CN117164951A - 一种废旧腈纶纺织品的回收方法及产品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种废旧腈纶纺织品的回收方法及产品，涉及废旧腈纶纺织品环保再生技术领域；该回收方法，包括如下步骤：溶解：将废旧腈纶纺织品加入到溶剂中，进行加热溶解，进行搅拌，使废旧腈纶纺织品中腈纶完全溶解，得到聚丙烯腈溶液；静置：将聚丙烯腈溶液置于较低温度中静置，使聚丙烯腈溶液由黄色透明液体转变为聚丙烯腈白色凝胶态固体；定型：将聚丙烯腈白色凝胶态固体置于热环境下进行固化，得到聚丙烯腈固体；萃取：将聚丙烯腈固体浸泡在萃取剂中并持续震荡，进行溶剂萃取；干燥：将经过溶剂萃取的聚丙烯腈固体进行干燥，得到聚丙烯腈多孔材料。本发明以废旧腈纶纺织品为原料，对环境保护和资源再利用具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于废旧腈纶纺织品环保再生技术领域，尤其涉及一种废旧腈纶纺织品的回收方法及产品。
背景技术
我国作为全球最大的纺织品服装的生产国、消费国和贸易国，纤维加工量占全球的比重超过50％，纺织品服装出口总额占全球的比重超过三分之一。中国每年消耗的纺织纤维达3500万吨，每年产生的废旧纺织品超2000万吨，而回收量只有460万吨，再生利用率只有20％左右。加大对废旧纺织品的回收，不仅减少资源的浪费，对我国的碳循环也有重大的意义。
2021年我国的腈纶产量高达48.5万吨，腈纶废料约占聚丙烯腈生产总量的2％。废旧腈纶如腈纶废丝、废旧腈纶纱线、面料、地毯，一般的处置的方法包括高温焚烧、水解制备助剂、溶解/熔融再纺丝等。其中，焚烧的方法不仅浪费资源、还会造成环境污染。
对于废旧腈纶常用的水解方法有碱性水解、酸性水解和加压水解。例如专利文件CN105149009A公开了一种以腈纶废丝为原料制备功能化离子液体，并以腈纶废丝为载体固载功能化离子液体制备催化剂的方法。将腈纶废丝碱性水解、酸化、乙醇沉淀获得聚丙烯酸，然后将聚丙烯酸与离子液体反应，得到以水解产物为阴离子的功能化离子液体，再以腈纶废丝为载体对功能化离子液体进行固载制备，使其在载体表面形成一层功能化离子液体层，得到催化剂。然而，该腈纶废丝的回用方法涉及水解、酸化等过程，制备较为复杂，且期间使用的化学原料还会对环境造成二次污染。
另外，也有研究者将废旧腈纶通过溶解或熔融制备成再生腈纶丝，专利文件CN107419355A公开了一种废旧腈纶布料纺丝化纤工艺，将废旧腈纶布制备成再生腈纶纤维，通过将废旧涤纶布料高温熔融后进行湿法纺丝，得到再生腈纶纤维。该方法工艺过程中熔融回收过程容易造成聚合物结构和化学状态(如分子链长度、结晶度和官能团)的变化，从而引起最终产品结构缺陷，导致其性能下降。另外，废旧聚合物材料在熔融过程中可能会产生更多潜在的有毒化合物，且熔体回收用于初级生产是一个能源密集型的过程，不利于节能减排。
针对以上问题，本发明致力于寻求一种通过简单工艺高值化回收废旧腈纶的途径。
发明内容
本发明的目的在于提供一种废旧腈纶纺织品的回收方法及产品，以解决上述背景技术中提出的现有技术中废旧腈纶的高温焚烧处理方法不仅浪费资源、还会造成环境污染，水解处理方法不仅制备较为复杂，且期间使用的化学原料还会对环境造成二次污染，溶解或熔融处理方法易引起最终产品结构缺陷导致其性能下降，且可能会产生更多潜在的有毒化合物等问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种废旧腈纶纺织品的回收方法，包括如下步骤：
S1、溶解：将废旧腈纶纺织品加入到溶剂中，进行加热溶解，对溶剂进行搅拌，使废旧腈纶纺织品中腈纶完全溶解，得到聚丙烯腈溶液；
S2、静置：将聚丙烯腈溶液置于较低温度中静置，较低温度为-196℃～60℃，使聚丙烯腈溶液由黄色透明液体转变为聚丙烯腈白色凝胶态固体；
S3、定型：将聚丙烯腈白色凝胶态固体置于热环境下进行固化，得到聚丙烯腈固体；
S4、萃取：将聚丙烯腈固体浸泡在萃取剂中并持续震荡，进行溶剂萃取；
S5、干燥：将S4中经过溶剂萃取的聚丙烯腈固体进行干燥，得到聚丙烯腈三维多孔材料。
