廢舊棉紡織品的回收再利用

廢舊棉紡織品的回收再利用

棉纖維是最重要的紡織原料之一，也是世界上最有效的天然纖維。據(jù)統(tǒng)計(jì),2011/2012年度全球消費(fèi)棉花共計(jì)2424.3萬t,其中我國的消耗量約占全球的40%。近年來,隨著紡織工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高,加上紡織品的使用周期縮短,造成廢舊紡織品的數(shù)量不斷攀升。據(jù)估計(jì),2012年我國廢舊紡織品的存量已達(dá)2300t。它們大部分被焚燒和掩埋,造成環(huán)境污染和資源的極大浪費(fèi),這其中,純棉及含棉紡織品占了很大一部分。與此同時(shí),由于世界人口不斷增長,一些國家開始減少棉花種植面積而用以種植糧食,為棉纖維的產(chǎn)量穩(wěn)定帶來一定的隱患。因此,對(duì)廢舊紡織品特別是廢舊棉紡織品的再利用勢在必行?？上驳氖?我國已在《“十二五”紡織工業(yè)科技進(jìn)步的重點(diǎn)任務(wù)》和《紡織工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中明確指出加大對(duì)廢舊紡織品回收再利用的政策引導(dǎo)和資金投入。本文從廢舊棉紡織品的來源入手,根據(jù)不同的來源將其分類,按類綜述了回收再利用的方法,以為從事此項(xiàng)研究的工作者們提供一些參考。1廢棄純棉織物廢舊棉紡織品主要來源于3個(gè)方面:一是來自生產(chǎn)企業(yè),企業(yè)在紡紗、織造和成品生產(chǎn)及加工等各生產(chǎn)工序中產(chǎn)生的棉短纖、廢紗、廢布和落棉等;二是來自日常生活中的廢棄純棉織物,如服裝、床上用品、毛巾和地毯等;三是來自混紡織物中的棉纖維。2利用報(bào)廢棉紡織品2.1再加工廢水處理及分類針對(duì)廢舊棉紡織品來源的不同,對(duì)其回收再利用的方法和用途也有所不同。回收的紡織品首先必須進(jìn)行分揀,主要包括3個(gè)步驟。(1)首先要評(píng)估可再利用性,主要是看其是否有再加工價(jià)值。對(duì)于不能再循環(huán)利用的廢舊紡織品,可通過焚燒轉(zhuǎn)化為熱量;對(duì)使用過禁用偶氮染料和被有毒有害物質(zhì)污染的紡織廢料要直接剔除。(2)對(duì)廢舊棉紡織品進(jìn)行分類。按照加工特性,紡織廠將纖維除雜、混合、梳理工序中產(chǎn)生的車肚花、蓋板花、落棉等稱為軟質(zhì)廢料,可直接使用。若纖維已經(jīng)形成紗線或織物,稱為硬質(zhì)廢料,不可以直接使用,必須將其開松梳理成單纖維狀態(tài)。(3)對(duì)混紡織物根據(jù)其用途決定是否對(duì)其進(jìn)行纖維成分分離。2.2紗線混紡織物的應(yīng)用軟質(zhì)材料主要是紡織加工過程中產(chǎn)生的廢料。此類廢料仍然以棉纖維的形式存在,因此其回收再利用過程較為方便和簡單。再利用時(shí)首先將其收集、分類、凈化、干燥,采用轉(zhuǎn)杯紡、摩擦紡或平行紡等方法紡成紗線,用于織物的生產(chǎn),產(chǎn)品主要有牛仔布、粗紡面料、帆布、裝飾布等。此類產(chǎn)品一般可以和原生纖維制成的產(chǎn)品相媲美,有很高的再利用價(jià)值。也可將其與其它纖維混紡,通過紡紗工藝加工成混紡織物,用于制作家居面料、工業(yè)用織物及各種毛毯、面料等。另外,對(duì)于一些質(zhì)量較差的軟質(zhì)材料可經(jīng)過適當(dāng)處理用作絮填料(如汽車隔熱、隔音層等材料)。