淺談再生聚酯纖維

邵斐+馮婧

摘要：

文章介紹了聚酯纖維的優(yōu)良特性，通過回收廢舊聚酯再生循環(huán)利用，詳述了再生聚酯纖維的發(fā)展狀況和生產(chǎn)體系，以及存在的問題和技術改進。

關鍵詞：再生聚酯纖維；瓶級；聚酯廢料

1 引言

聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）是由對苯二甲酸（PTA）或?qū)Ρ蕉姿岫柞ィ―MT）和乙二醇發(fā)生酯化反應、縮聚而成的飽和高分子化合物，通常呈乳白色或淺黃色，結構式如圖1所示。

圖1 PET的結構圖

從結構式可以看出，PET是具有對稱性苯環(huán)結構的線性大分子，直接與苯環(huán)相連的酯基與苯環(huán)形成了剛性的共軛體系，具有高度的立體規(guī)整性，是一種結晶型熱塑料樹脂。PET具有高強度、高剛性、耐熱性、耐化學藥品性、電絕緣性、安全性和尺寸穩(wěn)定性等良好的物理、化學性能，廣泛用于飲料瓶、纖維、薄膜、片基及電器絕緣材料等各種領域[1]。

基于其良好的性能，全球?qū)埘バ枨蟮臄?shù)量迅猛增加，聚酯生產(chǎn)行業(yè)一直持續(xù)增長，據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界聚酯的年產(chǎn)量有數(shù)千萬噸。但是，隨著石油等自然資源的日益緊缺，有專家預測，如果不能探測到新油田，以目前的石油開采量，僅夠維持幾十年[2]。而另一個隨之而來的問題是，聚酯產(chǎn)量的迅猛增加，排入自然界的廢棄聚酯也逐漸增加，各類廢棄聚酯產(chǎn)品及聚酯廢料造成的環(huán)境污染也越來越嚴重[3]。中國已經(jīng)成為全球最大的廢舊聚酯形成國，國內(nèi)廢舊聚酯年產(chǎn)量約2000萬噸，而且每年還要進口600萬～700萬噸[4]。雖然聚酯不會對環(huán)境直接造成危害，但廢舊聚酯材料的化學惰性較強，短時間內(nèi)不易被大氣和微生物降解，且廢舊聚酯的數(shù)量巨大，占據(jù)了大量空間，造成了白色污染。

對聚酯產(chǎn)品進行回收再加工，得到新型的聚酯再生產(chǎn)品，既可以有效利用資源又能保護環(huán)境、減少白色污染，已成為國際社會日益關注的問題，且市場發(fā)展?jié)摿薮骩2]。

2 再生聚酯纖維的發(fā)展狀況

目前，關于廢棄瓶級聚酯的再生利用技術研究主要分為以下兩個方面：一是“瓶到瓶”的再生技術，是將洗凈后的瓶級聚酯切片轉換成可以替代原生聚酯的切片；二是“瓶到纖維”的再生技術，瓶級聚酯切片回收料用于生產(chǎn)短纖維和非織造布[5-6]，可用作夾克、枕頭、睡袋等保溫材料或填料纖維等，或者通過選用一定的工藝，紡出合格的滌綸長絲，如采用結晶工藝專利技術處理的瓶級聚酯切片可直接用于紡絲，此種工藝方法加工的再生聚酯短纖維各項技術性能基本可達到由原生聚酯切片紡絲質(zhì)量[7]。

2.1 國外再生聚酯的發(fā)展狀況

在歐美以及其他發(fā)達國家從上世紀50年代就開始研究回收利用廢舊聚酯的方法，利用回收聚酯瓶紡制短纖維并加工成服裝、非織造布及填充料等已獲得成功，并取得了較大的經(jīng)濟效益。

美國的3M公司通過將PET瓶分解、聚合、紡絲等開發(fā)了一種含有50%再生聚酯纖維的保暖面料，每使用一件含有該材料的服裝，就相當于回收利用了11個600毫升的礦泉水瓶。美國Dyersburg織物公司及Wellman公司用回收聚酯瓶料生產(chǎn)的纖維分別制造絨面布和開發(fā)戶外用面料以及運動服。耐克和阿迪達斯公司在2010年南非足球世界杯上為9支國家隊提供隊服，其面料就是通過回收廢舊聚酯瓶再加工得到的。意大利的很多工廠可以對透明和有色兩類聚酯瓶進行自動化分類和回收，并且生產(chǎn)出了高純度的適于制成高質(zhì)量纖維的材料，該國ORV公司每年用回收PET瓶生產(chǎn)短纖維達到35kt，其纖維主要用于服裝和織物填充料以及用作土工布和絕緣材料的非織造布。日本的Nemoto Sangyo公司以回收PET瓶為原料制作各種地毯和服裝。

