CN112608513A - 废旧涤棉混纺织物制备纤维素溶解浆的方法及制品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种废旧涤棉混纺织物制备纤维素溶解浆的方法及制品,同时制备纤维素溶解浆和再生聚酯;制备纤维素溶解浆包括预处理——酶处理——预浸渍及蒸煮——打浆和脱水——去金属离子——漂白的工序;预浸渍及蒸煮工序为:将固液比为1:5~35的废旧涤棉混纺织物和蒸煮液混合后在蒸煮锅中浸渍后再进行蒸煮;所述蒸煮液为NaOH和蒽醌或者NaOH、Na2S和蒽醌溶于去离子水制得,用碱量小于100%;将蒸煮后产生的黑液进行化学回收和物理回收,制备再生聚酯;纤维素溶解浆用于制备纸浆和再生纤维素纤维及其膜制品;再生聚酯用于制备再生涤纶。本发明的废旧涤棉混纺织物的回收方法,充分回收废旧涤棉纺织物,制得的纤维素溶解浆性能优越。
Description
技术领域
本发明属于废旧织物回收技术领域,涉及一种废旧涤棉混纺织物制备纤维素溶解浆的方法及制品。
背景技术
目前,废旧涤棉的分离回收再利用方法主要分为两种:
一是利用相应溶剂溶解棉,使涤棉混纺织物形成固液两相,从而分离涤棉。中国专利CN201510458505.7公开了一种用废旧涤棉纤维制备对苯二甲酸的方法,其对废旧涤棉纤维进行洗涤、消毒、高压降解分离剥色、干燥、研磨,制成对苯二甲酸产物,同时还分离出了副产物乙二醇,其中的棉成分被高温碳化,此方法旨在回收对苯二甲酸,并未对其中的棉成分得到充分回收且此回收条件苛刻。
二是利用相应溶剂溶解涤纶,使涤棉混纺织物形成固液两相,从而分离涤棉。专利WO2020013755-A1公开了一种废旧涤棉混纺织物的制浆方法,该方法采用含氢氧化物离子的碱性溶液溶解聚酯,废旧涤棉在一定的温度下,蒸煮一定的时间,聚酯成分降解为单体对苯二甲酸和乙二醇,采用物理分离手段将棉纤维滤出,水洗烘干后对溶解浆进行漂白处理,得到纤维素溶解浆。中国专利CN201910167489.4公开了一种利用涤棉混纺织物制备纤维素气凝胶的方法,该方法先利用NaOH将涤棉混纺织物洗涤,而后用离子液体洗净烘干,再利用乙二醇及催化剂将涤纶降解,用水和乙二醇分别洗涤剩余织物并烘干,得到棉纤维溶解浆,最后利用离子液体制备再生纤维素气凝胶。但以上的方法仅仅将废旧涤棉混纺织物中的棉回收,制备纤维素溶解浆后产生的黑液仅作为工业黑液处理,并未对其中的聚酯成分进行合理充分的回收利用,没有实现对废旧涤棉混纺织物的充分回收利用。
因此,有必要研究一种充分回收废旧涤棉纺织物的方法,从而利用废旧涤棉织物制得高品质纤维素浆粕及再生聚酯。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题,提供一种废旧涤棉混纺织物制备纤维素溶解浆的方法及制品,以达到充分回收废旧涤棉纺织物的目的。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案如下:
废旧涤棉混纺织物的回收方法,同时制备纤维素溶解浆和再生聚酯;
制备纤维素溶解浆包括预处理——酶处理——预浸渍及蒸煮——打浆和脱水——去金属离子——漂白的工序;
所述预浸渍及蒸煮工序为:将酶处理后的涤棉混纺织物和蒸煮液混合后进行浸渍,之后再进行蒸煮;酶处理后的涤棉混纺织物和蒸煮液的固液比(蒸煮样品绝干质量与蒸煮体系中所有水质量之比)为1:5~35;
所述蒸煮液为NaOH和蒽醌的混合水溶液,或者为NaOH、Na2S和蒽醌的混合水溶液,蒸煮液的用碱量(用碱量为行业内通用术语,表示碱(在本发明中指NaOH)质量与蒸煮样品绝干质量之比,以质量百分数表示)小于100%;
所述蒸煮液中蒽醌的质量浓度为0.001%~30%,NaOH的质量浓度为0.001%~99.999%;
将蒸煮后产生的黑液(黑液为专业术语,在本发明中指在制浆过程中,洗涤蒸煮后的浆粕的洗涤液)进行化学回收和物理回收,制备再生聚酯;
所述纤维素溶解浆的聚合度为500~600,采用Fock法测得的纤维素溶解浆的反应性能≤60s(Fock法,时间越短,反应性能越好),所述纤维素溶解浆中纤维素质量含量≥99.5%。
作为优选的技术方案:
如上所述的废旧涤棉混纺织物的回收方法,制备再生聚酯具体包括如下步骤:
(1)对蒸煮后的黑液进行物理过滤,物理过滤可以采用滤纸等,进行物理过滤的目的是除去黑液中的细小的残渣,如碎浆粕;
(2)回收EG(乙二醇):因为EG的沸点(197℃)与黑液中的氢氧化钠、硫酸钠、硫化钠等物质的沸点不同,采用EG回收装置从黑液中回收EG;
