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第 9 期                      张美玲，等:  亚临界水条件下废旧涤棉混纺织物的分离                                   ·1549·


                 近年来，随着人口数量的猛增和生活水平的提                          点探讨了水热法分离废旧涤棉混纺织物过程中水热
            高，纺织品的废弃量连年暴增。据统计，2016 年中                          温度、反应时间、盐酸质量分数对分离效果的影响，
                                           [1]
            国废旧纺织品总量高达 2600 万吨 ，大量废弃纺织                         并对分离所得产物进行表征，以达到废旧涤棉织物
            品造成非常严重的资源浪费和环境污染。在废旧纺                             有效分离及高附加值利用的目的。
                                                        [2]
            织品中，聚酯（涤纶）棉类织物占到了 80%以上 。
            目前，国内外研究学者致力于废旧涤棉类织物绿色                             1   实验部分
            化、高效化回收方法的研究。其中，对纯棉和纯聚
                                                               1.1   材料与设备
            酯（涤纶）织物的回收再利用工艺较为成熟，已基                                 废旧涤棉混纺织物，m（涤纶）∶m（棉）=1∶
                                 [3]
            本实现规模化与产业化 。但是对于废旧涤棉混纺
                                                               4，山西格芙兰纺织有限公司；盐酸、无水乙醇，分
            织物，由于无法高效地分离涤棉组分，其回收再利
                                                               析纯，天津市光复科技发展有限公司。
            用效果不是很理想。目前，国内外废旧涤棉混纺织                                 高温高压反应釜（1 L，最高工作温度和压力分
                                            [4]
            物的分离方法可分为物理和化学法 。物理法即利                             别为 500 ℃和 42 MPa），大连润昌石化设备有限公
            用涤纶和棉组分在溶剂中的溶解性能的差异，将其                             司；JSM-6700F 型场发射扫描电镜，日本电子公司；
                                              [5]
            中一种组分溶于溶剂而实现涤棉分离 ，如采用 1-                           Y-2000 型 X 射线衍射仪，中国丹东通达科技有限公
            丁基-3-甲基咪唑氯盐将涤棉混纺织物中的棉纤维                            司；FTIR-1730 型傅里叶变换红外光谱仪、Flexar
            溶解，并得到聚酯。化学法是将其中一种组分部分                             LC-Chromera 型高效液相色谱仪（HPLC），美国
            或完全分解进行回收再利用。研究较早的是采用浓                             Perkin Elmer 公司；YG061 电子单纱强力机，浙江
            酸破坏棉纤维的结构以得到涤纶。浓酸除对环境和                             台州荣盛纺织有限公司；721 型可见光分光光度计，
                                                     [6]
            设备带来诸多损害外，得到涤纶损伤也较大 。为                             上海光谱仪器有限公司；SBDY-1 数显白度仪，杭州
            此，研究者利用乙二醇醇解涤棉混纺织物中的涤纶，                            大吉光电仪器有限公司。
            并得到苯二甲酸和乙二醇，但较高的醇解温度破坏                             1.2   步骤
                                                [8]
                                       [7]
            了棉纤维的结构，收益非常低 。赵国樑 等将混纺                                将废旧涤棉混纺织物剪碎为 5 cm×2 cm 的长
            织物醇解为熔融状态的中间体，并在此状态下将未                             方形，洗净、烘干。称取 12 g 试样，加入到 600 mL
            发生变化的棉纤维滤出，然后将熔融状态的聚酯再                             的烧杯中，分别加入质量分数为 0.5%~2.5 %的盐酸
            缩聚生成再生聚酯切片，达到涤棉分离并分别实现                             溶液，常温下以 400 r/min 的速度搅拌 30 min，使反
            应用的目的。遗憾的是，将棉纤维从熔融状态的聚                             应物均匀溶解或分散在水中。然后，将其装入高压
            酯中过滤出来是非常困难的，而在再生聚酯中混入                             反应釜中并密封，反应釜填充度为 60%。在 110~
                                     [9]
            细短棉影响再生聚酯的性能 。                                     170 ℃反应 1~5 h 后，自然冷却至室温，取出反应产
                 水热法以高温高压状态下的水作为溶剂来进行                          物，离心分离固液相产物。利用抓手将固相产物中
            水解反应，不仅能够将高聚物转化为单体进行利用，                            的涤纶纤维捞出，实现涤棉固相产物的分离，经多
            而且避免了化学试剂污染环境和腐蚀设备的问题                     [10] 。   次乙醇和蒸馏水洗涤后得到纤维素粉末和纤维状的
            课题组前期研究了废旧涤纶和棉纤维在水热条件下                             涤纶纤维。置于干燥箱中于 60 ℃干燥 4 h，烘干称
            的水解机制。结果表明在酸催化条件下，涤纶和棉                             重 [14] 。
            纤维的水解具有不同时性。水热条件下涤棉组分水                             1.3    测试与表征
            解条件的差异，使得其分离成为可能                  [11] 。因而，本       1.3.1   纤维素粉末得率的测定         [15]
            文采用水热法对废旧涤棉混纺织物的高效分离进行                                 纤维素粉末得率（Y，%），其计算公式如式（1）：
            了研究。水热反应过程中，废旧涤棉混纺织物中的                                                 m
                                                                            Y  / %   纤维素    100       （1）
            棉纤维在稀盐酸的催化作用下 β-1,4 糖苷键断裂，水                                             m 棉
            解为固体纤维素粉末和水溶性的低聚糖等                    [12] 。与此     式中：m 棉为棉纤维的原始质量，g；m 纤维素为水热反
            同时，废旧涤棉混纺织物中的涤纶组分结构相对稳                             应后回收的纤维素粉末的质量，g。
            定，不发生水解，反应结束后依然以涤纶纱线的形                                 涤纶回收率（R，%），其计算公式如式（2）
            式存在。从而，实现了废旧涤棉混纺织物中的涤纶                                                 m
                                                                             R / %   PET    100       （2）
            和棉纤维组分的有效分离。分离回收的涤纶具有一                                                 m PET
            定的强度，并保持了良好的物化性能；而棉纤维水                             式中：m PET 为涤纶的原始质量，g；m PET 为水热反应
            解后的产物纤维素粉末可用做纤维素工业原料或制                             后回收的涤纶纤维的质量，g。
            备乙醇，含有低聚糖的水解液可循环水解新的废旧                             1.3.2   表征方法
            涤棉织物，实现了废旧纺织品的综合利用。本文重                                 采用场发射扫描电镜对产物形貌结构进行测
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