废旧棉纺织品的回收再利用

废旧棉纺织品的回收再利用

棉纤维是最重要的纺织原料之一，也是世界上最有效的天然纤维。据统计,2011/2012年度全球消费棉花共计2424.3万t,其中我国的消耗量约占全球的40%。近年来,随着纺织工业的发展和人们生活水平的提高,加上纺织品的使用周期缩短,造成废旧纺织品的数量不断攀升。据估计,2012年我国废旧纺织品的存量已达2300t。它们大部分被焚烧和掩埋,造成环境污染和资源的极大浪费,这其中,纯棉及含棉纺织品占了很大一部分。与此同时,由于世界人口不断增长,一些国家开始减少棉花种植面积而用以种植粮食,为棉纤维的产量稳定带来一定的隐患。因此,对废旧纺织品特别是废旧棉纺织品的再利用势在必行。可喜的是,我国已在《“十二五”纺织工业科技进步的重点任务》和《纺织工业“十二五”发展规划》中明确指出加大对废旧纺织品回收再利用的政策引导和资金投入。本文从废旧棉纺织品的来源入手,根据不同的来源将其分类,按类综述了回收再利用的方法,以为从事此项研究的工作者们提供一些参考。1废弃纯棉织物废旧棉纺织品主要来源于3个方面:一是来自生产企业,企业在纺纱、织造和成品生产及加工等各生产工序中产生的棉短纤、废纱、废布和落棉等;二是来自日常生活中的废弃纯棉织物,如服装、床上用品、毛巾和地毯等;三是来自混纺织物中的棉纤维。2利用报废棉纺织品2.1再加工废水处理及分类针对废旧棉纺织品来源的不同,对其回收再利用的方法和用途也有所不同。回收的纺织品首先必须进行分拣,主要包括3个步骤。(1)首先要评估可再利用性,主要是看其是否有再加工价值。对于不能再循环利用的废旧纺织品,可通过焚烧转化为热量;对使用过禁用偶氮染料和被有毒有害物质污染的纺织废料要直接剔除。(2)对废旧棉纺织品进行分类。按照加工特性,纺织厂将纤维除杂、混合、梳理工序中产生的车肚花、盖板花、落棉等称为软质废料,可直接使用。若纤维已经形成纱线或织物,称为硬质废料,不可以直接使用,必须将其开松梳理成单纤维状态。(3)对混纺织物根据其用途决定是否对其进行纤维成分分离。2.2纱线混纺织物的应用软质材料主要是纺织加工过程中产生的废料。此类废料仍然以棉纤维的形式存在,因此其回收再利用过程较为方便和简单。再利用时首先将其收集、分类、净化、干燥,采用转杯纺、摩擦纺或平行纺等方法纺成纱线,用于织物的生产,产品主要有牛仔布、粗纺面料、帆布、装饰布等。此类产品一般可以和原生纤维制成的产品相媲美,有很高的再利用价值。也可将其与其它纤维混纺,通过纺纱工艺加工成混纺织物,用于制作家居面料、工业用织物及各种毛毯、面料等。另外,对于一些质量较差的软质材料可经过适当处理用作絮填料(如汽车隔热、隔音层等材料)。特别是用在聚酯泡沫塑料垫内,可大大增强其强度,延长使用寿命。2.3硬材料的回收和再利用2.3.1纺织再利用技术对于纯棉织物,传统的回收再利用方法主要是物理机械回收,此种方法类似于上述对软质材料的再利用方法。不同的是,首先要通过切割机将织物切割为适当的碎片,再经泺口机进行纤维加工。再加工纤维成棉后,要进入纺纱车间进行生产工艺加工。近年来随着新型纺纱技术的出现和不断完善,使采用回收纤维进行纺纱变成了现实。在机械处理过程中,为了减少对棉纤维的损伤和飞花的产生,会根据不同的情况给湿,以保持所要处理的废旧棉纺织品处于柔软状态。机械处理技术中的关键是切割和开松技术,在20世纪90年代我国已设计出多功能可用于废旧棉纺织品回收的切割开松设备。根据不同原料的开松要求选择锡林组的数量,经渐进式物理作用而达到开松的目的。