(3)回收PTA(对苯二甲酸):PET在碱性环境下发生水解,会生成溶于水的对苯二甲酸盐,因此只需在黑液中加酸(如硫酸、盐酸等强酸)调节pH值至2~2.5,使PTA晶体析出,再过滤、烘干,实现对PTA的回收;
(4)将步骤(2)中回收的EG与步骤(3)中回收的PTA在一定条件下进行酯化反应得到纯度为50~90%的BHET(对苯二甲酸双羟乙酯);
(5)向BHET中加入甲醇进行反应,之后经过离心分离和蒸馏得到纯度为94%~99.9%的DMT(对苯二甲酸二甲酯);
(6)向DMT溶液中加入步骤(2)中回收的EG和催化剂进行酯交换反应得到纯度为90~99%的BHET;
(7)将步骤(6)得到的BHET送入聚合釜,在一定真空度和温度下进行聚合反应,制得再生聚酯。
如上所述的废旧涤棉混纺织物的回收方法,步骤(4)中EG与PTA的质量比为1:1.1~1.3;酯化反应的温度为230~270℃,压力为0.2~0.4MPa,反应时间为1~2h;
步骤(5)中反应的温度为200~280℃,压力为30~70MPa,时间为2~3h;
步骤(6)中催化剂为醋酸钠,DMT、EG和催化剂的质量比为1:2~3:0.001~0.05;酯交换反应的温度为100~230℃,时间大于180min,反应压力为常压(0.1MPa);
步骤(7)中聚合反应的控制过程为:以200℃/h的速度升温至200~265℃,停留30~40min,抽真空至40kPa,停留60~70min,继续加热至270~285℃,抽真空至70Pa,反应30~40min,停止加热,反应结束。
如上所述的废旧涤棉混纺织物的回收方法,所述预处理工序为将废旧涤棉混纺织物剪成2cm×2cm的片状,或利用盘磨机将废旧涤棉混纺织物打磨成不规则形状;预处理的目的是为了让处理液与涤棉织物充分接触,如果不进行机械切碎,涤棉的长度约为十几到二十厘米,会绕成一团,在后续处理的过程中,涤棉的内部无法充分接触处理液,会加长处理时间;
所述酶处理工序为:首先将预处理后的废旧涤棉混纺织物、纤维素酶(浓度为1U/g)、硫酸溶液(质量分数为98%)和水在聚乙烯袋中混合得到pH值为4.5~6.5的混合物,酶的活性受pH值影响,在合适的pH下,酶活性较强才能更好地发挥作用;然后将聚乙烯袋在50℃(纤维素酶适宜温度为50℃)的温度条件下放置30~90min,期间每隔5~15min揉搓一次聚乙烯袋,接着将聚乙烯袋在90~100℃的温度条件下放置30~50min,最后对混合物进行过滤、洗涤和干燥得到酶处理后的涤棉混纺织物;
预处理后的废旧涤棉混纺织物、纤维素酶、硫酸溶液和水的质量比为1~10:0.01~10:1.5811×10-10~1.5811×10-4:0.01~100。
如上所述的废旧涤棉混纺织物的回收方法,在蒸煮锅中进行预浸渍及蒸煮工序,预浸渍及蒸煮工序的工艺参数为:预浸渍的温度为70~110℃,时间为10~30min,蒸煮的温度为25~300℃,时间为1~10h。
如上所述的废旧涤棉混纺织物的回收方法,打浆和脱水工序为:将预浸渍及蒸煮后得到的浆粕用去离子水清洗后,利用打浆装置,具体为瓦力打浆机负荷6kg打浆1~30min;打浆结束后,将浆粕用去离子水清洗后,利用甩干机脱水1~20min。
如上所述的废旧涤棉混纺织物的回收方法,所述去金属离子工序为:首先将经过打浆和脱水工序后获得的棉浆放入聚乙烯袋中,将处理液Ⅰ倒入聚乙烯袋中,搅拌混合均匀;然后将聚乙烯袋封闭后放至25~100℃的恒温水浴中处理1~200min,期间每隔5min开启聚乙烯袋搅拌一次;最后将聚乙烯袋中的混合物转移至200目的浆袋中,用去离子水洗涤多次至pH为7,再脱水5min,得到去除金属离子后的棉浆;
处理液Ⅰ为质量比为0.1~10:0.01~1:0.01~1的H2SO4、乙二胺四乙酸和六偏磷酸钠在10~500g去离子水中混合溶解形成;
经过打浆和脱水工序后获得的棉浆与处理液Ⅰ的质量比为5~50:95~50。
如上所述的废旧涤棉混纺织物的回收方法,所述漂白工序为:首先将去除金属离子后的棉浆放入聚乙烯袋中,将处理液Ⅱ倒入聚乙烯袋中,搅拌混合均匀;然后将聚乙烯袋封闭后放至25~100℃的恒温水浴中处理1~200min,期间每隔5min开启聚乙烯袋搅拌一次;最后将聚乙烯袋中的混合物转移至200目的浆袋中,用去离子水洗涤多次至pH为7,再脱水5min,得到纤维素溶解浆;
处理液Ⅱ为质量比为0.1~10:0.1~10:0.01~0.5:0.01~0.5的NaOH、H2O2、MgSO4和脂肪醇聚乙烯醚在10~500g去离子水中混合溶解形成;
