用于回收织物的方法和设备与流程

本发明涉及用于回收纺织品材料(即织物)的方法和设备。更详细地，本发明涉及用于从弹性织物回收弹性材料的方法，即，从含有弹性体纤维的织物回收弹性材料的方法。

背景技术：

1、回收用过的织物(也被称为“废弃织物”)已成为纺织业的主要目标；正在积极研究新且高效的回收工艺。其中一个目标是回收存在于弹性织物中的弹性体纤维，这些弹性体纤维通常被称为弹性纤维(elastane)、氨纶、莱卡tm(lycratm)。

2、ep 3753630公开了一种通过使用两个或更多个水热反应器以进行用酸水解的工艺从纤维产品中回收纤维的系统和方法。将纤维产品分为多个批次，并将其进料至反应器，在反应器中，通过含有亚临界水和一种或多种有机酸的过热反应溶液对这些批次进行水解。使用多个批次可以使较少量的织物受到工艺影响，并对工艺参数进行更严格的控制，在所回收织物的数量和质量方面取得更好的结果。使用两个或更多个反应器允许重复使用含有有机酸的反应溶液。根据反应条件，弹性体纤维可以以纤维的形式回收。

3、wo2013032408涉及一种将氨纶pu纤维与包括尼龙和氨纶的纱线分离的方法。该方法包括氨纶纤维的受控热降解，以及降解的氨纶与含有聚酰胺纤维的织物或服装的洗涤分离，从而制备聚酰胺纤维和/或氨纶，用于回收或处理。

4、wo2020130825a1公开了一种从包括聚氨酯纤维和纤维素基纤维的织物或纱线中去除聚氨酯纤维的方法。使用了一种特别选择的溶剂，其由三种成分制成：i)用于聚氨酯纤维的至少一种溶剂，优选选自二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮、n-丁基吡咯烷酮和/或它们的混合物；ii)至少一种胺和iii)至少一种二醇。

5、wo2013032408公开了一种通过氨纶纤维的受控热降解和降解的氨纶与含有聚酰胺纤维的织物或服装的洗涤分离来分离氨纶pu纤维与包含尼龙和氨纶的纱线的方法。降解的氨纶的去除通过在溶剂(优选极性溶剂如乙醇、dmac、dmf或水)中进行洗涤来进行。

技术实现思路

1、通常，已知的方法导致弹性材料的至少部分降解。聚合物的降解可能对重新使用回收的弹性材料以提供具有所需机械特性的弹性体纤维的可能性是不利的。

2、本发明的目的是解决上述问题，并且提供一种废弃织物回收方法，该方法提供了一种从其中含有弹性材料的废弃织物中回收弹性材料、而不会使废弃纺织品中弹性材料降解或减少废弃纺织品中弹性材料降解的安全、简单且环境清洁方式。

3、所述问题通过如权利要求1所述的方法和如权利要求10所述的设备解决。

4、根据本发明的一个方面，提供了一种用于回收含弹性材料的废弃纺织品的方法，所述弹性材料优选弹性体纤维，所述方法包括通过以下步骤从所述废弃纺织品提取所述弹性材料的步骤：

5、a)在提取室中提供一定量的所述废弃纺织品；

6、b)使溶剂循环通过所述提取室和所述废弃纺织品以溶解弹性材料并将其从废弃纺织品中去除；

7、c)将离开所述提取室的溶剂进料回提取室至少一次以使所述溶剂再循环，并增加在溶剂中弹性材料的含量；

8、d)在蒸发室中使至少部分在步骤c)中获得的溶剂蒸发，以增加溶剂中弹性材料的量；

9、e)在至少一个冷凝室中使蒸发的溶剂冷凝；

10、f)将至少部分冷凝的溶剂进料到所述提取室；

11、g)重复步骤b)–f)，进一步从所述废弃纺织品中去除弹性材料；

12、h)去除含有来自所述蒸发室的弹性材料的所述浓缩溶液，以回收弹性材料。

13、在该方法中，纺织品材料如织物和服装容纳在提取室中，其是静止，即静态的。纺织品材料也处于静止状态，即，处于静态状态下；溶剂循环(例如，用泵)通过静态提取室并通过静态纺织品。含有根据本发明处理的弹性体纤维的常规织物是包含纱线的织物，所述纱线具有含弹性纤维或其他弹性材料的芯和短纤维(通常是棉或其他纤维素纤维)的鞘。