优选地，所述废旧腈纶纺织品为纯纺废旧腈纶纺织品、混纺废旧腈纶纺织品中一种或两种；
所述纯纺废旧腈纶纺织品在S1中溶解之前，对纯纺废旧腈纶纺织品进行粉碎处理，将粉碎后的纯纺废旧腈纶纺织品进行溶解；
所述混纺废旧腈纶纺织品在S1中溶解之后，对聚丙烯腈溶液进行过滤，分离其他纤维，将过滤后的聚丙烯腈溶液进行静置处理。
优选地，所述S1中溶剂为混合溶剂，所述混合溶剂包括二甲基亚砜和其他有机溶剂，其他有机溶剂为水、乙醇、甲醇、乙二醇中一种或几种的有机溶剂，所述二甲基亚砜的体积占比为60～90％，其他有机溶剂的体积占比为10～40％。
优选地，所述S1中进行加热溶解时，加热温度为40～95℃，加热时间为4～5h。
优选地，所述S1中聚丙烯腈溶液的浓度为20～120mg/ml。
优选地，所述S3中进行定型时，热环境的温度为20℃～45℃。
优选地，所述S4中萃取剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙酮、水中的一种或几种。
优选地，所述S4中持续震荡的震荡强度为15-500转/分，持续时间为24～72小时。
优选地，所述S5中进行干燥时，干燥过程为常温减压干燥或冷冻干燥，干燥时间为6～24h。
一种上述的回收方法制得的废旧腈纶纺织品的回收产品。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)、本发明制备的聚丙烯腈三维多孔材料具有原料来源广、制备过程简单，具有较高的比表面积和孔隙率、良好的化学性能、机械性能、吸附性能和渗透性能等，广泛应用于环保、电化学、建筑材料、过滤与分离等领域，且以废旧腈纶纺织品为原料，对环境保护和资源再利用具有重要意义。
(2)、本发明将废旧腈纶纺织品分为纯纺废旧腈纶纺织品和混纺废旧腈纶纺织品；
对于纯纺废旧腈纶纺织品，通过粉碎有利于后续的溶解过程，可以加快溶解速度；
对于混纺废旧腈纶纺织品，不进行粉碎，而是直接将混纺废旧腈纶纺织品放入溶剂中进行溶解，其中，腈纶可以完全溶解，而其他的纤维如棉、毛、涤纶、锦纶等均不会被溶解，从而可以对混纺废旧腈纶纺织品的腈纶和其他纤维进行有效分离，使得本发明无需对废旧腈纶纺织品进行粉粹处理，即可完成废旧腈纶纺织品的回收，同时还可以对混纺废旧腈纶纺织品进行一定程度的纤维分离。
(3)、本发明中溶解过程是方法的核心部分之一，通过合适溶剂选配及温度控制，在选定一定比例的溶剂后，溶解温度也会随之发生变化，使得废旧腈纶纺织品中腈纶充分溶解。
(4)、本发明中溶解后的聚丙烯腈溶液在外界条件变化时会发生相变，即从液态向固态转化，本发明通过静置和定型两个过程进行固化；将得到的聚丙烯腈溶液置于较低温度中静置，可以促进聚丙烯腈溶液相变过程的发生，聚丙烯腈溶液由黄色透明液体转变为聚丙烯腈白色凝胶态固体；聚丙烯腈白色凝胶态固体仍不稳定，为了最终获得结构稳定的聚丙烯腈多孔材料，对白色凝胶态固体进行定型处理，实现废旧腈纶纺织品的高值化回收。
(5)、本发明中无需对废旧腈纶纺织品进行脱色处理；一般废旧腈纶纺织品的回收要进行漂白或者脱色处理。本发明提出的方法可直接利用原有纺织品的色彩，无需脱色或者漂白，即纺织品的染料对本发明提出的方法并无影响。此外，利用废旧纺织品本身的颜色，可以制备出多种色彩的多孔材料，进而拓宽其应用领域。如利用黑色废旧腈纶制备了黑色多孔材料，可用于光热蒸发器的制备。
附图说明
图1为本发明中一种废旧腈纶纺织品的回收方法的流程示意图；
图2为本发明实施例1中所制得的聚丙烯腈三维多孔材料的实物图及扫描电镜图；
图3为本发明实施例1-4中所制得的聚丙烯腈三维多孔材料的扫描电镜图；
图4为本发明实施例3中所制得的聚丙烯腈三维多孔材料的实物图：(a)干态的黑色固体材料；(b)湿态的黑色固体材料。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
参阅图1，一种废旧腈纶纺织品的回收方法，包括如下步骤：
(1)取一段长度约为1m的废旧腈纶纱线，用剪刀尽可能的剪碎，然后将其在高速万能粉碎机中粉碎3分钟，得到细度为30-300目的腈纶纤维；
