一種將廢棄紡織物製備可應用於紡織品加工的纖維級聚酯切片的方法與流程
2023-08-01 21:51:16
本發明涉及一種廢舊聚酯材料的回收方法，通過化學方式實現高等級再資源化，尤其涉及將廢棄紡織物重新製備成可應用於紡織品加工的纖維級聚酯切片的方法。
背景技術：
在廢棄紡織物主要以廢舊服裝、服裝廠的化纖布邊角料等表徵形態存在，廢棄衣服和化纖布邊角料的主要成分是聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚酯的化學簡稱是pet（以下簡稱聚酯），是一種高分子有機化學物。由於缺乏高等級的再資源化應用手段，以廢舊衣服為主要形態的廢舊紡織品隨生活垃圾填埋，由於聚酯本身存在惰性，在自然界中，靠自發降解需要200~600年。而且在自發降解的同時，附著在廢舊服裝上著色染料分解後也會對生態環境造成汙染，嚴重影響土地、水域等自然資源的可持續利用。
商務部發布的《中國再生資源回收行業發展報告2017》之廢舊紡織品回收情況分析指出：2016年，我國紡織行業纖維加工總量為5380萬噸，同比增長1.5%，同年廢舊紡織品回收量約為270萬噸，同比增長3.8%。
根據上述數據，2016年國內廢舊紡織品回收和綜合利用產業鏈建設儘管取得一定進展，但廢舊紡織品的回收循環利用總量僅為270萬噸，佔當年紡織行業纖維加工總量加工總量的5.02%，回收循環應用比例還是偏低，廢棄紡織品造成的資源浪費和環境汙染依然嚴重，再資源化利用空間巨大。
當前國內廢舊聚酯材料回收再生相對較為成熟的工藝路線是廢舊聚酯瓶的回收再生工藝，該工藝通過以物理方式為主，化學方式為輔，所需的原料廢飲料瓶成本高且不容易得到。
以廢舊紡織品為原料的再生工藝路線國內其他企業也做過嘗試，主要流程為預先分揀，再熔解擠出，經過簡單過濾後再重新縮聚造粒，從作業流程看，此方法的預先分揀就增加了人力成本，後面的工藝處理也無法徹底去除雜質，存在還原步驟不徹底不到位導致再生pet純度差的問題，這樣的流程生產出來的再生聚酯切片色相差，雜質多，難以滿足下遊客戶的加工要求，已有工藝路線無法實現廢舊紡織品的高等級再資源化。
技術實現要素：
本發明通過將廢舊紡織品還原成高純度對苯二甲酸乙二酯（以下簡稱為bhet），重新製備出應用於紡織品加工的纖維級聚酯切片，實現高效回收。
本發明通過以下方式實現：
1）將廢舊紡織品預先的粉粹成片狀物;
2）將預先粉碎的片狀物加入到醇解裝置中，按質量比為1:2~1:1.25的比例同時加入三甘醇，加入引發劑，在190℃～260℃、壓力為0.1mpa～0.4mpa條件下保持攪拌1～4h，得到粗bhet溶液；
3）過濾並分離出粗bhet溶液中的固廢雜質；得到初步純化的粗bhet溶液；
4）將得到的初步純化的粗bhet溶液進行冷卻結晶，得到粗bhet懸浮液；
5）通過壓榨粗bhet懸浮液得到粗bhet料餅，分離掉含有雜質的三甘醇溶液；
6）再向粗bhet料餅中加入其體積的25％～85％的乙二醇，加熱至60～150℃，同時加入吸附脫色劑進行充分攪拌得到bhet混合液，經過濾後分離掉脫色劑，得到bhet混合液；
7）將bhet混合液通過壓榨，分離游離的乙二醇，得到二次bhet料餅；