废旧棉织物经切割、开松后得到的纤维分为可纺纤维和不可纺纤维两种,对于可纺纤维,可以利用摩擦纺、转杯纺和平行纺等纺纱技术进行纺纱。摩擦纱的紧度较小,表面丰满蓬松,弹性好,手感稍粗硬;转杯纺对纤维长度和纤度要求不高,正适合于废旧纺织品的加工,此外,转杯纱还适用于灯芯绒、劳动布、卡其和装饰用布等;平行纺适合加工废旧短纤维,所得包缠纱结构膨松,手感丰满,强力高,伸长率小,吸湿性好,可用于装饰材料、工业用织物及各种毛毯、服装衬里等。对于经前处理工艺得到的不可纺纤维,可对其进行定向或随机排列后,再采用机械或化学方法进行加固、后整理54|纺织导报ChinaTextileLeader·2013No.9等制成非织造产品。由于生产工艺流程短、成本低且对原材料的适应性好,因而再加工纤维非织造布是纺织废料回收再利用应用最广泛的领域。英国已出现利用回收的废旧布料织成的毯子种植各类花草,可绿化、美化城市。因棉花天生就是良好的绝缘体,美国一些公司已成功利用棉纤维作为隔音阻热材料,应用于家用装饰用品、土工布、过滤产品或汽车用过滤纸等中。(2)化学回收再利用棉纤维中纤维素含量占90%~95%,化学法便是针对棉纤维富含纤维素这一特点而应用的一种再利用方法。利用废旧纺织品造纸,首先要将织物打碎并制浆,通过打浆、施胶、加填等获得交织均匀的薄片,再经压榨、干燥、压光等形成纸或纸板。美国克兰造纸公司最先开辟了用废旧纯棉衣物生产优质造币用纸的新技术;姜明蓂等用回收的废弃棉织物制得的纸张也可用来造币,其纸张厚度、抗张强度、耐折度和撕裂度均可达到国家标准。纤维素是制造再生纤维的主要原材料。以废旧棉为原料,经制浆、碱化、黄化等工序,再溶于稀碱液中制成粘胶,经湿法纺丝而制成的普通粘胶纤维对酸碱较敏感,且湿强很差;而用高粘度、高酯化度的低碱粘胶,在低酸、低盐纺丝浴中纺成的高湿模量粘胶纤维就有良好的耐碱性和尺寸稳定性,其湿强也比普通粘胶高很多。采用NMMO有机溶剂溶解和干湿法纺丝工艺制成的Lyocell纤维对环境无污染,具有良好的亲水性、吸湿性和悬垂性等。将废旧纤维素溶解在氢氧化铜或碱性铜盐的浓氨溶液内,生成的水合纤维素经后加工得到的铜氨纤维由于纤维细软、光泽适宜常用于高档丝织或针织物。另一种化学回收方法是对纤维素大分子或纤维表面进行改性,接枝新元素,使纤维素分子结构发生变化,从而形成一种纤维素衍生物材料。具有代表性的是用于食品和化妆品领域的水溶性羧甲基纤维素(CMC)。国外研制成功并已普及应用的“溶媒-淤浆法”工艺,便是采用废旧棉生产出的新型改性CMC,可应用于更为广阔的工业生产领域和复杂的使用环境,满足更高的工艺要求。此外,有文献报道了一种新型羧甲基纤维素纳的制备方法,此法在解决废旧资源回收利用的同时,也开辟了生产羧甲基纤维素纳的新途径。(3)其他方法在材料领域,性能优异的碳纤维材料一直备受追捧。2008年,SeiichiInoue等人首次利用水热法处理微晶纤维素得到木炭,并通过分析表明,水热处理时纤维素发生脱氢、脱氧反应,水热条件促进了纤维素炭化。随后,M.Sevilla等人也通过水热法利用微晶纤维素制备出直径为2~10μm的球形碳材料,并详细分析了纤维素的炭化机理。同样,国内也出现过类似的报道。太原理工大学的高晓月等人利用水热法将棉浆粕炭化制备碳纤维材料,并讨论了反应条件对产物表观形貌的影响。最近,戴晋明等人直接以废旧棉织物为原料,将棉织物做洗涤、粉碎等预处理后投入高压反应釜内,在一定条件下制备出了碳材料,分析表明得到的碳材料具有良好的形貌结构,其表面不但继承了纤维素大量的官能团,还形成了许多如羧基、羰基等新官能团,大大提高了碳材料的活性。