可再生纺织品产业技术现状及展望_王鸣义.pdf

特别关注Focus纺织导报 China Textile Leader 2023 No.129作者简介：王鸣义，男，1958年生，教授级高级工程师，现任东华大学材料科学与工程学院顾问。文|王鸣义Abstract:In 2020,the total amount of textile fibers used in Chinas mainland exceeded 68 million tons.Among them,polyester fibers exceeded 49 million tons,while the recycling of textiles was only 4.3 million tons,far from the goal of a circular economy and sustainable development.From the perspective of the textiles recycling process,the paper introduces the relevant technical progress,and mainly focuses on the sorting identification,fiber decomposition and separation and recycling technology of polyester,polyamide,cellulose fiber textiles,blended fabrics,and high-performance fiber composites in the past decade.Research results indicated that the technological progress of China in the textiles recycling industry chain is encouraging.Some fiber processing enterprises have started to pay attention to the textile circular economy,taking into account the environmental protection and low energy consumption of the production process,and actively contributing to physical and chemical recycling;professional textiles recycling enterprises are also actively developing the high-value application market;the“permanent”functionality of fibers and the“temporary”functionality of fabrics will provide more reasonable choices with the promotion of sustainable development goals of the industry chain.Key words:waste textiles;recycling technology;industry chain;polyester;polyamide可再生纺织品产业技术现状及展望Status and Outlook of Technologies in the Regenerated Textiles Industry摘要：2020年，我国大陆纺织纤维总产量超过6 800万t，其中聚酯纤维超过4 900万t，而纺织品的回收再生仅430万t，与循环经济及可持续发展的目标相差甚远。文章从纺织品回收再生过程介绍了相关技术进展，重点描述近10余年来聚酯（PET）、聚酰胺（PA）、纤维素纤维纺织品及混纺织物、高性能纤维复合材料的分拣识别、纤维分解分离和再生技术。得出：我国在纺织品回收再生产业链中的技术进步是令人鼓舞的，一些原生纤维加工企业已经开始关注纺织品循环经济，兼顾生产过程的环保和低能耗，并积极参与物理、化学回收再生，专业的纺织品回收再生企业也在积极开拓“高值化”应用市场；纤维“永久”功能性和织物“时效功能性”技术将随着产业链可持续发展目标的推进得到更合理的选择。关键词：废旧纺织品；回收再生技术；产业链；聚酯；聚酰胺中图分类号：TS102.9 文献标志码：A30纺织导报 China Textile Leader 2023 No.1特别关注Focus标准，设定了针对回收物、监管链、社会和环境实践以及化学品限制的第三方认证要求，适用于任何含有至少20%回收材料的产品。2纺织品回收再生现状全球纺织产业链的发展，使人均年纺织品消费量从 7 kg增加到13 kg，总量超过了 1 亿t，废旧纺织品年产生量则达4 000万t。2017年欧盟废旧纺织品的平均回收再生率超过35%，日本超过20%。2020年，我国大陆回收纺织品430万t，化学纤维产量超过了6 000万t，尽管纺织品出口数量很高，但回收比例偏低。全球依然有超过 2/3 的废旧纺织品没有能够升级再生。如图 1 所示，2020年我国聚酯纤维产量4 935.75万t（包括PET、PLA、PTT、PBT纤维等），占总量的72%；棉花860万t，占12%；粘胶395万t，占5.8%；锦纶（包括PA6、PA66纤维）占5.6%；其余纤维总计不足4%。涤纶4 935.75万t并未包括聚酯瓶再生短纤维及长丝，这部分产量超过400万t。图 12020年我国大陆纺织纤维产量结构 万t为保证粮食供应，棉、麻、毛等天然纤维的产量整体呈下降趋势，采用合成纤维替代部分天然纤维是阶段性战略。