8）將二次bhet料餅加熱成熔體，送入蒸餾裝置進行精餾提純，分離出乙二醇和殘留的高沸物，得到純度＞99.6％的精製bhet熔體；
9）將精製bhet熔體加入到預熱罐進行加熱到200℃～240℃，同時加入催化劑、穩定劑、增白劑和調色劑；
10）將預熱好的bhet熔體送入預縮聚釜進行脫醇，加無機添加劑和分散劑，同時通過低真空蒸出bhet中的乙二醇，得到bhet低聚物。
11）將bhet低聚物過濾後送入終縮聚反應器進行縮聚反應，反應溫度控制在270~295℃，在高真空條件下提升特性粘度，製備pet熔體；
12）pet熔體經過濾後進入噴絲板，通過噴絲孔擠出鑄帶，再通過水下切粒機冷卻鑄帶後切成粒子，得到再生纖維級聚酯切片。
進一步的，所述步驟2）引發劑採用氫氧化鈉和醋酸鈷的複合配方。
進一步的，所述步驟3）採用多級過濾，並且採用了料液高位溢流的出料方式。
進一步的，所述步驟3）過濾器採用反衝式自清洗過濾器。
進一步的，所述步驟4）冷卻結晶溫度控制在0℃~80℃。
進一步的，所述步驟6）脫色劑採用活性氧化鋁為主的複合配方，所述過濾器過濾精度100~800微米。
進一步的，所述步驟8）蒸餾溫度控制在100℃~260℃，真空度20mpa~12000pa。
進一步的，所述步驟9）採用銻系催化劑和磷系穩定劑、苯二甲醯亞胺型增白劑和食品級調色劑。
進一步的，所述步驟11)在20~100pa高真空條件下，停留2~4h完成特性粘度提升。
進一步的，步驟12）所述最終製備的纖維級再生切片特性粘度為0.62~0.72，端羧基≤28mmol/kg，二甘醇含量≤1.2%、熔點≥258℃，添加劑含量在0.3~3%。
進一步的，所述廢棄紡織品選自廢棄服裝或化纖布邊角料，所述廢棄紡織品含有65％以上的聚對苯二甲酸乙二醇酯。
本發明的有益效果是：
本發明專利以綠色創新為設計理念，通過化學方式為主，物理方式為輔的工藝流程，最終將廢舊紡織品徹底還原成高純度對苯二甲酸乙二酯，再經過脫醇和縮聚，重新製備出可應用於紡織品加工的纖維級聚酯切片，真正意義實現高效的產業鏈循環。
此發明專利將提升廢舊紡織品的高效再資源化利用水平，有望填補省內和國內空白，為國內每年高達幾千萬噸廢舊紡織品的高等級再資源化應用提供良好的示範作用和推廣條件。
本發明具備以下優點：
1.解決了紡織物雜質難以分離的難題：
利用其他無機雜質和非聚酯塑料無法溶解的差異性，採用過濾器和出料裝置，以三甘醇為溶劑，溶解聚酯塑料，從而初步分離紡織物雜質。
2.利用三甘醇溶劑高沸點的特性，使紡織品可以在高溫熔融條件下解聚。
3.抑制蒸餾過程副反應的產生：
本發明採用合適的蒸餾溫度和合理設計的真空度，有利於分離出殘留在bhet裡面的雜質，確保物料純度，最大程度抑制副產物產生。
4.設置預縮聚的步驟，提高縮聚效果：
將添加劑配成懸浮液，掌控好懸浮液加入到反應體系的時點，使得到充分溼潤和分散，從而使後續的縮聚反應更高效進行。
5.經過脫色和調色，使再生聚酯具有良好色相。
附圖說明
圖1為本發明所述方法流程圖。
具體實施方式
實施例1
一種將廢棄紡織物製備可應用於紡織品加工的纖維級聚酯切片的方法，包括如下步驟：
1）將廢舊紡織品預先的粉粹成片狀物;
