CN115125751A - 一种废旧棉纺织品清洁高效制备棉浆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纺织印染加工技术领域，尤其涉及一种废旧棉纺织品清洁高效制备棉浆方法，具体方法为：废旧棉纺织品经处理后，与碱液、过氧化氢、苯醌、六偏磷酸钠混合，加入到反应釜中，在一定的温度下保温。待反应结束后，再以清水进行洗涤，进行研磨处理，得到棉浆纤维。本发明开发出染料脱除、金属离子去除的一体化蒸煮除杂技术，无需对废旧棉纺织品进行粉碎处理，无需对颜色进行分选，对各种颜色及杂质离子的脱除效率都很高，可以避免高温对棉织物中纤维素过度降解，有利于废旧棉纺织品制备的再利用开发。本发明在温和温度条件下进行，制备的棉浆具有较高白度、结晶度，同时，还可以有效降低能源消耗并减小废水处理负担。
Description
技术领域
本发明属于纺织印染加工技术领域，尤其涉及一种废旧棉纺织品清洁高效制备棉浆方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，纺织工业的发展和物质的极大丰富，人们对服装的消费量快速提高，致使纺织品的使用周期缩短，造成废旧纺织品产生的数量不断攀升。据统计目前世界废旧纺织品的年产生量已经接近亿吨级规模。目前，废旧纺织品仍然大部分被焚烧和掩埋，不仅造成资源浪费，还产生了大量的环境污染，废旧纺织品的回收再利用成了人们关注的重点问题。
我国是世界产棉量大国，棉纤维是最重要的纺织原料之一，也是产量最高的天然纤维。由于棉纤维具有良好的吸湿透气性、优越的手感和强度等特点，棉纺织品受到人们的喜爱。因此，纯棉及含棉纺织品在废旧纺织品中占了很大比例。近年来，随着人们环保意识的加强，棉织物及绵纱线的回收利用引起了国内外极大地关注。在废旧棉纺织品回收再利用过程中，废棉纺织品的颜色会影响其后续的使用。因此，需要在避免纤维素过度降聚的前提下，对其进行制浆处理。
棉浆在很多领域均具有广泛应用，目前制备棉浆主要的原料来源为纺织工业下脚废棉和棉短绒等。存在原料价格昂贵、棉浆原料短缺等问题。棉浆含纤维素较纯，纤维细长而有弹性，坚韧耐折，有良好的吸收性。制成的纸张精细柔软，有高度的不透明性，并可经久保存。用于制造纸币等价值较高的物品；未漂白的棉浆用于制造钢纸原纸等；漂白的棉浆主要用于制造滤纸、吸液原纸、图画纸、证券纸、纸币等高级印刷纸。由于棉浆中纤维素含量非常高，可以用作人造丝、乙酸纤维素、硝酸纤维素、羧甲基纤维素等衍生物的原料。
以用棉短绒等为原料制备棉浆主要通过烧碱法，然后通过漂白制得；工艺路线较长，环境污染负荷重。
以废旧棉纺织品为原料制备棉浆与其它棉浆原料存在显著差别，废旧棉纺织品中含有大量的染料；存在的主要染料有酸性染料、碱性染料、直接染料等。其中酸性染料和碱性染料通过非共价键作用与纺织品结合在一起，直接染料通过共价键与纺织品的活性基团连接在一起，给废旧棉纺织品的脱色利用造成很大困难。此外，纺织品中还含有各种染色助剂、金属离子等。由于废旧棉纺织品染料、金属离子等杂质含量多，目前现有制浆方法不适合废旧棉纺织品制浆，因此，需要根据废旧棉纺织品原料的特点设计制浆过程；亟需发展针对废旧棉纺织品原料特性的棉浆料制备方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有废旧棉纺织品的回收再利用技术不足，且传统棉浆的生产原料棉短绒资源短缺、价格昂贵、生产工艺流程复杂等问题，以废旧棉纺织品为原料，经过一体化蒸煮脱色，实现以废旧棉纺织品为原料清洁高效制备棉浆。克服传统棉浆制备过程中原料来源短缺、工艺流程长、环境污染负荷重等问题。本发明提出利用清洁蒸煮助剂过氧化氢、六偏磷酸钠、苯醌、氢氧化钠作为蒸煮助剂，实现在较温和的条件下由废旧棉纺织品制备高品质棉浆的新方法。
