再生聚酯纤维技术发展现状及前景

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本文回顾了再生聚酯纤维的发展历史,概括了聚酯废料再生高品质聚酯纤维的关键技术,介绍了再生聚酯纤维的主要应用领域,并指出其由粗放型非织造领域向高端服用领域迈进的方向。

合成纤维在纺织行业中起着举足轻重的作用,特别是聚酯涤纶工业发展迅猛,在给人类的生产和生活带来科技进步和舒适享受的同时,各类废弃聚酯产品及聚酯废料造成的环境污染也越来越大,如何将这些废料变“废”为“宝”,一直是世界各国加紧研究的课题。本文将从发展历史、回收关键技术、用途及发展趋势等方面对再生聚酯纤维进行介绍。

1 再生聚酯纤维的发展历史

东欧如前苏联早在1985年,“伞苏非织造布研究院”己利用回收的废丝生产出汽车用针刺衬布10万m2;罗马尼亚用纺织下脚料制成了针刺“再生地毯”。德国在这方面成绩斐然,每年回收13万t纺织品。德国的Ecolog Recycling公司使用同一标准的均一聚酯材料制成的商品名为“Ecolog”的服装,其旧服装可统一收集回收。使用过的Ecolog旧服装以聚酯颗粒的形式回收,再生产制成新的纽扣、拉链、内衬材料以及织物,从而实现Ecolog的闭合循环。

意大利在这方面也同样成绩突出,塑料回收组织在全国设立了很多工厂,分类收集旧塑料制品,然后通过X射线探测仪及光学探测仪等分离出透明和有色的PET瓶,分好的PET瓶被打成碎片备用。另外,意大利的Montefibre公司与塑料回收组织合作,开发的“Terital Eco”商品以高质量聚酯纤维的形式赋予废旧聚酯新的生命。

日本因资源匮乏,一直重视各种物资的回收再利用工作。帝人集团1992年开始进行聚酯产品以化学循环法再生的工作,2002年实现以使用过的纤维产品为原料再生产纤维的工业化生产,即“纤维到纤维”技术,使纤维产品的持续循环利用成为可能。帝人将纤维开发、回收、再循环利用的这一系统称为“ECO CIRCLE”。此外,日本以实施“容器包装品再生法”为契机,加快聚酯瓶回收再利用领域的开发工作,2003年聚酯聚合物的“瓶到瓶”也开始投入生产。

我国再生聚酯行业发展也有近30年的发展历史,20世纪90年代主要以我国台湾省和韩国转移过来的单螺杆纺丝设备为主,用泡泡料生产低档的针刺非织造布和纱线等,1987年吉林省纺织技术开发公司引进了我国第一条再生纤维生产线。进入21世纪后,随着技术的进步,逐渐发展到以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。如山东龙福环能科技股份有限公司目前正利用聚酯瓶片料规模化生产再生聚酯长丝POY、DTY、FDY及聚酯工业丝等。

近几年我国再生纤维行业发展很快,主要集中在东南沿海地区。江苏、浙江的产能占到了全国总产能的72%,广东、福建两省占10%,其他地区仅占18%。2010年我国的再生聚酯纤维产能达620万t,已成为世界最大的再生聚酯纤维生产国。

2 再生聚酯纤维的生产

2.1 工艺流程

再生聚酯纤维生产的工艺路线主要有两种:一是用瓶料、聚酯废丝等回收料经粉碎造粒直接纺丝,称为物理回收生产法;二是利用聚酯类缩聚物的缩聚过程可逆,通过化学方法使回收的聚酯解聚生成单体,然后再缩聚成高品质的纤维级聚酯切片用于纺丝,称为化学回收生产法。

(1)原料处理

废PET瓶分拣粉碎粗洗瓶盖、商标纸分离高温处理脱水精洗脱水净瓶片。

(2)再生纤维生产

物理法:净瓶片干燥熔融过滤计量纺丝再生聚酯纤维;

化学法:净瓶片化学反应解聚精制聚酯原料DMT或IPA再聚合纺丝再生聚酯纤维。

2.2 高品质再生聚酯纤维的关键技术

再生聚酯纤维由于原料来源复杂,常常颜色、纯度、黏度等有所差异,并且含有大量的杂质,造成原料性能差异较大,过去主要以生产普通规格短纤维为主。近年来,人们为了生产出高品质再生聚酯纤维,如聚酯长丝、聚酯工业丝等,专门针对再生聚酯原料的特点在工艺和设备方面采用了多种关键技术。

2.2.1 高效连续瓶片分级、清洗技术

为了除去瓶片原料中的粘结剂、灰尘和瓶中的残留物,使瓶片原料质量一致,颜色一致,采用高效连续瓶片分级技术和湿法粉碎、多级反复清洗技术,具体包括:

①系统采用连续化、自动化和模块设计,保证产品均一的高质量;

②选用密度分离、浮游分离、气力分离和磁性分离等高效连续自动分选设备,逐级去掉金属铁质、标签、PVC、金属铝等各种杂质、污物,获得符合质量要求的洁净聚酯碎片;

③选用高效粉碎机,提高湿粉碎能力;

④清洗工序采用后-工序用水至前-工序回用的水循环装置,节约用水。

2.2.2 高效干燥技术

为保证结晶均匀,提高瓶坯的软化点,减少干燥过程中发生“搭桥”问题,可采用高效干燥技术,具体包括:

①采用充填式干燥装置,将结晶床高度提升,增大结晶面积;

②在结晶风出口安装瓦片挡料板,解决回收聚酯瓶片料密度小、杂质多,可能造成粉尘飞扬或者部分轻片飞人下面料仓的问题;

③在干燥塔中增加螺旋式搅拌器,防止“搭桥”出现;

④采用预结晶温度为165℃、时间为15 min,干燥温度为175℃、干燥时间为3~4 h的干燥工艺。

2.2.3 高效熔融技术

为保证瓶片快速熔融,减轻熔体输送过程中的物料回流、减少大分子链降解和供料量不足等问题,采用高效熔融技术。

①选择设计瓶片专用螺杆,再生装置对螺杆挤出机的选择可以参考瓶片螺杆挤出机的相关参数。由于瓶片的外形尺寸、堆积密度、特性黏度与切片不同,因此螺杆挤出机结构参数的确定,必须适合瓶片的快速热熔融,以避免螺杆在工作中因瓶片环结、架桥引起螺杆飞车,以至影响再生纤维级切片的正常生产。表1为瓶片螺杆与普通螺杆的参数对比。