去除金属离子后的棉浆与处理液Ⅱ的质量比为5~50:95~50。
如上所述的废旧涤棉混纺织物的回收方法,漂白工序中使用到的去除金属离子后的棉浆浓度为20wt%。
本发明还提供如上任一项所述的回收方法制得的纤维素溶解浆和再生聚酯的应用,其特征在于:纤维素溶解浆用于制备纸浆和再生纤维素纤维及其膜制品;再生聚酯用于制备再生涤纶;
所述再生纤维素纤维及其膜制品为粘胶纤维及其膜制品、Lyocell纤维及其膜制品或莫代尔纤维及其膜制品。同样的工艺条件,采用本发明回收得到的纤维素溶解浆(再生棉浆)与原生木浆制备Lyocell纤维,再生棉浆的拉伸强度为3.14cN/dtex,断裂伸长率为5.28%,结晶度为65.70%,晶区取向因子为0.934;原生木浆的拉伸强度为3.06cN/dtex,断裂伸长率为6.32%,结晶度为52.15%,晶区取向因子为0.945。与原生木浆Lyocell纤维相比,再生棉浆Lyocell纤维具有更高的拉伸强度和结晶度、更低的断裂伸长率和取向度。此外,本发明回收得到的纤维素溶解浆的半纤维素含量为5.7%,低于原生木浆半纤维素含量的12%,导致再生棉浆Lyocell纤维的纤维裂解峰位259℃,高于原生木浆Lyocell纤维的峰位239℃,具有更好的热稳定性。
现有技术对于废旧涤棉混纺织物的回收通常只能充分回收涤和棉中的一种。
①回收涤放弃棉的原因:一般采用溶解废旧涤棉织物中的棉而达到回收涤纶的目的,若要充分回收聚酯成分或者聚酯分解后的成分,回收条件比较苛刻,导致其中的棉成分被降低回收率甚至被放弃回收;
②回收棉放弃涤的原因:从废旧涤棉织物制备纤维素溶解浆的过程中,其中的聚酯(涤纶)成分被化学分解,但由于从废液中重新分离单体或单体衍生物直至制备再生聚酯过程较为复杂,所以一般多采用直接回收废液中的NaOH而放弃回收聚酯成分。
本发明提供了一种由废旧涤棉混纺织物制备溶解浆的方法,不仅提高了制备得到的纤维素溶解浆的反应性能和甲纤含量,又可实现废旧涤棉织物中聚酯成分的充分回收利用。
本发明在废旧涤棉混纺织物制备纤维素溶解浆的过程中,向碱液中加入蒽醌制备蒸煮液,其中碱性液体起到溶解聚酯的作用,聚酯在碱液中发生水解,降解为对苯二甲酸和乙二醇,通过改变蒸煮工艺,聚酯在蒸煮液中的完全水解过程可一步完成,且因为有蒽醌存在,在聚酯水解过程,不会有大量的纤维素降解,从而在聚酯完全溶解的情况下,可确保获得的纤维素溶解浆的聚合度在500~600(聚合度在500~600符合纺丝、制膜标准,在相同条件下,聚合度适中的浆粕更适合Lyocell纤维生产,且浆粕质量的稳定性对生产工艺的稳定性及产品质量影响很大),且甲纤含量与反应性能变化不大,纤维素质量含量≥99.5%,反应性能≤60s(Fock法,时间越短,反应性能越好),从而实现了高聚合度且反应性能优越的目标。
现有技术蒸煮过程中热碱溶液中的OH-会使纤维素发生剥皮反应和碱催化降解,浆粕聚合度因此下降;本发明蒸煮液中含有的蒽醌可减少纤维素的还原性末端,起到有效稳定碳水化合物(纤维素)的作用,从而减缓碱性降解和剥皮反应,因此蒽醌可有效缓解聚合度下降。
本发明在制备纤维素溶解浆的过程中,对蒸煮后的黑液进行物理和化学处理,分别回收EG和PTA,然后利用回收的EG和PTA进行一系列反应,最终制得再生聚酯,实现了对废旧涤棉混纺织物中聚酯成分的充分回收。
有益效果:
(1)本发明的废旧涤棉混纺织物的回收方法,充分回收废旧涤棉纺织物,利用废旧涤棉织物制得高品质纤维素浆粕,实现了高聚合度且反应性能优越的目标;
(2)本发明的废旧涤棉混纺织物的回收方法,充分回收废旧涤棉混纺织物,充分回收黑液中的聚酯分解后的产物可制备再生聚酯及再生涤纶。
附图说明
图1为本发明利用废旧涤棉混纺织物制备再生聚酯的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
废旧涤棉混纺织物的回收方法,同时制备纤维素溶解浆和再生聚酯。
制备纤维素溶解浆包括预处理——酶处理——预浸渍及蒸煮——打浆和脱水——去金属离子——漂白的工序;
(1)预处理工序为将废旧涤棉混纺织物剪成2cm×2cm的片状;
(2)酶处理工序为:首先将预处理后的废旧涤棉混纺织物、纤维素酶(浓度为1U/g)、硫酸溶液(质量分数为98%)和水以质量比为1:0.1:1.5811×10-6:1在聚乙烯袋中混合得到pH值为4.5的混合物,然后将聚乙烯袋在50℃的温度条件下放置20min,期间每隔5min揉搓一次聚乙烯袋,接着将聚乙烯袋在90℃的温度条件下放置30min,最后对混合物进行过滤、洗涤和干燥得到酶处理后的涤棉混纺织物;