为了达到上述目的，本发明提供一种以复配清洁蒸煮助剂辅助废旧棉纺织品蒸煮脱色制备棉浆的方法，主要包括以下步骤：
（1）将废旧棉纺织品清洗、晾干，裁切除去纽扣、拉链等附属物品，分割成布块碎片；
（2）将一定绝干量的布块分散于含有蒸煮助剂的水溶液体系中，得到混合体系，充分浸渍30-60min；
（3）向步骤（2）所述混合体系中补加碱的水溶液，使体系中氢氧化钠浓度达到20-60 g/L，得到混合液；
（4）将步骤（3）所述混合液转移到高压蒸煮反应器中，升温至100-180℃，使得布块在恒定温度下保温0.5-3 h；
（5）反应结束后，将布块连同反应液从反应器移出，再以清水进行洗涤至无色，将蒸煮后的布块用孔筛过滤、捞出，淋干水分，再经过研磨机对蒸煮脱色后的布块进行研磨碎浆处理，经过筛网过滤，将磨浆后的棉纤维收集、晾干，得到以废旧棉纺织品为原料制备的棉浆。
进一步地，步骤（2）中所述蒸煮助剂包括过氧化氢、六偏磷酸钠、苯醌、氢氧化钠。
进一步地，步骤（2）中，按重量百分比计，所述过氧化氢、六偏磷酸钠的用量占废旧棉纺织品的质量分数范围为0.5%-10%。
进一步地，步骤（2）中，按重量百分比计，所述苯醌的用量占废旧棉纺织品的质量分数范围为0.01%-5%；所述氢氧化钠的用量占废旧棉纺织品的质量分数范围为 10-40%。
进一步地，步骤（3）中所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种或多种的组合。
进一步地，步骤（3）中按重量百分比计，所述混合体系的固液比为1：4-20。
进一步地，步骤（4）中在搅拌条件下进行升温，升温速率为2℃-6℃/min。
进一步地，步骤（5）中所述棉浆经过机械作用成为可再次纺丝的纤维原料。
进一步地，步骤（5）中所述棉浆经过机械或化学作用成为可再次利用的纤维原料。
进一步地，步骤（5）中所述棉浆能够用于造纸助剂、溶解浆、纺织纤维等不同领域。
有益效果
本发明公开了一种废旧棉纺织品清洁高效制备棉浆方法，与现有技术相比具有以下有益效果：
（1）本发明能够非常高效地对废旧棉纺织品进行再生利用，利用环保型过氧化氢、六偏磷酸钠等氧化剂在蒸煮条件下对各种颜色进行初步脱除。附加助剂苯醌具有强氧化性，能够对多种难降解颜色进行氧化降解。所制备的再生棉纤维能够用于造纸助剂、溶解浆、纺织纤维等不同领域，能够降低废旧棉纺织品对环境污染，同时产生巨大的经济社会效益。
（2）本发明无需对废旧棉纺织品进行挑选，无需对废旧棉纺织品进行先行的粉碎处理；无需对各种颜色的脱除效率较高，可以避免高温对棉织物中纤维素过度降解。
（3）本发明在较温和加热条件下进行，在提供给废旧棉纺织品浆料同等的白度的同时，还可以有效地降低能源消耗并减小废水处理负担。
（4）本发明利于后续的废旧棉纺织品制浆等循环再生利用工艺开发。
附图说明
图1 为通过复配助剂蒸煮处理后的废棉纺织品的扫描电子显微镜图；
图2 为不同条件下蒸煮处理后的废棉纺织品白度的图；
图3 为不同条件下处理后X射线衍射仪技术（XRD）的对比分析；
图4 为不同颜色的布块的紫外吸收光谱及蒸煮后布块的吸收光谱；
图5 蒸煮前布块外观的实物图；
图6 蒸煮后经过研磨机粉碎磨浆后的再生棉浆的实物图。
具体实施方式