合成纤维原料来源可以选择生物基资源，更应采用回收再生资源，以逐步摆脱对不可再生资源（如石油等）的过度依赖，这不仅对节约资源、保护环境和减少耕地占用具有现实意义，对循环经济的建设和发展意义更重大。按每利用 1 t废聚酯纺织品相当于减少CO2排放3.2 t计算，回收120万t废旧聚酯纺织品，相当于减少了约376万t的CO2排放量。1可再生纺织品资源回收和再生的基础认识所谓可再生纺织品通常被认为是回收的纺织品可以重复使用，再制品性能基本一致，甚至有更高价值的织物。对于生物可降解“用即弃”纺织用品，不具备即时回收经济价值，可掩埋堆肥。除了这种循环经济理念外，工业化技术层面将回收再生分为升级再生（Upgrade或Regeneration）和降级再生（Downgrade或Applicable）两种类型。升级再生是用于物理化学性能要求更高的领域。降级再生则认为用于比原性能要求低的产品，例如高性能纤维生产过程中的废丝可切短用于填充材料、过滤材料；棉织物机械回收后可用于保温、隔热材料；聚丙烯纤维和聚丙烯腈纤维织物回收后可用于海洋吸除污油等；焚烧回收热能是最低级的降级回收。纺织品的回收再生方法主要有机械法、物理法和化学法。机械法将纺织品通过机械加工成细条布或纤维用于再次纺织或改变纺织品的最主要用途；物理法主要针对合成纤维，尤其是熔融纺丝成形的纤维（聚酯、聚酰胺、聚烯烃等），通过高温熔融，使纺织品成为熔体，经过过滤杂质后再纺丝或用于其他产品，一些高性能纤维复合材料通过高温去除环氧树脂等，还原纤维状态，通过切断粉碎等工序，用于非纺织产品；化学法主要针对多种纺织纤维的分离分别回收，例如涤纶与棉花的混纺织物，可化学降解棉花成为粘胶纤维的原料，也可化学降解涤纶；更多的场合则为了提纯回收物，更好地去除杂质和染料，实施升级再生；采用溶液纺丝的纺织品采用化学降解是合适的工艺，尽管有时成本很高，例如氨纶、腈纶。当化学法回收再生的成本过高（与原生接近，甚至超出），尤其是回收过程可能对环境和人体安全造成更大负面影响，回收热能是无奈的选择。当回收热能的环保成本过高，则这类纺织纤维应当被淘汰，例如废旧民用聚氯乙烯纤维、石棉。纺织服装全球回收标准（Global Recycle Standard，GRS）由荷兰监管联盟（Control Union，CU）制定，于2011年 1 月 1 日将所有权转交给纺织品交易所（Textile Exchange，TE）。GRS是一个国际性、自愿性的完整产品再生纺织品行业发展概况Overview of the Regenerated Textiles Industry蚕丝 维纶 麻 羊毛 丙纶 腈纶 氨纶 锦纶 粘胶 棉花 聚酯1 10 100 1 000 10 0005.38.3324.9433.3641.2255.0383.2384.25395.478604 935.7531纺织导报 China Textile Leader 2023 No.1特别关注Focus外照明光源的选择需要考虑工作环境中光线的影响，尽量减少红外光源对图像采集质量的影响。当产品表面出现异常缺陷时，高清摄像头采集的信息存在明显偏差，经电子信息图像处理后可快速准确定位识别。芬兰Aalto University（阿尔托大学）化学工程学院及其合作院校开发了使用图像回归校准高光谱近红外NIR图像技术，以预测纺织品中的聚酯含量，在0 100%聚酯范围内的预测误差为4.5%。2020年 9 月，位于瑞典Malmo（马尔默）市的Sysav Industri AB自动化纺织产品分拣工厂投用，其单条生产线每小时可分拣4.5 t纺织品，包括来自消费前和消费后的纺织品，如服装生产商的边角余料、废线，被丢弃的服装、家用纺织品等。2018年，美国NRT公司和法国MACHINEX公司相继发布了其新型分拣机器人MaxAITM和Samur AITM。其中，MaxAITM采用多层神经网络和视觉系统来查看和识别物体，与人类的方式相似，而Samur AITM采用人工智能技术和四关节结构来识别和分拣材料，分拣速度可达70次/min。目前，这两款人工智能分拣机器人已经分别在相关的再生资源回收企业进行安装和使用，并在PET瓶分拣领域取得很好的效果。2混纺织物分离再生技术2.1涤/棉混纺织物的分离回收中国纺织科学研究院聚友化工有限公司、总后军需装备研究所进行了产业化意义的涤/棉混纺织物（14%棉，86%涤纶）的分离研究，采用乙二醇为醇解溶剂，釜内4.3 h，200 条件下，简单过滤回收得到对苯二甲酸双羟乙酯（BHET）的乙二醇（EG）溶液，剩余为棉纤维，并因此形成了可连续工业化生产的设想，其工艺流程如图 2 所示。内蒙古工业大学、中国纺织科学研究院等利用二甲基亚砜（DMSO）溶解纯涤纶织物及涤/棉混纺织物，探索回收PET和棉纤维的技术。结果表明，当温度在185 194 时，DMSO与纯涤纶织物溶解反应相对较快，溶解时间为12 min。在一定反应时间内DMSO易溶解涤纶而不溶解棉纤维，因此可分别回收PET和棉纤维。1分拣、识别技术1.1利用近红外技术识别纺织品自动化识别不同纤维织物并用于分拣设备处理的核心技术采用了近红外线无损探测原理，并建立相对准确的数据库，1999年，由荷兰Frankenhuis公司牵头协调、多家商业公司合作参与建立的光谱信息库，可有效识别棉、聚酯、羊毛和聚酰胺。2019年，芬兰回收公司LSJH、拉赫蒂应用科学大学和传感器设备制造商Spectrum Engine合作启动利用红外传感技术自动分类废旧纺织品项目并投入工业化应用。比利时VALVAN公司是全球首家废旧服装自动化分拣设备生产企业，分拣设备采用红外线、自动化控制和声控技术，通过扫描探头，能够分拣出纯棉、纯毛、纯涤等废旧纺织品，扫描仪每识别 1 件衣服需要1.5 s，分拣效率约为800 kg/h。我国北京服装学院、东华大学、浙江绿宇环保股份有限公司等利用采集的涤纶、锦纶、羊毛、棉及混纺物的近红外光谱数据，用Python编程语言编写程序所建定性分析模型，内部预测正确率为92.9%