(3)预浸渍及蒸煮工序为:将固液比为1:5的酶处理后的涤棉混纺织物和蒸煮液(NaOH和蒽醌溶于去离子水制得,用碱量80%)混合后在蒸煮锅中浸渍后再进行蒸煮;其中,蒸煮液中蒽醌的质量浓度为2%,NaOH的质量浓度为98%;预浸渍及蒸煮工序的工艺参数为:预浸渍的温度为70℃,时间为30min,蒸煮的温度为25℃,时间为10h;
(4)打浆和脱水工序为:将预浸渍及蒸煮后得到的浆粕用去离子水清洗后,利用瓦力打浆机负荷6kg打浆1min;打浆结束后,将浆粕用去离子水清洗后,利用甩干机脱水1min;
(5)去金属离子工序为:首先将经过打浆和脱水工序后获得的棉浆放入聚乙烯袋中,将处理液Ⅰ(质量比为0.1:0.01:0.01的H2SO4、乙二胺四乙酸和六偏磷酸钠在10g去离子水中混合溶解形成的混合液)倒入聚乙烯袋中,搅拌混合均匀;然后将聚乙烯袋封闭后放至25℃的恒温水浴中处理200min,每隔5min开启聚乙烯袋搅拌一次;最后将聚乙烯袋中的混合物转移至200目浆袋,用去离子水洗涤多次至pH为7,再脱水5min,得到去除金属离子后的棉浆;其中,经过打浆和脱水工序后获得的棉浆与处理液Ⅰ的质量比为5:95;
(6)漂白工序为:首先将去除金属离子后的棉浆(浓度为20wt%)放入聚乙烯袋中,将处理液Ⅱ(质量比为0.1:0.1:0.01:0.01的NaOH、H2O2、MgSO4和脂肪醇聚乙烯醚在10g去离子水中混合溶解形成的混合液)倒入聚乙烯袋中,搅拌混合均匀;然后将聚乙烯袋封闭后放至25℃的恒温水浴中处理200min,每隔5min开启聚乙烯袋搅拌一次;最后将聚乙烯袋中的混合物转移至200目浆袋,用去离子水洗涤多次至pH为7,再脱水5min,得到纤维素溶解浆;其中,去除金属离子后的棉浆与处理液Ⅱ的质量比为5:95;
经过上述步骤制得的纤维素溶解浆的聚合度为500,采用Fock法测得的纤维素溶解浆的反应性能50s,纤维素溶解浆中纤维素质量含量99.5%。
将上述制备纤维素溶解浆过程中步骤(3)蒸煮后产生的黑液进行化学回收和物理回收,制备再生聚酯,如图1所示,具体包括如下步骤:
(1)对蒸煮后的黑液进行物理过滤;
(2)回收EG:采用EG回收装置从黑液中回收EG,回收得到的EG的纯度为98.2%;
(3)回收PTA:在黑液中加硫酸调节pH值至5.5,使PTA晶体析出,再过滤、烘干,实现对PTA的回收,回收得到的PTA的纯度为88.3%;
(4)将步骤(2)中回收的EG与步骤(3)中回收的PTA按照1.1:1的质量比进行酯化反应得到纯度为80%的BHET,反应温度为230℃,压力为0.2MPa,反应时间为1h;
(5)向BHET中加入甲醇,在温度为200℃、压力为30MPa的条件下进行反应3h,之后经过离心分离和蒸馏得到纯度为99.9%的DMT;
(6)向DMT溶液中加入步骤(2)中回收的EG和催化剂(醋酸钠),在温度为100℃的条件下进行酯交换反应240min得到纯度为99%的BHET;其中,DMT、EG和催化剂的质量比为1:2:0.005;
(7)将步骤(6)得到的BHET送入聚合釜,在一定真空度和温度下进行聚合反应,制得再生聚酯;其中,聚合反应的控制过程为:以200℃/h的速度升温至200℃,停留40min,抽真空至40kPa,停留70min,继续加热至270℃,抽真空至70Pa,反应40min,停止加热,反应结束。
实施例2
废旧涤棉混纺织物的回收方法,同时制备纤维素溶解浆和再生聚酯。
制备纤维素溶解浆包括预处理——酶处理——预浸渍及蒸煮——打浆和脱水——去金属离子——漂白的工序;
(1)预处理工序为将废旧涤棉混纺织物剪成2cm*2cm的片状;
(2)酶处理工序为:首先将预处理后的废旧涤棉混纺织物、纤维素酶(浓度为1U/g)、硫酸溶液(质量分数为98%)和水以质量比为1:1:5×10-6:10在聚乙烯袋中混合得到pH值为5的混合物,然后将聚乙烯袋在50℃的温度条件下放置50min,期间每隔10min揉搓一次聚乙烯袋,接着将聚乙烯袋在90℃的温度条件下放置30min,最后对混合物进行过滤、洗涤和干燥得到酶处理后的涤棉混纺织物;
(3)预浸渍及蒸煮工序为:将固液比为1:10的酶处理后的涤棉混纺织物和蒸煮液(NaOH和蒽醌溶于去离子水制得,用碱量60%)混合后在蒸煮锅中浸渍后再进行蒸煮;其中,蒸煮液中蒽醌的质量浓度为18%,NaOH的质量浓度为82%;预浸渍及蒸煮工序的工艺参数为:预浸渍的温度为75℃,时间为25min,蒸煮的温度为45℃,时间为8h;
