CN116020853A - 包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法，其是先在160℃至170℃的温度下使用一酸催化剂水溶液处理所述废旧织物，处理过程中羊毛纤维会被降解而与聚酯纤维完全分离，然后再回收聚酯纤维。本发明的处理方法能高效回收废旧织物中的聚酯纤维，且具有显著的经济效益，符合工业化生产的要求。

Description

包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法
技术领域
本发明涉及一种废旧织物资源化技术，特别是涉及一种包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法，其是通过酸催化的水热反应来从废旧织物中分离和回收聚酯和羊毛纤维。
背景技术
随着人们生活和消费水平不断提高，纺织品的使用周期大幅缩短，造成大量废旧纺织品的处理问题，其中聚酯纤维/羊毛纤维混纺织物占有一定的比例，但这种混纺织物不易回收，且废弃后容易对环境产生不良影响。从环保和节约资源的角度来看，回收再利用是处理废旧纺织品最理想的方式。
目前，针对废旧纺织品的回收再利用方法主要有三种，分别是物理回收、能量回收和化学回收方法。其中物理回收方法是将废旧纺织品初步加工成可以被重新利用的状态；例如，将废旧衣物剪成小块当作抹布，或是将破损程度不是很严重的废旧地毯修复翻新。能量回收方法是焚烧废旧纺织品中热值较高的化学纤维，以产生热能用于发电；能量回收方法适合于处理一些不能被循环利用的废旧纺织品。化学回收方法是将废旧纺织品中的高分子聚合物解聚，再利用解聚产物如单体制造新的化学纤维；化学回收方法在一些价值较高的化学高分子材料的回收再利用中已有初步的成果。
第US9932456B2号专利文献中提到，使用氢氧化钠作为水解剂将聚酯纤维/羊毛纤维混纺织物中的羊毛维降解而形成角蛋白溶液，聚酯纤维不受影响，以达到两种纤维分离。另外，第JP2000344933A号专利文献中提到，使用生物酶将聚酯纤维/羊毛纤维混纺织物中的羊毛维降解，聚酯纤维不受影响，以达到两种纤维分离。
然而，上述文献提到的方法，不是使用较有害物质就是使用昂贵溶剂，对于环境的负担较大，所花费的成本也较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法，其具有低成本和大批量处理的优势，且处理后得到的聚酯纤维可以回收再利用。
为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是提供一种包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法，包括：提供一废旧织物，所述废旧织物包含聚酯和羊毛纤维；在160℃至170℃的温度下使用一酸催化剂水溶液处理所述废旧织物，以将所述废旧织物中的羊毛纤维降解而与聚酯纤维分离；以及回收处理后的所述废旧织物。
在本发明的一实施例中，在提供所述废旧织物的步骤中，还包括将所述废旧织物分割成多个织物碎片。
在本发明的一实施例中，在使用所述酸催化剂水溶液处理所述废旧织物的步骤中，所述织物碎片含浸于所述酸催化剂水溶液中，以在160℃至170℃的温度下进行水热反应，反应时间为1小时至5小时，使其中的羊毛纤维发生降解。
在本发明的一实施例中，在使用所述酸催化剂水溶液处理所述废旧织物的步骤中，所述酸催化剂水溶液以循环返流的方式重复接触所述织物碎片，以在160℃至170℃的温度下进行水热反应，反应时间为1小时至5小时，使其中的羊毛纤维发生降解；其中，所述酸催化剂水溶液与多个所述织物碎片的接触频率为每分钟3次至5次。
在本发明的一实施例中，在使用所述酸催化剂水溶液处理所述废旧织物的步骤中，所述废旧织物与所述酸催化剂水溶液的固液比为1:5-100。
在本发明的一实施例中，在使用所述酸催化剂水溶液处理所述废旧织物的步骤中，所述废旧织物与所述酸催化剂水溶液的固液比为1:5-10。
在本发明的一实施例中，所述酸催化剂水溶液包含0.1至1重量百分比的酸催化剂。
在本发明的一实施例中，所述酸催化剂为一有机酸、一有机酸酐、一刘易斯酸或它们的任意组合。
