PET回收再生技术及在服装设计中的应用

吴 亮

（西安美术学院，陕西 西安 710065）

对苯二甲酸二甲酯（DMT）或对苯二甲酸（PTA）与乙二醇聚合可得到聚对苯二甲酸乙二酯（PET），PET是重要的纺织原料。但是大量的废弃PET难以实现自然降解，需要回收再生利用。使用再生PET生产PET纤维广泛应用于服装领域。本文综述了采用回收PET瓶片和废旧PET布料生产再生PET及再生PET纤维的研究进展，并介绍了再生PET纤维在服装设计中的应用。

1 采用回收PET瓶片生产再生PET及再生PET纤维

生产再生PET纤维90%以上的原料都是回收PET瓶片。PET瓶片回收工艺通常使用熔融挤出方式，将PET瓶片以物理过程转化为纤维或其他产品，可以将瓶片直接熔融挤出制成纤维，也可以先将瓶片转化成再生PET切片后熔融挤出制成纤维，瓶片还可以通过螺杆挤出机增加液相熔体增黏工序，提高再生PET熔体质量。

广东宝汇环保科技有限公司［1］公开了一种采用PET瓶片生产再生PET纤维的方法。将清洗后的PET瓶片通过红外分色设备精准分色后，经风道提升后依次进行热风干燥和真空干燥至水质量分数低于80×10-6，干燥后的PET瓶片经单螺杆挤出机进入喷丝机喷丝，单螺杆挤出机中加入色粉、扩链剂、填充剂和改性剂，其质量分别为PET瓶片质量的0.5%，1.2%，2.0%，0.5%。纺丝丝束集束后再经过前纺、牵伸、除湿定型、烘干得到再生PET纤维。界首市成铭塑业有限公司［2］公开了一种利用再生PET瓶片制备高品质PET纤维的方法，向再生PET瓶片中添加辅料制成的PET纤维降低了加工成型温度，无需购置新设备。具体方法是将再生PET瓶片清洗，烘干，破碎，于285 ℃熔融塑化挤出造粒得到再生PET颗粒，将再生PET颗粒100 phr、丙烯腈-烯丙基三甲基硅烷胺共聚物20 phr、沉淀二氧化硅8 phr于250 ℃熔融共混得到纺丝熔体。其中，丙烯腈-烯丙基三甲基硅烷胺共聚物的制备方法是将去离子水加热至50 ℃后加入0.5 mol丙烯腈单体和0.2 mol烯丙基三甲基硅烷胺单体，再加入占单体总质量0.25%的十二烷基硫醇和2.50%的过硫酸钾，加热至65 ℃反应5 h，过滤水洗干燥即得丙烯腈-烯丙基三甲基硅烷胺共聚物。将纺丝熔体输送至纺丝箱，经纺丝、上油、牵伸、侧吹风冷却、卷绕，纺丝温度为250 ℃，侧吹风温度为25 ℃，相对湿度为75%，风速为0.4 m/s，牵伸倍率为3倍，卷绕速度为3200 m/min，制得再生PET纤维。该纤维断裂强度为4.72 cN/dtex，断裂伸长率为88.5%。

废旧PET瓶片中含有的杂质聚氯乙烯（PVC）使拉伸强度较差，并降低再生PET熔体的流变性和均匀性，导致再生PET长丝成品断头率增加。宁波超泰新材料有限公司［3］在熔融挤压过滤后的原料PET颗粒中加入氧化镁和二氧化硅，再次熔融使杂质PVC与PET分离，得到性质稳定且纯净的PET，同时在析出PVC时，氧化镁与二氧化硅在催化剂存在条件下反应生成硅酸镁，可以增加PET拉伸强度并提高反应速率。原料包括：PVC含量为5%～8%（w）的PET瓶片1000 phr，纳米二氧化硅18 phr，氧化镁13 phr，偏磷酸铝4 phr，二氯二甲基硅烷80 phr。将经过清洁并破碎的PET瓶片送到170 ℃结晶床得到预结晶PET瓶片；预结晶PET瓶片干燥温度为150 ℃，时间为6 h，得到含水量小于50×10-6（w）的结晶PET瓶片，使用螺杆混炼机熔融挤压过滤得到PET颗粒。将PET颗粒在螺杆混炼机熔融，熔融过程中加入纳米二氧化硅15 phr、氧化镁10 phr、偏磷酸铝4 phr，在熔体下方用氮气吹鼓6 h，当熔体中不再产生气体时加入二氯二甲基硅烷80 phr，停留时间为30 min，混合并脱出低沸物，得到去除PVC的改性PET；采用高速纺丝工艺进行纺丝，对纺丝预网络后，进入热辊进行牵伸然后进行网络卷绕成型，得到全拉伸PET长丝。所得全拉伸PET长丝的热收缩率为65%，断裂强度为4.08 cN/dtex，断裂伸长率为30.4%，染色均匀度评级为4.8级。成品性质稳定，PET长丝的断头率降低。