(4)打浆和脱水工序为:将预浸渍及蒸煮后得到的浆粕用去离子水清洗后,利用瓦力打浆机负荷6kg打浆5min;打浆结束后,将浆粕用去离子水清洗后,利用甩干机脱水5min;
(5)去金属离子工序为:首先将经过打浆和脱水工序后获得的棉浆放入聚乙烯袋中,将处理液Ⅰ(质量比为0.1:1:0.01的H2SO4、乙二胺四乙酸和六偏磷酸钠在50g去离子水中混合溶解形成的混合液)倒入聚乙烯袋中,搅拌混合均匀;然后将聚乙烯袋封闭后放至50℃的恒温水浴中处理20min,每隔5min开启聚乙烯袋搅拌一次;最后将聚乙烯袋中的混合物转移至200目浆袋,用去离子水洗涤多次至pH为7,再脱水5min,得到去除金属离子后的棉浆;其中,经过打浆和脱水工序后获得的棉浆与处理液Ⅰ的质量比为10:90;
(6)漂白工序为:首先将去除金属离子后的棉浆(浓度为20wt%)放入聚乙烯袋中,将处理液Ⅱ(质量比为1:0.1:0.5:0.02的NaOH、H2O2、MgSO4和脂肪醇聚乙烯醚在50g去离子水中混合溶解形成的混合液)倒入聚乙烯袋中,搅拌混合均匀;然后将聚乙烯袋封闭后放至50℃的恒温水浴中处理20min,每隔5min开启聚乙烯袋搅拌一次;最后将聚乙烯袋中的混合物转移至200目浆袋,用去离子水洗涤多次至pH为7,再脱水5min,得到纤维素溶解浆;其中,去除金属离子后的棉浆与处理液Ⅱ的质量比为10:90;
经过上述步骤制得的纤维素溶解浆的聚合度为520,采用Fock法测得的纤维素溶解浆的反应性能54s,纤维素溶解浆中纤维素质量含量99.7%。
将上述制备纤维素溶解浆过程中步骤(3)蒸煮后产生的黑液进行化学回收和物理回收,制备再生聚酯,具体包括如下步骤:
(1)对蒸煮后的黑液进行物理过滤;
(2)回收EG:采用EG回收装置回收EG,回收得到的EG的纯度为99.4%;
(3)回收PTA:在黑液中加盐酸调节pH值至2~3,使PTA晶体析出,再过滤、烘干,实现对PTA的回收,回收得到的PTA的纯度为90%;
(4)将步骤(2)中回收的EG与步骤(3)中回收的PTA按照1.2:1的质量比进行酯化反应得到纯度为50%的BHET,反应温度为250℃,压力为0.3MPa,反应时间为2h;
(5)向BHET中加入甲醇,在温度为220℃、压力为45MPa的条件下进行反应2.5h,之后经过离心分离和蒸馏得到纯度为95%的DMT;
(6)向DMT溶液中加入步骤(2)中回收的EG和催化剂(醋酸钠),在温度为120℃的条件下进行酯交换反应220min得到纯度为90%的BHET;其中,DMT、EG和催化剂的质量比为1:3:0.05;
(7)将步骤(6)得到的BHET送入聚合釜,在一定真空度和温度下进行聚合反应,制得再生聚酯;其中,聚合反应的控制过程为:以200℃/h的速度升温至233℃,停留35min,抽真空至40kPa,停留65min,继续加热至275℃,抽真空至70Pa,反应35min,停止加热,反应结束。
实施例3
废旧涤棉混纺织物的回收方法,同时制备纤维素溶解浆和再生聚酯。
制备纤维素溶解浆包括预处理——酶处理——预浸渍及蒸煮——打浆和脱水——去金属离子——漂白的工序;
(1)预处理工序为利用盘磨机将废旧涤棉混纺织物打磨成不规则形状;
(2)酶处理工序为:首先将预处理后的废旧涤棉混纺织物、纤维素酶(浓度为1U/g)、硫酸溶液(质量分数为98%)和水以质量比为10:10:5×10-5:100在聚乙烯袋中混合得到pH值为5的混合物,然后将聚乙烯袋在50℃的温度条件下放置75min,期间每隔10min揉搓一次聚乙烯袋,接着将聚乙烯袋在100℃的温度条件下放置50min,最后对混合物进行过滤、洗涤和干燥得到酶处理后的涤棉混纺织物;
(3)预浸渍及蒸煮工序为:将固液比为1:20的酶处理后的涤棉混纺织物和蒸煮液(NaOH、Na2S和蒽醌溶于去离子水制得,用碱量54%)混合后在蒸煮锅中浸渍后再进行蒸煮;其中,蒸煮液中蒽醌的质量浓度为26%,NaOH的质量浓度为66%;预浸渍及蒸煮工序的工艺参数为:预浸渍的温度为100℃,时间为10min,蒸煮的温度为180℃,时间为5h;
(4)打浆和脱水工序为:将预浸渍及蒸煮后得到的浆粕用去离子水清洗后,利用瓦力打浆机负荷6kg打浆20min;打浆结束后,将浆粕用去离子水清洗后,利用甩干机脱水15min;
