廢舊棉紡織品在氯化鋅溶液和溴化鋰溶液中的溶解工藝比較研究

嚴(yán)濤海

（閩江學(xué)院，福州350121）

中國是紡織大國，對棉、毛、麻、絲等天然纖維資源和生產(chǎn)化學(xué)纖維的石化原料資源依賴程度較大.隨著紡織纖維消費(fèi)量的增長，廢舊紡織品也在大量增加，卻未得到充分回收利用.現(xiàn)實(shí)情況是，纖維資源已相當(dāng)緊張，原材料的價格正呈不斷上揚(yáng)趨勢.面對這樣的形勢，通過提高纖維資源的回收利用率來降低生產(chǎn)成本大有可為.隨著各國對環(huán)境污染問題的日益重視，纖維素這種可再生資源的開發(fā)和應(yīng)用愈來愈受到關(guān)注［1］.纖維素是一種自然界中取之不盡、用之不竭的可再生有機(jī)資源，把廢舊紡織品中的纖維素資源利用起來，既環(huán)保又符合可持續(xù)發(fā)展的要求.

纖維素的溶解是纖維素回收再加工過程中的核心問題之一，直接溶解纖維素可以最大限度地保留天然纖維素的特性［2］.因此，研究和開發(fā)一種溶解性能好、無污染、易回收的綠色纖維素溶劑，對開發(fā)纖維素產(chǎn)品具有十分重要的意義.利用離子液體作為溶劑進(jìn)行纖維素的溶解，由于其本身具有不會對環(huán)境造成污染，綠色環(huán)保，并且可回收再利用等特點(diǎn)，近年來逐漸成為一個研究的熱點(diǎn).本文將通過對廢舊棉紡織品在氯化鋅溶液和溴化鋰溶液中的溶解工藝的比較研究，從而找最出恰當(dāng)?shù)娜芙夤に?

1 實(shí) 驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)材料：經(jīng)洗滌氣蒸后的廢舊純棉布（小塊）、氯化鋅、溴化鋰.

實(shí)驗(yàn)器具：燒杯、量筒、膠頭滴管、試管、試管夾、溫度計(jì)、玻璃棒、記時表、電子天平、酒精燈、三角架、藥勺.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 廢舊棉布在氯化鋅溶液中溶解的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 濃度單因素

在常溫常壓（20℃，1個大氣壓；下同）下，溶解時間為12h，做氯化鋅溶液濃度單因素實(shí)驗(yàn)，觀察廢舊棉布在氯化鋅溶液中的溶解情況.

在氯化鋅溶液濃度10%～90%范圍內(nèi)，每間隔10%取值做9組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示.

表1 10%～90%濃度的氯化鋅溶液溶解廢舊棉布實(shí)驗(yàn)情況表

由表1可知，廢舊棉布在氯化鋅濃度為60%時不溶解，在氯化鋅濃度為70%時溶解.因此，氯化鋅溶液溶解纖維素的濃度范圍在60%～70%之間.

在氯化鋅溶液濃度61%～69%范圍內(nèi)，每間隔1%取值另做9組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示.

由表2可知，在常溫常壓下，溶解時間為12h，廢舊棉布在64%及以下濃度的氯化鋅溶液中是不溶解的；當(dāng)氯化鋅溶液的濃度達(dá)到65%時，廢舊棉布可以溶解并形成半透明、可流動的液體；隨著氯化鋅溶液濃度的增加（65%以上），纖維素溶液逐漸變成透明度高并且黏度越來越大的液體.因此，氯化鋅溶液溶解纖維素的濃度臨界點(diǎn)是65%.

表2 61%～69%濃度的氯化鋅溶液溶解廢舊棉布實(shí)驗(yàn)情況表

2.1.2 時間單因素實(shí)驗(yàn)

在常溫常壓下，氯化鋅濃度為65%，做廢舊棉布在氯化鋅溶液中溶解的時間單因素實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示.

表3 氯化鋅溶液溶解廢舊棉布的時間單因素實(shí)驗(yàn)情況表

由表3可知，隨著溶解時間的增加，廢舊棉布溶解的程度越來越高，在70min以后廢舊棉布完全溶解.所以，延長溶解時間，有助于纖維素的充分溶解.

2.1.3 濕度單因素實(shí)驗(yàn)

在溶解時間為20min、氯化鋅溶液濃度為65%的條件下，做廢舊棉布在氯化鋅溶液中溶解的溫度單因素實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示.

由表4可知，隨著溫度的升高，可以加速廢舊棉布的溶解.實(shí)驗(yàn)過程中，廢舊棉布首先在氯化鋅溶液中溶脹，隨著加熱過程中溫度的慢慢升高，廢舊棉布緩慢溶解；當(dāng)溫度值達(dá)到60℃時，廢舊棉布就開始快速溶解，最終形成透明溶液；但是當(dāng)溫度過高或升溫過快時，就會由于受熱不均勻，致使纖維素局部炭化.因此，要提高纖維素的溶解度，可適當(dāng)緩慢地進(jìn)行加熱升溫，但是溫度不能過高.