2）將預先粉碎的片狀物加入到醇解裝置中，按質量比為1:2的比例同時加入三甘醇，加入引發劑，在190℃、壓力為0.1mpa條件下保持攪拌1h，得到粗bhet溶液；
3）過濾並分離出粗bhet溶液中的固廢雜質；得到初步純化的粗bhet溶液；
4）將得到的初步純化的粗bhet溶液進行冷卻結晶，得到粗bhet懸浮液；
5）通過壓榨粗bhet懸浮液得到粗bhet料餅和分離掉含有雜質的三甘醇溶液；
6）再向粗bhet料餅中加入其體積的25％的乙二醇，加熱至60℃，同時加入吸附脫色劑進行充分攪拌得到bhet混合液，經過濾後分離掉脫色劑，得到bhet混合液；
7）將bhet混合液通過壓榨，分離游離的乙二醇，得到二次bhet料餅；
8）將二次bhet料餅加熱成熔體，送入蒸餾裝置進行精餾提純，分離出乙二醇和殘留的高沸物，得到純度＞99.6％的精製bhet熔體；
9）將精製bhet熔體加入到預熱罐進行加熱到200℃，同時加入催化劑、穩定劑、增白劑和調色劑；
10）將預熱好的bhet熔體送入預縮聚釜進行脫醇，加無機添加劑和分散劑，同時通過低真空蒸出bhet中的乙二醇，得到bhet低聚物。
11）將bhet低聚物過濾後送入終縮聚反應器進行縮聚反應，反應溫度控制在270℃，在高真空條件下提升特性粘度，製備pet熔體；
12）pet熔體經過濾後進入噴絲板，通過噴絲孔擠出鑄帶，再通過水下切粒機冷卻鑄帶後切成粒子，得到再生纖維級聚酯切片。
採用三甘醇作為溶劑，是利用紡織品能夠醇解成液態，其他無機雜質和非聚酯塑料無法溶解的差異性，採用過濾器和出料裝置，初步過濾並分離出粗bhet，去除包括沙土、紐扣、拉鏈和其他非聚酯塑料等雜質。
選用的三甘醇溶劑，是因為三甘醇沸點高達285℃，非常適合廢棄紡織品在高溫條件下實現熔融分解。
用來分離無機脫色劑的過濾器要選用合適的過濾精度，且能實現快速更換濾網。
本發明採用合適的蒸餾溫度和合理設計的真空度，有利於分離出殘留在bhet裡面的雜質，確保物料純度，最大程度抑制副產物產生。
步驟6）中，通過加入吸附脫色劑進行充分攪拌得到得到色相改良的bhet混合液，經過濾後分離掉脫色劑
步驟10）中，對所加入的添加劑先通過調漿和研磨配成懸浮液，掌控好懸浮液加入到反應體系的時點，即選擇在物料的聚合度相對較低時完成添加並攪拌，攪拌的同時添加分散劑，有利於無機添加劑在再生bhet體系裡，得到充分溼潤和分散。
進一步的，所述步驟2）引發劑採用氫氧化鈉和醋酸鈷複合配方而成。
選用的氫氧化鈉和醋酸鈷複合的引發劑，能夠很好滿足工藝所需，能加快廢棄紡織品降解速度，做到高效分解。
進一步的，所述步驟3）採用多級過濾，並且採用了料液高位溢流的出料方式。
利用紡織品能夠醇解成液態，其他無機雜質和非聚酯塑料無法溶解的差異性，採用多級過濾器和料液高位出料,可以分離出固廢雜質，包括棉紗、沙土、紐扣、拉鏈和其他非聚酯塑料。
進一步的，所述步驟3）過濾器採用反衝自清洗過濾器。
採用帶自清潔和反衝洗功能的多級過濾器，確保粗bhet溶液中夾帶的固廢雜質，包括沙土、棉紗、紐扣、拉鏈和其他非聚酯塑料得到有效分離。
進一步的，所述步驟4）冷卻結晶溫度控制在0℃。
進一步的，所述步驟6）脫色劑為活性氧化鋁為主的複合脫色劑，所述過濾器過濾精度100~800微米。
