CN104552656B - 一种废旧聚酯-bcf地毯纱等值回收利用的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种废旧聚酯‑BCF地毯纱等值回收利用的方法，将低粘度的废旧聚酯‑BCF地毯纱经切断、洗涤、脱水、干燥、固相缩聚、无熔造粒过程，得到特性粘度达到纤维级聚酯切片要求的再生聚酯粒料，可再利用于纺制PTT‑BCF地毯纱，地毯纱物性指标与新切片的相同，可纺性相近。本方法工艺设备简单、设备及运行费用较低，能耗较小，适合于中小规模回收，易工业化实施。

Description

一种废旧聚酯-BCF地毯纱等值回收利用的方法

技术领域

本发明属于废旧地毯纱回收再利用技术领域，具体涉及一种废旧聚酯-BCF地毯纱回收利用的方法。

背景技术

随着我国经济的健康发展，机制地毯行业近年来继续保持良好发展势头。2010年我国机制地毯总产量为22849.8万平方米(折算成地毯面纱总用量约23万吨)，比2009年增长7.33％。近年来，随着产品结构的调整，机制地毯使用的原料发生了明显的变化，从2005年丙纶地毯占机制地毯总产量的71％，尼龙地毯为8％，到2010年，丙纶减少到55％，尼龙地毯增加到21％。聚酯类纤维以其特有的耐候性、耐磨性，另外，PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)和阳离子可染PET以其特有的甚至低于丙纶价格的经济性，PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)以其特有的柔软性，PTT(聚对苯二甲酸丙二醇酯)以综合使用性能超过尼龙的优异特性，使得聚酯类纤维在地毯业的占有量迅速提升，近年来约达到15％，常州灵达特纤公司计划扩产PTT-BCF地毯纱2015年至1万吨，2016年达到2万吨/年。考虑到其他公司在聚酯纱的增量，未来的发展趋势，聚酯类BCF地毯纱的占有量还将进一步增加。

多年来，在我国的地毯使用领域每年有数以十万吨计的废旧地毯进入废品领域，以前被当作垃圾处理的居多，近年来，在我国还仍没建立地毯回收体系，虽然可以查到在全国各地区都有地毯回收的企业或个体，也有地毯破碎造粒机销售，但这些被回收的废旧地毯基本上是物理回收，所以各地区也存在有二手地毯和再生塑胶的销售信息，该方法是对地毯纱的降值再利用的方法。

国内地毯业，据报道位于江苏太仓的美国地毯制造商英特飞回收自己企业售出地毯，是但没报道再生方法；苏州东帝士地毯公司早年已开始利用回收地毯面纱制尼龙衣架、绳索等，属于低值回收。

国内BCF地毯纱生产企业，纺丝过程中的平均废纱率约2％，年产1万吨成品纱将产生废纱约200吨，目前各企业对该类废纱基本没用来再纺丝，大都被作为废纱外卖处理。

从已公开的与地毯回收相关的中国专利中所披露的信息，可以了解地毯回收利用研究的状态。截止到目前，共查到中国发明专利15项，其中美国公司申请6项、英国1项。申请时间：美国公司始于1998年，国内组织始于2008年，且主要集中在2010年以后(7项)。从专利内容上看，美国公司98年专利(CN98810888.7)，揭示了一种利用尼龙6废旧地毯化学法回收己内酰胺的方法；上海日之升公司专利(CN201210254045.2)，利用废旧尼龙地毯纱通过与聚烯烃混合形成高分子合金，得到新性能的塑料材料。其它13项专利基本上揭示了废旧地毯的拆分方法和被分离的各成分的降值再利用，没有涉及到循环利用。

