浅谈再生聚酯纤维

浅谈再生聚酯纤维

作者：邵斐冯婧

来源：《中国纤检》2016年第04期

摘要：

文章介绍了聚酯纤维的优良特性，通过回收废旧聚酯再生循环利用，详述了再生聚酯纤维的发展状况和生产体系，以及存在的问题和技术改进。

关键词：再生聚酯纤维；瓶级；聚酯废料

1 引言

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是由对苯二甲酸（PTA）或对苯二甲酸二甲酯（DMT）和乙二醇发生酯化反应、缩聚而成的饱和高分子化合物，通常呈乳白色或浅黄色，结构式如图1所示。

图1 PET的结构图

从结构式可以看出，PET是具有对称性苯环结构的线性大分子，直接与苯环相连的酯基与苯环形成了刚性的共轭体系，具有高度的立体规整性，是一种结晶型热塑料树脂。PET具有高强度、高刚性、耐热性、耐化学药品性、电绝缘性、安全性和尺寸稳定性等良好的物理、化学性能，广泛用于饮料瓶、纤维、薄膜、片基及电器绝缘材料等各种领域[1]。

基于其良好的性能，全球对聚酯需求的数量迅猛增加，聚酯生产行业一直持续增长，据不完全统计，全世界聚酯的年产量有数千万吨。但是，随着石油等自然资源的日益紧缺，有专家预测，如果不能探测到新油田，以目前的石油开采量，仅够维持几十年[2]。而另一个随之而来的问题是，聚酯产量的迅猛增加，排入自然界的废弃聚酯也逐渐增加，各类废弃聚酯产品及聚酯废料造成的环境污染也越来越严重[3]。中国已经成为全球最大的废旧聚酯形成国，国内废旧聚酯年产量约2000万吨，而且每年还要进口600万～700万吨[4]。虽然聚酯不会对环境直接造成危害，但废旧聚酯材料的化学惰性较强，短时间内不易被大气和微生物降解，且废旧聚酯的数量巨大，占据了大量空间，造成了白色污染。

对聚酯产品进行回收再加工，得到新型的聚酯再生产品，既可以有效利用资源又能保护环境、减少白色污染，已成为国际社会日益关注的问题，且市场发展潜力巨大[2]。

2 再生聚酯纤维的发展状况

目前，关于废弃瓶级聚酯的再生利用技术研究主要分为以下两个方面：一是“瓶到瓶”的再生技术，是将洗净后的瓶级聚酯切片转换成可以替代原生聚酯的切片；二是“瓶到纤维”的再生技术，瓶级聚酯切片回收料用于生产短纤维和非织造布[5-6]，可用作夹克、枕头、睡袋等保温材料或填料纤维等，或者通过选用一定的工艺，纺出合格的涤纶长丝，如采用结晶工艺专利技术处理的瓶级聚酯切片可直接用于纺丝，此种工艺方法加工的再生聚酯短纤维各项技术性能基本可达到由原生聚酯切片纺丝质量[7]。

2.1 国外再生聚酯的发展状况

在欧美以及其他发达国家从上世纪50年代就开始研究回收利用废旧聚酯的方法，利用回收聚酯瓶纺制短纤维并加工成服装、非织造布及填充料等已获得成功，并取得了较大的经济效益。

美国的3M公司通过将PET瓶分解、聚合、纺丝等开发了一种含有50%再生聚酯纤维的保暖面料，每使用一件含有该材料的服装，就相当于回收利用了11个600毫升的矿泉水瓶。美国Dyersburg织物公司及Wellman公司用回收聚酯瓶料生产的纤维分别制造绒面布和开发户外用面料以及运动服。耐克和阿迪达斯公司在2010年南非足球世界杯上为9支国家队提供队服，其面料就是通过回收废旧聚酯瓶再加工得到的。意大利的很多工厂可以对透明和有色两类聚酯瓶进行自动化分类和回收，并且生产出了高纯度的适于制成高质量纤维的材料，该国ORV公司每年用回收PET瓶生产短纤维达到35kt，其纤维主要用于服装和织物填充料以及用作土工布和绝缘材料的非织造布。日本的Nemoto Sangyo公司以回收PET瓶为原料制作各种地毯和服装。

