TWI818337B - 包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法 - Google Patents
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Abstract
本發明公開一種包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法，其是先在160
oC至170
oC的溫度下使用一酸催化劑水溶液處理所述廢舊織物，處理過程中羊毛纖維會被降解而與聚酯纖維完全分離，然後再回收聚酯纖維。本發明的處理方法能高效回收廢舊織物中的聚酯纖維，且具有顯著的經濟效益，符合工業化生產的要求。
Description
本發明涉及一種廢舊織物資源化技術，特別是涉及一種包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法，其是通過酸催化的水熱反應來從廢舊織物中分離和回收聚酯和羊毛纖維。
隨著人們生活和消費水平不斷提高，紡織品的使用週期大幅縮短，造成大量廢舊紡織品的處理問題，其中聚酯纖維/羊毛纖維混紡織物佔有一定的比例，但這種混紡織物不易回收，且廢棄後容易對環境產生不良影響。從環保和節約資源的角度來看，回收再利用是處理廢舊紡織品最理想的方式。
目前，針對廢舊紡織品的回收再利用方法主要有三種，分別是物理回收、能量回收和化學回收方法。其中物理回收方法是將廢舊紡織品初步加工成可以被重新利用的狀態；例如，將廢舊衣物剪成小塊當作抹布，或是將破損程度不是很嚴重的廢舊地毯修復翻新。能量回收方法是焚燒廢舊紡織品中熱值較高的化學纖維，以產生熱能用於發電；能量回收方法適合於處理一些不能被循環利用的廢舊紡織品。化學回收方法是將廢舊紡織品中的高分子聚合物解聚，再利用解聚產物如單體製造新的化學纖維；化學回收方法在一些價值較高的化學高分子材料的回收再利用中已有初步的成果。
第US9932456B2號專利文獻中提到，使用氫氧化鈉作為水解劑將聚酯纖維/羊毛纖維混紡織物中的羊毛維降解而形成角蛋白溶液，聚酯纖維不受影響，以達到兩種纖維分離。另外，第JP2000344933A號專利文獻中提到，使用生物酶將聚酯纖維/羊毛纖維混紡織物中的羊毛維降解，聚酯纖維不受影響，以達到兩種纖維分離。
然而，上述文獻提到的方法，不是使用較有害物質就是使用昂貴溶劑，對於環境的負擔較大，所花費的成本也較高。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法，其具有低成本和大批量處理的優勢，且處理後得到的聚酯纖維可以回收再利用。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法，包括：提供一廢舊織物，所述廢舊織物包含聚酯和羊毛纖維；在160
oC至170
oC的溫度下使用一酸催化劑水溶液處理所述廢舊織物，以將所述廢舊織物中的羊毛纖維降解而與聚酯纖維分離；以及回收處理後的所述廢舊織物。
在本發明的一實施例中，在提供所述廢舊織物的步驟中，還包括將所述廢舊織物分割成多個織物碎片。
在本發明的一實施例中，在使用所述酸催化劑水溶液處理所述廢舊織物的步驟中，所述織物碎片含浸於所述酸催化劑水溶液中，以在160
oC至170
oC的溫度下進行水熱反應，反應時間為1小時至5小時，使其中的羊毛纖維發生降解。
在本發明的一實施例中，在使用所述酸催化劑水溶液處理所述廢舊織物的步驟中，所述酸催化劑水溶液以循環返流的方式重複接觸所述織物碎片，以在160
oC至170
oC的溫度下進行水熱反應，反應時間為1小時至5小時，使其中的羊毛纖維發生降解；其中，所述酸催化劑水溶液與多個所述織物碎片的接觸頻率為每分鐘3次至5次。
在本發明的一實施例中，在使用所述酸催化劑水溶液處理所述廢舊織物的步驟中，所述廢舊織物與所述酸催化劑水溶液的固液比為1:5-100。
在本發明的一實施例中，在使用所述酸催化劑水溶液處理所述廢舊織物的步驟中，所述廢舊織物與所述酸催化劑水溶液的固液比為1:5-10。