在本发明的一实施例中，所述有机酸为草酸，所述有机酸酐为乙酸酐，所述刘易斯酸为氯化锌。
在本发明的一实施例中，所述酸催化剂由草酸和乙酸酐组成，且草酸和乙酸酐以1-10:1的重量比例存在。
在本发明的一实施例中，所述包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法还包括：从处理后的所述废旧织物中回收聚酯纤维并制成聚酯粒。
本发明的其中一有益效果在于，本发明的包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法，其能通过“在160℃至170℃的温度下使用一酸催化剂水溶液处理所述废旧织物，以将所述废旧织物中的羊毛纤维降解而与聚酯纤维分离，然后回收处理后的所述废旧织物”的技术特征，以实现聚酯纤维的分离及回收再利用。此外，在整个处理过程中是以水为溶剂，因此较为环保。
更进一步来说，酸催化剂水溶液可以循环返流方式重复接触废旧织物(或织物碎片)，因此反应体系的固液比可以降低至1:5-10，从而酸催化剂水溶液的用量可以大幅减少且处理成本可以降低，此外也有助于缩短反应时间。
为使能进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明第一实施例的包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法的流程图。
图2显示一种设备，用于实现本发明第一实施例的包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法。
图3为本发明第二实施例的包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法的流程图。
图4显示另外一种设备，用于实现本发明第二实施例的包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
除非另有限定，本发明所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。以下实施例所使用的材料，如无特别说明则为市售的材料。以下实施例所使用的操作或仪器，如无特别说明则为本领域常见的操作或仪器。以下实施例所述的比例、含量等，如无特别说明则以重量计。
第一实施例
请参阅图1所示，本发明第一实施例提供一种包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法，其是通过酸催化的水热反应来处理废旧织物，而处理后可以得到羊毛纤维的降解产物与仅含有聚酯纤维的废旧织物，实现了废旧织物中聚酯纤维与羊毛纤维的分离及回收再利用。如图1所示，本发明的处理方法主要包括以下具体实施步骤：步骤S100，提供一废旧织物，其中包含聚酯和羊毛纤维；步骤S102，在160℃至170℃的温度下使用一酸催化剂水溶液处理废旧织物，以将废旧织物中的羊毛纤维降解而与聚酯纤维分离；以及步骤S104，回收处理后的废旧织物。本文中提及的“废旧织物”，可以是指废弃或使用过的织物如衣服、床单等，或是指纺织生产过程中产生的废料如碎料、布片等。
在步骤S100中，废旧织物可以被分割成多个织物碎片，分割方式可采用切割或撕裂，其中每一个织物碎片皆含有聚酯纤维和羊毛纤维。更进一步来说，废旧织物可以是聚酯/羊毛混纺织物(polyester/wool blend fabric)，其中聚酯纤维的含量可以是1至99重量百分比；举例来说，在废旧织物中聚酯纤维和羊毛纤维的含量皆为50重量百分比。另外，织物碎片的尺寸可视后续的处理条件而定；举例来说，织物碎片的尺寸可以是长3公分×宽3公分。以上所述只是可行的实施方式，而并非用以限制本发明。
请配合参阅图2所示，步骤S102的其中一种实施方式，是将废旧织物(或织物碎片)含浸于酸催化剂水溶液中，形成固液共存的混合体系后，在130℃至170℃的温度下进行水热反应，反应时间为1小时至5小时，使其中的羊毛纤维发生降解而溶出，聚酯纤维则不受影响。为了提高聚酯纤维与羊毛纤维的分离效率，可将废旧织物(或织物碎片)均匀分散于酸催化剂水溶液中，废旧织物(或织物碎片)与酸催化剂水溶液的固液比可以是1:5-100，并将反应温度控制在160℃至170℃。值得一提的是，整个废旧织物的处理过程是以水为溶剂，因此较为环保。
