一种涤棉混合物的分离和回收方法

本发明涉及废旧纺织品回收，尤其是指一种涤棉混合物的分离和回收方法。

背景技术：

1、全球范围内日益增长的环保意识与日益短缺的石油资源激发了人们对于可持续的循环聚合经济的兴趣，高分子材料的回收再利用技术已成为国内外的研究重点。合成纤维是由合成的高分子化合物制成的，其中涤纶(聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，亦称pet纤维)是产量最大且应用最广的合成纤维。涤纶产品又分为纯涤、涤棉混纺或涤纶与其他混纺，其中涤棉混纺占比70％。国内外虽然已经有企业在工业上实现了涤纶纺织品的化学回收，但回收率仍不足20％，尤其是涤棉纺织品的分离和回收难度更高，回收率更低。随着人们生活水平的提高，对天然纤维的需求量也越来越大，棉纤维的回收利用对保持棉花供求关系、保证市场稳定运转起着非常重要的作用。

2、目前涤棉纺织品的化学回收方法主要有酸解法、水解法、醇解法、溶剂溶解法等。酸解法主要是通过纤维素在酸的作用下被降解为微纤维素或糖类，而在涤纶基本不被破坏的情况下将棉纤维从涤棉混纺织物中分离出来，进而实现涤棉的分离。该方法具有操作简单，组分易分离的特点，但是容易造成设备的腐蚀。水解法主要是通过在酸、碱或中性环境下，结合高温、高压、红外、微波、生物酶、亚临界或超临界状态等条件使涤纶或棉纤维分解，从而将废旧涤棉混纺织物中涤纶和棉纤维分离回收的方法，但是水解法反应条件严苛，需要高温高压、强酸强碱等条件，能耗高，易腐蚀设备。醇解法是指将涤棉纺织品在适当的温度和压力条件下与醇类溶剂(一元醇或乙二醇)反应，涤纶与醇类溶剂发生酯交换得到相应的酯化合物(如对苯二甲酸二甲酯和对苯二甲酸二乙二醇酯)，棉纤维得以保留。醇解法的缺点是需要使用大量的醇溶剂作为反应物及溶剂，产物中存在低聚体副产物，提纯困难，会对棉纤维造成损伤。在使用上述回收方法有颜色的废旧涤棉纺织品进行回收时，染料难以处理，通常需要与其他脱色方法联用，延长了工艺流程和增加了处理成本与环境负担。

3、赖文钦等人在中国专利(cn113862839a，公开日为2021年12月31日)中公开了一种废旧涤棉混纺织物分离回收装置及其回收工艺和应用，使用无机酸和有机酸混合对涤棉混纺织物进行处理就分离得到纤维素粉末和涤纶，但是体系酸性强，会对设备造成腐蚀和污染环境。侯文生等人在中国专利(cn106674588a，公开日为2017年05月17日)中公开了一种亚临界水条件下分离回收废旧涤棉混纺织物的方法，在盐酸水溶液中，氯化铁催化下，150℃反应5h得微晶纤维素和涤纶，但是该方法需要高压且棉纤维的回收率较低。任宪君等人在中国专利(cn103709038a，公开日为2014年04月09日)中公开了一种回收废旧织物中涤纶纤维的方法，在乙二醇与蒸馏水混合而成的醇解液中对涤棉混纺织物进行醇解，得到棉纤维和小分子晶体产物，但是该方法工艺流程长，小分子晶体产物提纯困难。

4、基于以上分析，需要开发一种简单、绿色、高效的涤棉混合物的分离和回收方法。该方法能够快速的将涤棉混纺织物分离为棉纤维及涤纶，同时能够简化废旧涤棉分离和回收的流程、降低废旧涤棉混纺织物的回收成本，减少对环境的破坏。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种涤棉混合物的分离和回收方法，该方法以绿色环保的溶剂作为溶剂，涤棉混合物中的涤纶溶解而棉纤维不溶解，过滤分离得到棉纤维和涤纶溶液。将涤纶溶液除去溶剂得到涤纶，或在溶液中加入催化剂进行解聚成环反应，实现化学回收得到相应的环状低聚酯，从而达到对废旧涤棉混合物的简单、高效、绿色的分离和回收。

2、本发明通过如下的技术方案实现：

3、本发明的目的是提供一种简单、高效、绿色的涤棉混合物的分离和回收方法，包括以下步骤：

4、将涤棉混合物与高沸点环保溶剂混合，加热至160℃-220℃搅拌使涤纶溶解，过滤分离，得到棉纤维和涤纶滤液

5、将所得涤纶滤液中的溶剂除去后，得到涤纶；

6、其中，所述高沸点环保溶剂为n-甲基吡咯烷酮(nmp)，1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(dmi)和1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2-嘧啶酮(dmpu)中的一种或多种。

