PET回收再生技術及在服裝設計中的應用

吳 亮

（西安美術學院，陜西 西安 710065）

對苯二甲酸二甲酯（DMT）或對苯二甲酸（PTA）與乙二醇聚合可得到聚對苯二甲酸乙二酯（PET），PET是重要的紡織原料。但是大量的廢棄PET難以實現自然降解，需要回收再生利用。使用再生PET生產PET纖維廣泛應用于服裝領域。本文綜述了采用回收PET瓶片和廢舊PET布料生產再生PET及再生PET纖維的研究進展，并介紹了再生PET纖維在服裝設計中的應用。

1 采用回收PET瓶片生產再生PET及再生PET纖維

生產再生PET纖維90%以上的原料都是回收PET瓶片。PET瓶片回收工藝通常使用熔融擠出方式，將PET瓶片以物理過程轉化為纖維或其他產品，可以將瓶片直接熔融擠出制成纖維，也可以先將瓶片轉化成再生PET切片后熔融擠出制成纖維，瓶片還可以通過螺桿擠出機增加液相熔體增黏工序，提高再生PET熔體質量。

廣東寶匯環?？萍加邢薰荆?］公開了一種采用PET瓶片生產再生PET纖維的方法。將清洗后的PET瓶片通過紅外分色設備精準分色后，經風道提升后依次進行熱風干燥和真空干燥至水質量分數低于80×10-6，干燥后的PET瓶片經單螺桿擠出機進入噴絲機噴絲，單螺桿擠出機中加入色粉、擴鏈劑、填充劑和改性劑，其質量分別為PET瓶片質量的0.5%，1.2%，2.0%，0.5%。紡絲絲束集束后再經過前紡、牽伸、除濕定型、烘干得到再生PET纖維。界首市成銘塑業有限公司［2］公開了一種利用再生PET瓶片制備高品質PET纖維的方法，向再生PET瓶片中添加輔料制成的PET纖維降低了加工成型溫度，無需購置新設備。具體方法是將再生PET瓶片清洗，烘干，破碎，于285 ℃熔融塑化擠出造粒得到再生PET顆粒，將再生PET顆粒100 phr、丙烯腈-烯丙基三甲基硅烷胺共聚物20 phr、沉淀二氧化硅8 phr于250 ℃熔融共混得到紡絲熔體。其中，丙烯腈-烯丙基三甲基硅烷胺共聚物的制備方法是將去離子水加熱至50 ℃后加入0.5 mol丙烯腈單體和0.2 mol烯丙基三甲基硅烷胺單體，再加入占單體總質量0.25%的十二烷基硫醇和2.50%的過硫酸鉀，加熱至65 ℃反應5 h，過濾水洗干燥即得丙烯腈-烯丙基三甲基硅烷胺共聚物。將紡絲熔體輸送至紡絲箱，經紡絲、上油、牽伸、側吹風冷卻、卷繞，紡絲溫度為250 ℃，側吹風溫度為25 ℃，相對濕度為75%，風速為0.4 m/s，牽伸倍率為3倍，卷繞速度為3200 m/min，制得再生PET纖維。該纖維斷裂強度為4.72 cN/dtex，斷裂伸長率為88.5%。

