PET回收再生技術(shù)及在服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

吳 亮

（西安美術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710065）

對苯二甲酸二甲酯（DMT）或?qū)Ρ蕉姿幔≒TA）與乙二醇聚合可得到聚對苯二甲酸乙二酯（PET），PET是重要的紡織原料。但是大量的廢棄PET難以實(shí)現(xiàn)自然降解，需要回收再生利用。使用再生PET生產(chǎn)PET纖維廣泛應(yīng)用于服裝領(lǐng)域。本文綜述了采用回收PET瓶片和廢舊PET布料生產(chǎn)再生PET及再生PET纖維的研究進(jìn)展，并介紹了再生PET纖維在服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1 采用回收PET瓶片生產(chǎn)再生PET及再生PET纖維

生產(chǎn)再生PET纖維90%以上的原料都是回收PET瓶片。PET瓶片回收工藝通常使用熔融擠出方式，將PET瓶片以物理過程轉(zhuǎn)化為纖維或其他產(chǎn)品，可以將瓶片直接熔融擠出制成纖維，也可以先將瓶片轉(zhuǎn)化成再生PET切片后熔融擠出制成纖維，瓶片還可以通過螺桿擠出機(jī)增加液相熔體增黏工序，提高再生PET熔體質(zhì)量。

廣東寶匯環(huán)?？萍加邢薰荆?］公開了一種采用PET瓶片生產(chǎn)再生PET纖維的方法。將清洗后的PET瓶片通過紅外分色設(shè)備精準(zhǔn)分色后，經(jīng)風(fēng)道提升后依次進(jìn)行熱風(fēng)干燥和真空干燥至水質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于80×10-6，干燥后的PET瓶片經(jīng)單螺桿擠出機(jī)進(jìn)入噴絲機(jī)噴絲，單螺桿擠出機(jī)中加入色粉、擴(kuò)鏈劑、填充劑和改性劑，其質(zhì)量分別為PET瓶片質(zhì)量的0.5%，1.2%，2.0%，0.5%。紡絲絲束集束后再經(jīng)過前紡、牽伸、除濕定型、烘干得到再生PET纖維。界首市成銘塑業(yè)有限公司［2］公開了一種利用再生PET瓶片制備高品質(zhì)PET纖維的方法，向再生PET瓶片中添加輔料制成的PET纖維降低了加工成型溫度，無需購置新設(shè)備。具體方法是將再生PET瓶片清洗，烘干，破碎，于285 ℃熔融塑化擠出造粒得到再生PET顆粒，將再生PET顆粒100 phr、丙烯腈-烯丙基三甲基硅烷胺共聚物20 phr、沉淀二氧化硅8 phr于250 ℃熔融共混得到紡絲熔體。其中，丙烯腈-烯丙基三甲基硅烷胺共聚物的制備方法是將去離子水加熱至50 ℃后加入0.5 mol丙烯腈單體和0.2 mol烯丙基三甲基硅烷胺單體，再加入占單體總質(zhì)量0.25%的十二烷基硫醇和2.50%的過硫酸鉀，加熱至65 ℃反應(yīng)5 h，過濾水洗干燥即得丙烯腈-烯丙基三甲基硅烷胺共聚物。將紡絲熔體輸送至紡絲箱，經(jīng)紡絲、上油、牽伸、側(cè)吹風(fēng)冷卻、卷繞，紡絲溫度為250 ℃，側(cè)吹風(fēng)溫度為25 ℃，相對濕度為75%，風(fēng)速為0.4 m/s，牽伸倍率為3倍，卷繞速度為3200 m/min，制得再生PET纖維。該纖維斷裂強(qiáng)度為4.72 cN/dtex，斷裂伸長率為88.5%。

