dmso試劑回收滌綸和棉纖維的研究

dmso試劑回收滌綸和棉纖維的研究

資源匱乏和污染是世界上的共同問(wèn)題。特別是，依賴石油的行業(yè)已經(jīng)成為一個(gè)普遍且高污染的行業(yè)。化纖行業(yè)中每年的聚酯產(chǎn)能達(dá)2500多萬(wàn)t目前,對(duì)廢舊紡織品的回收方法主要分為物理回收法和化學(xué)回收法對(duì)于聚酯來(lái)說(shuō),化學(xué)回收法可使聚酯鏈斷裂成相對(duì)分子質(zhì)量低的對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(BHET)中間體或是完全降解為對(duì)苯二甲酸(PTA)或?qū)Ρ蕉姿岫柞?DMT)和乙二醇(EG)基于以上考慮,本文的研究另辟新徑,尋找合適的化學(xué)試劑通過(guò)溶解法從廢舊聚酯紡織品中回收聚酯,使其達(dá)到低成本、高效率并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)。以廢舊服裝的再生利用為出發(fā)點(diǎn),選用二甲基亞砜(DMSO)試劑溶解并回收聚酯,開(kāi)發(fā)出全新一代的回收再利用廢舊紡織品的清潔生產(chǎn)技術(shù)。1實(shí)驗(yàn)部分1.1單步儀器和儀器二甲基亞砜(分析純),純滌綸織物,純棉織物,滌/棉(86/14)織物。1000mL四頸燒瓶,98-1-C型數(shù)字控溫電熱套,冷凝管,直流電動(dòng)機(jī)(功率60W),攪拌槳,接收瓶,溫度計(jì),燒杯,聚合釜,SHD-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵,GC7900氣相色譜儀,烏氏黏度計(jì),纖維斷裂強(qiáng)力儀等。1.2滌綸pet二甲基亞砜(DMSO)是一種高極性,高沸點(diǎn)(189℃)的有機(jī)化合物;滌綸(PET)具有良好的物理化學(xué)性能,其極性高,熔點(diǎn)約為264℃。本文實(shí)驗(yàn)利用二者相似相容原理,使滌綸溶于DMSO中,而棉纖維不溶于DMSO,從而達(dá)到分離滌綸與棉纖維的效果。2結(jié)果與討論2.1100mso提取純紡織布2.1.1dmso與純滌織物溶解速率的定溫實(shí)驗(yàn)純滌綸織物溶解于DMSO過(guò)程中,當(dāng)溶液溫度升到135℃時(shí),四頸燒瓶中有白霧產(chǎn)生,發(fā)生微量溶解。隨著溫度的升高,溶解反應(yīng)加劇。溫度升到194℃后,反應(yīng)穩(wěn)定,直至溶解結(jié)束。為了確定溫度對(duì)DMSO與純滌織物溶解速率的影響,進(jìn)行定溫實(shí)驗(yàn)。先將一定量的DMSO溶液投入到1000mL的四頸燒瓶中,加熱到測(cè)定溫度,再放入滌綸織物,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。從圖1中可看出,純滌綸織物在170℃時(shí)溶解比較緩慢,溫度達(dá)到180℃時(shí)溶解速度顯著提高。當(dāng)溫度為185~194℃時(shí),純滌綸織物溶解時(shí)間趨近于穩(wěn)定。這說(shuō)明,DMSO與純滌綸織物的反應(yīng)主要發(fā)生在溫度為185~194℃范圍內(nèi)。2.1.2織物在dmso試劑中的溶解度將一定質(zhì)量配比的DMSO和純滌綸織物一起投入到1000mL的四頸燒瓶中,在常壓下,溶液由常溫加熱到194℃,穩(wěn)定反應(yīng),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。從表中數(shù)據(jù)可看出,DMSO與純滌綸織物的配比值為1時(shí),其溶解時(shí)間為15min。當(dāng)DMSO與純滌綸織物的配比從2倍增大到8倍,其溶解時(shí)間趨于穩(wěn)定,均為12min。由此得出,DMSO與純滌綸織物的配比大于或等于2倍時(shí),DMSO溶解純滌綸織物幾乎不受DMSO與純滌綸織物配比的影響。另外,從分子結(jié)構(gòu)可以看出,二甲基亞砜分子中不含類似于乙二醇分子中的醇羥基,對(duì)聚酯不發(fā)生醇解作用,反而二甲基亞砜中含有易于形成氫鍵的硫氧基團(tuán),這使得主分子鏈上含有酯基的聚酯易溶解于其中。在常壓下,溫度為194℃時(shí),將適量的純滌綸織物投入到100g的DMSO試劑中反應(yīng)一定時(shí)間,直至其飽和,測(cè)得純滌綸織物在DMSO試劑中的溶解度為117.5g。