不断地利用废旧纺织原料再生和开发新的原料资源。世界标准化组织于1995年底推出的ISO 14000对纺织品的环保性能以及可回收性作了明确的要求。回收不仅减少了对天然资源——棉花、毛等纤维的消耗，更重要的是对不可再生资源——石油的消耗，减少了对污染物的处置[1]。值得一提的是废旧纺织原料再生技术的进展[3]：在非织造布生产中，纤维用量最大的是土工布、针刺地毯、喷胶棉、无胶棉和针刺絮片及汽车内装饰材料等厚重产品，而这些非织造布产品对纤维原料的性能要求并不很高。

2010年，产业用纺织品纤维加工量达821.7万吨，同比增长13.6%；非织造布纤维加工量达279.5万吨，同比增长16%。到2012年，产业用纺织品纤维加工量占纺织品加工总量的比重将提高到25%。同时，废旧纤维回收再利用占产业用纺织品纤维加工量的比例将达到20%以上[4]。目前，可供回收利用、制造再生纤维的原料包括合成高分子废料，主要是合成纤维生产加工过程中的下脚料、边角料、废纱废丝、碎料布片，日常生活中的废旧衣物和其他废弃纺织品，以及其他塑料废弃料如聚酰胺、聚酯、聚丙烯等。

2 再生合成纤维的研究

2.1 聚酯的回收利用

如今，聚酯系列制品的应用愈来愈广泛，遍及工业、农业和每个家庭。产品包括服装、玩具、录音录像带、器皿、饮料瓶、汽车的零部件等。聚酯的废弃物到处可见，已造成严重的环境污染。再生聚酯短纤维价格低（是常规聚酯短纤维的75%～80%）、用途广、品质指标接近或达到常规涤纶短纤维标准，所以被广泛应用在非织造布和产业用纺织品上，在国内外市场上供不应求，其发展潜力很大。再生聚酯短纤维原料来源广泛、成本低。聚酯瓶（PET）就是再生聚酯短纤维生产的一种主要原料，聚酯瓶经过一系列加工处理即可用来纺丝、制成非织造布和产业用纺织品原料[3]。

据欧洲PET瓶回收利用组织（PETCORE）称，欧洲2007年市场收集量达到了113万吨，占所有PET瓶的40%，回收利用率比上一年提高20%，且PET回收利用材料应用于制造纤维的吨位数在整个应用市场上所占份额为47%[5]。

聚酯瓶回收处理大体可分三种[3]：

（1）第一种方法包括前清洗处理工艺、全自动分选工艺、后清洗处理工艺，这种方法自动化程度很高，可将聚乙烯、聚氯乙烯瓶底、熔体粘胶、各种标签以及铝盖分离开来，特别是对瓶内剩余物清洗比较彻底，通过分离系统，将各种废料分开，做到各尽其用。这种回收方法及瓶片纺丝技术在许多欧美公司和集团已取得明显的进展。此种工艺方法比较先进，但瓶片还不能直接用于纺丝。设备一次性投资较大，能耗较高。

（2）第二种方法包括分离粉碎工艺、瓶片混合结晶工艺、瓶片干燥冷却工艺，该方法两种处理工艺方法采用了结晶工艺专利技术，使瓶片的无定形结构由结晶器变成结晶状态，既防止了后续干燥过程中的熔融，也避免了瓶片在经过粘附阶段时的烧结现象，同时可使瓶片的含水量达到0.005%以下，从而达到可纺的目的。此种工艺技术比较先进，但设备一次性投资太大。

（3）第三种方法的主要特点是对聚酯瓶进行人工分选，此种方法自动化程度较低，分离准确程度差，去底和除纸盖比较彻底。用人多，劳动强度大，规模小，但是比较适合我们的国情。据不完全统计，采用此种方法的小型加工厂在全国有近百家。

采用结晶工艺专利技术处理的聚酯瓶片，通常可以直接用于纺丝，因此，这种瓶片纺丝方法被称作直接纺丝法，该方法加工的再生聚酯短纤维品质质量很好，各项技术性能指标基本上可以达到标准切片纺丝质量；采用其他方法所得到的聚酯瓶片都需要进行再生造粒，然后方可用于纺丝，因此被称作造粒纺丝法。朱光宇[6]利用回收的聚酯瓶片和色母粒为主要原料，经螺杆挤压机熔融挤压、在线可切换熔体过滤器过滤、多孔细旦喷丝板纺丝、侧吹风冷却、油嘴上油、卷绕成型等工序，制成接近原生聚酯切片生产的多孔细旦有色涤纶预取向长丝产品，可广泛用于服用及产业用纺织品领域。