实际应用时，如图2所示，可将织物碎片F与酸催化剂水溶液的混合体系置于一密闭的高压反应器1中，然后在搅拌条件下以5℃/min的升温速率升温至130℃至170℃，并持温1小时至5小时。以上所述只是可行的实施方式，而并非用以限制本发明。
在本实施例中，酸催化剂水溶液是由至少一种酸催化剂加水配制而成，酸催化剂可以是有机酸、有机酸酐、刘易斯酸或它们的任意组合。其中以酸催化剂水溶液的总重为100重量百分比计，酸催化剂的含量可以是0.1至10重量百分比，且较佳是4至5重量百分比。需要说明的是，酸催化剂的含量越高固然会加快废旧织物(或织物碎片)中羊毛纤维的降解速度而使反应时间缩短，但也会造成成本的增加和酸催化剂的浪费。
有机酸的具体例包括：甲磺酸、草酸、酒石酸、柠檬酸、苹果酸、甲酸及乙酸；有机酸较佳可以是草酸。有机酸酐的具体例包括：乙酸酐、丙酸酐、丁酸酐、戊酸酐、月桂酸酐、棕榈酸酐、硬脂酸酐、丙二酸酐、琥珀酸酐、戊二酸酐、己二酸酐、丙烯酸酐、肉桂酸酐、邻苯二甲酸酐、乙酸苯甲酸酐、氨基酸酐、及它们的衍生物；有机酸酐较佳可以是乙酸酐。刘易斯酸的具体例包括：三氯化硼、氯化锌及四氟硼酸锌；刘易斯酸较佳可以是氯化锌。然而，本发明不以上述所举的例子为限。在一些实施例中，酸催化剂是采用草酸和乙酸酐，按1:1至10:1的重量比例配合，以达到更好的环境和经济效益。
实际应用时，可以在废旧织物(或织物碎片)的处理过程中补充新的酸催化剂水溶液，以将酸催化剂在反应体系中的浓度维持在所需的浓度范围内，而酸催化剂的浓度大小可以被反应体系的酸碱度(pH值)反映出来。更进一步来说，反应体系的酸碱度可以人工抽验方式量测，或是利用酸碱度计自动量测；反应体系的酸碱度超过4时，可以将新的酸催化剂水溶液导入高压反应器1。
请配合参阅图3所示，步骤S102的另外一种实施方式，是将酸催化剂水溶液以循环返流方式重复接触废旧织物(或织物碎片)，以在130℃至170℃的温度下进行水热反应，反应时间为1小时至5小时，使其中的羊毛纤维发生降解而溶出，聚酯纤维则不受影响。为了提高聚酯纤维与羊毛纤维的分离效率，可将酸催化剂水溶液与废旧织物(或织物碎片)的接触频率控制在每分钟3次至5次，并将反应温度控制在160℃至170℃。值得一提的是，采用上述的实施方式，废旧织物(或织物碎片)与酸催化剂水溶液可以1:5-10的固液比进行反应，因此可以大幅减少酸催化剂水溶液的用量，从而降低成本，此外也有助于缩短反应时间。同样地，在整个废旧织物的处理过程中是以水为溶剂，因此较为环保。
请配合参阅图4，为一种用于实现本发明包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法的设备的示意图，此设备可将酸催化剂水溶液以循环返流方式重复接触废旧织物(或织物碎片)。如图4所示，此设备可包括一高压反应器1及一储液槽2，高压反应器1内部可形成密闭环境100，并具有至少一个设置于密闭环境100中的多孔管11，且多孔管11经由一循环管线3与储液槽2连通，其中循环管线3上接设有一循环泵P。使用时，可借由适当的载具(如支架或吊框，图中未显示)将多个织物碎片置于密闭环境100中，并通过循环管线3使酸催化剂水溶液于高压反应器1与储液槽2之间循环流动，以重复接触并反应溶出织物碎片中的羊毛纤维，而后形成角蛋白溶液。更进一步地说，酸催化剂水溶液会从多孔管11喷洒而出，与织物碎片全面均匀接触，而多余的酸催化剂水溶液会从高压反应器1底部进入循环管线3的上游侧31，然后被导入储液槽2，储液槽2接着再通过循环管线3的下游侧32将酸催化剂水溶液输送到多孔管11以再次进行喷洒，整个过程可以完全自动化。
在步骤S104中，处理后的废旧织物(织物碎片)可通过过滤方式予以回收，因此可以实现聚酯纤维与羊毛纤维的分离，以及聚酯纤维的回收再利用。
第二实施例
