用於從聚酯/羊毛混合物回收聚酯的工藝的製作方法
2023-05-08 17:18:19
技術領域：
本發明涉及一種回收聚酯的工藝。具體來說，本發明涉及一種從含有聚酯/羊毛混合物的物品中回收聚酯成分和非聚酯成分產物的工藝。
背景技術：
：聚酯以及聚酯與諸如棉和絲等各種物質的混合物具有出色的柔軟特性以及一系列所需特性，在諸如服裝、家具、裝飾品、容器、地毯等各種物品中具有廣泛用途。報廢聚酯或二手聚酯通常採用焚燒或掩埋方法處理。但這類常用方法對環境極為有害。這是因為土壤中的微生物無法降解聚酯，因此聚酯會在土壤中累積。累積的聚酯阻礙下層土壤環境中的動植物生長發育，從而破壞生態平衡。各個科學團體採取了許多措施來解決上述難題。但傳統方法存在一些缺點，如使用的水解劑昂貴，方法複雜，給再回收過程造成麻煩。因此，需要提供一種簡單有效的工藝，其便於從混合物中輕鬆分離聚酯，同時使聚酯和其他水解產物適合再回收或反覆使用。發明目的本發明的部分目的(通過至少一種具體實施方式能夠實現)如下所述。本發明的一個目的是提供一種從包含聚酯混合物的物品中回收聚酯成分和非聚酯成分產物的工藝。本發明的另一個目的是提供一種從包含聚酯混合物的物品中回收聚酯成分和非聚酯成分產物的工藝，該工藝消除與處置聚酯產品相關的環境危險。本發明的另一個目的是提供一種從包含聚酯混合物的物品中回收聚酯成分和非聚酯成分產物的工藝，該工藝簡單並且不存在複雜工藝步驟。本發明的一個目的是提供一種從包含聚酯/羊毛混合物的物品中回收聚酯成分的工藝。本發明的另一個目的是改善現有技術的一個或多個問題或至少提供一種有用的選擇方案。以下描述和附圖說明中，本發明的其他目的和優勢將得以進一步明確，但這些描述並不意圖限制本發明的範圍。技術實現要素：本發明提供一種從包含聚酯混合物的物品中回收聚酯成分和非聚酯成分產物的工藝。通常聚酯混合物包含聚酯成分和非聚酯成分；聚酯成分為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，非聚酯成分為羊毛。工藝包括使用至少一種水解劑對物品進行水解，將所述非聚酯成分轉化為非聚酯成分產物；從而釋放聚酯成分。水解物品的步驟在以下條件下進行：溫度為90至160℃，時間為10至90分鐘，壓力為5至25psi。附圖說明下面將參考隨附非限定性附圖說明本發明，其中：圖1示出進行實施例1披露工藝後，PET/羊毛(75:25)混合面料的掃描電子顯微鏡圖像(SEM)，其中圖1A表示PET/羊毛對照組(未處理)，其中：(a)表示聚酯；(b)表示羊毛；圖1B表示用鹼、蛋白酶和脂肪酶處理後的PET/羊毛；圖1C表示用4％NaOH處理後的PET/羊毛。圖2示出進行實施例2披露工藝後，PET/羊毛(75:25)混合面料的掃描電子顯微鏡圖像(SEM)，其中圖2A表示用0.5％(w/v)碳酸鈣處理後的PET/羊毛面料，其中：(a)表示聚酯；(b)表示羊毛；圖2B表示用0.5％(w/v)碳酸鈉處理後的PET/羊毛面料，圖2C表示用0.5％(w/v)氫氧化鈣處理後的PET/羊毛面料，圖2D表示用0.5％(w/v)氫氧化鈉處理後的PET/羊毛面料。圖3示出進行實施例3披露工藝後，PET/羊毛(75:25)混合面料的掃描電子顯微鏡圖像(SEM)，其中圖3A表示PET/羊毛對照組(未處理)，其中：(a)表示聚酯；(b)表示羊毛；圖3B表示用0.5％(w/v)碳酸鈉處理後的PET/羊毛面料，圖3C表示用1.0％(w/v)碳酸鈉處理後的PET/羊毛面料，圖3D表示用2.0％(w/v)碳酸鈉處理後的PET/羊毛面料，圖3E表示用3.0％(w/v)碳酸鈉處理後的PET/羊毛面料，圖3F表示用4.0％(w/v)碳酸鈉處理後的PET/羊毛面料。發明詳述多年來，聚酯及聚酯混合物的生產、經銷和消費量顯著增加。這一現象加劇了聚酯垃圾處置問題。