在本發明的一實施例中，所述酸催化劑水溶液包含0.1至1重量百分比的酸催化劑。
在本發明的一實施例中，所述酸催化劑為一有機酸、一有機酸酐、一路易斯酸或它們的任意組合。
在本發明的一實施例中，所述有機酸為草酸，所述有機酸酐為乙酸酐，所述路易斯酸為氯化鋅。
在本發明的一實施例中，所述酸催化劑由草酸和乙酸酐組成，且草酸和乙酸酐以1-10:1的重量比例存在。
在本發明的一實施例中，所述包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法還包括：從處理後的所述廢舊織物中回收聚酯纖維並製成聚酯粒。
本發明的其中一有益效果在於，本發明的包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法，其能通過“在160
oC至170
oC的溫度下使用一酸催化劑水溶液處理所述廢舊織物，以將所述廢舊織物中的羊毛纖維降解而與聚酯纖維分離，然後回收處理後的所述廢舊織物”的技術特徵，以實現聚酯纖維的分離及回收再利用。此外，在整個處理過程中是以水為溶劑，因此較為環保。
更進一步來說，酸催化劑水溶液可以循環返流方式重複接觸廢舊織物（或織物碎片），因此反應體系的固液比可以降低至1:5-10，從而酸催化劑水溶液的用量可以大幅減少且處理成本可以降低，此外亦有助於縮短反應時間。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
除非另有限定，本發明所用術語均為本領域技術人員通常理解的含義。以下實施例所使用的材料，如無特別說明則為市售的材料。以下實施例所使用的操作或儀器，如無特別說明則為本領域常見的操作或儀器。以下實施例所述的比例、含量等，如無特別說明則以重量計。
[第一實施例]
請參閱圖1所示，本發明第一實施例提供一種包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法，其是通過酸催化的水熱反應來處理廢舊織物，而處理後可以得到羊毛纖維的降解產物與僅含有聚酯纖維的廢舊織物，實現了廢舊織物中聚酯纖維與羊毛纖維的分離及回收再利用。如圖1所示，本發明的處理方法主要包括以下具體實施步驟：步驟S100，提供一廢舊織物，其中包含聚酯和羊毛纖維；步驟S102，在160
oC至170
oC的溫度下使用一酸催化劑水溶液處理廢舊織物，以將廢舊織物中的羊毛纖維降解而與聚酯纖維分離；以及步驟S104，回收處理後的廢舊織物。本文中提及的“廢舊織物”，可以是指廢棄或使用過的織物如衣服、床單等，或是指紡織生產過程中產生的廢料如碎料、布片等。
在步驟S100中，廢舊織物可以被分割成多個織物碎片，分割方式可採用切割或撕裂，其中每一個織物碎片皆含有聚酯纖維和羊毛纖維。更進一步來說，廢舊織物可以是聚酯/羊毛混紡織物（polyester/wool blend fabric），其中聚酯纖維的含量可以是1至99重量百分比；舉例來說，在廢舊織物中聚酯纖維和羊毛纖維的含量皆為50重量百分比。另外，織物碎片的尺寸可視後續的處理條件而定；舉例來說，織物碎片的尺寸可以是長3公分×寬3公分。以上所述只是可行的實施方式，而並非用以限制本發明。
請配合參閱圖2所示，步驟S102的其中一種實施方式，是將廢舊織物（或織物碎片）含浸於酸催化劑水溶液中，形成固液共存的混合體系後，在130
oC至170
oC的溫度下進行水熱反應，反應時間為1小時至5小時，使其中的羊毛纖維發生降解而溶出，聚酯纖維則不受影響。為了提高聚酯纖維與羊毛纖維的分離效率，可將廢舊織物（或織物碎片）均勻分散於酸催化劑水溶液中，廢舊織物（或織物碎片）與酸催化劑水溶液的固液比可以是1:5-100，並將反應溫度控制在160
oC至170
oC。值得一提的是，整個廢舊織物的處理過程是以水為溶劑，因此較為環保。
實際應用時，如圖2所示，可將織物碎片F與酸催化劑水溶液的混合體系置於一密閉的高壓反應器1中，然後在攪拌條件下以5
oC/min的升溫速率升溫至130
oC至170