脫色配方選用複合配方以確保脫色效果，用來分離無機脫色劑的過濾器要選用合適的過濾精度，且能實現快速更換濾網。
進一步的，所述步驟8）蒸餾溫度控制在100℃，真空度20mpa。
進一步的，所述步驟9）採用銻系催化劑和磷系穩定劑、苯二甲醯亞胺型增白劑和食品級調色劑。
添加的增白劑和調色劑能有效改善再生纖維級切片的外觀色相，使最終製備的再生纖維級切片b值≤6。
選用的穩定劑和催化劑適用於再生bhet進行高效的縮聚反應，有效抑制副反應產生。
進一步的，所述步驟11)在20pa高真空條件下，停留2~4h完成特性粘度提升。
選擇適當的真空度和停留時間，能使產品特性粘度有效提升。
進一步的，步驟12）所述最終製備的纖維級再生切片特性粘度為0.62，端羧基≤28mmol/kg，二甘醇含量≤1.2%、熔點≥258℃，添加劑含量在0.3~3%。
進一步的，所述廢棄紡織品選自廢棄服裝或化纖布邊角料，所述廢棄紡織品含有65％以上的聚對苯二甲酸乙二醇酯。
優選的，所述廢棄紡織品含有質量比65％以上的聚對苯二甲酸乙二醇酯，其他雜質分離剔除。
通常其他雜質成分比例為：紐扣拉鏈等服裝飾品佔3~6%，棉紗等非聚對苯二甲酸乙二醇酯雜質11~25%，廢棄紡織品附帶的泥沙和水份等1~4%。
實施例2
一種將廢棄紡織物製備可應用於紡織品加工的纖維級聚酯切片的方法，包括如下步驟：
1)將廢舊紡織品預先的粉粹成片狀物;
2)將預先粉碎的片狀物加入到醇解裝置中，按質量比為1.25的比例同時加入三甘醇，加入引發劑，在260℃、壓力為0.4mpa條件下保持攪拌4h，得到粗bhet溶液；
3)過濾並分離出粗bhet溶液中的固廢雜質；得到初步純化的粗bhet；
4)將得到的初步純化的粗bhet溶液進行冷卻結晶，得到粗bhet懸浮液；
5)通過壓榨粗bhet懸浮液得到粗bhet料餅和分離掉含有雜質的三甘醇溶液；
6）再向粗bhet料餅中加入其體積的85％的乙二醇，加熱至150℃，同時加入吸附脫色劑進行充分攪拌得到bhet混合液，經過濾後分離掉脫色劑，得到bhet混合液；
7）將bhet混合液通過壓榨，分離游離的乙二醇，得到二次bhet料餅；
8）將二次bhet料餅加熱成熔體，送入蒸餾裝置進行精餾提純，分離出乙二醇和殘留的高沸物，得到純度＞99.6％的精製bhet熔體；
9）將精製bhet熔體加入到預熱罐進行加熱到240℃，同時加入催化劑、穩定劑、增白劑和調色劑；
10）將預熱好的bhet熔體送入預縮聚釜進行脫醇，加無機添加劑和分散劑，同時通過低真空蒸出bhet中的乙二醇，得到bhet低聚物。
11）將bhet低聚物過濾後送入終縮聚反應器進行縮聚反應，反應溫度控制在295℃，在高真空條件下提升特性粘度，製備pet熔體；
12）pet熔體經過濾後進入噴絲板，通過噴絲孔擠出鑄帶，再通過水下切粒機冷卻鑄帶後切成粒子，得到再生纖維級聚酯切片。
進一步的，所述步驟2）引發劑採用氫氧化鈉和醋酸鈷複合配方而成。
進一步的，所述步驟3）採用多級過濾，並且採用了料液高位溢流的出料方式。
進一步的，所述步驟3）過濾器採用反衝自清洗過濾器。
進一步的，所述步驟4）冷卻結晶溫度控制在80℃。
進一步的，所述步驟6）脫色劑為活性氧化鋁為主的複合脫色劑，所述過濾器過濾精度800微米。