另外，与BCF地毯纱相关的中国专利，所揭示的基本上都是新产品或新工艺，尚没有涉及到废旧BCF回收利用的相关内容。

对该类资源等值循环利用是解决资源浪费和减少环境污染的一种有效方法，为达到该目的，需要开发一种针对废旧聚酯-BCF地毯纱等值回收利用的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：基于上述问题，本发明提供一种废旧聚酯-BCF地毯纱回收利用的方法，将在聚酯-BCF纺丝过程中产生的废纱和从废弃聚酯-BCF地毯中回收的地毯面纱，通过尽可能经济、简单的处理过程，使之可以再利用于纺制聚酯-BCF地毯纱，产品性能与原聚酯切片相同，并具有良好的可纺性，达到等值回收利用的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种废旧聚酯-BCF地毯纱等值回收利用的方法，

包括如下步骤：

a.备料：原料：低粘度的废旧聚酯-BCF地毯纱，其包括PET-BCF、PTT-BCF、PBT-BCF三种低粘度的废旧聚酯地毯纱中的一种，其中，特性粘度范围：PET-BCF为0.45dL/g～0.62dL/g，PTT-BCF和PBT-BCF为0.70dL/g～0.98dL/g；

b.切断：将上述原料使用纤维切断机切成长度为1cm～10cm的短纤；

c.洗涤：将步骤(b)中的短纤用水洗除其表面附着的纺丝油剂及表面粘附的污物；

d.离心脱水：将冲洗过的短纤放入工业离心机中，脱除纤维间包含的水；

e.干燥结晶：脱水后的短纤投入转鼓式PET固相缩聚反应釜，在真空压力≤1kPa条件下进行干燥结晶，温度为(8O±1)℃、(120±1)℃和140℃～17O℃，对应的时间分别为2小时、2～3小时和3～5小时；

f.固相缩聚：使用步骤(e)中的转鼓式PET固相缩聚反应釜，在真空压力≤50Pa条件下进行固相缩聚，缩聚温度采用阶段升温控制，其中，PET-BCF缩聚温度为(20O±1)℃、(210±1)℃和(220±1)℃，对应的时间分别为(1～3)小时、(1～2)小时和(1～2)小时；PTT-BCF和PBT-BCF缩聚温度为(190±1)℃和(205±1)℃，对应的时间分别为(1～3)小时和(1～4)小时；控制该过程产物达到的特性粘度指标：PET-BCF为0.66～0.68dL/g，PTT-BCF和PBT-BCF为1.04dL/g～1.05dL/g；

g.无熔造粒：将步骤(f)中的产物加入废丝造粒机中，在聚酯熔点以下造粒，控制堆积密度≥0.65t/m3，得到特性粘度达到纤维级聚酯切片要求的再生聚酯粒料，特性粘度：PET为0.64～0.66dL/g，PTT和PBT为1.02dL/g～1.03dL/g。

步骤(a)中限定的废旧聚酯特性粘度适用范围的下限，如果低于下限，纤维的韧性明显下降，在本方法的干燥至缩聚过程中将形成较多的粉状物，不利于造粒和纺丝；实际上，在一般的纺丝和使用条件下引起的聚酯粘度降，低于本下限的情况也较少。如果高于上限，则不需增粘，经无熔造粒后可直接与新聚酯切片渗混使用。

步骤(b)中切断纱线长度如果短于1cm，不利于洗涤、脱水过程的回收，若长于10cm，将增加在缩聚釜中纤维间的缠绕和磨损。

步骤(e)中，在8O℃较低温度下真空干燥2小时主要脱除纤维表面附着的水，同时避免在大量水存在下由高温引起的聚酯水解；120℃主要脱除纤维内吸附的游离态的水，同时减少聚酯水解。由于BCF纱与常规聚酯切片颗粒尺寸不同，常规切片一般为2mm*3mm*3mm，BCF纱的单纤纤度为10～25dtex，对应的聚酯纤维直径30～50μm，相比之下，后者不仅比表面积大，内部吸附水的扩散距离在两个方向上减少了40倍以上，有效的缩短了干燥时间。