oC，並持溫1小時至5小時。以上所述只是可行的實施方式，而並非用以限制本發明。
在本實施例中，酸催化劑水溶液是由至少一種酸催化劑加水配製而成，酸催化劑可以是有機酸、有機酸酐、路易斯酸或它們的任意組合。其中以酸催化劑水溶液的總重為100重量百分比計，酸催化劑的含量可以是0.1至10重量百分比，且較佳是4至5重量百分比。需要說明的是，酸催化劑的含量越高固然會加快廢舊織物（或織物碎片）中羊毛纖維的降解速度而使反應時間縮短，但也會造成成本的增加和酸催化劑的浪費。
有機酸的具體例包括：甲磺酸、草酸、酒石酸、檸檬酸、蘋果酸、甲酸及乙酸；有機酸較佳可以是草酸。有機酸酐的具體例包括：乙酸酐、丙酸酐、丁酸酐、戊酸酐、月桂酸酐、棕櫚酸酐、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、鄰苯二甲酸酐、乙酸苯甲酸酐、氨基酸酐、及它們的衍生物；有機酸酐較佳可以是乙酸酐。路易斯酸的具體例包括：三氯化硼、氯化鋅及四氟硼酸鋅；路易斯酸較佳可以是氯化鋅。然而，本發明不以上述所舉的例子為限。在一些實施例中，酸催化劑是採用草酸和乙酸酐，按1:1至10:1的重量比例配合，以達到更好的環境和經濟效益。
實際應用時，可以在廢舊織物（或織物碎片）的處理過程中補充新的酸催化劑水溶液，以將酸催化劑在反應體系中的濃度維持在所需的濃度範圍內，而酸催化劑的濃度大小可以被反應體系的酸鹼度（pH值）反映出來。更進一步來說，反應體系的酸鹼度可以人工抽驗方式量測，或是利用酸鹼度計自動量測；反應體系的酸鹼度超過4時，可以將新的酸催化劑水溶液導入高壓反應器1。
請配合參閱圖3所示，步驟S102的另外一種實施方式，是將酸催化劑水溶液以循環返流方式重複接觸廢舊織物（或織物碎片），以在130
oC至170
oC的溫度下進行水熱反應，反應時間為1小時至5小時，使其中的羊毛纖維發生降解而溶出，聚酯纖維則不受影響。為了提高聚酯纖維與羊毛纖維的分離效率，可將酸催化劑水溶液與廢舊織物（或織物碎片）的接觸頻率控制在每分鐘3次至5次，並將反應溫度控制在160
oC至170
oC。值得一提的是，採用上述的實施方式，廢舊織物（或織物碎片）與酸催化劑水溶液可以1:5-10的固液比進行反應，因此可以大幅減少酸催化劑水溶液的用量，從而降低成本，此外亦有助於縮短反應時間。同樣地，在整個廢舊織物的處理過程中是以水為溶劑，因此較為環保。
請配合參閱圖4，為一種用於實現本發明包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法的設備的示意圖，此設備可將酸催化劑水溶液以循環返流方式重複接觸廢舊織物（或織物碎片）。如圖4所示，此設備可包括一高壓反應器1及一儲液槽2，高壓反應器1內部可形成密閉環境100，並具有至少一個設置於密閉環境100中的多孔管11，且多孔管11經由一循環管線3與儲液槽2連通，其中循環管線3上接設有一循環泵P。使用時，可藉由適當的載具（如支架或吊框，圖中未顯示）將多個織物碎片置於密閉環境100中，並通過循環管線3使酸催化劑水溶液於高壓反應器1與儲液槽2之間循環流動，以重複接觸並反應溶出織物碎片中的羊毛纖維，而後形成角蛋白溶液。更進一步地說，酸催化劑水溶液會從多孔管11噴灑而出，與織物碎片全面均勻接觸，而多餘的酸催化劑水溶液會從高壓反應器1底部進入循環管線3的上游側31，然後被導入儲液槽2，儲液槽2接著再通過循環管線3的下游側32將酸催化劑水溶液輸送到多孔管11以再次進行噴灑，整個過程可以完全自動化。
在步驟S104中，處理後的廢舊織物（織物碎片）可通過過濾方式予以回收，因此可以實現聚酯纖維與羊毛纖維的分離，以及聚酯纖維的回收再利用。
[第二實施例]
請參閱圖3所示，本發明第二實施例提供另一種包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法，其主要包括：步驟S100，提供一廢舊織物，其中包含聚酯和羊毛纖維；步驟S102，在160
oC至170