(5)去金属离子工序为:首先将经过打浆和脱水工序后获得的棉浆放入聚乙烯袋中,将处理液Ⅰ(质量比为10:1:0.5的H2SO4、乙二胺四乙酸和六偏磷酸钠在50g去离子水中混合溶解形成的混合液)倒入聚乙烯袋中,搅拌混合均匀;然后将聚乙烯袋封闭后放至60℃的恒温水浴中处理15min,每隔5min开启聚乙烯袋搅拌一次;最后将聚乙烯袋中的混合物转移至200目浆袋,用去离子水洗涤多次至pH为7,再脱水5min,得到去除金属离子后的棉浆;其中,经过打浆和脱水工序后获得的棉浆与处理液Ⅰ的质量比为20:80;
(6)漂白工序为:首先将去除金属离子后的棉浆(浓度为20wt%)放入聚乙烯袋中,将处理液Ⅱ(质量比为10:10:0.5:0.2的NaOH、H2O2、MgSO4和脂肪醇聚乙烯醚在50g去离子水中混合溶解形成的混合液)倒入聚乙烯袋中,搅拌混合均匀;然后将聚乙烯袋封闭后放至60℃的恒温水浴中处理15min,每隔5min开启聚乙烯袋搅拌一次;最后将聚乙烯袋中的混合物转移至200目浆袋,用去离子水洗涤多次至pH为7,再脱水5min,得到纤维素溶解浆;其中,去除金属离子后的棉浆与处理液Ⅱ的质量比为20:80;
经过上述步骤制得的纤维素溶解浆的聚合度为568,采用Fock法测得的纤维素溶解浆的反应性能55s,纤维素溶解浆中纤维素质量含量99.9%。
将上述制备纤维素溶解浆过程中步骤(3)蒸煮后产生的黑液进行化学回收和物理回收,制备再生聚酯,具体包括如下步骤:
(1)对蒸煮后的黑液进行物理过滤;
(2)回收EG:采用EG回收装置回收EG,回收得到的EG的纯度为99.7%;
(3)回收PTA:在黑液中加硝酸调节pH值至2.5~3.5,使PTA晶体析出,再过滤、烘干,实现对PTA的回收,回收得到的PTA的纯度为89.2%;
(4)将步骤(2)中回收的EG与步骤(3)中回收的PTA按照1.3:1的质量比进行酯化反应得到纯度为66%的BHET,反应温度为260℃,压力为0.3MPa,反应时间为2h;
(5)向BHET中加入甲醇,在温度为240℃、压力为60MPa的条件下进行反应3h,之后经过离心分离和蒸馏得到纯度为97%的DMT;
(6)向DMT溶液中加入步骤(2)中回收的EG和催化剂(醋酸钠),在温度为160℃的条件下进行酯交换反应190min得到纯度为98.5%的BHET;其中,DMT、EG和催化剂的质量比为1:2.5:0.02;
(7)将步骤(6)得到的BHET送入聚合釜,在一定真空度和温度下进行聚合反应,制得再生聚酯;其中,聚合反应的控制过程为:以200℃/h的速度升温至265℃,停留30min,抽真空至40kPa,停留60min,继续加热至285℃,抽真空至70Pa,反应30min,停止加热,反应结束。
实施例4
废旧涤棉混纺织物的回收方法,同时制备纤维素溶解浆和再生聚酯。
制备纤维素溶解浆包括预处理——酶处理——预浸渍及蒸煮——打浆和脱水——去金属离子——漂白的工序;
(1)预处理工序为利用盘磨机将废旧涤棉混纺织物打磨成不规则形状;
(2)酶处理工序为:首先将预处理后的废旧涤棉混纺织物、纤维素酶(浓度为1U/g)、硫酸溶液(质量分数为98%)和水以质量比为1:1:1.5811×10-8:1在聚乙烯袋中混合得到pH值为6.5的混合物,然后将聚乙烯袋在50℃的温度条件下放置90min,期间每隔15min揉搓一次聚乙烯袋,接着将聚乙烯袋在100℃的温度条件下放置50min,最后对混合物进行过滤、洗涤和干燥得到酶处理后的涤棉混纺织物;
(3)预浸渍及蒸煮工序为:将固液比为1:35的酶处理后的涤棉混纺织物和蒸煮液(NaOH、Na2S和蒽醌溶于去离子水制得,用碱量48%)混合后在蒸煮锅中浸渍后再进行蒸煮;其中,蒸煮液中蒽醌的质量浓度为30%,NaOH的质量浓度为52%;预浸渍及蒸煮工序的工艺参数为:预浸渍的温度为110℃,时间为10min,蒸煮的温度为300℃,时间为1h;
(4)打浆和脱水工序为:将预浸渍及蒸煮后得到的浆粕用去离子水清洗后,利用瓦力打浆机负荷6kg打浆30min;打浆结束后,将浆粕用去离子水清洗后,利用甩干机脱水20min;
(5)去金属离子工序为:首先将经过打浆和脱水工序后获得的棉浆放入聚乙烯袋中,将处理液Ⅰ(质量比为1:1:1的H2SO4、乙二胺四乙酸和六偏磷酸钠在500g去离子水中混合溶解形成的混合液)倒入聚乙烯袋中,搅拌混合均匀;然后将聚乙烯袋封闭后放至100℃的恒温水浴中处理1min,每隔5min开启聚乙烯袋搅拌一次;最后将聚乙烯袋中的混合物转移至200目浆袋,用去离子水洗涤多次至pH为7,再脱水5min,得到去除金属离子后的棉浆;其中,经过打浆和脱水工序后获得的棉浆与处理液Ⅰ的质量比为50:50;