聚酯在140℃～17O℃的处理过程中结晶和深度脱水同时进行。实际上，纤维与常规切片的结晶度不同，切片基本处于非晶态，而纤维经历了纺丝过程的拉伸、膨化和定型，已以具有了较高的结晶度，使再结晶时间缩短。另外，尽量控制在低温状态下结晶，所形成的晶粒尺寸小，可加快缩聚过程中副产物的勉出速度。再之，不同聚酯控制的结晶温度不同，PTT和PBT：140℃～15O℃；PET：140℃和160～17O℃两个温度区间完成，其目的是尽可能控制纤维内形成小粒径、高结晶度的结晶形态，使之处于有利于缩聚及抗粘结性的较佳状态并具有较快结晶速度；

步骤(f)中，在固相缩聚中的温度采用阶段升温控制，一是反应与结晶同步进行，阶段升温可避免直接控制在高温下反应的物料粘结，二是在保证一定反应速率同时，尽可能得到较佳色相的产物。缩聚初期聚酯分子量较小、粘度小、可反应基团含量高，在低温下也可保持较快的反应速率；缩聚后期反应变慢在本方法中采用提高温度增速。为达到同样的增粘结果，尽可能减少在高温的反应时间。以达到增粘、色相、能耗、时间的综合效果处于较佳状态。

步骤(g)中，对于无熔造粒，可采用为自动磨擦造粒机组，其特点是粒子直径为2～6mm，外观光洁、坚硬。在废旧聚酯化纤熔点温度以下造粒，聚酯粘度降不超过0.02dL/g，对于涤纶造粒，堆积密度约为0.7t/m3。所以在本方法缩聚过程产物的特性粘度控制在高于要求粘度的0.02dL/g左右，该设备可以用于本方法的实施。本步骤中再生聚酯的控制粘度是满足各聚酯纺丝要求的粘度控制范围。

进一步地，所述废旧聚酯-BCF地毯纱为在本白色或原液着色的聚酯-BCF地毯纱生产过程中产生的废纱和从废弃聚酯-BCF地毯中回收的本白色或原液着色的废旧地毯面纱。

本方法中限定本白色和原液着色的废旧地毯纱，是由于本白色地毯纱在纺丝中无其它物料加入，对固相缩聚无影响；在原液着色的聚酯BCF纱中加入的均是能耐290℃涤纶熔融纺丝高温的颜料或染料，从化学结构上看，如果不分解产生新的基团，对220℃以下的固相缩聚影响不大。而对于本白色经分散染料染色的聚酯-BCF地毯纱，由于分散染料的热不稳定性，在高温下升华或热分解，前者导致整个反应系统被染料污染，后者可能影响缩合反应，所以不宜于采用本方法。但是，近年来出于对节能和环保的考量，对于聚酯-BCF纱来讲，以原液着色的色纱为主。

本方法中对于废旧地毯纱回收，与常规的聚酯回收方法：先造粒再回收处理的方法不同。在本方法中对纤维直接进行固相缩聚，是利用了BCF纱的单纤直径比服装类纤维粗、可以满足固相缩聚的要求的特性。BCF纱单纤线密度范围为10～25dtex，对应的聚酯纤维直径为30～50μm。另外，在缩聚过程中由于纤维处于松驰状态下的解取向，将收缩30～50％，纤维直径将变为40～70μm。对于服装纤维，线密度范围为1～5dtex，并向超细纤维0.1～0.3dtex方向拓展，由于纤维过细在固相缩聚中的增粘受到限制。

另外，如果在日常的大气环境中，利用螺杆挤出机对回收的聚酯-BCF纱直接熔融造粒，已在实验中证实，仅经历该热过程，特性粘度降＞0.2dL/g，对回收聚酯的再增粘使用极其不利；如果利用无熔造粒机造粒，由于所造粒子不规则，其大小及形状差异较大，易形成固相缩聚粘度的不均充性。特别是在粒子中因存在有不少于0.2％的20目以下的微粉，这些微粉在毫米级尺寸的粒料结晶及缩聚过程中将产生过结晶，形成明显高于主体切片的高熔点、高粘度粉体，将导致聚酯熔体的均匀性变差，后续纺丝过程熔融不完全，易形成结晶斑点而产生硬头丝和断丝。