(2)用量筒分别量取88ml二甲基亚砜和12ml去离子水，配置DMSO/H2O体积比为88/12的混合溶剂；
(3)用ME104E梅特勒-托利电子天平分别称取1g粉碎的腈纶纤维，溶解于20m1DMSO/H2O混合溶剂(体积比88/12)中，在80℃条件下，使之充分搅拌至完全溶解，得到浓度为50mg/ml的聚丙烯腈溶液。
(4)将聚丙烯腈溶液倒入圆柱形模具中，在室温20℃中静置至溶液完全固化。
(5)待固化过程结束后，取出圆柱状固体材料，置于35℃烘箱3h进行定型，后将其置于装有100ml乙醇的试剂瓶中，并置于摇床上振荡，进行溶剂萃取，每12h更换一次乙醇，共置换3次；最后利用常温减压干燥机进行干燥，获得聚丙烯腈三维多孔材料。
(6)参阅图2及图3中a图，测试三维多孔材料的密度和孔隙率，该多孔材料密度为0.075g/cm3，孔隙率为93.47％，平均孔径为3.948μm。
实施例2：
参阅图1，一种废旧腈纶纺织品的回收方法，包括如下步骤：
(1)首先，取一段长度约为1m的废旧腈纶纱线，用剪刀尽可能的剪碎，然后将其在高速万能粉碎机中粉碎3分钟，得到细度为30-300目的腈纶纤维；
(2)用量筒分别量取88ml二甲基亚砜和12ml去离子水，配置DMSO/H2O体积比为88/12的混合溶剂；
(3)用ME104E梅特勒-托利电子天平分别称取1.2g粉碎的腈纶纤维，溶解于20m1DMSO/H2O混合溶剂(体积比88/12)中，在80℃条件下，使之充分搅拌至完全溶解，得到浓度为60mg/ml的聚丙烯腈溶液。
(4)将聚丙烯腈溶液倒入圆柱形模具中，在室温20℃中静置至溶液完全固化。
(5)待固化过程结束后，取出圆柱状固体材料，置于30℃热环境3h进行定型，后将其置于装有100ml乙醇的试剂瓶中，并置于摇床上振荡，进行溶剂萃取，每12h更换一次乙醇，共置换3次；最后利用常温减压干燥机进行干燥，获得聚丙烯腈三维多孔材料。
(6)参阅图3中b图，测试三维多孔材料的密度和孔隙率，该多孔材料密度为0.090g/cm3，孔隙率为92.14％，平均孔径为3.325μm。
实施例3：
参阅图1，一种废旧腈纶纺织品的回收方法，包括如下步骤：
(1)首先，取一段长度约为1m的黑色废旧腈纶纱线，用剪刀简单剪碎，得到长度为30毫米腈纶纱线束；
(2)用量筒分别量取88ml二甲基亚砜和12ml去离子水，配置DMSO/H2O体积比为88/12的混合溶剂；
(3)用ME104E梅特勒-托利电子天平分别称取1.4g的腈纶纱线束，溶解于20m1DMSO/H2O混合溶剂(体积比88/12)中，在80℃条件下，使之充分搅拌至完全溶解，得到浓度为70mg/ml的黑色聚丙烯腈溶液。
(4)将黑色聚丙烯腈溶液倒入圆柱形模具中，在室温20℃中静置至溶液完全固化。
(5)待固化过程结束后，取出圆柱状固体材料，将其置于40℃的热环境中定型4小时，后将其置于装有100ml乙醇的试剂瓶中，并在摇床上振荡，进行溶剂萃取，每12h更换一次乙醇，共置换3次；最后利用常温减压干燥机进行干燥，获得黑色聚丙烯腈三维多孔材料。
(6)参阅图3中c图，测试黑色三维多孔材料的密度和孔隙率，该多孔材料密度为0.095g/cm3，孔隙率为91.77％，平均孔径为2.674μm。,
实施例4：
参阅图1，一种废旧腈纶纺织品的回收方法，包括如下步骤：
(1)首先，取一段长度约为1m的废旧腈纶纱线，用剪刀尽可能的剪碎，然后将其在高速万能粉碎机中粉碎3分钟，得到细度为30-300目的腈纶纤维；
(2)用量筒分别量取88ml二甲基亚砜和12ml去离子水，配置DMSO/H2O体积比为88/12的混合溶剂；
(3)用ME104E梅特勒-托利电子天平分别称取1.0g粉碎的腈纶纤维，溶解于20m1DMSO/H2O混合溶剂(体积比88/12)中，在80℃条件下，使之充分搅拌至完全溶解，得到浓度为50mg/ml的聚丙烯腈溶液。
(4)将聚丙烯腈溶液倒入圆柱形模具中，在-196℃条件下静置至溶液完全固化。
(5)待固化过程结束后，取出圆柱状固体材料，置于20℃热环境3h进行定型，后将其置于装有100ml乙醇的试剂瓶中，并置于摇床上振荡，进行溶剂萃取，每12h更换一次乙醇，共置换3次；最后利用常温减压干燥机进行干燥，获得聚丙烯腈三维多孔材料。