14、在步骤b)和c)中，溶剂再循环通过提取室和废弃纺织品使废弃纺织品与溶剂接触的时间增加。所述时间的增加允许减少要使用的溶剂的量，并因此最终减少从废弃纺织品中去除弹体材料所需的总处理时间。

15、在步骤c)中，离开提取室的含有溶解的弹性材料的溶剂被进料回提取室至少一次，以再循环通过废料，从而增加溶剂中弹性材料的含量。因此，溶剂在含有废弃纺织品的提取室中进行(优选连续进行)再循环，从而允许增加相同溶剂接触废弃纺织品的时间量。结果，弹性材料被溶解并从剩余的废弃纺织品材料中去除；弹性材料在溶剂中的量增加。

16、根据本发明的一个优选方面，离开提取室的溶剂进行过滤。溶剂的过滤使保留在提取室中的废弃纺织品的量最大化，同时保持溶剂不含危害最终产品质量的固体。

17、根据一个可能的实施方式，溶剂通过提取腔室中容纳废弃纺织品的过滤篮进行过滤。有利地，过滤篮是刚性结构，例如，金属结构，其沿着其表面提供有过滤开口以使溶剂能够流动。废弃纺织品容纳在过滤篮中允许限制溶剂以封闭的体积流动通过废弃纺织品，从而避免废弃纺织品在设备的其余部分中再循环。

18、根据一个可能的方面，至少步骤d)和e)在减压下进行，即，设备连接至减压源。因为步骤d)和e)是在减压下进行的，所以可以降低在包含经提取和溶解的弹性材料的蒸发室中使溶剂蒸发所需的温度。较低的蒸发温度导致蒸发室中存在于溶剂中的溶解的弹性体的降解减少或降解可忽略不计。

19、根据一个可能的方面，所述方法包括对提取室进行加热的方法，由此对流动通过所述提取室的溶剂进行加热。有利地，将提取室加热至这样的温度，所述温度导致将提取室内的溶剂和废弃纺织品的温度升高至不会导致弹性材料降解的值。废弃纺织品和溶剂的温度升高是优选的，例如减少从废弃纺织品溶解并去除弹性材料所需的时间。

20、在一个实施方式中，至少在步骤c)中，所述溶剂通过泵再循环。有利地，溶剂通过泵再循环允许增加相同部分的废弃纺织品与一定体积的溶剂接触的次数，其中，废弃纺织品经受溶剂的化学作用，因此会加快溶解步骤，以从废弃纺织品中快速去除弹性材料。

21、此外，与本领域已知的方法不同，废弃纺织品保持在提取室中的静止位置，即，废弃纺织品不受例如搅拌转子的搅拌。类似地，容纳废弃纺织品的提取室和过滤篮构造为处于静止和静态状态。在一个实施方式中，纺织品完全填充提取室中的篮，使得当溶剂循环时，即溶剂泵入和泵出提取室时，它们保持静态状态。

22、有利地，使纺织品材料(例如织物)处于静态状态显著减少了在该过程中松散或断裂并与纺织品材料脱离的纤维(例如棉花和纤维素纤维)的量，。鉴于待从溶剂中去除的纤维杂质的量极低，这导致更容易和更快的纺织品处理以及明显更好质量的提取的弹性体。实际上，静态纺织品(例如，织物)的质量可以作为松散纤维的过滤器。

23、根据一个可能的方面，步骤d)和e)在减压下进行，并将溶剂加热至低于蒸发室中选定压力下溶剂沸点的温度值，优选低于100℃，以防止弹性材料降解。

24、避免或极大地限制弹性材料在物理性质(例如弹性、断裂伸长率)和化学稳定性(例如粘度、分子量)方面的降解是本发明的显著技术效果，产生了适合在有限量的后处理下重复使用和/或再循环的弹性材料。本发明的另一优点是该方法非常高效，提供了最初包含在废弃织物中的弹性材料的90-99％的产率。