考慮到下一步DMSO回收再利用滌/棉織物實(shí)驗(yàn)中,棉纖維具有一定的吸濕性,為了實(shí)現(xiàn)DMSO與滌/棉織物充分接觸,同時(shí)使棉纖維便于從溶解液中過(guò)濾出來(lái),實(shí)驗(yàn)中選用DMSO與純滌綸織物的配比為5。2.2棉織物的質(zhì)量損失率為了判定DMSO能否用于滌/棉織物的回收利用,考察DMSO是否溶解棉纖維。依據(jù)DMSO溶解純滌綸織物的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,選定DMSO和純棉織物配比為5,將其投入到1000mL的四頸燒瓶中,常壓下加熱,溫度控制在185~194℃范圍內(nèi),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。從圖2可看出,當(dāng)DMSO與純棉織物的反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)到60min時(shí),棉織物的質(zhì)量損失率為11.12%。當(dāng)DMSO與純棉織物的反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)到120min時(shí),棉織物的質(zhì)量損失率為12.74%。延長(zhǎng)DMSO與純棉織物的反應(yīng)時(shí)間到300min時(shí),棉纖維溶解度達(dá)到飽和,棉織物的質(zhì)量損失率接近14%,棉織物質(zhì)量損失率趨于平穩(wěn)。棉織物損失的質(zhì)量包括2部分:一是織物表面的漿料及其化學(xué)試劑;二是長(zhǎng)時(shí)間高溫對(duì)棉纖維的破壞,棉織物耐熱性能好,但是不能在溫度高于100℃的環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間處理,隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng),棉纖維受到的破壞越嚴(yán)重棉織物樣品上的漿料主要是淀粉漿料,用堿液退漿法將其表面的漿料去除。將一定量的棉織物浸軋?jiān)谫|(zhì)量濃度為10g/L的堿液中,在溫度為80℃的水浴中堆置6~12h后,取出經(jīng)水洗再浸軋?jiān)谫|(zhì)量濃度為5g/L的稀硫酸中堆置數(shù)小時(shí),進(jìn)一步促使淀粉水解。將棉織物取出經(jīng)水洗、烘干,測(cè)得棉織物的上漿率約為11%。由此可見(jiàn),DMSO與純棉織物的反應(yīng)時(shí)間為60min時(shí),包裹在棉紗線表面的漿料及其化學(xué)試劑基本被溶解。分別對(duì)原棉紗線和被DMSO處理60min后的棉紗線進(jìn)行性能檢測(cè),測(cè)試結(jié)果如表2所示。從表2可看出,被DMSO處理60min后的棉紗線比原棉紗線的斷裂強(qiáng)力下降很多,而斷裂伸長(zhǎng)率卻沒(méi)有改變。這就說(shuō)明,由于紗線上漿料被溶解而降低了其斷裂強(qiáng)度,又因?yàn)槊蘩w維沒(méi)有受到破壞,故而不影響棉紗線的斷裂伸長(zhǎng)率,這與上述結(jié)果是吻合的。綜上所述,在60min內(nèi)DMSO對(duì)棉纖維基本沒(méi)有損傷,可確定棉纖維不溶于DMSO,所以在一定反應(yīng)時(shí)間內(nèi)DMSO試劑可以用于滌/棉織物的回收再利用實(shí)驗(yàn)。2.3dmso與滌/棉織物溶液的溶解根據(jù)在一定反應(yīng)時(shí)間內(nèi)DMSO溶解滌綸而不溶棉纖維的性質(zhì),將其用于分離滌/棉織物,并回收聚酯和棉纖維。將一定配比的DMSO與滌/棉(86/14)織物投入到1000mL的四頸燒瓶中,常壓下加熱,溫度控制在185~194℃范圍內(nèi),觀察實(shí)驗(yàn)。DMSO與滌/棉織物溶解實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,在185~194℃溫度范圍內(nèi),將棉纖維從聚酯溶液中過(guò)濾出來(lái),并經(jīng)洗滌、干燥處理回收棉纖維。同時(shí),再將溶解的聚酯從溶液中回收。2.3.1dmso與滌/棉織物溶解時(shí)間DMSO溶解滌/棉混紡織物不同于溶解純滌綸織物,滌綸與棉纖維的混紡會(huì)對(duì)聚酯溶于DMSO試劑產(chǎn)生一定的影響,混紡織物中棉纖維的高吸濕率及其與滌綸的捻度延遲了滌綸與DMSO試劑的接觸時(shí)間,所以DMSO溶解滌/棉織物的時(shí)間長(zhǎng)于DMSO溶解純滌綸織物的時(shí)間12min。通過(guò)1組實(shí)驗(yàn)確定DMSO溶解滌/棉織物的最佳溶解時(shí)間,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。