特別是用在聚酯泡沫塑料墊內(nèi),可大大增強(qiáng)其強(qiáng)度,延長使用壽命。2.3硬材料的回收和再利用2.3.1紡織再利用技術(shù)對(duì)于純棉織物,傳統(tǒng)的回收再利用方法主要是物理機(jī)械回收,此種方法類似于上述對(duì)軟質(zhì)材料的再利用方法。不同的是,首先要通過切割機(jī)將織物切割為適當(dāng)?shù)乃槠?再經(jīng)濼口機(jī)進(jìn)行纖維加工。再加工纖維成棉后,要進(jìn)入紡紗車間進(jìn)行生產(chǎn)工藝加工。近年來隨著新型紡紗技術(shù)的出現(xiàn)和不斷完善,使采用回收纖維進(jìn)行紡紗變成了現(xiàn)實(shí)。在機(jī)械處理過程中,為了減少對(duì)棉纖維的損傷和飛花的產(chǎn)生,會(huì)根據(jù)不同的情況給濕,以保持所要處理的廢舊棉紡織品處于柔軟狀態(tài)。機(jī)械處理技術(shù)中的關(guān)鍵是切割和開松技術(shù),在20世紀(jì)90年代我國已設(shè)計(jì)出多功能可用于廢舊棉紡織品回收的切割開松設(shè)備。根據(jù)不同原料的開松要求選擇錫林組的數(shù)量,經(jīng)漸進(jìn)式物理作用而達(dá)到開松的目的。廢舊棉織物經(jīng)切割、開松后得到的纖維分為可紡纖維和不可紡纖維兩種,對(duì)于可紡纖維,可以利用摩擦紡、轉(zhuǎn)杯紡和平行紡等紡紗技術(shù)進(jìn)行紡紗。摩擦紗的緊度較小,表面豐滿蓬松,彈性好,手感稍粗硬;轉(zhuǎn)杯紡對(duì)纖維長度和纖度要求不高,正適合于廢舊紡織品的加工,此外,轉(zhuǎn)杯紗還適用于燈芯絨、勞動(dòng)布、卡其和裝飾用布等;平行紡適合加工廢舊短纖維,所得包纏紗結(jié)構(gòu)膨松,手感豐滿,強(qiáng)力高,伸長率小,吸濕性好,可用于裝飾材料、工業(yè)用織物及各種毛毯、服裝襯里等。對(duì)于經(jīng)前處理工藝得到的不可紡纖維,可對(duì)其進(jìn)行定向或隨機(jī)排列后,再采用機(jī)械或化學(xué)方法進(jìn)行加固、后整理54|紡織導(dǎo)報(bào)ChinaTextileLeader·2013No.9等制成非織造產(chǎn)品。由于生產(chǎn)工藝流程短、成本低且對(duì)原材料的適應(yīng)性好,因而再加工纖維非織造布是紡織廢料回收再利用應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。英國已出現(xiàn)利用回收的廢舊布料織成的毯子種植各類花草,可綠化、美化城市。因棉花天生就是良好的絕緣體,美國一些公司已成功利用棉纖維作為隔音阻熱材料,應(yīng)用于家用裝飾用品、土工布、過濾產(chǎn)品或汽車用過濾紙等中。(2)化學(xué)回收再利用棉纖維中纖維素含量占90%~95%,化學(xué)法便是針對(duì)棉纖維富含纖維素這一特點(diǎn)而應(yīng)用的一種再利用方法。利用廢舊紡織品造紙,首先要將織物打碎并制漿,通過打漿、施膠、加填等獲得交織均勻的薄片,再經(jīng)壓榨、干燥、壓光等形成紙或紙板。美國克蘭造紙公司最先開辟了用廢舊純棉衣物生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)造幣用紙的新技術(shù);姜明蓂等用回收的廢棄棉織物制得的紙張也可用來造幣,其紙張厚度、抗張強(qiáng)度、耐折度和撕裂度均可達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。