25、合适的溶剂是能够溶解弹性聚合物的物质或物质的混合物。根据本发明的一个可能方面，溶剂是二甲基乙酰胺(dmac)。dmac是适合溶解并去除弹性材料的极性溶剂。在可能的其它实施方式中，dmac可以与少量适合溶剂弹性纤维或其它弹性材料的其它物质(例如，二乙基甲酰胺(dmf))混合，以提供用于该方法的溶剂。

26、根据一个可能的方面，提取室中溶剂温度(特别是dmac)为65-80℃，优选70-75℃。有利地，65-80℃、优选70-75℃的温度范围允许从废弃纺织品中溶解并去除弹性材料，同时防止或减少溶解的弹性材料降解。有利地，与本领域已知的其它溶剂(如dmf)相比，dmac能够在较低的温度范围下溶解弹性材料。

27、在可能的实施方式中，回收的弹性材料的溶液可以进行过滤(如果需要)，可能添加原始弹性材料(例如10-30重量％)达到合适的浓度(如果必要)，并通过干法纺丝进行处理以制备弹性体纤丝。

28、本发明的另一目的是进行上文所述的用于回收含有弹性材料的废弃纺织品的方法的设备，所述弹性材料优选为弹性体纤维。根据本发明，设备包括：提取室，其构造成容纳废弃纺织品、弹性材料和合适用于溶解弹性材料的溶剂。

29、提取室优选包括至少一个加热器。设备还包括循环装置，用于使所述溶剂循环通过所述提取室，优选循环通过所述提取室至少一次；蒸发室，其构造成收集含有溶解的弹性材料的溶剂并使至少部分溶剂蒸发，以获得浓缩的弹性材料溶液；包括冷却系统的至少一个冷凝室，其构造为使所述蒸发室中蒸发的溶剂冷凝，并将所述冷凝的溶剂至少进料至提取室。

30、在可能的实施方式中，当该方法不运行时，回收的溶剂可以进料至溶剂储存器。

31、根据一个优选的实施方式，设备的提取室包括过滤装置，优选用于容纳废弃纺织品的过滤篮。如上所述，提取室中的过滤装置允许在提取室中容纳废弃纺织品和可能从纺织品中脱离的小纤维。

32、根据一个可能方面，设备连接至减压回路。优选地，所述回路包括真空泵。优选地，提取室和冷凝室可与所述减压回路连接。

33、根据一个可能的方面，设备的减压回路以类似于索氏(soxhlet)设备的方式连接至至少一个冷凝室。优选地，有两个串联的冷凝室，以防止溶剂蒸汽离开设备。

34、根据一个可能的方面，溶剂收集罐(即溶剂储存器)通过合适的管道或导管连接到提取室和冷凝室。有利地，溶剂收集罐可以容纳在前述步骤h)中从蒸发室中去除的溶剂。

35、或者，可以在步骤b)之前将容纳在溶剂收集罐中的溶剂进料至提取室，在步骤b)中溶剂循环通过提取室和废弃纺织品以从废弃纺织品中溶解并去除弹性材料。有利地，包含在溶剂收集罐中并进料回提取室的溶剂因此可以提供在至少一个冷凝室中的冷凝步骤之后可再循环通过所述提取室和所述废弃纺织品以从废弃纺织品中溶解并去除弹性材料的溶剂。

36、根据一个可能的方面中，溶剂收集罐可连接至冷凝室，以选择性接收冷凝溶剂。

37、根据一个可能的方面，蒸发室包括混合器或搅拌器，以改善至少部分溶剂从存在于蒸发室中的弹性材料溶液中蒸发，从而增加保留在蒸发室中的溶剂中的弹性物质的量。

38、将参考以非限制性示例的方式给出的附图更详细地讨论根据本公开的其他方面和优点，其中：

39、图1显示了根据本发明的可能实施方式的设备的示意图；和

40、图2是显示根据本发明的提取过程的流程图。

41、参考图1的示例性实施方式，纺织品回收设备100包括提取室4，提取室4构造成容纳废弃纺织品2，其是弹性纺织品，即，包括弹性材料1的纺织品。提取室4构造成接收并容纳适合溶解弹性材料1的溶剂3。提取室4连接到再循环回路42，在再循环回路42中，通过循环装置9，从室出口导管43离开提取室的溶剂3可以通过室入口导管44再循环到提取室4。优选地，所述回路装置9是泵。阀v位于回路导管上，以控制溶剂流动。