请参阅图3所示，本发明第二实施例提供另一种包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法，其主要包括：步骤S100，提供一废旧织物，其中包含聚酯和羊毛纤维；步骤S102，在160℃至170℃的温度下使用一酸催化剂水溶液处理废旧织物，以将废旧织物中的羊毛纤维降解而与聚酯纤维分离；以及步骤S104，回收处理后的废旧织物。关于步骤S100至步骤S104的具体实施细节已描述于第一实施例中，故在此不加以赘述。本实施例与第一实施例的差异主要在于，处理方法还进一步包括：步骤S106，从处理后的废旧织物中回收聚酯纤维并制成聚酯粒。在步骤S106中，可通过物理或化学再制方式将处理后的废旧织物(织物碎片)中的聚酯纤维解聚成单体及/或低聚物，然后再重新聚合制成回收聚酯粒(r-PET)。分析发现，解聚后得到的单体及/或低聚物的回收率可达到95％以上，其中无混入羊毛纤维。
更进一步来说，物理再制方式可以是利用押出机将处理后的废弃织物(织物碎片)熔融后再押出造粒。另外，化学再制方式可以是先利用一化学解聚液将废弃织物(织物碎片)中的聚酯纤维解聚，再于特定的条件下将解聚后得到的单体及/或低聚物重新聚合，然后进行造粒；化学解聚液可以是水、甲醇、乙醇、乙二醇、二甘醇或它们的任意组合，但不受限于此。
下面将结合具体例对本发明作进一步说明。
具体例1
将聚酯/羊毛比例为60/40的衬衫分割成多个织物碎片(尺寸为长3公分×宽3公分)，分散于酸催化剂水溶液形成混合体系，酸催化剂水溶液包含0.5％的草酸。将混合体系置于密闭反应器内，启动加热器使反应器内部温度达到160℃后，反应3个小时。
反应结束后，关闭加热器，待反应器内部温度冷却到室温后，取出反应产物。使用过滤膜(材质为聚四氟乙烯，孔径为0.45μm)从反应产物中滤出聚酯纤维，清洗后置于110℃烘箱中干燥至恒重，分析得到聚酯纤维的回收率为96％。
具体例2
将聚酯/羊毛比例为60/40的长裤分割成多个织物碎片(尺寸为长3公分×宽3公分)，分散于酸催化剂水溶液形成混合体系，酸催化剂水溶液包含0.5％的乙酸酐。将混合体系置于密闭反应器内，启动加热器使反应器内部温度达到160℃后，反应3个小时。
反应结束后，关闭加热器，待反应器内部温度冷却到室温后，取出反应产物。使用过滤膜(材质为聚四氟乙烯，孔径为0.45μm)从反应产物中滤出聚酯纤维，清洗后置于110℃烘箱中干燥至恒重，分析得到聚酯纤维的回收率为97％。
具体例3
将聚酯/羊毛比例为50/50的长裤分割成多个织物碎片(尺寸为长3公分×宽3公分)，分散于酸催化剂水溶液形成混合体系，酸催化剂水溶液包含0.5％的磷酸。将混合体系置于密闭反应器内，启动加热器使反应器内部温度达到170℃后，反应3个小时。
反应结束后，关闭加热器，待反应器内部温度冷却到室温后，取出反应产物。使用过滤膜(材质为聚四氟乙烯，孔径为0.45μm)从反应产物中滤出聚酯纤维，清洗后置于110℃烘箱中干燥至恒重，分析得到聚酯纤维的回收率为95％。
具体例4
将聚酯/羊毛比例为30/70的长裤分割成多个织物碎片(尺寸为长3公分×宽3公分)，分散于酸催化剂水溶液形成混合体系，酸催化剂水溶液包含0.5％的氯化锌。将混合体系置于密闭反应器内，启动加热器使反应器内部温度达到170℃后，反应3个小时。
反应结束后，关闭加热器，待反应器内部温度冷却到室温后，取出反应产物。使用过滤膜(材质为聚四氟乙烯，孔径为0.45μm)从反应产物中滤出聚酯纤维，清洗后置于110℃烘箱中干燥至恒重，分析得到聚酯纤维的回收率为96％。
实施例的有益效果
本发明的其中一有益效果在于，本发明的包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法，其能通过“在160℃至170℃的温度下使用一酸催化剂水溶液处理所述废旧织物，以将所述废旧织物中的羊毛纤维降解而与聚酯纤维分离，然后回收处理后的所述废旧织物”的技术特征，以实现聚酯纤维与羊毛纤维的分离，以及聚酯纤维的回收再利用。此外，由于在整个处理过程中是以水为溶剂，因此较为环保。
更进一步来说，酸催化剂水溶液可以循环返流方式重复接触废旧织物(或织物碎片)，因此反应体系的固液比可以降低至1:5-10，从而酸催化剂水溶液的用量可以大幅减少且处理成本可以降低，此外也有助于缩短反应时间。
