涤纶/锦纶6混杂织物化学法回收BHET和TPA的研究

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聚酯纤维主要指聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维,俗称涤纶;聚酰胺纤维主要指聚己内酰胺纤维,俗称锦纶6,两者产量巨大,在纺织产业中位居合成纤维的第一第二,2021年涤纶产量达到5363万吨,锦纶6纤维产量达到415万吨,但其回收再利用率不足20%,我国作为最大的石油进口国,造成了严重的资源浪费,对世界环境和我国耕地造成极大压力。但在纺织产业中,各种化纤混合使用以满足人们日常生活的需求,导致废旧纺织品中组分复杂,回收产物难以实现再利用。因此如何分离纯化纺织物中各组分或提高各组分解聚产物含量和纯度,并探究合理的化学回收路径,是实现从废旧纺织品中回收涤纶和其他纤维的关键问题。在此背景下,本论文利用涤纶和锦纶6在乙二醇(乙二醇)中溶解性的差异,和涤纶和锦纶6解聚产物在水中溶解性的差异,实现从涤纶和锦纶6混杂织物中回收对苯二甲酸双羟基乙二醇酯(BHET)和对苯二甲酸(TPA)的目的。本课题的主要研究思路是探究锦纶6在乙二醇中溶解条件,然后过滤分离出涤纶,乙二醇醇解后回收BHET,从而达到分离回收目的;涤纶和锦纶6水解产物在水中溶解性差异明显,混合水解通过重结晶回收TPA,达到分离回收目的。主要研究及得到的结论如下:(1)涤纶/锦纶6混杂织物中涤纶的分离及醇解回收BHET工艺探究以涤纶/锦纶6、乙二醇为原料,通过研究涤纶和锦纶6在乙二醇溶解行为,发现不同加热温度下涤纶和锦纶6在乙二醇中具有不同的溶解机理。其中锦纶6和乙二醇的极性较大且接近,在150、160、170、180、190℃及更高温度下,均能较快的完全溶解于乙二醇中,形成均一溶液,此过程中分子量变化不明显,说明锦纶6经溶胀、溶解和乙二醇形成均一溶液;而涤纶在乙二醇中分子量发生了明显的降低,因此涤纶是解聚产物溶于乙二醇中,在无催化剂时150、160、170、180、190℃温度下,其降解速率极慢,因此其在较短时间内溶解率极低,后通过过滤方法可以实现涤纶/锦纶6的分离。将分离纯化的涤纶进行乙二醇醇解,通过重结晶和升华的方法实现BHET的化学回收,此过程主要探究反应温度、乙二醇用量和催化剂用量,探究其最佳醇解条件,最后通过核磁共振对解聚产物进行分析,可以确定解聚产物为BHET。最佳醇解条件为:涤纶;乙二醇;碳酸钾=1;3.1;0.02(质量比)、醇解温度210℃、醇解时间1.5h,重结晶阶段回收率约为86.3%。(2)涤纶/锦纶6混合织物水解回收TPA工艺探究涤纶水解产物TPA(对苯二甲酸)不溶于水,而锦纶6水解产物己内酰胺极易溶于水,利用二者水解产物在水中溶解度差异,实现二者水解产物分离,达到涤纶化学回收再利用的目的。本研究分别探究了涤纶水解条件和锦纶6水解条件,以及二者的相互影响。涤纶水解探究了水含量、时间、温度等因素,确定涤纶最佳水解条件为:涤纶;去离子水=1;15(质量比)、水解温度210℃、水解时间2.5h,水解率为100%,TPA收率97.1%。锦纶6水解探究过程中,发现TPA的加入可以促进锦纶6的水解,因此探究了水含量、TPA用量、温度、时间等因素,确定了锦纶6最佳水解条件为:锦纶6;去离子水;TPA=1;15;0.25(质量比),水解温度210℃、水解时间10h,水解产物完全溶解在水中,核磁分析可以确定锦纶6水解产物为己内酰胺和己内酰胺衍生物。可以发现锦纶6水解条件较涤纶水解更为苛刻,因此两种混杂织物以锦纶6完全水解为前提,设计了不同比例混杂织物进行水解,结果发现在涤纶量多于锦纶6时均可实现TPA的回收。综上所述,本论文提供了两条路线,从含涤纶和锦纶6的混杂织物中回收涤纶解聚产物BHET和TPA。BHET法中,根据涤纶和锦纶6在不同温度下在乙二醇中具有不同溶解机理及锦纶6溶解涤纶不溶解,在化学解聚之前将其分离,提取到涤纶后将其醇解,达到回收目的;TPA法中,根据涤纶和锦纶6解聚产物在水中溶解性差异,在解聚后实现两者解聚产物的分离,达到回收目的。两条路线在工业生产中均具备产业化可行性,为未来废旧纺织品的化学回收奠定一定的技术基础。
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