(6)参阅图3中d图，测试三维多孔材料的密度和孔隙率，该多孔材料密度为0.076g/cm3，孔隙率为93.43％。
参阅图3，对上述实施例1-4中的三维多孔材料的密度和孔隙率进行测试，图3中(a)、(b)、(c)、(d)分别为实施例1、2、3、4中多孔材料的扫描电镜图，实施例中多孔材料的性能比对如下表所示。
表1实施例中多孔材料的性能对比
综上，实施例1-4中多孔材料的整体性能如表1所示，结合实施例1-4，能够得出如下分析：
实施例1-3中聚丙烯腈溶液浓度依次为50mg/ml、60mg/ml、70mg/ml，其他制备条件均相同；实施例1-3中多孔材料随所制备的聚丙烯腈溶液浓度的增大，多孔材料密度逐渐增大，孔隙率逐渐减小，且平均孔径相应减小。
实施例1与实施例4中聚丙烯腈溶液浓度均为50mg/ml，其他制备条件均相同，固化过程不同，实施例1中为室温20℃中静置固化，实施例4中为-196℃中冷冻固化；实施例1、4中虽固化过程不同，但多孔材料密度相近，且孔隙率相近。
参阅图4，实施例3利用黑色腈纶废旧纱线成功制备出黑色聚丙烯腈三维多孔材料。
以上所述，仅用于帮助理解本发明的方法及其核心要义，但本发明的保护范围并不局限于此，对于本技术领域的一般技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种废旧腈纶纺织品的回收方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、溶解：将废旧腈纶纺织品加入到溶剂中，进行加热溶解，对溶剂进行搅拌，使废旧腈纶纺织品中腈纶完全溶解，得到聚丙烯腈溶液；
S2、静置：将聚丙烯腈溶液置于较低温度中静置，较低温度为-196℃～60℃，使聚丙烯腈溶液由黄色透明液体转变为聚丙烯腈白色凝胶态固体；
S3、定型：将聚丙烯腈白色凝胶态固体置于热环境下进行固化，得到聚丙烯腈固体；
S4、萃取：将聚丙烯腈固体浸泡在萃取剂中并持续震荡，进行溶剂萃取；
S5、干燥：将S4中经过溶剂萃取的聚丙烯腈固体进行干燥，得到聚丙烯腈三维多孔材料。
2.根据权利要求1所述的一种废旧腈纶纺织品的回收方法，其特征在于，所述废旧腈纶纺织品为纯纺废旧腈纶纺织品、混纺废旧腈纶纺织品中一种或两种；
所述纯纺废旧腈纶纺织品在S1中溶解之前，对纯纺废旧腈纶纺织品进行粉碎处理，将粉碎后的纯纺废旧腈纶纺织品进行溶解；
所述混纺废旧腈纶纺织品在S1中溶解之后，对聚丙烯腈溶液进行过滤，分离其他纤维，将过滤后的聚丙烯腈溶液进行静置处理。
3.根据权利要求2所述的一种废旧腈纶纺织品的回收方法，其特征在于，所述S1中溶剂为混合溶剂，所述混合溶剂包括二甲基亚砜和其他有机溶剂，其他有机溶剂为水、乙醇、甲醇、乙二醇中一种或几种的有机溶剂，所述二甲基亚砜的体积占比为60～90％，其他有机溶剂的体积占比为10～40％。
4.根据权利要求3所述的一种废旧腈纶纺织品的回收方法，其特征在于，所述S1中进行加热溶解时，加热温度为40～95℃，加热时间为4～5h。
5.根据权利要求3所述的一种废旧腈纶纺织品的回收方法，其特征在于，所述S1中聚丙烯腈溶液的浓度为20～120mg/ml。
6.根据权利要求2所述的一种废旧腈纶纺织品的回收方法，其特征在于，所述S3中进行定型时，热环境的温度为20℃～45℃。
7.根据权利要求2所述的一种废旧腈纶纺织品的回收方法，其特征在于，所述S4中萃取剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙酮、水中的一种或几种。
8.根据权利要求7所述的一种废旧腈纶纺织品的回收方法，其特征在于，所述S4中持续震荡的震荡强度为15-500转/分，持续时间为24～72小时。
9.根据权利要求2所述的一种废旧腈纶纺织品的回收方法，其特征在于，所述S5中进行干燥时，干燥过程为常温减压干燥或冷冻干燥，干燥时间为6～24h。
10.一种如权利要求1-9任一所述的回收方法制得的废旧腈纶纺织品的回收产品。
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