本發明的發明人開發了一種工藝，用於從含有聚酯混合物的二手物品或報廢物品中回收和反覆使用聚酯及非聚酯成分，從而消除在環境中處置此類物品的需要。在本發明中，「物品」一詞除了標準含義外，還包括採用聚酯/羊毛混合物製造的任何產品，並選自服裝、家具、裝飾品、容器、地毯、管子、條帶和管道。按照本發明的工藝，聚酯混合物由聚酯成分和非聚酯成分組成。通常聚酯成分為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，非聚酯成分為羊毛。在開始下面介紹的工藝之前，任選地對物品進行粉碎處理。按照本發明工藝，使用至少一種水解劑在預先確定的溫度、壓力和時間條件下對物品水解，將非聚酯成分轉化為其產物；從而釋放聚酯成分。預先確定的溫度範圍為90至160℃，水解過程時間為10至90分鐘，預先確定的壓力範圍為5至25psi。本發明中使用的水解劑包括選自氫氧化鈉、碳酸鈉、氫氧化鈣和碳酸鈣的至少一種鹼，濃度為3至5％。在一種具體實施方式中，水解過程在高壓釜中進行。水解後任選地對形成的產物進行中和，以去除水解劑。鹼水解後，可以任選地對物品進行酶處理，將非聚酯成分轉化為其產物，以進一步分離聚酯和非聚酯成分。通常，酶處理包括在存在緩衝劑(如磷酸鈉)的條件下，使用選自脂肪酶和蛋白酶的至少一種酶進行培養。通常，緩衝劑的強度為80至120mM，pH值為6.0至8.0。此外，在以下條件下執行培養步驟：培養時間為15至48小時，溫度為40至60℃，並伴隨攪拌，攪拌速度為150至250rpm。按照本工藝，酶是脂肪酶和蛋白酶的混合物。此外，酶濃度為1至10g/L。用上述酶進行培養進一步分離聚酯成分和非聚酯成分，從而回收分離的成分。術語「非聚酯成分產物」包括鹼水解和/或酶處理步驟後獲得或剩下的非聚酯成分的產物或部分。在一個具體實施方式中，「非聚酯成分產物」是非聚酯成分的分解產物。執行酶處理步驟的具體實施方式的一個特點是兩次分離非聚酯成分與聚酯成分，第一次在水解步驟期間通過化學方式分離，第二次藉助酶以生物方式分離。這樣能夠有效分離並最大程度地回收兩種成分。下面將在以下非限定性具體實施方式中討論本發明：檢測PET/羊毛(75:25)混合面料按照本發明工藝回收其聚酯和非聚酯成分的情況。工藝優化如下。實施例1：酶水解PET/羊毛(75:25)樣品：PET/羊毛(75:25)對PET/羊毛(75:25)面料進行多個水解試驗，實現PET和羊毛的分離。下面表1列出這些試驗以及獲得的結果。在檢測鹼水解的試驗中，將PET/羊毛(75:25)用4％NaOH在121℃通過高壓釜處理水解15分鐘。在另一個試驗中，在50℃下，使用蛋白酶(木瓜蛋白酶，SRLltd)之後使用脂肪酶(SigmaAldrich)在100mMpH7.0的磷酸鈉緩衝劑的存在下培養未進行鹼處理的PET/羊毛(75:25)。每40ml緩衝劑取0.1g樣品。蛋白酶處理培養時間為16小時，脂肪酶為48小時。兩種酶的濃度均為5g/L。結果(表1)和掃描電子顯微鏡(SEM)圖像(圖1)表明：·單獨鹼處理足以從混合物中去除羊毛；·單獨使用酶而不進行鹼處理無法從PET/羊毛中有效水解羊毛。此結論來自圖1B(鹼和酶處理後的混合物)和1C(單獨鹼處理後的混合物)的數據，僅PET纖維可見，羊毛已完全去除。表1：酶水解PET/羊毛(75:25)面料處理重量損失率(％)PET/羊毛4％NaOH+脂肪酶高壓釜處理41.6PET/羊毛4％NaOH+蛋白酶+脂肪酶高壓釜處理46.0PET/羊毛僅脂肪酶4.0PET/羊毛4％NaOH+蛋白酶高壓釜處理51.40PET/羊毛僅蛋白酶3.80PET/羊毛僅4％NaOH高壓釜處理46.20實施例2：不同鹼的效果樣品：PET/羊毛(75:25)面料用不同鹼對重0.5g的PET/羊毛面料混合物(75:25)樣品進行預處理，如0.5％(w/v)碳酸鈉、0.5％(w/v)氫氧化鈉、0.5％(w/v)碳酸鈣和0.5％(w/v)氫氧化鈣。