oC的溫度下使用一酸催化劑水溶液處理廢舊織物，以將廢舊織物中的羊毛纖維降解而與聚酯纖維分離；以及步驟S104，回收處理後的廢舊織物。關於步驟S100至步驟S104的具體實施細節已描述於第一實施例中，故在此不加以贅述。本實施例與第一實施例的差異主要在於，處理方法還進一步包括：步驟S106，從處理後的廢舊織物中回收聚酯纖維並製成聚酯粒。
在步驟S106中，可通過物理或化學再製方式將處理後的廢舊織物（織物碎片）中的聚酯纖維解聚成單體及/或低聚物，然後再重新聚合製成回收聚酯粒（r-PET）。分析發現，解聚後得到的單體及/或低聚物的回收率可達到95%以上，其中無混入羊毛纖維。
更進一步來說，物理再製方式可以是利用押出機將處理後的廢棄織物（織物碎片）熔融後再押出造粒。另外，化學再製方式可以是先利用一化學解聚液將廢棄織物（織物碎片）中的聚酯纖維解聚，再於特定的條件下將解聚後得到的單體及/或低聚物重新聚合，然後進行造粒；化學解聚液可以是水、甲醇、乙醇、乙二醇、二甘醇或它們的任意組合，但不受限於此。
下面將結合具體例對本發明作進一步說明。
具體例1
將聚酯/羊毛比例為60/40的襯衫分割成多個織物碎片（尺寸為長3公分×寬3公分），分散於酸催化劑水溶液形成混合體系，酸催化劑水溶液包含0.5%的草酸。將混合體系置於密閉反應器內，啟動加熱器使反應器內部溫度達到160
oC後，反應3個小時。
反應結束後，關閉加熱器，待反應器內部溫度冷卻到室溫後，取出反應產物。使用過濾膜（材質為聚四氟乙烯，孔徑為0.45 μm）從反應產物中濾出聚酯纖維，清洗後置於110
oC烘箱中乾燥至恆重，分析得到聚酯纖維的回收率為96%。
具體例2
將聚酯/羊毛比例為60/40的長褲分割成多個織物碎片（尺寸為長3公分×寬3公分），分散於酸催化劑水溶液形成混合體系，酸催化劑水溶液包含0.5%的乙酸酐。將混合體系置於密閉反應器內，啟動加熱器使反應器內部溫度達到160
oC後，反應3個小時。
反應結束後，關閉加熱器，待反應器內部溫度冷卻到室溫後，取出反應產物。使用過濾膜（材質為聚四氟乙烯，孔徑為0.45 μm）從反應產物中濾出聚酯纖維，清洗後置於110
oC烘箱中乾燥至恆重，分析得到聚酯纖維的回收率為97%。
具體例3
將聚酯/羊毛比例為50/50的長褲分割成多個織物碎片（尺寸為長3公分×寬3公分），分散於酸催化劑水溶液形成混合體系，酸催化劑水溶液包含0.5%的磷酸。將混合體系置於密閉反應器內，啟動加熱器使反應器內部溫度達到170
oC後，反應3個小時。
反應結束後，關閉加熱器，待反應器內部溫度冷卻到室溫後，取出反應產物。使用過濾膜（材質為聚四氟乙烯，孔徑為0.45 μm）從反應產物中濾出聚酯纖維，清洗後置於110
oC烘箱中乾燥至恆重，分析得到聚酯纖維的回收率為95%。
具體例4
將聚酯/羊毛比例為30/70的長褲分割成多個織物碎片（尺寸為長3公分×寬3公分），分散於酸催化劑水溶液形成混合體系，酸催化劑水溶液包含0.5%的氯化鋅。將混合體系置於密閉反應器內，啟動加熱器使反應器內部溫度達到170
oC後，反應3個小時。
反應結束後，關閉加熱器，待反應器內部溫度冷卻到室溫後，取出反應產物。使用過濾膜（材質為聚四氟乙烯，孔徑為0.45 μm）從反應產物中濾出聚酯纖維，清洗後置於110
oC烘箱中乾燥至恆重，分析得到聚酯纖維的回收率為96%。
[實施例的有益效果]
本發明的其中一有益效果在於，本發明的包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法，其能通過“在160
oC至170
oC的溫度下使用一酸催化劑水溶液處理所述廢舊織物，以將所述廢舊織物中的羊毛纖維降解而與聚酯纖維分離，然後回收處理後的所述廢舊織物”的技術特徵，以實現聚酯纖維與羊毛纖維的分離，以及聚酯纖維的回收再利用。此外，由於在整個處理過程中是以水為溶劑，因此較為環保。
更進一步來說，酸催化劑水溶液可以循環返流方式重複接觸廢舊織物（或織物碎片），因此反應體系的固液比可以降低至1:5-10，從而酸催化劑水溶液的用量可以大幅減少且處理成本可以降低，此外亦有助於縮短反應時間。