以下，将详细地描述本发明。在进行描述之前，应当理解的是，在本说明书和所附的权利要求书中使用的术语不应解释为限制于一般含义和字典含义，而应当在允许发明人适当定义术语以进行最佳解释的原则的基础上，根据与本发明的技术方面相应的含义和概念进行解释。因此，这里提出的描述仅仅是出于举例说明目的的优选实例，并非意图限制本发明的范围，从而应当理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以由其获得其他等价方式或改进方式。
以下实施例仅是作为本发明的实施方案的例子列举，并不对本发明构成任何限制，本领域技术人员可以理解在不偏离本发明的实质和构思的范围内的修改均落入本发明的保护范围。除非特别说明，以下实施例中使用的试剂和仪器均为市售可得产品。
传统的制浆工艺：以棉短绒为原料，经筛分除杂，NaOH溶液高温蒸煮，洗涤除去残碱；次氯酸钠漂白，筛分除去杂质、洗浆，得到棉短绒浆。制浆工艺流程长，漂白需用大量次氯酸钠水溶液，处理后纤维的强度明显降低，不适合再纺成纱线继续穿戴，而且漂白过程毒性大、产生较多含氯污水，污染负荷较重。由于废旧棉纺织品含有多种染料、杂质含量高，传统制浆工艺不适用于以废旧棉纺织品为原料的棉浆制备。
本发明的技术路线：废棉纺织品经洗涤、晾干后，去掉钮扣、拉链等附属物品；剪切成5cm×5cm 大小的布块，放置于自封袋中一夜，测试水分含量。称取绝干量的废旧棉纺织品布块0.5 kg备用；配置氢氧化钠溶液30 g/L备用。将布块用5-10倍量的水充分浸泡，向其中加入0.2-10%的过氧化氢、六偏磷酸钠，0.01-0.5%的苯醌，及5%的NaOH，充分浸渍30-60min。然后补充氢氧化钠至20-60 g/L，定容到5L，再转移至耐压蒸煮反应器，保温0.5-3h。保温结束后用水稀释、洗涤，用孔筛过滤，晾干。进一步用研磨机进行磨碎处理，筛网过滤，得到成品棉浆。
实施例1
称取废旧棉纺织品布块0.5 kg，置于含有10 g/L氢氧化钠、1%的过氧化氢、0.1%苯醌、六偏磷酸钠含量为0.2%-10%的2L水溶液中，浸泡30 min。补加氢氧化钠至20 g/L，转移到高压反应釜中，在旋转的条件下，将高压反应釜以4-6℃/min的升温速率升温至120℃并维持0.5h，进行棉纤维的氧化脱色和降解反应。待反应结束后，关闭电加热器和旋转开关，待反应釜冷却至室温后，打开反应釜，取出反应产物。将反应产物经过筛网过滤得到棉浆纤维集合体，再将剩余混合液经过滤膜抽真空过滤得到棉浆纤维，之后分别将两者进行清洗并在鼓风烘箱中干燥至恒重。通过扫描电镜、XRD、白度仪、紫外-可见吸收光谱等方式对制备的棉浆性质进行分析。
实施例2
称取废旧棉纺织品布块0.5 kg，置于含有10 g/L氢氧化钠、、5%的过氧化氢、0.5%苯醌、六偏磷酸钠含量为0.2%-10%的5L水溶液中，浸泡60 min。在旋转的条件下，将高压反应釜以4-6℃/min的升温速率升温至100-180℃并维持3 h，进行棉纤维的氧化脱色和降解反应。待反应结束后，关闭电加热器和旋转开关，待反应釜冷却至室温后，打开反应釜，取出反应产物。将反应产物经过筛网过滤得到棉浆纤维集合体，再将剩余混合液经过滤膜抽真空过滤得到棉浆纤维碎片，之后分别将两者进行清洗并在鼓风烘箱中干燥至恒重。通过扫描电镜、XRD、白度仪、紫外-可见吸收光谱等方式对制备的棉浆性质进行分析。
以本发明的方法由回收的废旧棉纺织品，经过扫描电子显微镜(SEM)、白度仪和X射线衍射仪（XRD）发现：
图1：废棉纺织品纤维的SEM图片，图片标尺：100μm，显微镜放大倍数：200倍。图1中SEM图显示纤维形态分布仍然非常均匀，棉纤维的末端出现分丝帚化，有利于纤维更好的分离。
图2：不同过氧化氢、硅酸钠用量对废旧棉纺织品再生棉纤维白度的影响；横坐标为过氧化氢用量占棉纺织品的重量比，纵坐标为百度值，通过白度仪测定。图2可以看出过氧化氢、六偏磷酸钠的量与白度在一定条件下成正比，白度对浆料蒸煮后期的应用有显著影响。