此外，聚酯还可采用化学法进行回收。化学回收方法包括化学改进及化学降解[7]：化学改进通常采用增链改性、交联改性、氯化改性等来改变聚酯的链长、结构，从而提高某些特性，如1,4-二(2,2′-噁唑啉)基苯(PBO)就是一种很好的增链剂，它的加入可使PET废料的特性黏度由0.78 dL/g上升到0.85 dL/g，平均相对分子质量增至25600。

化学降解是用解聚剂在一定条件下打断酯键，将高聚物降解为单体或低聚物以实现再资源化，M. Ghaemy等[8]采用乙二醇在醋酸盐催化下对PET废弃纤维进行解聚，获得纯度超过75%的对苯二甲酸乙二酯二聚体；施立勇等[9]使用乙二醇对有色聚酯废料解聚，经分离提纯，得到对苯二甲酸二乙二醇酯单体及其低聚物，其纯度可达96%以上；李雁[10]开发了超临界甲醇技术对纤维级PET进行解聚，用溶解—热过滤—沉析的方法脱色提纯，对苯二甲酸二甲酷的产率可达到85%，纯度达到99.9%以上，白度达到87.5；日本KobeSteel公司开发出一种废聚酯的化学再生技术，该技术用超临界水将废聚酯水解成对苯二甲酸和乙二醇，这种工艺回收生产的对苯二甲酸的纯度约为99%[11]；李庆峰等[12]公开了一种涤纶纤维或涤纶混纺织物废料回收再利用方法：将涤纶纤维、涤纶织物及其混纺织物废料置于反应釜内，加入溶剂和催化剂，于25℃～200℃下，对苯二甲酸乙二醇酯进行溶解或醇解，将得到的溶液进行过滤，排入蒸馏釜内，对溶液进行蒸馏，回收有机溶剂，该方法不但可以处理纯涤纶纤维和涤纶织物，而且可以直接处理涤纶混纺纤维和涤纶混纺织物，对涤纶纤维、涤纶织物及其混纺织物废料的黏度没有要求，不需对涤纶纤维、涤纶织物及其混纺织物服装进行人工分拣，不会对环境造成严重污染，符合节能减排的要求。

2.2 尼龙的回收利用

尼龙是聚酰胺类高分子材料的俗称，其品种繁多，有脂肪族尼龙、芳香族尼龙等，其中以尼龙6和尼龙66应用最多，产量最大。尼龙66绝大部分应用于化纤工业，尼龙6则有70%应用于纤维工业，30%应用于工程塑料。回收尼龙的最大来源是废旧地毯，其次是汽车中使用的尼龙工程塑料、安全气囊和轮胎帘子线等，这些制品使用量大，且便于集中回收，组分相对简单，容易进行分类分离处理，从而降低回收成本，提高回收效益[13]。

废旧尼龙的回收包括机械回收和化学回收[13]：

（1）机械回收：经过适当分离破碎以后回收的尼龙纤维可以作为混凝土结构材料和土壤加固材料，甚至可以直接把废塑料和废玻璃混在一起压成砖块，与普通黏土砖块相比表现出很好的压缩强度；从工程塑料回收下来的尼龙根据需要与新树脂混合，如聚酯、玻纤、无机物等，可作为汽车部件和其他工程塑料使用。

（2）化学回收：即优化工艺参数，使尼龙在催化剂的作用下，发生解聚反应，得到尼龙6或尼龙66单体，通过重新聚合获得洁净的尼龙材料；除了将尼龙解聚为单体完成回收之外，也可以通过裂解方式转变为燃料油加以利用。日本开发了一套新的反应器系统，通入蒸气进行废塑料的热裂解，结果表明，包含聚酰胺(PA6和PA66)在内的8种主要塑料均能被高效率地热解成单体或燃料油加以回收利用。程欣等[14]发明了一种回收废弃尼龙66的方法，具体是在酸性催化剂作用下使尼龙66水解，经过进一步处理，提取己二酸和己二胺。Jinyang Chen等[15]在催化剂作用下控制亚临界条件水解尼龙6，获得氨基己酸及己内酰胺等。

世界上最大的尼龙工业化回收项目Evergreen，是美国DSM化工公司和Honeywell国际公司合资建设的。该项目开发了用地毯或其他产品的旧尼龙制造己内酰胺，适用于再制成纤维或塑料等。再生的己内酰胺质量与新品相同，DSM公司认为该项目的特点是经济可行、清洁有效率，可以无限次地使用尼龙废料而性能不变。这与过去把地毯废料用机械方法处理的效果大不相同。机械处理只能作为低档用途使用，例如做地毯底布用。估算Evergreen美国的工厂相当于每年节约己内酰胺常规法生产用的70万吨原油，在环境保护方面还减少了土埋法所占用的土地。DSM估算每年美国有45万吨地毯废料用土埋法处理，现在美国已经有75处收集旧地毯的点。欧洲也开始收集尼龙6的废旧物运到美国使用。由于收集机构已经建立，欧洲也在建同样的回收设施，回收还会延伸到汽车部件，造纸用毡和其他尼龙的废料[16]。