7、在本发明的一个实施例中，所述涤棉混合物为回收或合成的涤棉混合物。

8、在本发明的一个实施例中，对于需要脱色的涤棉混合物，所述涤棉混合物在与高沸点环保溶剂混合前，还包括脱色预处理：将废旧的涤棉混合物与极性溶剂混合，加热至90℃-150℃进行脱色，分离即可得脱色的涤棉混合物。

9、所述极性溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、二甲基亚砜(dmso)，n-甲基吡咯烷酮(nmp)、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(dmi)和1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2-嘧啶酮(dmpu)中的一种或多种。

10、在本发明的一个实施例中，所述脱色的加热温度为90℃-150℃，优选为110℃-120℃；所述脱色的时间为5min-60min，优选为30min-60min。

11、现有技术中，对废旧涤棉混合物的分离和回收主要是酸解法、水解法、醇解法等化学回收方法，这些方法中使用的酸碱物质以及高温高压的反应条件等，都难免会对纤维和环境造成不同程度的危害，且存在脱色困难、工艺复杂、反应产物难以分离和回收率不高等问题。

12、本发明中使用n-甲基吡咯烷酮，1,3-二甲基-2-咪唑啉酮，1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2-嘧啶酮等绿色环保溶剂对废旧涤棉混合物进行分离。这类溶剂不含卤素或芳香族基团，是强极性非质子溶剂，具有低熔点、低毒性、高沸点、强溶解性和优异的稳定性等特性，在加热的条件下能够溶解涤纶，而不能溶解棉纤维。通过物理方法简单、绿色、高效的将涤棉混纺织物脱色、分离并进行回收。

13、在本发明的一个实施例中，所述涤棉混合物为涤棉混纺的纱线和/或布料；所述涤棉混合物中涤纶含量为10wt％-100wt％；所述棉纤维为天然棉或胶粘纤维。

14、在本发明的一个实施例中，所述涤棉混合物中的涤纶与所述高沸点环保溶剂的质量体积比为1g/l-150g/l，优选为7g/l-120g/l。

15、在本发明的一个实施例中，所述溶解涤纶过程加热温度为160℃-220℃，所述涤纶溶解的时间为10min-90min；优选为20min-90min。

16、在本发明的一个实施例中，所述涤棉混合物的颜色为白色和/或彩色；

17、在本发明的一个实施例中，所述白色涤棉混合物无需进行第一步脱色；

18、在本发明的一个实施例中，所述在氮气、氩气等惰性氛围下进行。

19、在本发明的一个实施例中，所述溶剂除去的方法包括沉淀法和蒸馏法。

20、在本发明的一个实施例中，所述沉淀法为：将所述涤纶溶液趁热滴加至沉淀剂中，得到涤纶沉淀物，分离干燥，得到所述涤纶；所述沉淀剂选自甲醇、乙醇和水中的一种或多种。

21、在本发明的一个实施例中，所述蒸馏法为：将所述涤纶溶液进行减压蒸馏，除去绿色环保溶剂，得到所述涤纶。

22、在本发明的一个实施例中，所述高沸点环保溶剂通过蒸馏进行循环回收。

23、在本发明的一个实施例中，所述涤纶溶液可用于解聚成环反应，生成环状低聚对苯二甲酸乙二醇酯。

24、在本发明的一个实施例中，所述涤棉混合物的分离过程中只有物理过程，对棉纤维几乎没有损伤；所述棉纤维可用于再纺。

25、在本发明的一个实施例中，所述从涤棉混合物的分离和回收的涤纶可以直接用于再纺或进一步增粘。

26、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下有益效果：

27、1.本发明了一种涤棉混合物的分离和回收方法，所用极性溶剂可在合适的温度下溶解染料而不溶解涤纶和棉，因此可对废旧涤棉混合物进行脱色，得到白色或浅色的涤棉。

28、2.本发明涤棉混合物的分离和回收方法中，使用n-甲基吡咯烷酮(nmp)，1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(dmi)，1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2-嘧啶酮(dmpu)这类绿色环保的有机溶剂，通过溶剂溶解的物理方式对涤棉混合物进行分离；回收棉和涤纶，或进一步进行解聚成环反应，回收环状低聚对苯二甲酸乙二醇酯。

29、3.本发明涤棉混合物的分离和回收方法中，分离过程无需催化剂，不涉及化学反应。

30、4.本发明涤棉混合物的分离和回收方法中，回收的棉纤维几乎没有损伤，可以直接再利用；回收的涤纶可以用于再纺，或者增粘，或者进一步解聚成环反应制备环状低聚对苯二甲酸乙二醇酯。

31、5.本发明的涤棉混合物的分离和回收方法，方法简单，工艺流程短，能耗低，能够简单、绿色、高效的将涤棉混合物分离并进行回收，棉和涤纶的回收产率可达90％以上。