(6)漂白工序为:首先将去除金属离子后的棉浆(浓度为20wt%)放入聚乙烯袋中,将处理液Ⅱ(质量比为10:2:0.5:0.5的NaOH、H2O2、MgSO4和脂肪醇聚乙烯醚在500g去离子水中混合溶解形成的混合液)倒入聚乙烯袋中,搅拌混合均匀;然后将聚乙烯袋封闭后放至100℃的恒温水浴中处理1min,每隔5min开启聚乙烯袋搅拌一次;最后将聚乙烯袋中的混合物转移至200目浆袋,用去离子水洗涤多次至pH为7,再脱水5min,得到纤维素溶解浆;其中,去除金属离子后的棉浆与处理液Ⅱ的质量比为50:50;
经过上述步骤制得的纤维素溶解浆的聚合度为600,采用Fock法测得的纤维素溶解浆的反应性能57s,纤维素溶解浆中纤维素质量含量99.9%。
将上述制备纤维素溶解浆过程中步骤(3)蒸煮后产生的黑液进行化学回收和物理回收,制备再生聚酯,具体包括如下步骤:
(1)对蒸煮后的黑液进行物理过滤;
(2)回收EG:采用EG回收装置回收EG,回收得到的EG的纯度为99.1%;
(3)回收PTA:在黑液中加硫酸调节pH值至4~4.5,使PTA晶体析出,再过滤、烘干,实现对PTA的回收,回收得到的PTA的纯度为88.8%;
(4)将步骤(2)中回收的EG与步骤(3)中回收的PTA按照1.2:1的质量比进行酯化反应得到纯度为85%的BHET,反应温度为270℃,压力为0.4MPa,反应时间为1h;
(5)向BHET中加入甲醇,在温度为280℃、压力为70MPa的条件下进行反应2.5h,之后经过离心分离和蒸馏得到纯度为99%的DMT;
(6)向DMT溶液中加入步骤(2)中回收的EG和催化剂(醋酸钠),在温度为230℃的条件下进行酯交换反应182min得到纯度为99%的BHET;其中,DMT、EG和催化剂的质量比为1:2:0.02;
(7)将步骤(6)得到的BHET送入聚合釜,在一定真空度和温度下进行聚合反应,制得再生聚酯;其中,聚合反应的控制过程为:以200℃/h的速度升温至255℃,停留36min,抽真空至40kPa,停留65min,继续加热至280℃,抽真空至70Pa,反应35min,停止加热,反应结束。
实施例5
将实施例1制得的纤维素溶解浆用于制备纸浆,纸浆的聚合度在500,甲纤含量在99.4%,铁含量8ppm,白度83%ISO,灰分0.1%、反应性能65s。
实施例6
将实施例1制得的纤维素溶解浆用于制备粘胶纤维,其拉伸强度为3cN/dtex,断裂伸长率为15%,结晶度为57%,晶区取向因子为0.945。
实施例7
将实施例2制得的纤维素溶解浆用于制备粘胶纤维膜,其拉伸强度为100MPa,断裂伸长率为50%,结晶度为48%。
实施例8
将实施例2制得的纤维素溶解浆用于制备Lyocell纤维,其拉伸强度为4cN/dtex,断裂伸长率为7%,结晶度为53%,晶区取向因子为0.934。
实施例9
将实施例3制得的纤维素溶解浆用于制备莫代尔纤维,其拉伸强度为3.5cN/dtex,断裂伸长率为13%,结晶度为59%。
实施例10
将实施例4制得的再生聚酯用于制备再生涤纶,其拉伸强度为4.5cN/dtex,断裂伸长率为12%,结晶度为62%。
Claims (10)
1.废旧涤棉混纺织物的回收方法,其特征在于:同时制备纤维素溶解浆和再生聚酯;
制备纤维素溶解浆包括预处理——酶处理——预浸渍及蒸煮——打浆和脱水——去金属离子——漂白的工序;
预浸渍及蒸煮工序为:将酶处理后的涤棉混纺织物和蒸煮液混合后进行浸渍,之后再进行蒸煮;酶处理后的涤棉混纺织物和蒸煮液的固液比为1:5~35;
蒸煮液为NaOH和蒽醌的混合水溶液,或者为NaOH、Na2S和蒽醌的混合水溶液;蒸煮液的用碱量小于100%;
蒸煮液中蒽醌的质量浓度为0.001%~30%,NaOH的质量浓度为0.001%~99.999%;
将蒸煮后产生的黑液进行化学回收和物理回收,制备再生聚酯;
所述纤维素溶解浆的聚合度为500~600,采用Fock法测得的纤维素溶解浆的反应性能≤60s,所述纤维素溶解浆中纤维素质量含量≥99.5%。
2.根据权利要求1所述的废旧涤棉混纺织物的回收方法,其特征在于,制备再生聚酯具体包括如下步骤:
(1)对蒸煮后的黑液进行物理过滤;
(2)回收EG:采用EG回收装置从黑液中回收EG;
(3)回收PTA:在黑液中加酸调节pH值至2~5.5,使PTA晶体析出,再过滤、烘干,实现对PTA的回收;
(4)将步骤(2)中回收的EG与步骤(3)中回收的PTA进行酯化反应得到纯度为50~90%的BHET;