更进一步来说，本发明的包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法有助于实现织物资源的循环利用，且具有显著的经济效益，符合工业化生产的要求。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书的保护范围内。

Claims (11)

1.一种包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法，其特征在于，所述包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法包括：
提供一废旧织物，所述废旧织物包含聚酯和羊毛纤维；
在160℃至170℃的温度下使用一酸催化剂水溶液处理所述废旧织物，以将所述废旧织物中的羊毛纤维降解而与聚酯纤维分离；以及
回收处理后的所述废旧织物。
2.根据权利要求1所述的包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法，其特征在于，在提供所述废旧织物的步骤中，还包括将所述废旧织物分割成多个织物碎片。
3.根据权利要求2所述的包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法，其特征在于，在使用所述酸催化剂水溶液处理所述废旧织物的步骤中，所述织物碎片含浸于所述酸催化剂水溶液中，以在160℃至170℃的温度下进行水热反应，反应时间为1小时至5小时，使其中的羊毛纤维发生降解。
4.根据权利要求2所述的包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法，其特征在于，在使用所述酸催化剂水溶液处理所述废旧织物的步骤中，所述酸催化剂水溶液以循环返流的方式重复接触所述织物碎片，以在160℃至170℃的温度下进行水热反应，反应时间为1小时至5小时，使其中的羊毛纤维发生降解；其中，所述酸催化剂水溶液与多个所述织物碎片的接触频率为每分钟3次至5次。
5.根据权利要求1所述的包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法，其特征在于，在使用所述酸催化剂水溶液处理所述废旧织物的步骤中，所述废旧织物与所述酸催化剂水溶液的固液比为1:5-100。
6.根据权利要求5所述的包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法，其特征在于，在使用所述酸催化剂水溶液处理所述废旧织物的步骤中，所述废旧织物与所述酸催化剂水溶液的固液比为1:5-10。
7.根据权利要求5所述的包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法，其特征在于，所述酸催化剂水溶液包含0.1至1重量百分比的酸催化剂。
8.根据权利要求7所述的包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法，其特征在于，所述酸催化剂为一有机酸、一有机酸酐、一刘易斯酸或它们的任意组合。
9.根据权利要求8所述的包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法，其特征在于，所述有机酸为草酸，所述有机酸酐为乙酸酐，所述刘易斯酸为氯化锌。
10.根据权利要求9所述的包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法，其特征在于，所述酸催化剂由草酸和乙酸酐组成，且草酸和乙酸酐以1-10:1的重量比例存在。
11.根据权利要求1所述的包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法，其特征在于，所述包含聚酯和羊毛纤维的废旧织物的处理方法还包括：从处理后的所述废旧织物中回收聚酯纤维并制成聚酯粒。
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