進一步的，所述步驟8）蒸餾溫度控制在260℃，真空度12000pa。
進一步的，所述步驟9）採用銻系催化劑和磷系穩定劑、苯二甲醯亞胺型增白劑和食品級調色劑。
進一步的，所述步驟11)在100pa高真空條件下，停留4h完成特性粘度提升。
進一步的，步驟12）所述最終製備的纖維級再生切片特性粘度為0.72，端羧基≤28mmol/kg，二甘醇含量≤1.2%、熔點≥258℃，添加劑含量在3%。
進一步的，所述廢棄紡織品選自廢棄服裝或化纖布邊角料，所述廢棄紡織品含有65％以上的聚對苯二甲酸乙二醇酯。
實施例3
一種將廢棄紡織物製備可應用於紡織品加工的纖維級聚酯切片的方法，包括如下步驟：
6)將廢舊紡織品預先的粉粹成片狀物;
7)將預先粉碎的片狀物加入到醇解裝置中，按質量比為1:1.5的比例同時加入三甘醇，加入引發劑，在200℃、壓力為0.25mpa條件下保持攪拌3h，得到粗bhet溶液；
8)過濾並分離出粗bhet溶液中的固廢雜質；得到初步純化的粗bhet；
9)將得到的初步純化的粗bhet溶液進行冷卻結晶，得到粗bhet懸浮液；
10)通過壓榨粗bhet懸浮液得到粗bhet料餅和分離掉含有雜質的三甘醇溶液；
6）再向粗bhet料餅中加入其體積的60%的乙二醇，加熱至100℃，同時加入吸附脫色劑進行充分攪拌得到bhet混合液，經過濾後分離掉脫色劑，得到bhet混合液；
7）將bhet混合液通過壓榨，分離游離的乙二醇，得到二次bhet料餅；
8）將二次bhet料餅加熱成熔體，送入蒸餾裝置進行精餾提純，分離出乙二醇和殘留的高沸物，得到純度＞99.6％的精製bhet熔體；
9）將精製bhet熔體加入到預熱罐進行加熱到220℃，同時加入催化劑、穩定劑、增白劑和調色劑；
10）將預熱好的bhet熔體送入預縮聚釜進行脫醇，加無機添加劑和分散劑，同時通過低真空蒸出bhet中的乙二醇，得到bhet低聚物。
11）將bhet低聚物過濾後送入終縮聚反應器進行縮聚反應，反應溫度控制在280℃，在高真空條件下提升特性粘度，製備pet熔體；
12）pet熔體經過濾後進入噴絲板，通過噴絲孔擠出鑄帶，再通過水下切粒機冷卻鑄帶後切成粒子，得到再生纖維級聚酯切片。
進一步的，所述步驟2）引發劑採用氫氧化鈉和醋酸鈷複合配方而成。
進一步的，所述步驟3）採用多級過濾，並且採用了料液高位溢流的出料方式。
進一步的，所述步驟3）過濾器採用反衝自清洗過濾器。
進一步的，所述步驟4）冷卻結晶溫度控制在40℃。
進一步的，所述步驟6）脫色劑為活性氧化鋁為主的複合脫色劑，所述過濾器過濾精度100~800微米。
進一步的，所述步驟8）蒸餾溫度控制在200℃，真空度100000pa。
進一步的，所述步驟9）採用銻系催化劑和磷系穩定劑、苯二甲醯亞胺型增白劑和食品級調色劑。
進一步的，所述步驟11)在80pa高真空條件下，停留3h完成特性粘度提升。
進一步的，步驟12）所述最終製備的纖維級再生切片特性粘度為0.7，端羧基≤28mmol/kg，二甘醇含量≤1.2%、熔點≥258℃，添加劑含量在0.3~3%。
進一步的，所述廢棄紡織品選自廢棄服裝或化纖布邊角料，所述廢棄紡織品含有65％以上的聚對苯二甲酸乙二醇酯。