还可以通过使用回收PET切片与原生PET切片共混制备功能性PET纤维。安徽农业大学［4］公开了一种高吸湿再生PET纤维长丝制备工艺，首先将清洗破碎过的PET瓶片和原生PET切片分别于150 ℃真空干燥5 h，将干燥后的PET瓶片与原生PET切片按照质量比4∶100在反应釜中均匀混合，加热至250 ℃后得到PET瓶片与原生PET切片的共混液；将1 phr无机造孔剂添加到100 phr共混液中共混加热至260 ℃熔融1 h，通过双螺杆挤压机的异形截面喷丝孔挤压得到中空再生PET纤维；将所得中空再生PET纤维与质量浓度为5 g/L的盐酸溶液于20 ℃反应10 min，水洗，烘干，得到微穴中空结构的高吸湿再生PET纤维。该PET纤维长丝内部中空，表面微穴结构，提高了再生PET纤维的回潮率和吸湿性能。

2 采用废旧PET布料生产再生PET及再生PET纤维

以含PET的废旧布料为原料，通过分类回收和处理，重新获得各种性能优异的塑料，不仅减少了废旧布料对环境造成的污染和破坏，还获得了种类众多、性能优良的塑料，又进一步增加了废旧布料的利用价值和使用效率。

2.1 生产再生PET

帝人纤维株式会社［5］公开了从染色PET纤维中回收有用成分的方法，包括染料提取工序、固液分离工序、解聚反应工序、 酯交换反应工序以及有用成分分离工序，可以容易地从染色PET纤维中回收高纯度的用于PET纤维制造的成分。将100 g黑色PET布与600 g对二甲苯投入2 L可分离式烧瓶中，在常压、130 ℃的条件下加热并搅拌10 min后进行抽滤去除染料。将去除染料的PET布与600 g乙二醇投入可分离式烧瓶，在常压、170 ℃加热搅拌10 min后固液分离，将得到的去除染料的PET布投入预先加热至185 ℃的乙二醇（400 g）与碳酸钾（3 g）的混合物中，于常压、185 ℃反应4 h，得到含有对苯二甲酸双羟乙酯（BHET）的解聚溶液并过滤。过滤后的解聚溶液送至蒸馏塔，塔底温度140～150 ℃，压力13.3 kPa，浓缩后过滤。向200 g浓缩解聚溶液中添加1.7 g酯交换催化剂碳酸钾和200 g甲醇，于常压、75～80 ℃反应1 h，得到酯交换反应生成物，冷却至40 ℃，通过离心固液分离得到以粗DMT为主成分的滤饼，将滤饼在压力6.7 kPa、塔底温度180～200 ℃的条件下蒸馏，得到纯化DMT，收率为85%（w）。回收的纯化DMT的外观、酸值、熔融比色、硫酸灰分含量均达到市售品标准，DMT与乙二醇反应生成PET。吕亚淑等［6］研究了4种不同PET面料的乙二醇醇解工艺。这四种面料分别是高支高密防羽布、珊瑚绒面料、阻燃针织布、涤棉混纺布。将100.0 g乙二醇、0.1 g二水乙酸锌加入四口烧瓶， 当二水乙酸锌在乙二醇中完全溶解后，加入50.0 g PET面料并通氮气，温度保持在196 ℃，当四口烧瓶内液体呈透明状时终止反应，冷却，过滤，结晶，得到BHET。结果表明，高支高密防羽布的转化率可达到77.01%，得到的醇解产物的相对分子质量最接近BHET的相对分子质量，且4种醇解产物中BHET单体质量分数分别为40.08%，38.50%，37.83%，35.80%。弘暖纤科技（北京）有限公司等［7］公开了一种再生PET熔体或切片、超轻隔热保温再生PET纺织品及其制备方法。将废旧PET纺织品破碎后在螺杆挤出机中进行半塑化致密，致密温度为255 ℃，压力为5.5 MPa。以乙二醇为醇解剂，乙二醇与废旧PET质量比为100∶1，致密后的废旧PET物料先后进入第一醇解反应器和第二醇解反应器，在第一醇解反应器内加入粒径10 nm至100 μm、孔隙率40.0%～99.9%的气凝胶进行共混，气凝胶与PET质量比为0.5∶99.5，共混时间30 min。醇解反应产物依次进入预缩反应器、终缩反应器中得到改性再生PET熔体，该熔体可直接送往纺丝箱体直纺，也可经水冷铸带切粒得到改性再生PET熔体或切片，具备良好可纺性。