42、在图1的实施方式中，提取室4通过导管41连接至蒸发室6。提取室4通过导管72连接至冷凝室7。提取室4还通过导管201连接至溶剂收集罐20。合适的阀v提供在所引用的导管上，从而将溶剂流选择性地引导至设备的所需部件。

43、本发明的方法优选提供用于含有提取的弹性材料的溶剂进行过滤，以去除除弹性材料以外的其它材料的纤维，例如，去除棉纤维。优选地，提取室4包括过滤装置，例如网状过滤篮40，以容纳包含弹性材料1的废弃纺织品2。

44、网状过滤篮40提供有图1中未示出的开口，这些开口允许溶剂在提取室4的整个体积内流动，同时将废弃纺织品2保持在网状过滤篮内。在优选的实施方式中，过滤篮是不锈钢的或者是衬在内部并且用作过滤器的无纺织物；无纺织物能抵抗在提取室中使用的溶剂，并且可以单独使用，或者可以固定到的金属紧固器(stricter)(如过滤篮40)或由其容纳，以保留从纺织品材料脱离的任何纤维或颗粒。

45、根据一个可能的方面，提取室4包括至少一个加热器3。在该过程期间，所述加热器3对位于提取室4中的废弃纺织品2和溶剂进行加热，以便从废弃纺织品提取弹性材料。

46、设备还包括蒸发室6。所述蒸发室6构造成收集(即，接收)通过腔室4中的溶剂再循环获得的含有溶剂3和溶解的弹性材料1的溶液3’，并且使得至少部分来自溶液3’的溶剂蒸发，以回收将在提取步骤中使用的溶剂3。如前所述，蒸发室6通过导管41连接至提取室4。

47、根据一个可能的方面，蒸发室6包括搅拌装置，例如，混合器66。通常，如本领域中已知的，混合器66包括旋转杆61和多个突起62。突起62在溶液3’内的旋转使溶剂3从溶液3’中的蒸发最大化。蒸发室6还提供有加热装置，以使其中所含的溶剂达到其沸点、优选在减压下达到其沸点，如下所述。

48、为了回收蒸发的溶剂，所述设备还包括至少一个冷凝室7。蒸发室6通过导管60与冷凝室7流体连接。在附图所示的优选实施方式中，设备提供有串联设置并连接的两个冷凝室7a、7b。

49、冷凝室7包括冷却系统10，该冷却系统构造成使从容纳在蒸发室6中的溶液3’蒸发的溶剂冷凝，并通过导管72将冷凝的溶剂进料至提取室4和溶剂收集罐20中的至少一个。换言之，冷凝室中的溶剂3达到允许溶剂冷凝的露点，并进料回提取室4中的提取步骤(如果该方法运行)或溶剂收集罐20。

50、在所示实施方式中，将设备连接至包括真空泵70和分离器元件75的减压回路71，以收集可能回流到提取室4或溶剂收集罐20(分批处理)中的溶剂3。优选地，真空回路连接到冷凝室，冷凝室连接至蒸发室。因此，在本发明方法期间，至少蒸发室6和冷凝室7保持在减压下。

51、有利地，减压回路71通过导管80连接至至少一个冷凝室7；在包括冷凝室7和7a的图1的实施方式中，真空回路71连接至室7a的末端部，从而在到达冷凝室体系的末端之前使两个室中的所有蒸发的溶剂冷凝。

52、至少设备的主要部件(即提取室4、蒸发室6、冷凝室7、7a、7b和溶剂收集罐20)提供有管道和阀av，以在设备中不需要减压时将设备连接到大气。

53、如上所述，优选地，设备还包括溶剂收集罐20以储存溶剂3。所述溶剂收集罐20通过导管74、201连接到提取室4，并且通过导管75连接到蒸发室6。根据一个可能的实施方式，一个或多个冷凝室7通过提供有阀的导管202连接到溶剂收集罐20，以将溶剂流引导至室20或提取室4。优选地，溶剂收集罐20中的储存溶剂3可以在通过减压回路71和真空泵70的减压下，通过导管74、201引导至提取室4。