本方法中利用纤维直接进行固相缩聚，收缩后纤维直径40～70μm，与2mm×3mm×3mm的毫米级切片相比，后者固/气界面扩散总面积大，缩聚副产物的小分子在内部扩散距离短，扩散速率高，使正反应速度加快，从而使总缩聚时间缩短50％以上。

本发明的有益效果是：利用BCF纱单纤直径粗、结晶度高的特性，将废旧聚酯-BCF纱直接用于回收过程，有效的提高了干燥、结晶、固相缩聚增粘速度，与废纱先造粒再回收处理的工艺相比，使高温下的总处理时间缩短50％以上，所以，本方法能源消耗少且再生聚酯粒料色相好；与反应挤出扩链增粘工艺相比，本方法基本保持了原聚酯结构不变，使再生聚酯-BCF地毯纱的可纺性和物性与原纱基本相同，所以，本方法是一种废旧聚酯-BCF地毯纱实现等值循环利用的有效方法。与液相缩聚工艺、连续缩聚回收工艺相比，本方法工艺设备简单、设备及运行费用较低，能耗较小，适合于中小规模回收，易工业化实施。

具体实施方式

聚酯：PET为聚对苯二甲酸乙二醇酯，PTT为聚对苯二甲酸丙二醇酯、PBT为聚对苯二甲酸丁二醇酯。

现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。

实施例1：

原料：原液着色草绿色废旧PET-BCF地毯纱，特性粘度：0.53dL/g；

切断：使用纤维切断机切断上原料，短纤长度：3～6cm；

洗涤：用水洗除表面附着的纺丝油剂及表面粘附的污物；

离心脱水：使用工业离心机脱除纤维间包含的水；

干燥结晶：使用转鼓式PET固相缩聚反应釜，工艺条件如下：

转速：2转/分，

干燥：真空压力：1kPa，温度及时间：(8O±1)℃2小时、(120±1)℃2小时，

结晶：真空压力：100Pa，温度及时间：(140±1)℃2小时、(160±1)℃1小时；

固相缩聚：与干燥结晶过程使用同一设备，工艺条件如下：

转速：2转/分，

真空压力：50Pa，温度及时间：(20O±1)℃1小时、(210±1)℃1小时、(220±1)℃1小时；

无熔造粒：使用废丝造粒机(磨擦式)造粒，得到再生聚酯粒料，堆积密度0.66t/m3，特性粘度0.65dL/g。

本实施例中干燥至缩聚总用时间10小时，其中140℃以上处理时间6小时。

实施例2

原料：原液着色灰色废PTT-BCF地毯纱，特性粘度：0.90dL/g；

切断：使用纤维切断机切断上纤维，短纤长度：5～6cm；

洗涤：用水洗除表面附着的纺丝油剂及表面粘附的污物；

离心脱水：使用工业离心机脱除纤维间包含的水；

干燥结晶：使用转鼓式PET固相缩聚反应釜，工艺条件如下：

转速：2转/分，

干燥：真空压力：1kPa，温度及时间：(8O±1)℃2小时、(120±1)℃2小时，

结晶：真空压力：100Pa，温度及时间：(140±1)℃3小时；

固相缩聚：与干燥结晶过程使用同一设备，工艺条件如下：

转速：2转/分，

真空压力：50Pa，温度及时间：(190±1)℃2小时、(205±1)℃2小时；

无熔造粒：使用废丝造粒机(磨擦式)造粒，得到再生聚酯粒料，堆积密度0.67t/m3,特性粘度1.02dL/g。

本实施例中干燥至缩聚总用时间11小时，其中140℃以上处理时间7小时。

比较例1

原料：原液着色草绿色废PET-BCF地毯纱，特性粘度：0.53dL/g；