2.2 国内再生聚酯的发展状况

我国再生聚酯行业发展近40年，已成为再生聚酯纤维的第一大生产国，占全球总产量的80%左右，尤其是江浙地区，废旧聚酯瓶的再生纤维加工厂众多，形成了一定的生产规模，基本可达到废瓶不废的程度。进入21世纪后，随着技术的进步，逐渐发展到以废旧聚酯瓶片为主要原料或以泡泡料为辅料生产再生聚酯短纤维、二维中空纤维、三维卷曲中空纤维、再生聚酯长丝和聚酯工业丝等。但是国内企业对回收聚酯的开发和利用的水平还不够，对瓶级聚酯再纺丝技术的科研投入也不够，其品质难以达到纺织纤维的要求，多数被用作一般的填充材料[8]。国内企业普遍只考虑价格优势，而没有在提升产品附加值上投入更多，因此在回收利用率、技术水平以及产品档次上，国内与国外还有相当差距，再生聚酯纤维的品质亟待提高。

3 再生聚酯纤维的生产体系

3.1 工艺流程

再生聚酯纤维生产工艺分为物理法和化学化。

3.1.1 原料处理

废聚酯瓶→分拣→破碎→粗洗→瓶盖、标签分离→高温处理→脱水→精洗→脱水→净瓶片。

分拣是指将废聚酯瓶按照材质和颜色初步分离，分离是指将废聚酯瓶按瓶体、瓶盖、标签分拆后按类回收处理。现阶段绝大多数采用人工筛选的方法处理。

3.1.2 再生聚酯纤维生产

物理法：净瓶片→干燥→熔融→过滤→纺丝→再生聚酯纤维。

化学法：净瓶片→解聚→精制聚酯原料→聚合→纺丝→再生聚酯纤维。

物理法使用广泛，投入设备较少，工艺较为简单，对于环境的影响相较于化学法也较小，但瓶级再生聚酯纤维的理化指标相较于原生聚酯纤维有一定的差距，且不能实现完全的循环利用。化学法是通过适当的化学试剂处理，通过对废聚酯解聚获得聚酯单体或低聚物，再重新聚合成高聚物，可以实现废旧聚酯的完全循环利用，且其再生聚酯纤维的性能指标良好，最大的问题在于其技术的复杂和设备投入大，以及化学试剂可能产生的环境问题。

3.2 技术改进

3.2.1 回收聚酯瓶片的分离提纯技术

废聚酯的来源主要分两部分，一部分是聚酯产品生产过程中的废料，可直接再加工利用。另一部分来源于废聚酯包装材料，例如聚酯瓶、聚酯薄膜和聚酯纤维[9]。目前，我国所收集的废聚酯瓶均被压扁，无法通过机械方法预先分离瓶盖、瓶底座、标签等非聚酯部分，只能将废聚酯瓶破碎成片后，再从含有聚乙烯（PVC）、铝、纸和粘合剂[10]的碎片中分离聚酯部分。此种分离提纯技术复杂，所需设备较多，投资也较大，预处理后的聚酯瓶碎片中的杂质含量仍较高，会导致纺丝产品发黄且色泽不匀。

3.2.2 废旧聚酯循环利用时特性黏度的控制

与纤维级聚酯切片相比，瓶级聚酯切片的特性黏度一般大于0.70dL/g，在制瓶过程中受热应力的作用而降低0.05dL/g～0.08dL/g，循环利用时与水、酸、碱、醇等接触会发生缓慢热降解和水解，导致聚酯分子量和特性黏度的进一步下降。而用于纺丝的标准聚酯切片的特性黏度一般在0.62dL/g～0.68dL/g之间，因此聚酯瓶片一般不能直接用于纺丝，聚酯瓶在纺丝前必须经过一定的预处理，使特性黏度、分子量、结晶度等达到纺丝要求。

3.2.3 废旧聚酯纤维的应用技术