2.3 聚丙烯的回收利用

成纤聚丙烯(PP)是生产丙纶纤维的原料，由于PP原料应用广泛，如无纺布购物袋、用即弃卫生用品、地毯等，所以一直供应紧张。

到目前为止，大部分的研究和开发工作都围绕着废PP熔融体的性质和造粒再纺丝等方面进行。废PP可以使用螺杆挤压机进行造粒，然后再纺丝。回收PP再造粒时要经过反复加热和熔融，PP的化学和物理性质都会发生变化，再造粒的添加剂、挤压条件以及废料中的灰分也会对成品丝的性质造成很大的影响，若性能太差可能导致无法纺丝。在回收PP时，首先应考虑材料的均匀性、纯度、相对分子质量分布以及熔融体的性质。试验表明，微量添加剂的含量也是保证回收成功的重要因素。将再生PP用于纺丝生产织物时，对于原料有很高的要求，否则纺丝困难。由于地毯用量的增加，以及其他复合材料的使用，使得回收PP成纤聚合物的工作越来越困难。因此PP的回收利用成本相对较高[17]。

聚丙烯也可通过热裂解或催化热裂解进行化学回收，通过裂解可得到丙烯单体，再经聚合实现材料的无限次循环利用，同时对环境无污染，但该方法技术要求高，成本亦较高。

2.4 其他纤维的回收利用

某些时候，废弃纤维成分复杂，难以分离，还可有以下用途。

将不同质量的纤维包（一个产品通常为2～3种纤维成分），连同低熔点纤维一并喂入开包机。纤维从开包机被吹送入混棉箱，以将不同成分的纤维均匀混合。成网机将混合的纤维制成均匀的棉网，形成不同纤维三维均匀分布的纤维网或棉网，棉网的厚度范围为10mm～350mm。此后，松散的纤维网被连续喂入生产线的核心设备——带有强制穿透热风系统的Santatherm双导带热风烘燥机，其加热方式通常为天然气直接加热，或通过蒸汽或热油管道的热交换器加热，实现热粘合。

该热粘合无纺布具有良好的隔热/隔音性能、低成本、重量轻、经济又环保、加工工艺简单等特点，可应用于各行各业，如：家用纺织品中的地毯背垫、家具垫料、褥垫保护层；汽车隔热材料；汽车隔音材料中的空气进口、隔壁单元、传动信道、阀帽内里、内外圈冲阀；工业用去污擦拭巾；保护性的包装材料；建筑材料中的隔热材料、隔音材料等[18]。

据报道,台湾一家公司应用针刺非织造布生产设备，开发了应用于花卉园艺的非织造布种植袋，用以代替传统的塑料或陶土花盆。非织造布种植袋具有重量轻，易搬运和储存的特点，并且避免了制作陶土花盆挖用耕地黏土、浪费能源和人力的现象。由于这种种植袋具有孔隙，当花木移栽到地里时，不需重新装盆，可直接埋入地中，节省了费用，简化了园艺工程。另外，还可根据不同需要，将花木种植在不同强度的种植袋中，以控制花木根的生长程度，防止树根生长顶碎街道路面的现象发生。非织造布种植袋原料来源丰富，有许多纤维可以利用：纺织废料、日用纤维及亚麻、黄麻等天然纤维。非织造布种植袋产品的开发，受到了园艺界及花卉爱好者的欢迎[19]。

3 结语

再生纤维的开发利用是推进循环经济发展，实现可持续发展的必由之路。目前主要的纺织纤维价格上扬也促使厂家认真考虑如何经济地提高利润。合成高分子废弃料回收利用的前景十分诱人，只要充分提高认识，加强研究，合理开发，再生纤维必将成为一门新兴的、大有作为的行业。

但是再生纤维生产过程中，由于原料来源的特殊性，其自身的卫生安全程度以及在整个加工还原过程，如原料回收、分类、开松、整理和织造过程中所涉及的生产环境卫生状况，各种洗涤剂、染化料、助剂和整理剂等化学物质的加入，不可避免地在纤维中或多或少地存在多种对人体有害的细菌和各种化学残留物，将直接影响再加工纤维的各项安全性指标，并对从业人员的健康和安全造成危害。因此必须加强再加工纤维生产行业管理和规范，对纺织废料再加工产品的安全性进行研究并进行控制，积极引进和研发新型再加工设备，改进生产工艺，采取必要的措施，使纺织废料及其再加工纤维在得到有效利用的同时，提高再生利用的附加值，确保从业人员和消费者的健康安全。

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(作者单位：广州市纤维产品检测院)