切断：使用纤维切断机切断，短纤长度：5～6cm；

洗涤：用清水洗除表面附着的纺丝油剂及表面粘附的污物；

离心脱水：使用工业离心机脱除纤维间包含的水；

无熔造粒：使用废丝造粒机(磨擦式)造粒，得到废丝聚酯粒料，堆积密度0.63t/m3,特性粘度：0.51dL/g。过20目筛，筛除其中含有的微粉，外观为2～6mm不规则粒料；

干燥结晶：使用转鼓式PET固相缩聚反应釜，工艺条件如下：

转速：2转/分，

干燥：真空压力：1kPa，温度及时间：(8O±1)℃1小时、(120±1)℃4小时，

结晶(进一步干燥)：真空压力：100Pa，温度及时间：(140±1)℃4小时、(160±1)℃2小时；

固相缩聚：与干燥结晶过程使用同一设备，工艺条件如下：

转速：2转/分，

真空压力：50Pa，温度及时间：(21O±1)℃7小时；

得到再生聚酯粒料，堆积密度0.67t/m3,特性粘度0.64dL/g。

本比较例中干燥至缩聚总用时间18小时，其中140℃以上处理时间13小时。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (2)

1.一种废旧聚酯-BCF地毯纱等值回收利用的方法，其特征在于：

包括如下步骤：

a.备料：原料：低粘度的废旧聚酯-BCF地毯纱，其包括PET-BCF、PTT-BCF、PBT-BCF三种低粘度的废旧聚酯地毯纱中的一种，其中，特性粘度范围：PET-BCF为0.45dL/g～0.62dL/g，PTT-BCF和PBT-BCF为0.70dL/g～0.98dL/g；

b.切断：将上述原料使用纤维切断机切成长度为1cm～10cm的短纤；

c.洗涤：将步骤(b)中的短纤用水洗除其表面附着的纺丝油剂及表面粘附的污物；

d.离心脱水：将冲洗过的短纤放入工业离心机中，脱除纤维间包含的水；

e.干燥结晶：脱水后的短纤投入转鼓式PET固相缩聚反应釜，在真空压力≤1kPa条件下进行干燥结晶，温度为(8O±1)℃、(120±1)℃和140℃～17O℃，对应的时间分别为2小时、2～3小时和3～5小时；

f.固相缩聚：使用步骤(e)中的转鼓式PET固相缩聚反应釜，在真空压力≤50Pa条件下进行固相缩聚，缩聚温度采用阶段升温控制，其中，PET-BCF缩聚温度为(20O±1)℃、(210±1)℃和(220±1)℃，对应的时间分别为(1～3)小时、(1～2)小时和(1～2)小时；PTT-BCF和PBT-BCF缩聚温度为(190±1)℃和(205±1)℃，对应的时间分别为(1～3)小时和(1～4)小时；控制该过程产物达到的特性粘度指标：PET-BCF为0.66～0.68dL/g，PTT-BCF和PBT-BCF为1.04dL/g～1.05dL/g；

g.无熔造粒：将步骤(f)中的产物加入废丝造粒机中，在聚酯熔点以下造粒，控制堆积密度≥0.65t/m3，得到特性粘度达到纤维级聚酯切片要求的再生聚酯粒料，特性粘度：PET为0.64～0.66dL/g，PTT和PBT为1.02dL/g～1.03dL/g。

2.根据权利要求1所述的一种废旧聚酯-BCF地毯纱等值回收利用的方法，其特征在于：所述废旧聚酯-BCF地毯纱为在本白色或原液着色的聚酯-BCF地毯纱生产过程中产生的废纱和从废弃聚酯-BCF地毯中回收的本白色或原液着色的废旧地毯面纱。