54、本发明还包括一种用于回收含有弹性材料的废弃纺织品2的方法；弹性材料通常是纱线芯中的纤维形式，纱线通常结合在织物中。织物可以以已知的方式处理，例如通过切碎或切成小块，或者可以至少部分保持其原始服装形式，例如保持为一条裤子，可能在去除诸如塑料标签或拉链、金属部件等部件之后。

55、最初，在步骤a)中，将一定量的废弃纺织品2装载到提取室4中，提取室4优选包括用于容纳废弃纺织品2的过滤装置(例如金属篮40)和无纺织物。优选地，弹性材料的纺织品含量是已知的，从而预估可以提取的最终材料量和工艺条件。

56、在随后的步骤b)中，如前所述，将溶剂3进料至室4，并使其行进通过提取室，从而从废弃纺织品2溶解并去除弹性材料1。用于弹性材料的优选溶剂是dmac。在优选的实施方式中，所述设备提供有以受控流动将溶剂进料到提取室、通过废弃纺织品并离开室4的装置；这样的流动优选通过迫使溶剂沿着所需路径流动的泵9获得。

57、在步骤c)中，通过出口导管43离开提取室4的溶剂3被沿着再循环回路42引导，以通过入口导管44流回到提取室4至少一次，以提取更多弹性材料并增加其在溶剂中的含量。换言之，溶剂通过回路42的再循环允许溶剂中的溶解弹性材料1的浓度最大化。

58、在提取过程期间，设备的至少一部分(即蒸发室和冷凝室)通常通过将设备连接到回路71而保持在减压下。设备中、即室4、6和7中的合适压力值约为20至200毫巴。有利地，减压将会降低溶剂的沸腾温度，以便于步骤d)中溶剂的蒸发，从而减少或防止所提取聚合物的降解。

59、为了提高弹性聚合物材料的提取，对提取室4进行加热。根据一个可能的方面，溶剂3是二甲基乙酰胺dmac，并且提取室3中的温度为65-80℃，优选70-75℃。提取室通常不与减压回路71连接。在优选的实施方式中，为了将含有提取的弹性体的溶剂从提取室4转移到蒸发室6，将室4连接到室6，如上所述，室6处于减压下：一旦两个室通过导管41连接，室4的液体内容物将被转移到室6。

60、溶剂从溶剂储存器20转移到提取室4也可以通过在将室4与储存器20连接之前临时降低室4中的压力来进行。通常，除了使用泵9使溶剂循环进出提取室之外，极性溶剂通过利用所述设备部件之间的压力差转移至设备的不同部件。

61、根据本发明的一个可能方面，离开提取室4的溶剂3通过网站过滤篮40进行过滤。换言之，所述过滤允许在步骤c)期间将废弃纺织品2保持在网状过滤篮40内，从而仅允许溶剂3通过出口43、再循环回路42离开提取室4并通过入口44流回提取室3，同时将废弃纺织品2保持在提取室4内。

62、一旦含有如步骤c)中所述提取的弹性材料1的溶剂已经再循环通过织物材料足够时间，即，获得弹性材料的所需提取程度的足够长的时间，就通过导管41将其引导至蒸发室6。在室6中，至少部分溶剂蒸发，以提高存在于蒸发室6中的溶液3’中的弹性材料1的浓度。

63、如上所述，由于减压回路71和真空泵70，蒸发和冷凝步骤优选在减压下进行。因此，蒸发室6中的溶剂3可以加热到低于其在大气压下的沸点的温度值，优选低于100℃，以防止弹性材料1降解。

64、在步骤e)中，溶剂蒸汽沿导管60流到冷凝室7，在冷凝室7中蒸汽冷凝。在图1所示的实施方式中，提供有串联设置并连接的两个冷凝室7a和7b。冷凝的溶剂3通过导管72进料至提取室4；或者，液体溶剂可以通过导管202供应至溶剂储存器20以存储在溶剂储存器20或者通过导管74泵送回到提取室4中。