表4 氯化鋅溶液溶解廢舊棉布的溫度單因素實(shí)驗(yàn)情況表

2.2 廢舊棉布在溴化鋰溶液中溶解的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 濃度單因素實(shí)驗(yàn)

在常溫常壓下，溶解時間為12h，做廢舊棉布在溴化鋰溶液中溶解的濃度單因素實(shí)驗(yàn).

在溴化鋰濃度10%～80%范圍內(nèi)，每間隔10%取值做8組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示.

由表5可知，廢舊棉布在溴化鋰濃度為50%時不溶解，在溴化鋰濃度為60%時可溶解.因此，溴化鋰溶液溶解廢舊棉布的濃度范圍在50%～60%之間.

表5 10%～80%濃度的溴化鋰溶液溶解廢舊棉布實(shí)驗(yàn)情況表

在溴化鋰濃度為51%～59%的范圍內(nèi)，每間隔1%取值另做9實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6所示.

由表6可知，54%以及以下濃度的溴化鋰溶液是不能溶解纖維素的，55%及以上濃度的溴化鋰溶液是可以溶解纖維素的.實(shí)驗(yàn)過程中，配置的溴化鋰溶液濃度過高時，其溶液大量放熱，并且會很快析出晶體.可可見，溴化鋰溶液溶解纖維素的臨界濃度是55%.

表6 51%～59%濃度的溴化鋰溶液溶解廢舊棉布實(shí)驗(yàn)情況表

2.2.2 時間單因素實(shí)驗(yàn)

在常溫常壓下，溴化鋰濃度為55%，做廢舊棉布在溴化鋰溶液中溶解的時間單因素實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表7所示.

表7 溴化鋰溶液溶解廢舊棉布的時間單因素實(shí)驗(yàn)情況表

由表7可知，隨著溶解時間的增加，廢舊棉布在55%的溴化鋰溶液中從不溶到開始溶解；其最佳的溶解時間在90min以上，此后時間越長，溶解程度越高.與氯化鋅溶液溶解廢舊棉布實(shí)驗(yàn)相似，在溴化鋰溶液溶解廢舊棉布的實(shí)驗(yàn)中，延長溶解時間同樣可以提高纖維素的溶解程度，只是其溶解速度相對纖維素在氯化鋅溶液中的溶解速度較慢.

2.2.3 溫度單因素實(shí)驗(yàn)

在溶解時間為20min、溴化鋰濃度為55%的條件下，做廢舊棉布在溴化鋰溶液中溶解的溫度單因素實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表8所示.

由表8可知，隨著溫度的慢慢升高，廢舊棉布在溴化鋰溶液中的溶解度也緩慢提高，當(dāng)溫度值為50℃時，廢舊棉布就可以較快地溶解了；但是隨著溫度的進(jìn)一步升高，當(dāng)其值達(dá)到70℃及以上時，就會形成凝膠，并且溫度下降時，凝膠不會再次形成液體，此時已經(jīng)對纖維素結(jié)構(gòu)造成了破壞.可見，纖維素最佳的溶解溫度應(yīng)為50℃.

表8 溴化鋰溶液溶解廢舊棉布的溫度單因素實(shí)驗(yàn)情況表

2.3 廢舊棉布在氯化鋅和溴化鋰溶液中溶解的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：濃度為65%以上的氯化鋅溶液能溶解纖維素，而濃度為55%以上的溴化鋰溶液也能溶解纖維素；溶解時間的延長和溶解溫度的提高，都能提高纖維素在氯化鋅溶液和溴化鋰溶液中的溶解程度；如果溫度過高，纖維素在溴化鋰溶液中溶解時會形成凝膠，并且是不可逆的，而且溴化鋰濃度過高時，纖維素溶解過程中會很快析出晶體.考慮到氯化鋅溶液和溴化鋰溶液溶解纖維素的特點(diǎn)，以及市場上溴化鋰的價格比氯化鋅昂貴，因此，氯化鋅溶液比溴化鋰溶液更適合作溶解廢舊棉布中纖維素的溶劑.氯化鋅溶液溶解纖維素的最佳工藝為：濃度65%、時間70min、溫度60℃.

3 結(jié) 語

溶解纖維素的理想溶劑是可使纖維素溶解而無衍生化反應(yīng)，很少或無纖維素的降解，無毒性副產(chǎn)物，且加工工藝簡單、制造工藝可靠［3］.本文通過對氯化鋅溶液和溴化鋰溶液溶解廢舊棉布的比較研究，發(fā)現(xiàn)氯化鋅溶液作溶劑溶解纖維素較為合適.

［1］徐田軍，馮玉紅，龐素娟.纖維素的溶解研究進(jìn)展［J］.熱帶生物學(xué)報(bào)，2010（2）：87－92.

［2］付林林，李賀，任培兵，等.天然纖維素溶劑的研究進(jìn)展［J］.河北化工，2010（6）：14－16.

［3］張效敏，朱錦.纖維素的綠色溶解體系［J］.化學(xué)通報(bào)，2010（5）：87－91.