废旧纺织品化学回收处理技术

文/吴世容

1 引言

在我国，废旧纺织品大多被当作垃圾进行填埋或者焚烧等简单处理。大部分纺织品很难降解，填埋会长期占用大量的土地资源，合成纤维，比如聚酯纤维、锦纶、腈纶等不易降解，掩埋后污染土壤环境；低温燃烧容易产生二噁英，高温焚烧会产生氮氧化物等大气污染物。BIR机构（国际性回收再生组织）2008年在瑞典哥本哈根大学进行研究得出结论：每使用1kg废旧纺织物，就可降低3.6kg二氧化碳排放量，节约水6000L，减少使用0.3kg化肥和0.2kg农药[1]。因此，大量回收使用废旧纺织物，与原生材料的加工生产相比，明显减少了对二氧化碳的排放，也有效缓解了原料紧张压力。

化学回收利用技术是指采用化学方法将废旧纺织品中材料降解或分解，重新聚合成高分子，并用以制备再生纤维，或利用降解产物小分子用于非纺织材料用途。化学回收利用是对废旧纺织品回收的最佳方式，不仅可以使得纺织原料彻底利用，而且对于价格昂贵纺织原料能够较好地重复利用，经化学回收的原料与新料所制造的纤维性能差别较小，部分化纤类产品可实现全方位原料替代。但是化学回收法所需的工艺技术较高，成本相对较高适用于批量生产，对于所回收的废旧纺织品所含原料要求较为严格。

本文分不同材料进行描述，介绍其化学回收技术发展概况，尤其侧重工业化解决方案比较成熟的技术。粘纤、莫代尔纤维、莱赛尔纤维可生物降解。天然纤维成分较为复杂，大部分不适合用化学方法回收利用，多半作为复合功能材料的初始原料，工业化价值较小。

2 不同纤维材料的化学回收技术

2.1 聚酯纤维

聚酯的回收技术研发在上世纪50年代就已经起步，并在80年代开始步入工业化运营阶段。美国Du Pont公司、德国Hoechst公司、日本帝人公司，相继开发出聚酯纤维化学回收处理技术。解聚聚酯纤维的方法有糖酵解、胺解、甲醇分解、碱性水解、离子溶液法，回收产物可用于再生聚酯的生产。其中糖解和醇解是较成熟的降解方法。

醇解和水解使聚酯解聚成对苯二甲酸二甲酯(DMT)、乙二醇(EG)、对苯二甲酸(TPA)等单体或含几个对苯二甲酸单元的对苯二甲酸乙二醇酯(BHET)低聚物，然后再将单体或低聚物重新聚合成聚酯，醇解分为乙二醇醇解和甲醇醇解。乙二醇醇解由美国杜邦公司于20世纪60年代开发，由于是部分降解而不是彻底降解，因而成本相对较低。反应得到的高纯度BHET可直接用于生产纤维级聚酯。但乙二醇醇解法要求回收对象100%为PET均聚物。甲醇醇解原理是废PET与甲醇反应得到DMT和乙二醇，DMT可转化为对苯二甲酸或直接用作PET原料。甲醇醇解的化学反应是DMT与EG酯交换反应生成PET的逆反应。解聚工艺简单，但分离不同共聚单体难度较大[2]。

近年来出现了超临界甲醇醇解法。中国科学院化学研究所开发了四氢呋喃共聚法，向废聚酯中加入四氢呋喃，采用特定的催化剂使之形成共聚体，这种共聚体由高分子的软硬链组成，是一种很好的工程塑料。日本KobeSteel公司推出了超临界水水解法，这种技术采用超临界水将废聚酯水解成TPA和乙二醇[3]。

2.2 棉

回收的废棉可以作为粘胶纤维的生产原料，经化学处理也可制成吸附性功能材料，商业化领域已经实现了以棉纤维为原料的纸张和生物乙醇的生产。1979年，美国一家造纸公司用废旧纺织品生产出了优质的造币用纸。JEPLAN公司开发了一种将棉花转化为生物乙醇的技术，目前，这种技术在爱媛县今治市的一家工厂里被采用，不过通过这种方法生产每升乙醇的成本并不便宜，远高于常规工艺[4]。

棉纤维中纤维素含量占90%以上，是制造再生纤维的主要原料。因此以废旧棉制品为原料，经制浆、碱化、黄化等工序后再溶于稀碱液中制成粘胶，再生粘胶纤维有良好的耐碱性和尺寸稳定性，其湿强也比经湿法纺丝而制成的普通粘胶纤维高很多。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。目前，科学家们正致力于研究借助高效环保的溶剂分离棉等废旧纺织品中纤维素分子的方法。目前有几种溶解纤维素的方法，比如Ioncell-F法，它使用了新型离子型溶剂[5]。