廢舊PET瓶片中含有的雜質(zhì)聚氯乙烯（PVC）使拉伸強(qiáng)度較差，并降低再生PET熔體的流變性和均勻性，導(dǎo)致再生PET長絲成品斷頭率增加。寧波超泰新材料有限公司［3］在熔融擠壓過濾后的原料PET顆粒中加入氧化鎂和二氧化硅，再次熔融使雜質(zhì)PVC與PET分離，得到性質(zhì)穩(wěn)定且純凈的PET，同時(shí)在析出PVC時(shí)，氧化鎂與二氧化硅在催化劑存在條件下反應(yīng)生成硅酸鎂，可以增加PET拉伸強(qiáng)度并提高反應(yīng)速率。原料包括：PVC含量為5%～8%（w）的PET瓶片1000 phr，納米二氧化硅18 phr，氧化鎂13 phr，偏磷酸鋁4 phr，二氯二甲基硅烷80 phr。將經(jīng)過清潔并破碎的PET瓶片送到170 ℃結(jié)晶床得到預(yù)結(jié)晶PET瓶片；預(yù)結(jié)晶PET瓶片干燥溫度為150 ℃，時(shí)間為6 h，得到含水量小于50×10-6（w）的結(jié)晶PET瓶片，使用螺桿混煉機(jī)熔融擠壓過濾得到PET顆粒。將PET顆粒在螺桿混煉機(jī)熔融，熔融過程中加入納米二氧化硅15 phr、氧化鎂10 phr、偏磷酸鋁4 phr，在熔體下方用氮?dú)獯倒? h，當(dāng)熔體中不再產(chǎn)生氣體時(shí)加入二氯二甲基硅烷80 phr，停留時(shí)間為30 min，混合并脫出低沸物，得到去除PVC的改性PET；采用高速紡絲工藝進(jìn)行紡絲，對紡絲預(yù)網(wǎng)絡(luò)后，進(jìn)入熱輥進(jìn)行牽伸然后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)卷繞成型，得到全拉伸PET長絲。所得全拉伸PET長絲的熱收縮率為65%，斷裂強(qiáng)度為4.08 cN/dtex，斷裂伸長率為30.4%，染色均勻度評級為4.8級。成品性質(zhì)穩(wěn)定，PET長絲的斷頭率降低。

還可以通過使用回收PET切片與原生PET切片共混制備功能性PET纖維。安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)［4］公開了一種高吸濕再生PET纖維長絲制備工藝，首先將清洗破碎過的PET瓶片和原生PET切片分別于150 ℃真空干燥5 h，將干燥后的PET瓶片與原生PET切片按照質(zhì)量比4∶100在反應(yīng)釜中均勻混合，加熱至250 ℃后得到PET瓶片與原生PET切片的共混液；將1 phr無機(jī)造孔劑添加到100 phr共混液中共混加熱至260 ℃熔融1 h，通過雙螺桿擠壓機(jī)的異形截面噴絲孔擠壓得到中空再生PET纖維；將所得中空再生PET纖維與質(zhì)量濃度為5 g/L的鹽酸溶液于20 ℃反應(yīng)10 min，水洗，烘干，得到微穴中空結(jié)構(gòu)的高吸濕再生PET纖維。該P(yáng)ET纖維長絲內(nèi)部中空，表面微穴結(jié)構(gòu)，提高了再生PET纖維的回潮率和吸濕性能。

2 采用廢舊PET布料生產(chǎn)再生PET及再生PET纖維

以含PET的廢舊布料為原料，通過分類回收和處理，重新獲得各種性能優(yōu)異的塑料，不僅減少了廢舊布料對環(huán)境造成的污染和破壞，還獲得了種類眾多、性能優(yōu)良的塑料，又進(jìn)一步增加了廢舊布料的利用價(jià)值和使用效率。

2.1 生產(chǎn)再生PET

帝人纖維株式會社［5］公開了從染色PET纖維中回收有用成分的方法，包括染料提取工序、固液分離工序、解聚反應(yīng)工序、 酯交換反應(yīng)工序以及有用成分分離工序，可以容易地從染色PET纖維中回收高純度的用于PET纖維制造的成分。將100 g黑色PET布與600 g對二甲苯投入2 L可分離式燒瓶中，在常壓、130 ℃的條件下加熱并攪拌10 min后進(jìn)行抽濾去除染料。將去除染料的PET布與600 g乙二醇投入可分離式燒瓶，在常壓、170 ℃加熱攪拌10 min后固液分離，將得到的去除染料的PET布投入預(yù)先加熱至185 ℃的乙二醇（400 g）與碳酸鉀（3 g）的混合物中，于常壓、185 ℃反應(yīng)4 h，得到含有對苯二甲酸雙羥乙酯（BHET）的解聚溶液并過濾。過濾后的解聚溶液送至蒸餾塔，塔底溫度140～150 ℃，壓力13.3 kPa，濃縮后過濾。向200 g濃縮解聚溶液中添加1.7 g酯交換催化劑碳酸鉀和200 g甲醇，于常壓、75～80 ℃反應(yīng)1 h，得到酯交換反應(yīng)生成物，冷卻至40 ℃，通過離心固液分離得到以粗DMT為主成分的濾餅，將濾餅在壓力6.7 kPa、塔底溫度180～200 ℃的條件下蒸餾，得到純化DMT，收率為85%（w）?；厥盏募兓疍MT的外觀、酸值、熔融比色、硫酸灰分含量均達(dá)到市售品標(biāo)準(zhǔn)，DMT與乙二醇反應(yīng)生成PET。呂亞淑等［6］研究了4種不同PET面料的乙二醇醇解工藝。這四種面料分別是高支高密防羽布、珊瑚絨面料、阻燃針織布、滌棉混紡布。將100.0 g乙二醇、0.1 g二水乙酸鋅加入四口燒瓶， 當(dāng)二水乙酸鋅在乙二醇中完全溶解后，加入50.0 g PET面料并通氮?dú)?，溫度保持?96 ℃，當(dāng)四口燒瓶內(nèi)液體呈透明狀時(shí)終止反應(yīng)，冷卻，過濾，結(jié)晶，得到BHET。結(jié)果表明，高支高密防羽布的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到77.01%，得到的醇解產(chǎn)物的相對分子質(zhì)量最接近BHET的相對分子質(zhì)量，且4種醇解產(chǎn)物中BHET單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為40.08%，38.50%，37.83%，35.80%。弘暖纖科技（北京）有限公司等［7］公開了一種再生PET熔體或切片、超輕隔熱保溫再生PET紡織品及其制備方法。將廢舊PET紡織品破碎后在螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行半塑化致密，致密溫度為255 ℃，壓力為5.5 MPa。以乙二醇為醇解劑，乙二醇與廢舊PET質(zhì)量比為100∶1，致密后的廢舊PET物料先后進(jìn)入第一醇解反應(yīng)器和第二醇解反應(yīng)器，在第一醇解反應(yīng)器內(nèi)加入粒徑10 nm至100 μm、孔隙率40.0%～99.9%的氣凝膠進(jìn)行共混，氣凝膠與PET質(zhì)量比為0.5∶99.5，共混時(shí)間30 min。醇解反應(yīng)產(chǎn)物依次進(jìn)入預(yù)縮反應(yīng)器、終縮反應(yīng)器中得到改性再生PET熔體，該熔體可直接送往紡絲箱體直紡，也可經(jīng)水冷鑄帶切粒得到改性再生PET熔體或切片，具備良好可紡性。