從表3可看出,滌/棉織物在DMSO中的溶解時(shí)間為18min時(shí),棉纖維回收率高達(dá)116%,大于棉纖維的100%回收率,說(shuō)明滌/棉織物溶解不充分,滌綸沒(méi)有完全溶于DMSO試劑中,回收的棉纖維帶有部分殘余的滌綸。延長(zhǎng)滌/棉織物的溶解時(shí)間到35min時(shí),棉纖維的回收率為103.7%,此時(shí)絕大部分的滌綸溶于DMSO試劑中,回收的棉纖維帶有殘余的滌綸較少。滌/棉織物的溶解時(shí)間為60min時(shí),棉纖維回收率接近100%,滌/棉織物充分溶解。延長(zhǎng)滌/棉織物溶解時(shí)間為300min時(shí),棉纖維的回收率下降為85.7%,這是因?yàn)闇炀]溶于DMSO中形成的聚酯溶液,由于反應(yīng)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),溶液溫度達(dá)到200℃,棉纖維長(zhǎng)時(shí)間處于高溫?cái)嚢锠顟B(tài)下,受到一定的破壞。綜上實(shí)驗(yàn)結(jié)果,滌/棉織物在DMSO中溶解的最佳時(shí)間為60min。2.3.2棉纖維的性能測(cè)試棉纖維從聚酯溶液中過(guò)濾出來(lái),經(jīng)水洗將吸附其中的DMSO試劑及其他雜質(zhì)清洗干凈,再經(jīng)干燥,回收棉纖維?；厥盏拿蘩w維制成的單紗斷裂強(qiáng)度可達(dá)到11.71cN/tex,斷裂伸長(zhǎng)率為8.27%,其性能相對(duì)穩(wěn)定,符合氣流紡棉本色紗的技術(shù)要求(FZ12001—1992《氣流紡棉本色紗》)?；厥盏拿蘩w維用途很廣,如可用于非織造布和一些低端紡紗產(chǎn)品,也可用于紙品、填充物、建筑業(yè)等。2.3.3dmso殘余率對(duì)再生聚酯特性黏度的影響DMSO溶解滌/棉織物,將棉纖維過(guò)濾回收,再將聚酯從聚酯溶液中回收。將聚酯溶液投入到1000mL的四頸燒瓶中,常壓加熱,攪拌,回收DMSO試劑,剩余的固體投入到聚合釜中進(jìn)行聚合,形成再生聚酯。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。從表4可看出,在常壓下隨著混合物中DMSO殘余率從36.57%降低到32.40%時(shí),聚酯的特性黏度也隨之從0.1112dL/g增大到0.1419dL/g,說(shuō)明混合物中DMSO殘余率越低,聚酯的特性黏度越高。為了提高DMSO的回收率,在低真空0.02MPa下進(jìn)行蒸餾實(shí)驗(yàn)。從表4中可看出,在低真空0.02MPa下混合物中DMSO殘余率降低到20.52%,同時(shí)聚酯的特性黏度增大到0.4020dL/g。據(jù)此,如果將溶解物中的試劑全部分離出來(lái),就可得到高特性黏度的聚酯,紡出高品質(zhì)的再生纖維。2.3.4dmso回收溶劑的回收利用1)回收溶劑純度。DMSO與滌/棉織物的溶解混合物經(jīng)過(guò)蒸餾回收DMSO試劑,采用GC7900氣相色譜儀測(cè)定DMSO回收液的純度,其結(jié)果如圖3所示。圖3中a為分析純二甲基亞砜的氣相色譜圖,b為回收后的二甲基亞砜溶液氣相色譜圖?？梢钥闯?在相同的測(cè)定條件下,2種物質(zhì)的氣相色譜主峰對(duì)應(yīng)的停留時(shí)間都在7min左右,采用外標(biāo)法,測(cè)定回收DMSO溶劑的純度高達(dá)99.4%。2)回收溶劑再利用。研究結(jié)果表明,DMSO能夠在短時(shí)間內(nèi)溶解并分離滌/棉織物。為了節(jié)約資源,降低成本,實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用,進(jìn)一步考察了回收DMSO溶液的循環(huán)利用情況,進(jìn)行溶解滌綸織物實(shí)驗(yàn),得到的結(jié)果如表5所示。從表5可看出,一定配比的DMSO(回收液)與滌綸織物的溶解時(shí)間約為14min,比原試劑DMSO溶解滌綸織物的時(shí)間(12min)略長(zhǎng)。這是由于回收的DMSO純度低于原試劑導(dǎo)致的,同時(shí)也說(shuō)明DMSO與滌綸織物的溶解時(shí)間與DMSO試劑的純度有關(guān),純度越低,反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)。綜上所述,DMSO試劑可以實(shí)現(xiàn)回收再利用,但重復(fù)次數(shù)過(guò)多會(huì)導(dǎo)致試劑純