2.2 國內(nèi)再生聚酯的發(fā)展狀況

我國再生聚酯行業(yè)發(fā)展近40年，已成為再生聚酯纖維的第一大生產(chǎn)國，占全球總產(chǎn)量的80%左右，尤其是江浙地區(qū)，廢舊聚酯瓶的再生纖維加工廠眾多，形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模，基本可達到廢瓶不廢的程度。進入21世紀后， 隨著技術的進步，逐漸發(fā)展到以廢舊聚酯瓶片為主要原料或以泡泡料為輔料生產(chǎn)再生聚酯短纖維、二維中空纖維、 三維卷曲中空纖維、 再生聚酯長絲和聚酯工業(yè)絲等。但是國內(nèi)企業(yè)對回收聚酯的開發(fā)和利用的水平還不夠，對瓶級聚酯再紡絲技術的科研投入也不夠，其品質(zhì)難以達到紡織纖維的要求，多數(shù)被用作一般的填充材料[8]。國內(nèi)企業(yè)普遍只考慮價格優(yōu)勢，而沒有在提升產(chǎn)品附加值上投入更多，因此在回收利用率、技術水平以及產(chǎn)品檔次上，國內(nèi)與國外還有相當差距，再生聚酯纖維的品質(zhì)亟待提高。

3 再生聚酯纖維的生產(chǎn)體系

3.1 工藝流程

再生聚酯纖維生產(chǎn)工藝分為物理法和化學化。

3.1.1 原料處理

廢聚酯瓶→分揀→破碎→粗洗→瓶蓋、標簽分離→高溫處理→脫水→精洗→脫水→凈瓶片。

分揀是指將廢聚酯瓶按照材質(zhì)和顏色初步分離，分離是指將廢聚酯瓶按瓶體、瓶蓋、標簽分拆后按類回收處理?，F(xiàn)階段絕大多數(shù)采用人工篩選的方法處理。

3.1.2 再生聚酯纖維生產(chǎn)

物理法：凈瓶片→干燥→熔融→過濾→紡絲→再生聚酯纖維。

化學法：凈瓶片→解聚→精制聚酯原料→聚合→紡絲→再生聚酯纖維。

物理法使用廣泛，投入設備較少，工藝較為簡單，對于環(huán)境的影響相較于化學法也較小，但瓶級再生聚酯纖維的理化指標相較于原生聚酯纖維有一定的差距，且不能實現(xiàn)完全的循環(huán)利用。化學法是通過適當?shù)幕瘜W試劑處理，通過對廢聚酯解聚獲得聚酯單體或低聚物，再重新聚合成高聚物，可以實現(xiàn)廢舊聚酯的完全循環(huán)利用，且其再生聚酯纖維的性能指標良好，最大的問題在于其技術的復雜和設備投入大，以及化學試劑可能產(chǎn)生的環(huán)境問題。

3.2 技術改進

3.2.1 回收聚酯瓶片的分離提純技術

廢聚酯的來源主要分兩部分，一部分是聚酯產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的廢料，可直接再加工利用。另一部分來源于廢聚酯包裝材料，例如聚酯瓶、聚酯薄膜和聚酯纖維[9]。目前，我國所收集的廢聚酯瓶均被壓扁，無法通過機械方法預先分離瓶蓋、瓶底座、標簽等非聚酯部分，只能將廢聚酯瓶破碎成片后，再從含有聚乙烯（PVC）、鋁、紙和粘合劑[10]的碎片中分離聚酯部分。此種分離提純技術復雜，所需設備較多，投資也較大，預處理后的聚酯瓶碎片中的雜質(zhì)含量仍較高，會導致紡絲產(chǎn)品發(fā)黃且色澤不勻。

3.2.2 廢舊聚酯循環(huán)利用時特性黏度的控制

與纖維級聚酯切片相比，瓶級聚酯切片的特性黏度一般大于0.70dL/g，在制瓶過程中受熱應力的作用而降低0.05dL/g～0.08dL/g，循環(huán)利用時與水、酸、堿、醇等接觸會發(fā)生緩慢熱降解和水解，導致聚酯分子量和特性黏度的進一步下降。而用于紡絲的標準聚酯切片的特性黏度一般在0.62dL/g～0.68dL/g之間，因此聚酯瓶片一般不能直接用于紡絲，聚酯瓶在紡絲前必須經(jīng)過一定的預處理，使特性黏度、分子量、結晶度等達到紡絲要求。

3.2.3 廢舊聚酯纖維的應用技術

雖然廢舊聚酯瓶片與紡絲級切片相差不大，但由于其中含有顏料、雜質(zhì)等，在紡制成纖維后，其性能和普通的聚酯纖維還是有一定的差距，因此能恰當?shù)貞檬顷P鍵。

4 結語

隨著聚酯消費量的不斷增長和環(huán)保意識的不斷加強，聚酯廢料再生利用的重要性越來越被人們所接受。如何做到廢舊聚酯的高效回收利用，提高再生聚酯纖維的性能、減少污染、保護環(huán)境，對整個化纖和塑料行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有深遠的現(xiàn)實意義

參考文獻：

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（作者單位：浙江省質(zhì)量協(xié)會，浙江省紡織測試研究院）