更進一步來說，本發明的包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法有助於實現織物資源的循環利用，且具有顯著的經濟效益，符合工業化生產的要求。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
1:高壓反應器
100:密閉環境
11:多孔管
2:儲液槽
3:循環管線
31:上游側
32:下游側
F:織物碎片
P:循環泵
S100、S102、S104、S106:處理方法步驟
圖1為本發明第一實施例的包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法的流程圖。
圖2顯示一種設備，用於實現本發明第一實施例的包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法。
圖3為本發明第二實施例的包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法的流程圖。
圖4顯示另外一種設備，用於實現本發明第二實施例的包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法。
S100、S102、S104:處理方法步驟
Claims (9)
- 一種包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法，包括：提供一廢舊織物，所述廢舊織物包含聚酯和羊毛纖維；在160℃至170℃的溫度下使用一酸催化劑水溶液處理所述廢舊織物，以將所述廢舊織物中的羊毛纖維降解而與聚酯纖維分離；其中，所述酸催化劑水溶液以循環返流的方式重複接觸所述織物碎片，以進行水熱反應，反應時間為1小時至5小時，使其中的羊毛纖維發生降解；所述酸催化劑水溶液與多個所述織物碎片的接觸頻率為每分鐘3次至5次；以及回收處理後的所述廢舊織物。
- 如請求項1所述的包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法，其中，在提供所述廢舊織物的步驟中，還包括將所述廢舊織物分割成多個織物碎片。
- 如請求項1所述的包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法，其中，在使用所述酸催化劑水溶液處理所述廢舊織物的步驟中，所述廢舊織物與所述酸催化劑水溶液的固液比為1：5-100。
- 如請求項3所述的包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法，其中，在使用所述酸催化劑水溶液處理所述廢舊織物的步驟中，所述廢舊織物與所述酸催化劑水溶液的固液比為1：5-10。
- 如請求項3所述的包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法，其中，所述酸催化劑水溶液包含0.1至1重量百分比的酸催化劑。
- 如請求項5所述的包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法，其中，所述酸催化劑為一有機酸、一有機酸酐、一路易 斯酸或它們的任意組合。
- 如請求項6所述的包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法，其中，所述有機酸為草酸，所述有機酸酐為乙酸酐，所述路易斯酸為氯化鋅。
- 如請求項7所述的包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法，其中，所述酸催化劑由草酸和乙酸酐組成，且草酸和乙酸酐以1-10：1的重量比例存在。
- 如請求項1所述的包含聚酯和羊毛纖維的廢舊織物的處理方法，還包括：從處理後的所述廢舊織物中回收聚酯纖維並製成聚酯粒。
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