图3是不同蒸煮脱色工艺对废旧棉纺织品回收棉浆结晶度的影响，横坐标为棉纤维对X射线的衍射角度，纵坐标为衍射强度；图中曲线从下向上依次为，原废棉布、蒸煮温度分别在120 ℃、140 ℃、160 ℃对棉纤维结晶度的影响。图3分析可得不同温度下纤维素的结晶度会发生明显变化，蒸煮后棉浆纤维素的结晶度有很大提高。
图4是不同颜色的布块在紫外-可见光谱仪上的吸收光谱及蒸煮后回收棉纤维的吸收光谱，图中线条在波长550 nm处从下向上依次为白色棉纤维、废旧棉纺织品脱色再生棉纤维、粉色废棉布、蓝色废棉布、深蓝色废棉布、黑色废棉布。从图中可知，在可见光范围内，蒸煮后纤维的吸收度与白色棉布块的吸收值接近，说明本方法能够对各种颜色染料进行脱除。
图5、6是蒸煮前后的棉纺织品实物图片，图5为蒸煮前布块，图6为蒸煮后经过研磨机粉碎磨浆后的再生棉浆。图中显示蒸煮后纤维非常均匀。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种废旧棉纺织品清洁高效制备棉浆方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
（1）将废旧棉纺织品清洗、晾干，裁切除去附属物品，分割成碎片布块；
（2）将一定绝干量的布块分散于含有蒸煮助剂的水溶液体系中，得到混合体系，充分浸渍30-60min；
（3）向步骤（2）所述混合体系中补加碱的水溶液，使体系中氢氧化钠浓度达到20-60g/L，得到混合液；
（4）将步骤（3）所述混合液转移到高压蒸煮反应器中，升温至100-180℃，使布块在恒定温度下保温0.5-3 h；
（5）反应结束后，将布块连同反应液从反应器移出，再以清水进行洗涤至无色，将蒸煮后的布块用孔筛过滤、捞出，淋干水分，再经过研磨机对蒸煮脱色后的布块进行研磨碎浆处理，经过筛网过滤，将磨浆后的棉纤维收集、晾干，得到以废旧棉纺织品为原料制备的棉浆。
2.根据权利要求1所述的废旧棉纺织品清洁高效制备棉浆方法，其特征在于，步骤（2）中，所述蒸煮助剂包括过氧化氢、六偏磷酸钠、苯醌、氢氧化钠。
3.根据权利要求2所述的废旧棉纺织品清洁高效制备棉浆方法，其特征在于，按重量百分比计，所述过氧化氢、六偏磷酸钠的用量占废旧棉纺织品的质量分数范围为0.5%-10%。
4.根据权利要求2所述的废旧棉纺织品清洁高效制备棉浆方法，其特征在于，按重量百分比计，所述苯醌的用量占废旧棉纺织品的质量分数范围为0.01%-5%；所述氢氧化钠的用量占废旧棉纺织品的质量分数范围为10-40%。
5.根据权利要求1所述的废旧棉纺织品清洁高效制备棉浆方法，其特征在于，步骤（3）中，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的废旧棉纺织品清洁高效制备棉浆方法，其特征在于，步骤（3）中，按重量百分比计，所述混合体系的固液比为1：4-20。
7.根据权利要求1所述的废旧棉纺织品清洁高效制备棉浆方法，其特征在于，步骤（4）中，在搅拌条件下进行升温，升温速率为2℃-6℃/min。
8.根据权利要求1所述的废旧棉纺织品清洁高效制备棉浆方法，其特征在于，步骤（5）中，所述棉浆经过机械或化学作用成为可再次利用的纤维原料。
9.根据权利要求1所述的废旧棉纺织品清洁高效制备棉浆方法，其特征在于，步骤（5）中，所述棉浆能够用于造纸助剂、溶解浆、纺织纤维领域。
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