外媒介绍一种溶媒淤浆法对纤维大分子进行改性，使纤维素分子结构发生变化，形成纤维素衍生材料，可用于生产水溶性羧甲基纤维素（CMC）[6]。

比较典型的废棉纺织品回收制成功能材料的方法，包括以下步骤：（1）将废旧棉纺织品依次经KH-550溶液、氯化铵溶液、氯化锌溶液浸渍处理；（2）将步骤（1）中所得到的混合物进行预氧化处理；（3）将混合物隔绝空气升温至400℃～900℃进行碳化处理，转变为多孔功能碳纤维簇；（4）将步骤（2）中副产物收集和溶剂循环利用的净化系统[7]。利用该方法制备的碳纤维簇不仅纤维间不连续，具有大量的空洞，纤维表面也具有不规则的孔，因此可作为功能材料的载体，如吸附抗菌离子可制得抗菌添加材料，用于制备各种抗菌制品；也可作为纺织染料废水的吸附材料，广泛应用于其他水处理和气体过滤等领域。

2.3 羊毛

利用酸碱酶将羊毛角蛋白降解为氨基酸、多肽、角蛋白大分子，可以广泛应用于食品、医药、纺织等工业领域[8]。

2.4 腈纶

酸碱催化水解处理腈纶，使氰基转变成酰胺基或羧基，必要时进一步与其他高分子材料进行复配制成胶黏剂，用高分子材料改性制成多孔吸附材料[9]。

2.5 氨纶

醇解法回收聚氨酯纤维提供了一种操作简单、回收率高、工艺流程短的方法。聚氨酯纤维降解产物经分离提纯后可与异氰酸酯和扩链剂反应，得到的聚氨酯产品可用作涂料、薄膜、泡沫纤维等[10]。

2.6 复合材料

对于多种纤维混纺难分离的材料，经过简单的化学处理，也可以有多重用途， 比如建筑材料、增强材料等。

澳大利亚Veena Sahajwalla教授收集废弃纺织品，去除了金属附件，然后将这些棉、羊毛、聚酯、尼龙以及其他织物一起粉碎，变为一堆纤维，再加入偶联剂，使不同纤维粘在一起。最后，在高温下压缩纤维形成实心面板，做出防火防水的新型材料[11]。

再加工纤维可作为增强辅助材料与其他物质制备复合材料。如将以废旧地毯为原料加工得到的再加工纤维作为混凝土的增强纤维，改善了力学性能，降低了成本[12]；将碱处理的废弃剑麻纤维与脲醛树脂经乙酰化处理得到的复合材料，其弯曲强度、耐磨性、热分解温度、吸水性及电绝缘性都超过了脲醛树脂/木粉复合材料[13]。

3 问题和对策

3.1 分类回收体系

化学回收工艺普遍针对性强，根据不同的成本、材料，目标产物有不同的选择。为实现资源再利用效率最大化，需要全社会提供高效的回收分类体系。依靠完善的法律体系，建立由国家、公共团体、企业和社区分别承担责任的废弃物处理体制，不断推动循环经济发展，提高资源利用效率。考虑到我国区域发展差距巨大的现实，应针对不同地区的客观经济需求和技术能力，量力而行。物理回收、化学回收、焚烧利用三种手段结合起来，为市场提供多样化选择。一线城市可以优先推行废弃纺织品回收分类体系，规范回收主体。

3.2 生产成本

我国纺织品化学回收处理技术起步晚，发展慢，与日本、德国等发达国家存在显著差距。

生产成本长期居高不下，使得化学回收处理技术始终局限于聚酯纤维这一类回收工艺成熟的工业项目。回收产品与原生材料相比价格较高，市场接受度不高。究其原因，一是我国纺织品化学回收处理技术发展较慢，国内这一领域的技术开发市场转化率低，有效技术供给不足；二是 企业缺乏大规模回收筛选能力，无法在生产环节降低单位生产成本；三是产品质量参差不齐，细分产品开发不足，造成下游企业利用困难。

这就需要以企业为主体，发挥技术应用的导向价值，严格保护专利技术开发所有人的各项权利，开发高效可循环生产工艺，提高废弃纺织品利用转化效率；建立严格统一的回收产品质量标准，形成可持续发展全产业链循环，惠及下游生产企业；在人口和产业规划合理的前提下，扶持大规模工业回收项目，支持同类企业兼并和技术重组，提高回收产品生产规模。

3.3 消费者接受度

由于价格和安全性方面的考虑，消费者在选择再生材料生产的各类产品时，普遍存在顾虑。在安全保障这块，需要国家标准实现全面覆盖，行业监管势在必行，普及相关专业知识，耐心培植消费群体；对于价格，通过回收材料和原生材料混合使用，降低企业生产负担， 打通回收行业和纺织品生产企业的行业壁垒，降低交流成本。关键还是加强研发，提升产业规模，使最终产品能具有较强的市场竞争力。当下，回收企业选择成分单一、回收简单、价值较高、消费者认可度高的废弃纺织品作原材料不失为可行之举。