纖維素是制造再生纖維的主要原材料。以廢舊棉為原料,經(jīng)制漿、堿化、黃化等工序,再溶于稀堿液中制成粘膠,經(jīng)濕法紡絲而制成的普通粘膠纖維對(duì)酸堿較敏感,且濕強(qiáng)很差;而用高粘度、高酯化度的低堿粘膠,在低酸、低鹽紡絲浴中紡成的高濕模量粘膠纖維就有良好的耐堿性和尺寸穩(wěn)定性,其濕強(qiáng)也比普通粘膠高很多。采用NMMO有機(jī)溶劑溶解和干濕法紡絲工藝制成的Lyocell纖維對(duì)環(huán)境無污染,具有良好的親水性、吸濕性和懸垂性等。將廢舊纖維素溶解在氫氧化銅或堿性銅鹽的濃氨溶液內(nèi),生成的水合纖維素經(jīng)后加工得到的銅氨纖維由于纖維細(xì)軟、光澤適宜常用于高檔絲織或針織物。另一種化學(xué)回收方法是對(duì)纖維素大分子或纖維表面進(jìn)行改性,接枝新元素,使纖維素分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而形成一種纖維素衍生物材料。具有代表性的是用于食品和化妝品領(lǐng)域的水溶性羧甲基纖維素(CMC)。國外研制成功并已普及應(yīng)用的“溶媒-淤漿法”工藝,便是采用廢舊棉生產(chǎn)出的新型改性CMC,可應(yīng)用于更為廣闊的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域和復(fù)雜的使用環(huán)境,滿足更高的工藝要求。此外,有文獻(xiàn)報(bào)道了一種新型羧甲基纖維素納的制備方法,此法在解決廢舊資源回收利用的同時(shí),也開辟了生產(chǎn)羧甲基纖維素納的新途徑。(3)其他方法在材料領(lǐng)域,性能優(yōu)異的碳纖維材料一直備受追捧。2008年,SeiichiInoue等人首次利用水熱法處理微晶纖維素得到木炭,并通過分析表明,水熱處理時(shí)纖維素發(fā)生脫氫、脫氧反應(yīng),水熱條件促進(jìn)了纖維素炭化。隨后,M.Sevilla等人也通過水熱法利用微晶纖維素制備出直徑為2~10μm的球形碳材料,并詳細(xì)分析了纖維素的炭化機(jī)理。同樣,國內(nèi)也出現(xiàn)過類似的報(bào)道。太原理工大學(xué)的高曉月等人利用水熱法將棉漿粕炭化制備碳纖維材料,并討論了反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物表觀形貌的影響。最近,戴晉明等人直接以廢舊棉織物為原料,將棉織物做洗滌、粉碎等預(yù)處理后投入高壓反應(yīng)釜內(nèi),在一定條件下制備出了碳材料,分析表明得到的碳材料具有良好的形貌結(jié)構(gòu),其表面不但繼承了纖維素大量的官能團(tuán),還形成了許多如羧基、羰基等新官能團(tuán),大大提高了碳材料的活性。研究者也嘗試了別的方法來炭化棉纖維,如將廢棄棉紡織品放入氮?dú)鈿夥障碌墓苁今R佛爐中,在高溫下使棉纖維炭化為良好的活性炭,高國龍等研究了采用磷酸活化法制備廢棉布活性炭的工藝條件。制備的廢舊棉布活性炭性能優(yōu)于商品活性炭。利用這些方法回收再利用棉織物,得到產(chǎn)物的附加值較其他方法要高,且不會(huì)出現(xiàn)紡紗中的粉塵污染,以及粘膠纖維和造紙過程的環(huán)境污染,開辟了棉纖維化學(xué)再利用的新途徑,值得更多的研究者深入探討。2.3.2棉纖維的分離利用紡織品多由成分不同、性能各異的紗線混紡而成,大多要將紗線分離后才能回收利用。