廢舊PET瓶片中含有的雜質聚氯乙烯（PVC）使拉伸強度較差，并降低再生PET熔體的流變性和均勻性，導致再生PET長絲成品斷頭率增加。寧波超泰新材料有限公司［3］在熔融擠壓過濾后的原料PET顆粒中加入氧化鎂和二氧化硅，再次熔融使雜質PVC與PET分離，得到性質穩定且純凈的PET，同時在析出PVC時，氧化鎂與二氧化硅在催化劑存在條件下反應生成硅酸鎂，可以增加PET拉伸強度并提高反應速率。原料包括：PVC含量為5%～8%（w）的PET瓶片1000 phr，納米二氧化硅18 phr，氧化鎂13 phr，偏磷酸鋁4 phr，二氯二甲基硅烷80 phr。將經過清潔并破碎的PET瓶片送到170 ℃結晶床得到預結晶PET瓶片；預結晶PET瓶片干燥溫度為150 ℃，時間為6 h，得到含水量小于50×10-6（w）的結晶PET瓶片，使用螺桿混煉機熔融擠壓過濾得到PET顆粒。將PET顆粒在螺桿混煉機熔融，熔融過程中加入納米二氧化硅15 phr、氧化鎂10 phr、偏磷酸鋁4 phr，在熔體下方用氮氣吹鼓6 h，當熔體中不再產生氣體時加入二氯二甲基硅烷80 phr，停留時間為30 min，混合并脫出低沸物，得到去除PVC的改性PET；采用高速紡絲工藝進行紡絲，對紡絲預網絡后，進入熱輥進行牽伸然后進行網絡卷繞成型，得到全拉伸PET長絲。所得全拉伸PET長絲的熱收縮率為65%，斷裂強度為4.08 cN/dtex，斷裂伸長率為30.4%，染色均勻度評級為4.8級。成品性質穩定，PET長絲的斷頭率降低。

還可以通過使用回收PET切片與原生PET切片共混制備功能性PET纖維。安徽農業大學［4］公開了一種高吸濕再生PET纖維長絲制備工藝，首先將清洗破碎過的PET瓶片和原生PET切片分別于150 ℃真空干燥5 h，將干燥后的PET瓶片與原生PET切片按照質量比4∶100在反應釜中均勻混合，加熱至250 ℃后得到PET瓶片與原生PET切片的共混液；將1 phr無機造孔劑添加到100 phr共混液中共混加熱至260 ℃熔融1 h，通過雙螺桿擠壓機的異形截面噴絲孔擠壓得到中空再生PET纖維；將所得中空再生PET纖維與質量濃度為5 g/L的鹽酸溶液于20 ℃反應10 min，水洗，烘干，得到微穴中空結構的高吸濕再生PET纖維。該PET纖維長絲內部中空，表面微穴結構，提高了再生PET纖維的回潮率和吸濕性能。

2 采用廢舊PET布料生產再生PET及再生PET纖維

以含PET的廢舊布料為原料，通過分類回收和處理，重新獲得各種性能優異的塑料，不僅減少了廢舊布料對環境造成的污染和破壞，還獲得了種類眾多、性能優良的塑料，又進一步增加了廢舊布料的利用價值和使用效率。

2.1 生產再生PET

帝人纖維株式會社［5］公開了從染色PET纖維中回收有用成分的方法，包括染料提取工序、固液分離工序、解聚反應工序、 酯交換反應工序以及有用成分分離工序，可以容易地從染色PET纖維中回收高純度的用于PET纖維制造的成分。將100 g黑色PET布與600 g對二甲苯投入2 L可分離式燒瓶中，在常壓、130 ℃的條件下加熱并攪拌10 min后進行抽濾去除染料。將去除染料的PET布與600 g乙二醇投入可分離式燒瓶，在常壓、170 ℃加熱攪拌10 min后固液分離，將得到的去除染料的PET布投入預先加熱至185 ℃的乙二醇（400 g）與碳酸鉀（3 g）的混合物中，于常壓、185 ℃反應4 h，得到含有對苯二甲酸雙羥乙酯（BHET）的解聚溶液并過濾。過濾后的解聚溶液送至蒸餾塔，塔底溫度140～150 ℃，壓力13.3 kPa，濃縮后過濾。向200 g濃縮解聚溶液中添加1.7 g酯交換催化劑碳酸鉀和200 g甲醇，于常壓、75～80 ℃反應1 h，得到酯交換反應生成物，冷卻至40 ℃，通過離心固液分離得到以粗DMT為主成分的濾餅，將濾餅在壓力6.7 kPa、塔底溫度180～200 ℃的條件下蒸餾，得到純化DMT，收率為85%（w）?；厥盏募兓疍MT的外觀、酸值、熔融比色、硫酸灰分含量均達到市售品標準，DMT與乙二醇反應生成PET。呂亞淑等［6］研究了4種不同PET面料的乙二醇醇解工藝。這四種面料分別是高支高密防羽布、珊瑚絨面料、阻燃針織布、滌棉混紡布。將100.0 g乙二醇、0.1 g二水乙酸鋅加入四口燒瓶， 當二水乙酸鋅在乙二醇中完全溶解后，加入50.0 g PET面料并通氮氣，溫度保持在196 ℃，當四口燒瓶內液體呈透明狀時終止反應，冷卻，過濾，結晶，得到BHET。結果表明，高支高密防羽布的轉化率可達到77.01%，得到的醇解產物的相對分子質量最接近BHET的相對分子質量，且4種醇解產物中BHET單體質量分數分別為40.08%，38.50%，37.83%，35.80%。弘暖纖科技（北京）有限公司等［7］公開了一種再生PET熔體或切片、超輕隔熱保溫再生PET紡織品及其制備方法。將廢舊PET紡織品破碎后在螺桿擠出機中進行半塑化致密，致密溫度為255 ℃，壓力為5.5 MPa。以乙二醇為醇解劑，乙二醇與廢舊PET質量比為100∶1，致密后的廢舊PET物料先后進入第一醇解反應器和第二醇解反應器，在第一醇解反應器內加入粒徑10 nm至100 μm、孔隙率40.0%～99.9%的氣凝膠進行共混，氣凝膠與PET質量比為0.5∶99.5，共混時間30 min。醇解反應產物依次進入預縮反應器、終縮反應器中得到改性再生PET熔體，該熔體可直接送往紡絲箱體直紡，也可經水冷鑄帶切粒得到改性再生PET熔體或切片，具備良好可紡性。