2.2 生產(chǎn)再生PET纖維

慈溪市江南化纖有限公司［8］首先制備再生PET泡料和改性超高相對分子質(zhì)量聚乙烯。將廢舊PET纖維進(jìn)行粉碎、清洗和真空干燥制成PET碎片，PET碎片與抗氧劑168充分混合于200 ℃預(yù)熔融4 min后真空干燥得到再生PET泡料。將超高相對分子質(zhì)量聚乙烯與兩親性梳狀聚醚硅氧烷按質(zhì)量比為4∶1進(jìn)行共混，得到改性超高相對分子質(zhì)量聚乙烯。將6 phr再生PET泡料與1 phr改性超高相對分子質(zhì)量聚乙烯混和均勻送入紡絲螺桿熔融紡絲，紡絲螺桿進(jìn)料段溫度為230 ℃，壓縮段溫度為245 ℃，均化計(jì)量段溫度為265 ℃，紡絲箱體溫度為265 ℃，得到再生PET纖維。該再生PET纖維可用于紡織品面料，具有降溫功能。

傳統(tǒng)的PET短纖維生產(chǎn)工藝是在PET纖維中加入色母粒進(jìn)行混紡，形成具有色彩的有色PET短纖維。由于PET大分子鏈排列規(guī)整性好、不易染色，必須在高溫高壓條件下用分散染料才能實(shí)現(xiàn)深染色，耗電量大，污染環(huán)境。揚(yáng)州天富龍科技纖維有限公司［9］將清洗撕碎后的廢舊PET紡織品碎片100 phr、甲醇與乙酸反應(yīng)的酯化物100 phr、三單體間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉1 phr及色母粒混合共聚。其中，色母粒用量占酯化物、PET碎片和間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉總質(zhì)量的2%～3%，反應(yīng)溫度為280 ℃，真空度為30 Pa。共聚物經(jīng)過濾和結(jié)晶形成半凝固的高分子聚合物。對高分子聚合物熔體進(jìn)行熔融紡絲，紡絲溫度為250 ℃，紡絲速度為1000 m/min，拉伸溫度為70 ℃，預(yù)牽伸倍率為1.04，一道牽伸倍率為1.90，二道牽伸倍率為1.05，制得細(xì)旦有色PET短纖維，其拉伸強(qiáng)度為110.1 kPa，極限氧指數(shù)為30.2%，撕裂強(qiáng)度為22 kN/m，壓縮強(qiáng)度為115.3 kPa，干熱老化后拉伸強(qiáng)度為79.2 kPa。該方法生產(chǎn)工藝簡單，成本較低。浙江世博新材料股份有限公司［10］利用廢舊PET布料制備再生PET，將廢舊布料清洗、消毒、切碎，以濃度為5 mol/L的NaOH溶液作為開纖劑，于45 ℃開纖處理20 min；在經(jīng)過開纖處理的100.00 phr廢舊布料中加入0.05 phr二元乙丙橡膠，0.05 phr聚烯烴，0.10 phr苯乙烯嵌段共聚物，0.05 phr環(huán)氧大豆油，0.05 phr 2-（2′-羥基-5′-甲基苯基）苯并三氮唑，0.02 phr平均粒度為100 nm的碳酸鈣，0.04 phr片狀石墨，在溫度為180 ℃、壓力為0.3 MPa的條件下加熱熔融1 h，得到熔融液；熔融液經(jīng)擠出成型、冷卻、切粒，得到平均粒徑為0.3 mm的再生PET粒子，維卡軟化溫度182 ℃，膨脹率0.02%，沖擊強(qiáng)度145 kJ/m2，吸水性0.01%。實(shí)現(xiàn)了對廢舊PET布料的深層次的回收利用，改變了對廢舊PET布料的傳統(tǒng)處理方式。