研究者也尝试了别的方法来炭化棉纤维,如将废弃棉纺织品放入氮气气氛下的管式马佛炉中,在高温下使棉纤维炭化为良好的活性炭,高国龙等研究了采用磷酸活化法制备废棉布活性炭的工艺条件。制备的废旧棉布活性炭性能优于商品活性炭。利用这些方法回收再利用棉织物,得到产物的附加值较其他方法要高,且不会出现纺纱中的粉尘污染,以及粘胶纤维和造纸过程的环境污染,开辟了棉纤维化学再利用的新途径,值得更多的研究者深入探讨。2.3.2棉纤维的分离利用纺织品多由成分不同、性能各异的纱线混纺而成,大多要将纱线分离后才能回收利用。由于纺织品纤维成分和混纺比例多种多样,因此针对所有类型的纺织品进行研究显然是不现实的。为此,研究者将目光集中到了最常见的涤纶/棉混纺织物上。众所周知,单一聚酯的回收已比较成熟,而涤纶/棉混纺织物的回收仍处于研究阶段,总的来说其方法可归纳为物理法和化学法两种。物理法是利用特制的溶剂将棉纤维或涤纶溶解掉,从而将未溶解的部分滤出,进而分别利用。荣真等使用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)将涤纶/棉混纺织物中的棉纤维溶解,并得到聚酯。此法有效地分离了涤纶与棉纤维,被溶解的棉纤维则变成固态纤维素,用于造纸或与热塑性材料混合后,制成各种型材和板材等。化学法是将织物中涤纶或棉纤维降解为低聚体或单体,而另一种纤维不发生化学变化的方法。如NaOH可将涤纶/棉混纺织物中的聚酯解聚为对苯二甲酸和乙二醇,而在此条件下棉纤维不发生化学变化并被滤出,漂白后的棉纤维可用热NMMO水溶液溶解,纺丝制成Lyocell纤维。用乙二醇醇解聚酯而保持棉纤维不发生黄变等变化,滤出的棉纤维性能不但和原生纤维相仿,且醇解所得产物对苯二甲56|纺织导报ChinaTextileLeader·2013No.9酸乙二酯更利于聚酯的重新聚合。(2)混纺织物纤维未分离的回收再利用方法不难看出,将涤纶/棉混纺织物分离再利用,所得产品的附加值较高,但其成本也较高,工艺复杂,且溶剂或解聚剂使用还会带来新的环境问题。因此,不将涤纶/棉混纺织物分离利用也在吸引着研究者的兴趣。首先,上述棉织物的传统回收再利用方法完全适用于混纺织物,打碎后重新纺纱或加工非织造布。2010年,浙江富源再生资源有限公司和解放军总后勤装备研究所合作,将混纺成分稳定、色泽相同的废旧军服经过消毒、破碎、开棉以及纺丝等工序,变身为再生纤维材料,用于制造箱包、服装和毛毯等产品,很好地解决了废旧军服的存放问题。此外,纤维本来就是一种很好的增强材料。对于混纺织物,可以充分利用各纤维的特性,将其作为增强体分散在聚合物基质中,从而改善聚合物的热塑性、保形性、强拉伸和弯曲性能,制成类似于聚合物共混体的补强性复合材料。而沈巨磊等人使用共混塑炼法制备以废弃聚丙烯颗粒为基体材料,废弃涤纶/棉、棉/麻混合纤维为增强材料的复合板材,获得板材具有较好的抗冲击和拉伸强度。最近,曾广胜等以NH3再利用法对废旧棉织物的改性废旧纺织品的回收再利用不仅可以缓解纺织行业资源短缺的现状,而且可以减少对环境造成污染,具有巨大的经济效益和社会效益,符合我国国情,将是我国纺织行业发展循环经济的重要领域。通过以上分析可以发现:(1)利用传统物理法将棉纺织品重新加工成短纤、纱线和织物以及非织造布等依然是当前主要的再利用方法,但这种方法对废旧棉织物的力学性能往往有一定要求,且得到的产物多以低端纺织品为主;(2)利用废旧