2.2 生產再生PET纖維

慈溪市江南化纖有限公司［8］首先制備再生PET泡料和改性超高相對分子質量聚乙烯。將廢舊PET纖維進行粉碎、清洗和真空干燥制成PET碎片，PET碎片與抗氧劑168充分混合于200 ℃預熔融4 min后真空干燥得到再生PET泡料。將超高相對分子質量聚乙烯與兩親性梳狀聚醚硅氧烷按質量比為4∶1進行共混，得到改性超高相對分子質量聚乙烯。將6 phr再生PET泡料與1 phr改性超高相對分子質量聚乙烯混和均勻送入紡絲螺桿熔融紡絲，紡絲螺桿進料段溫度為230 ℃，壓縮段溫度為245 ℃，均化計量段溫度為265 ℃，紡絲箱體溫度為265 ℃，得到再生PET纖維。該再生PET纖維可用于紡織品面料，具有降溫功能。

傳統的PET短纖維生產工藝是在PET纖維中加入色母粒進行混紡，形成具有色彩的有色PET短纖維。由于PET大分子鏈排列規整性好、不易染色，必須在高溫高壓條件下用分散染料才能實現深染色，耗電量大，污染環境。揚州天富龍科技纖維有限公司［9］將清洗撕碎后的廢舊PET紡織品碎片100 phr、甲醇與乙酸反應的酯化物100 phr、三單體間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉1 phr及色母?；旌瞎簿?。其中，色母粒用量占酯化物、PET碎片和間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉總質量的2%～3%，反應溫度為280 ℃，真空度為30 Pa。共聚物經過濾和結晶形成半凝固的高分子聚合物。對高分子聚合物熔體進行熔融紡絲，紡絲溫度為250 ℃，紡絲速度為1000 m/min，拉伸溫度為70 ℃，預牽伸倍率為1.04，一道牽伸倍率為1.90，二道牽伸倍率為1.05，制得細旦有色PET短纖維，其拉伸強度為110.1 kPa，極限氧指數為30.2%，撕裂強度為22 kN/m，壓縮強度為115.3 kPa，干熱老化后拉伸強度為79.2 kPa。該方法生產工藝簡單，成本較低。浙江世博新材料股份有限公司［10］利用廢舊PET布料制備再生PET，將廢舊布料清洗、消毒、切碎，以濃度為5 mol/L的NaOH溶液作為開纖劑，于45 ℃開纖處理20 min；在經過開纖處理的100.00 phr廢舊布料中加入0.05 phr二元乙丙橡膠，0.05 phr聚烯烴，0.10 phr苯乙烯嵌段共聚物，0.05 phr環氧大豆油，0.05 phr 2-（2′-羥基-5′-甲基苯基）苯并三氮唑，0.02 phr平均粒度為100 nm的碳酸鈣，0.04 phr片狀石墨，在溫度為180 ℃、壓力為0.3 MPa的條件下加熱熔融1 h，得到熔融液；熔融液經擠出成型、冷卻、切粒，得到平均粒徑為0.3 mm的再生PET粒子，維卡軟化溫度182 ℃，膨脹率0.02%，沖擊強度145 kJ/m2，吸水性0.01%。實現了對廢舊PET布料的深層次的回收利用，改變了對廢舊PET布料的傳統處理方式。