由于紡織品纖維成分和混紡比例多種多樣,因此針對(duì)所有類型的紡織品進(jìn)行研究顯然是不現(xiàn)實(shí)的。為此,研究者將目光集中到了最常見的滌綸/棉混紡織物上。眾所周知,單一聚酯的回收已比較成熟,而滌綸/棉混紡織物的回收仍處于研究階段,總的來說其方法可歸納為物理法和化學(xué)法兩種。物理法是利用特制的溶劑將棉纖維或滌綸溶解掉,從而將未溶解的部分濾出,進(jìn)而分別利用。榮真等使用離子液體1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽([BMIM]Cl)將滌綸/棉混紡織物中的棉纖維溶解,并得到聚酯。此法有效地分離了滌綸與棉纖維,被溶解的棉纖維則變成固態(tài)纖維素,用于造紙或與熱塑性材料混合后,制成各種型材和板材等?；瘜W(xué)法是將織物中滌綸或棉纖維降解為低聚體或單體,而另一種纖維不發(fā)生化學(xué)變化的方法。如NaOH可將滌綸/棉混紡織物中的聚酯解聚為對(duì)苯二甲酸和乙二醇,而在此條件下棉纖維不發(fā)生化學(xué)變化并被濾出,漂白后的棉纖維可用熱NMMO水溶液溶解,紡絲制成Lyocell纖維。用乙二醇醇解聚酯而保持棉纖維不發(fā)生黃變等變化,濾出的棉纖維性能不但和原生纖維相仿,且醇解所得產(chǎn)物對(duì)苯二甲56|紡織導(dǎo)報(bào)ChinaTextileLeader·2013No.9酸乙二酯更利于聚酯的重新聚合。(2)混紡織物纖維未分離的回收再利用方法不難看出,將滌綸/棉混紡織物分離再利用,所得產(chǎn)品的附加值較高,但其成本也較高,工藝復(fù)雜,且溶劑或解聚劑使用還會(huì)帶來新的環(huán)境問題。因此,不將滌綸/棉混紡織物分離利用也在吸引著研究者的興趣。首先,上述棉織物的傳統(tǒng)回收再利用方法完全適用于混紡織物,打碎后重新紡紗或加工非織造布。2010年,浙江富源再生資源有限公司和解放軍總后勤裝備研究所合作,將混紡成分穩(wěn)定、色澤相同的廢舊軍服經(jīng)過消毒、破碎、開棉以及紡絲等工序,變身為再生纖維材料,用于制造箱包、服裝和毛毯等產(chǎn)品,很好地解決了廢舊軍服的存放問題。此外,纖維本來就是一種很好的增強(qiáng)材料。對(duì)于混紡織物,可以充分利用各纖維的特性,將其作為增強(qiáng)體分散在聚合物基質(zhì)中,從而改善聚合物的熱塑性、保形性、強(qiáng)拉伸和彎曲性能,制成類似于聚合物共混體的補(bǔ)強(qiáng)性復(fù)合材料。而沈巨磊等人使用共混塑煉法制備以廢棄聚丙烯顆粒為基體材料,廢棄滌綸/棉、棉/麻混合纖維為增強(qiáng)材料的復(fù)合板材,獲得板材具有較好的抗沖擊和拉伸強(qiáng)度。最近,曾廣勝等以NH3再利用法對(duì)廢舊棉織物的改性廢舊紡織品的回收再利用不僅可以緩解紡織行業(yè)資源短缺的現(xiàn)狀,而且可以減少對(duì)環(huán)境造成污染,具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,符合我國國情,將是我國紡織行業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要領(lǐng)域。通過以上分析可以發(fā)現(xiàn):(1)利用傳統(tǒng)物理法將棉紡織品重新加工成短纖、紗線和織物以及非織造布等依然是當(dāng)前主要的再利用方法,但這種方法對(duì)廢舊棉織物的力學(xué)性能往往有一定要求,且得到的產(chǎn)物多以低端紡織品為主;(2)利用廢舊