(5)向BHET中加入甲醇进行反应,之后经过离心分离和蒸馏得到纯度为94%~99.9%的DMT;
(6)向DMT中加入步骤(2)中回收的EG和催化剂进行酯交换反应得到纯度为90~99%的BHET;
(7)将步骤(6)得到的BHET送入聚合釜,在一定真空度和温度下进行聚合反应,制得再生聚酯。
3.根据权利要求2所述的废旧涤棉混纺织物的回收方法,其特征在于,步骤(4)中EG与PTA的质量比为1:1.1~1.3;酯化反应的温度为230~270℃,压力为0.2~0.4MPa,反应时间为1~2h;
步骤(5)中反应的温度为200~280℃,压力为30~70MPa,时间为2~3h;
步骤(6)中催化剂为醋酸钠,DMT、EG和催化剂的质量比为1:2~3:0.001~0.05;酯交换反应的温度为100~230℃,时间大于180min;
步骤(7)中聚合反应的控制过程为:以200℃/h的速度升温至200~265℃,停留30~40min,抽真空至40kPa,停留60~70min,继续加热至270~285℃,抽真空至70Pa,反应30~40min,停止加热,反应结束。
4.根据权利要求1所述的废旧涤棉混纺织物的回收方法,其特征在于,预处理工序为将废旧涤棉混纺织物剪成2cm×2cm的片状,或利用盘磨机将废旧涤棉混纺织物打磨成不规则形状;
酶处理工序为:首先将预处理后的废旧涤棉混纺织物、纤维素酶、硫酸溶液和水在聚乙烯袋中混合得到pH值为4.5~6.5的混合物,然后将聚乙烯袋在50℃的温度条件下放置30~90min,期间每隔5~15min揉搓一次聚乙烯袋,接着将聚乙烯袋在90~100℃的温度条件下放置30~50min,最后对混合物进行过滤、洗涤和干燥得到酶处理后的涤棉混纺织物;
预处理后的废旧涤棉混纺织物、纤维素酶、硫酸溶液和水的质量比为1~10:0.01~10:1.5811×10-10~1.5811×10-4:0.01~100。
5.根据权利要求4所述的废旧涤棉混纺织物的回收方法,其特征在于,在蒸煮锅中进行预浸渍及蒸煮工序,预浸渍及蒸煮工序的工艺参数为:预浸渍的温度为70~110℃,时间为10~30min,蒸煮的温度为25~300℃,时间为1~10h。
6.根据权利要求5所述的废旧涤棉混纺织物的回收方法,其特征在于,打浆和脱水工序为:将预浸渍及蒸煮后得到的浆粕用去离子水清洗后,利用打浆装置打浆1~30min;打浆结束后,将浆粕用去离子水清洗后,脱水1~20min。
7.根据权利要求6所述的废旧涤棉混纺织物的回收方法,其特征在于,去金属离子工序为:首先将经过打浆和脱水工序后获得的棉浆放入聚乙烯袋中,将处理液Ⅰ倒入聚乙烯袋中,搅拌混合均匀;然后将聚乙烯袋封闭后放至25~100℃的恒温水浴中处理1~200min,期间每隔5min开启聚乙烯袋搅拌一次;最后将聚乙烯袋中的混合物转移至200目的浆袋中,用去离子水洗涤至pH为7,再脱水5min,得到去除金属离子后的棉浆;
处理液Ⅰ为质量比为0.1~10:0.01~1:0.01~1的H2SO4、乙二胺四乙酸和六偏磷酸钠在10~500g去离子水中混合形成;
经过打浆和脱水工序后获得的棉浆与处理液Ⅰ的质量比为5~50:95~50。
8.根据权利要求7所述的废旧涤棉混纺织物的回收方法,其特征在于,漂白工序为:首先将去除金属离子后的棉浆放入聚乙烯袋中,将处理液Ⅱ倒入聚乙烯袋中,搅拌混合均匀;然后将聚乙烯袋封闭后放至25~100℃的恒温水浴中处理1~200min,期间每隔5min开启聚乙烯袋搅拌一次;最后将聚乙烯袋中的混合物转移至200目的浆袋中,用去离子水洗涤至pH为7,再脱水5min,得到纤维素溶解浆;
处理液Ⅱ为质量比为0.1~10:0.1~10:0.01~0.5:0.01~0.5的NaOH、H2O2、MgSO4和脂肪醇聚乙烯醚在10~500g去离子水中混合溶解形成;
去除金属离子后的棉浆与处理液Ⅱ的质量比为5~50:95~50。
9.根据权利要求8所述的废旧涤棉混纺织物的回收方法,其特征在于,漂白工序中使用到的去除金属离子后的棉浆浓度为20wt%。
10.如权利要求1~9任一项所述的回收方法制得的纤维素溶解浆和再生聚酯的应用,其特征在于:纤维素溶解浆用于制备纸浆和再生纤维素纤维及其膜制品;再生聚酯用于制备再生涤纶;
所述再生纤维素纤维及其膜制品为粘胶纤维及其膜制品、Lyocell纤维及其膜制品或莫代尔纤维及其膜制品。
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