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,2011/2012年度全球消費棉花共計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,2012年我國廢舊紡織品的存量已達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,這其中,純棉及含棉紡織品占了很大一部分。與此同時,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,對廢舊紡織品特別是廢舊棉紡織品的再利用勢在必行。可喜的是,我國已在《“十二五”紡織工業(yè)科技進步的重點任務(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利用報廢棉紡織品2.1再加工廢水處理及分類針對廢舊棉紡織品來源的不同,對其回收再利用的方法和用途也有所不同?；厥盏募徔椘肥紫缺仨氝M行分揀,主要包括3個步驟。(1)首先要評估可再利用性,主要是看其是否有再加工價值。對于不能再循環(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)對廢舊棉紡織品進行分類。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)對混紡織物根據(jù)其用途決定是否對其進行纖維成分分離。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,對于一些質(zhì)量較差的軟質(zhì)材料可經(jīng)過適當處理用作絮填料(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),可大大增強其強度,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)對于純棉織物,傳統(tǒng)的回收再利用方法主要是物理機械回收,此種方法類似于上述對軟質(zhì)材料的再利用方法。不同的是,首先要通過切割機將織物切割為適當?shù)乃槠?再經(jīng)濼口機進行纖維加工。再加工纖維成棉后,要進入紡紗車間進行生產(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,使采用回收纖維進行紡紗變成了現(xiàn)實。在機械處理過程中,為了減少對棉纖維的損傷和飛花的產(chǎn)生,會根據(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)。機械處理技術(shù)中的關(guān)鍵是切割和開松技術(shù),在20世紀90年代我國已設(shè)計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)漸進式物理作用而達到開松的目的。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。對于經(jīng)前處理工藝得到的不可紡纖維,可對其進行定向或隨機排列后,再采用機械或化學(xué)方法進行加固、后整理54|紡織導(dǎo)報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)法便是針對棉纖維富含纖維素這一特點而應(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、抗張強度、耐折度和撕裂度均可達到國家標準。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酸堿較敏感,且濕強很差;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,其濕強也比普通粘膠高很多。采用NMMO有機溶劑溶解和干濕法紡絲工藝制成的Lyocell纖維對環(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)回收方法是對纖維素大分子或纖維表面進行改性,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,有文獻報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,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,水熱處理時纖維素發(fā)生脫氫、脫氧反應(yīng),水熱條件促進了纖維素炭化。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,并詳細分析了纖維素的炭化機理。同樣,國內(nèi)也出現(xiàn)過類似的報道。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,還形成了許多如羧基、羰基等新官能團,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氣氣氛下的管式馬佛爐中,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,因此針對所有類型的紡織品進行研究顯然是不現(xiàn)實的。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)物對苯二甲56|紡織導(dǎo)報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材料。對于混紡織物,可以充分利用各纖維的特性,將其作為增強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、強拉伸和彎曲性能,制成類似于聚合物共混體的補強性復(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/麻混合纖維為增強材料的復(fù)合板材,獲得板材具有較好的抗沖擊和拉伸強度。最近,曾廣勝等以NH3再利用法對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,而且可以減少對環(huán)境造成污染,具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益,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前主要的再利用方法,但這種方法對廢舊棉織物的力學(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