實驗用面料載量為1.25％(w/v)，樣品在121℃下在鹼液中進行高壓釜處理15分鐘。高壓釜處理後，徹底衝洗面料樣品，去除殘留鹼，乾燥後記錄重量損失。據觀察，0.5％CaCO3不能夠從PET分離羊毛(圖2A)。類似地，用0.5％Na2CO3處理後看到痕量羊毛纖維(圖2B)。用0.5％Ca(OH)2(圖2C)和0.5％NaOH(圖2D)處理後觀察到羊毛完全去除。結果(表2)和掃描電子顯微鏡(SEM)圖像(圖2)表明：·在所有情況中除CaCO3外，單獨鹼處理足以從混合物中去除羊毛·單獨用0.5％CaCO3處理對去除羊毛沒有任何效果。表2：用不同鹼處理PET/羊毛(75:25)鹼種類重量損失百分比CaCO3(圖2A)零Ca(OH)2(圖2C)30Na2CO3(圖2B)27NaOH(圖2D)30從環保角度來說，NaOH和Ca(OH)2危害更大，Na2CO3提供與NaOH和Ca(OH)2類似的結果，因此被視為工藝優化的鹼選擇。實施例3：工藝優化–鹼液濃度樣品：PET/羊毛(75:25)用不同濃度(0-4％)的Na2CO3預處理PET/羊毛面料(75:25)，面料載量為1.25％(w/v)-用40mlNa2CO3和0.5g面料樣品進行預處理。在121℃下進行高壓釜處理15分鐘。高壓釜處理後，徹底衝洗面料樣品，去除殘留鹼，乾燥後記錄重量損失。結果(表3)和SEM圖像(圖3)明確表明，1％及以上濃度的Na2CO3處理可完全去除羊毛。未處理的面料樣品未出現重量損失。表3：Na2CO3濃度優化Na2CO3濃度(％)重量損失百分比0.0(圖3A)零0.5(圖3B)271.0(圖3C)282.0(圖3D)303.0(圖3E)304.0(圖3F)30通過參照描述中的非限定性具體實施方式，對這些具體實施方式及其各種特徵和有利細節進行了解釋。其中省去了對已知成分及處理技術的描述，以避免不必要地使本發明的具體實施方式模糊不清。本發明所採用的實例僅僅旨在便於理解本發明實施方式可能的實踐方式，並進而使本領域的技術人員能夠實踐本發明的實施方式。因此，不應將此類實例視為限制本發明實施方式的範圍。上述具體實施方式的描述將充分披露本發明中具體實施方式的一般性，在沒有脫離一般概念的前提下，其他人可以很容易地運用現有知識修改和/或調整此類具體實施方式的各種應用。因此，這些調整和修改應被確定為包含在與所披露的具體實施方式相當的含義和範圍內。需要了解的是，文中所使用的措辭或用辭是為了描述而非限制。因此，雖然文中的具體實施方式描述的是優選的具體實施方式，熟知本領域的技術人員認識到在所描述的具體實施方式的精神與範圍內，可以對文中的具體實施方式進行修改。技術優勢和經濟意義·本發明中披露的工藝促進以高回收率回收和再循環使用聚酯。·本發明的工藝提供一種對環境無害的報廢聚酯處置方法。貫穿本說明書中的單詞「包含」，或其變形都被理解為意指包含一種所述要素、整數或步驟，或一組要素、整數或步驟，但不排除任何其他要素、整數或步驟，或要素、整數或步驟組。「至少」或「至少一種」表達方式表明使用一個或多個要素、成分或數量，本發明的具體實施方式中的使用是為實現一個或多個預期的目的或結果。各種物理參數、尺寸或數量等指定數值僅為近似值，應理解為高於物理參數、尺寸或數量指定值的數值也在本發明和權利要求範圍內，除非本說明書中另有相反聲明。介紹本發明的特定具體實施方式時，這些具體實施方式僅通過實施例形式表示，不意指限制發明範圍。熟悉本領域的技術人員在仔細研究本發明後，可在本發明範圍內，對本發明的工藝、成分或配方或上述組合進行改動或修改。此類改動或修改在本發明的精神內。隨附權利要求和相當要求旨在涵蓋屬於本發明範圍和精神的此類形式或修改。當前第1頁1 2 3