3 再生PET纖維在服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

再生PET纖維廣泛應(yīng)用于服裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域。龍福環(huán)能科技股份有限公司［11］使用回收PET瓶片生產(chǎn)仿真絲三葉異形預(yù)取向絲（POY）長絲，將回收PET瓶片清洗烘干后送入結(jié)晶床體內(nèi)結(jié)晶，然后在干燥塔內(nèi)干燥，螺桿擠出機(jī)中熔融擠壓，通過兩級過濾裝置過濾，均化釜內(nèi)均化后進(jìn)入紡絲箱，采用高速紡絲工藝，噴絲板設(shè)置為96孔，每孔為三角形進(jìn)行紡絲，制得仿真絲三葉異形POY長絲。該長絲具有三棱鏡般纖維結(jié)構(gòu)，能夠吸收和反射光線，并能使采用該纖維紡織的織品從不同角度折射散發(fā)光線，纖維呈現(xiàn)象牙般柔和光澤，可在很多領(lǐng)域替代真絲。當(dāng)噴絲孔為一字形可生產(chǎn)扁平POY長絲［12］。扁平POY長絲扁平度很高，不僅具有良好的懸垂性、彈性、良好的皮膚觸感和細(xì)膩干爽等性能，還能體現(xiàn)出獨(dú)特而閃亮的光澤效果。江蘇如佑紡織科技有限公司［13］篩選PET廢品并破碎成1.0～1.5 cm的碎片，洗滌后脫水造粒熔融并混合均勻得到的PET熔體進(jìn)入紡絲箱體，噴絲過濾后擠出，風(fēng)冷制得再生PET纖維，紡絲時(shí)，箱體溫度為295 ℃，紡絲組件壓力為20 MPa，紡絲溫度為290 ℃，側(cè)吹風(fēng)冷卻溫度為25 ℃，風(fēng)速為0.5 m/s，風(fēng)濕度為70%，壓力為430 Pa。將PET長絲和PET低彈絲使用經(jīng)編機(jī)織造，得到革基布本體，將革基布本體的一面進(jìn)行起毛染整，得到再生環(huán)保型珍珠絨面料。再生珍珠絨與普通珍珠絨各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)相近，但是CO2排放量能夠減少80%。浙江天駿紡織有限公司［14］使用再生PET紗線制造彈力面料，采用由多根坯線組成再生PET紗線構(gòu)成的針織線圈，相鄰針織線圈的交匯處穿插有截面為圓形的添紗，再生PET紗線交替設(shè)置的固定部和變形部，固定部的坯線軸線平行且彼此固定，變形部的坯線螺旋纏繞且彼此活動。所制面料高彈并耐磨，可用于制造貼身耐磨的戶外運(yùn)動服飾。常州駿嘉紡織科技有限公司［15］使用再生PET纖維生產(chǎn)免染色雪尼爾燈芯絨面料。雪尼爾燈芯絨面料是由不同細(xì)度和強(qiáng)力的短纖維或長絲通過捻合而成的面料，其羽絨豐滿、手感柔軟、織物厚實(shí)而質(zhì)地輕盈，廣泛用于家紡及針織服裝領(lǐng)域。該面料包括雪尼爾層、抑菌袋、干燥劑、吸附劑和燈芯絨層，其中，雪尼爾層采用再生PET纖維編織而成。

4 結(jié)語

PET是重要的紡織原料，但大量的廢棄PET難以實(shí)現(xiàn)自然降解，需要回收再利用。對廢舊PET瓶片和廢舊PET纖維進(jìn)行回收，既可以解決環(huán)保問題還可以實(shí)現(xiàn)資源的回收。再生PET纖維應(yīng)用于服裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域可以制造仿真絲面料、高彈性耐磨的戶外運(yùn)動服飾面料以及雪尼爾燈芯絨面料等。