3 再生PET纖維在服裝設計中的應用

再生PET纖維廣泛應用于服裝設計領域。龍福環能科技股份有限公司［11］使用回收PET瓶片生產仿真絲三葉異形預取向絲（POY）長絲，將回收PET瓶片清洗烘干后送入結晶床體內結晶，然后在干燥塔內干燥，螺桿擠出機中熔融擠壓，通過兩級過濾裝置過濾，均化釜內均化后進入紡絲箱，采用高速紡絲工藝，噴絲板設置為96孔，每孔為三角形進行紡絲，制得仿真絲三葉異形POY長絲。該長絲具有三棱鏡般纖維結構，能夠吸收和反射光線，并能使采用該纖維紡織的織品從不同角度折射散發光線，纖維呈現象牙般柔和光澤，可在很多領域替代真絲。當噴絲孔為一字形可生產扁平POY長絲［12］。扁平POY長絲扁平度很高，不僅具有良好的懸垂性、彈性、良好的皮膚觸感和細膩干爽等性能，還能體現出獨特而閃亮的光澤效果。江蘇如佑紡織科技有限公司［13］篩選PET廢品并破碎成1.0～1.5 cm的碎片，洗滌后脫水造粒熔融并混合均勻得到的PET熔體進入紡絲箱體，噴絲過濾后擠出，風冷制得再生PET纖維，紡絲時，箱體溫度為295 ℃，紡絲組件壓力為20 MPa，紡絲溫度為290 ℃，側吹風冷卻溫度為25 ℃，風速為0.5 m/s，風濕度為70%，壓力為430 Pa。將PET長絲和PET低彈絲使用經編機織造，得到革基布本體，將革基布本體的一面進行起毛染整，得到再生環保型珍珠絨面料。再生珍珠絨與普通珍珠絨各項質量指標相近，但是CO2排放量能夠減少80%。浙江天駿紡織有限公司［14］使用再生PET紗線制造彈力面料，采用由多根坯線組成再生PET紗線構成的針織線圈，相鄰針織線圈的交匯處穿插有截面為圓形的添紗，再生PET紗線交替設置的固定部和變形部，固定部的坯線軸線平行且彼此固定，變形部的坯線螺旋纏繞且彼此活動。所制面料高彈并耐磨，可用于制造貼身耐磨的戶外運動服飾。常州駿嘉紡織科技有限公司［15］使用再生PET纖維生產免染色雪尼爾燈芯絨面料。雪尼爾燈芯絨面料是由不同細度和強力的短纖維或長絲通過捻合而成的面料，其羽絨豐滿、手感柔軟、織物厚實而質地輕盈，廣泛用于家紡及針織服裝領域。該面料包括雪尼爾層、抑菌袋、干燥劑、吸附劑和燈芯絨層，其中，雪尼爾層采用再生PET纖維編織而成。

4 結語

PET是重要的紡織原料，但大量的廢棄PET難以實現自然降解，需要回收再利用。對廢舊PET瓶片和廢舊PET纖維進行回收，既可以解決環保問題還可以實現資源的回收。再生PET纖維應用于服裝設計領域可以制造仿真絲面料、高彈性耐磨的戶外運動服飾面料以及雪尼爾燈芯絨面料等。