旧衣/秸秆纤维绿色复合技术研究

李苏扬，孟 凯

（1.泗阳蓝阳托盘设备科技有限公司，江苏 宿迁 223800；2.苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215006）

面对大量旧衣和秸秆、木质素等资源没有被充分利用的问题，国内外科技人员积极探索化学纤维、蛋白纤维、植物纤维通过木质素、半纤维素偶联绿色复合利用解决方案。

针对旧衣、纺织废料等（简称旧衣）的处理和利用，国内外学者和科技部门投入大量精力和科研经费进行研究。如芬兰国家技术创新局（Tekes）立项的一个重大技术项目是开发化学溶解部分化学纤维制造再生纺织；瑞士立达公司、德国特吕茨勒公司（Trutzschler）、特马法公司（DILO-Temafa）用旧衣纤维做汽车顶棚隔热板。我国天津工业大学利用旧衣纤维研制蜂窝板，江南大学开展了“纺织废料纤维板力学性能影响因素分析”的研究。泗阳蓝阳托盘设备科技有限公司和扬州大学、南通苏州大学纺织研究院合作，在2013年立项开展了“旧衣纤维增强秸秆制品技术研究”工作。但遗憾的是国内外有关废弃的化学纤维、蛋白纤维、植物纤维、木质素、半纤维素资源再生利用的研究，总是在再生产品、工艺、成本、回收、环保等方面存在一些缺陷[1]。这也是阻碍这些数量巨大的资源再生利用产业化的主要原因。

本研究探索集成应用先进的信息、生化、机电科学技术，开发废弃化学纤维、蛋白纤维、植物纤维共混与木质素、半纤维素绿色合成的新工艺、新产品，突破旧衣/秸秆纤维复合循环制造共性关键技术，为旧衣纤维资源再生绿色循环利用开辟了新的途径，同时为造纸废水中的木质素、半纤维素利用增加了附加值，而且扩大旧衣物及秸秆的应用范围，还能为木材加工业转型拓展原料来源[2-4]。

1 市场分析及技术开发

1.1 市场分析

首先，在与人民健康密切相关的复合材料领域，国内外人造板绝大部分都是木质三醛胶人造板材料，很多产品甲醛残留量超标，严重影响人们的身体健康。国内地板甲醛残留超标致人生病事件频频发生，有的新婚夫妇因住新房而患红斑狼疮等免疫系统疾病，有儿童因住新房患血液系统疾病。美国等发达国家已联合修改地板标准，严格限制甲醛残留量，直接影响我国木材加工企业的产品出口。

其次，在物流包装领域，加拿大、美国、日本都普遍大量使用人造板制作包装。这些国家每年秸秆板材的产量都约在数百万立方米，是我国产量的10倍以上。我国人造板包装产值占包装工业总产值的1/3以上，约1 500亿元，而我国每年要从国外进口上千万立方米木材，并且进口量和价格近年以30%和20%的速度增长。

因此，高性能无甲醛残留的旧衣-秸秆纤维绿色复合地板市场需求量很大，高强度、防水、无醛旧衣-秸秆纤维复合绿色包装板产业化的前景广阔。

1.2 技术开发

（1）开发旧衣低温干燥、灭菌、除杂技术，设计高效开松、成网工艺，研究多元纤维催化接枝改性技术，解决旧衣无害化处理和多元纤维复合界面问题。（2）筛选设计木质素基有机、无机纤维双亲黏合剂配方及制备工艺，解决经济有效的木质素活化存在的问题。（3）优化衣纤维网及秸秆胶料多层定向、定量复合工艺，解决复合板三维拉伸强度不均问题。（4）开发高性能、无醛旧衣与秸秆纤维绿色复合包装板、地板，解决秸秆包装板、地板拉伸强度低、木质多层地板甲醛残留量高的问题[5-7]。

2 目标产品及指标

通过集成应用微波真空干燥、灭菌，高速多滚筒梯形开松、气流成网，酶催化旧衣纤维接枝功能分子技术，可以实现旧衣低能耗、无排放处理，达到良好的多元纤维复合界面目标。再通过木质素基有机、无机双亲、无甲醛添加黏合剂配方和膜分离及绿色合成方法，可以实现化学纤维、蛋白纤维、植物纤维与木质素分子结合反应，产品有害物质残留近似为零，制胶工况温和、成本低廉的目的[8-9]。

利用上述技术可以得到以下两个新产品及3个新工艺：（1）旧衣/秸秆纤维绿色复合高强度包装板，高性能、零甲醛残留地板，并延伸开发高强度、高防水建筑模板，以及高强度、低密度、超厚墙板，超薄天花板等。（2）旧衣纤维无害化处理工艺；木质素基有机、无机双亲无醛黏合剂制备工艺；旧衣与秸秆纤维绿色复合板成型及装饰工艺。

所开发的纤维板强度指标为：板厚度10～18 mm，静曲强度大于23 MPa，弹性模量大于3 500 MPa，内结合强度大于1 MPa，24 h吸水厚度膨胀率小于15%。

3 实验方法、工艺流程

3.1 旧衣无害化处理方法主要步骤

（1）对旧衣首先采用微波真空临界低温干燥，同时灭菌消毒，还应用二次蒸汽回收利用蒸汽机械再压缩（Mechanical Vapor Recompression，MVR）技术，冷凝水循环利用。

（2）引用创新德国特吕茨勒公司（Trutzschler）高速多滚筒梯形旧衣分级开松、除杂、分类，金属、石子等杂物用重力筛选器剔除分类处理出售，塑料、木材有机杂物处理后加到秸秆胶料中，尘土用空气吸尘器分离研磨成纳米材料作制胶原料。

（3）开松后多元纤维用气流分配成网，用微波等离子刻蚀、酶催化接枝单体（功能分子）等工艺技术处理纤网纤维复合界面。

3.2 木质素基胶黏剂技术方案

造纸废水-分级膜滤-木质素提纯-木质素活化-缩聚交联反应-纳米材料等共混改性。

3.3 3层衣纤维网与两层秸秆胶料复合流程

罗拉牵引定向布网-针刺施胶-秸秆胶料定量施加-罗拉牵引定向布网-针刺施胶-秸秆胶料定量施加-罗拉牵引定向布网-针刺施胶。

4 环保分析

首先，在生产过程中采用生物质水性黏合剂不会有有害气体向空气中排放；其次，旧衣、秸秆预处理设备全部采用全封闭装置，粉尘回收处理作纳米材料加入黏合剂中利用[10]；再次，旧衣中的金属、石子筛选剔除出处理后出售；最后，旧衣中塑料、木材等杂物筛选出处理后加入秸秆胶中使用，没有固体物向外排放，并且所用水都是封闭循环使用。

5 结语

基于纺织、造纸产业、农业、木材加工业等交叉学科的技术研究，提出新的技术开发方法，打造新的环保产业链，实现旧衣再生利用工业化，切实解决旧衣掩埋污染土地问题；实现木质素优质利用高值化，有效解决废水排放污染水源问题；实现秸秆大量利用规模化，着力解决秸秆焚烧污染空气问题；实现木材加工业木材零消耗，保护生态环境；实现人造板甲醛零残留。

通过对工业废弃旧衣、木质素资源与农业废弃秸秆资源的复合利用，得到资源优势互补效应，所开发的产品性价比高，产业化过程无“三废”排放，产品使用后可完全回收再利用，得到资源再生循环效能，达到资源绿色利用效果。