65、在可能的实施方式中，如图2示意性显示，溶剂再循环通过提取室，直到在将溶剂送至蒸发室6之前检测到所需浓度的弹性材料。在可能的实施方式中，步骤b)-f)可以优选重复至少3次或20-30分钟。

66、最后，在步骤h)中，从蒸发室6中取出浓缩溶液3’，并以本身已知的方式回收蒸发室6中的弹性材料1。例如，通过将dmac和弹性材料的溶液3’与水混合，可以使提取的材料从溶液3’沉淀出来。

67、回收的弹性材料可以通过在湿法纺丝或干法纺丝之前将其添加到原始材料中来进行循环。回收的材料可以进行进一步处理，例如，去除污染物(如果有的话)。

68、在提取过程结束时，可以进行其它步骤，以从所述废弃纺织品中去除并回收溶剂，优选所述溶剂回收步骤选自对经溶液浸泡的废弃纺织品进行压制、挤压、纺丝或离心。

69、将通过以下非限制性实施例对本发明进行进一步说明。

70、实施例1

71、通过将织物切成小块，优选切成5x5cm，来制备2kg织物(79％pes-21％弹性纤维)。2kg织物中的弹性材料的总量约为420克。织物容纳在不锈钢过滤篮中。将2kg织物放入加热至70-73℃的提取室中，并使dmac再循环20分钟。在再循环期间，将离开的溶液送至40毫巴下的在85℃下加热的蒸发室；使溶剂蒸发并将其储存在溶剂收集罐(20)中。在提取过程结束时，对织物进行压制以去除添加到蒸发室中的溶液中的剩余溶剂。用水使弹性材料从dmac中沉淀出来并进行干燥；回收的量为414.54克，提供了初始材料的98.7％的产率。回收的材料可以以10-30％的量与原始弹性材料混合，并湿纺成弹性体纤维。

72、实施例2

73、通过将织物切成小块，优选切成5x5cm，来制备1.8kg织物(89％pes-11％弹性纤维)。1.8kg织物中的弹性材料的总量约为198克。织物容纳在不锈钢过滤篮中。将1.8kg织物放入加热至70-73℃的提取室中，并使dmac再循环20分钟。在再循环期间，将离开的溶液送至40毫巴下的在85℃下加热的蒸发室；使溶剂蒸发并将其储存在溶剂收集罐(20)中(分批处理)。在提取过程结束时，对织物进行压制以去除添加到蒸发室中的溶液中的剩余溶剂。用水使弹性材料从dmac中沉淀出来并进行干燥；回收的量为194.04克，提供了初始材料的98.18％的产率。回收的材料可以以10-30％的量与原始弹性材料混合，并湿纺成弹性体纤维。

74、实施例3

75、通过将织物切成小块，优选切成5x5cm，来制备2kg织物(70棉-21％pes-9％弹性纤维)。2kg织物中的弹性材料的总量约为180克。织物容纳在不锈钢过滤篮中。将1.8kg织物放入加热至70-73℃的提取室中，并使dmac再循环20分钟。在再循环期间，将离开的溶液送至40毫巴下的在85℃下加热的蒸发室；使溶剂蒸发并将其储存在溶剂收集罐(20)中(分批处理)。在提取过程结束时，对织物进行压制以去除添加到蒸发室中的溶液中的剩余溶剂。用水使弹性材料从dmac中沉淀出来并进行干燥；回收的量为176克，提供了初始材料的97.7％的产率。回收的材料可以以10-30％的量与原始弹性材料混合，并湿纺成弹性体纤维。

76、实施例4

77、通过将织物切成小块，优选切成5x5cm，来制备2kg织物(79％pes-21％弹性纤维)。2kg织物中的弹性材料的总量约为420克。织物容纳在不锈钢过滤篮中。将2kg织物放入加热至70-73℃的提取室中，并使dmf再循环20分钟。在再循环期间，将离开的溶液送至40毫巴下的在70℃下加热的蒸发室；使溶剂蒸发并将其储存在溶剂收集罐(20)中(分批处理)。在提取过程结束时，对织物进行压制以去除添加到蒸发室中的溶液中的剩余溶剂。用水使弹性材料从dmf中沉淀出来并进行干燥；回收的量为414.2克，提供了初始材料的98.6％的产率。