2.2 生产再生PET纤维

慈溪市江南化纤有限公司［8］首先制备再生PET泡料和改性超高相对分子质量聚乙烯。将废旧PET纤维进行粉碎、清洗和真空干燥制成PET碎片，PET碎片与抗氧剂168充分混合于200 ℃预熔融4 min后真空干燥得到再生PET泡料。将超高相对分子质量聚乙烯与两亲性梳状聚醚硅氧烷按质量比为4∶1进行共混，得到改性超高相对分子质量聚乙烯。将6 phr再生PET泡料与1 phr改性超高相对分子质量聚乙烯混和均匀送入纺丝螺杆熔融纺丝，纺丝螺杆进料段温度为230 ℃，压缩段温度为245 ℃，均化计量段温度为265 ℃，纺丝箱体温度为265 ℃，得到再生PET纤维。该再生PET纤维可用于纺织品面料，具有降温功能。

传统的PET短纤维生产工艺是在PET纤维中加入色母粒进行混纺，形成具有色彩的有色PET短纤维。由于PET大分子链排列规整性好、不易染色，必须在高温高压条件下用分散染料才能实现深染色，耗电量大，污染环境。扬州天富龙科技纤维有限公司［9］将清洗撕碎后的废旧PET纺织品碎片100 phr、甲醇与乙酸反应的酯化物100 phr、三单体间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠1 phr及色母粒混合共聚。其中，色母粒用量占酯化物、PET碎片和间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠总质量的2%～3%，反应温度为280 ℃，真空度为30 Pa。共聚物经过滤和结晶形成半凝固的高分子聚合物。对高分子聚合物熔体进行熔融纺丝，纺丝温度为250 ℃，纺丝速度为1000 m/min，拉伸温度为70 ℃，预牵伸倍率为1.04，一道牵伸倍率为1.90，二道牵伸倍率为1.05，制得细旦有色PET短纤维，其拉伸强度为110.1 kPa，极限氧指数为30.2%，撕裂强度为22 kN/m，压缩强度为115.3 kPa，干热老化后拉伸强度为79.2 kPa。该方法生产工艺简单，成本较低。浙江世博新材料股份有限公司［10］利用废旧PET布料制备再生PET，将废旧布料清洗、消毒、切碎，以浓度为5 mol/L的NaOH溶液作为开纤剂，于45 ℃开纤处理20 min；在经过开纤处理的100.00 phr废旧布料中加入0.05 phr二元乙丙橡胶，0.05 phr聚烯烃，0.10 phr苯乙烯嵌段共聚物，0.05 phr环氧大豆油，0.05 phr 2-（2′-羟基-5′-甲基苯基）苯并三氮唑，0.02 phr平均粒度为100 nm的碳酸钙，0.04 phr片状石墨，在温度为180 ℃、压力为0.3 MPa的条件下加热熔融1 h，得到熔融液；熔融液经挤出成型、冷却、切粒，得到平均粒径为0.3 mm的再生PET粒子，维卡软化温度182 ℃，膨胀率0.02%，冲击强度145 kJ/m2，吸水性0.01%。实现了对废旧PET布料的深层次的回收利用，改变了对废旧PET布料的传统处理方式。

3 再生PET纤维在服装设计中的应用

再生PET纤维广泛应用于服装设计领域。龙福环能科技股份有限公司［11］使用回收PET瓶片生产仿真丝三叶异形预取向丝（POY）长丝，将回收PET瓶片清洗烘干后送入结晶床体内结晶，然后在干燥塔内干燥，螺杆挤出机中熔融挤压，通过两级过滤装置过滤，均化釜内均化后进入纺丝箱，采用高速纺丝工艺，喷丝板设置为96孔，每孔为三角形进行纺丝，制得仿真丝三叶异形POY长丝。该长丝具有三棱镜般纤维结构，能够吸收和反射光线，并能使采用该纤维纺织的织品从不同角度折射散发光线，纤维呈现象牙般柔和光泽，可在很多领域替代真丝。当喷丝孔为一字形可生产扁平POY长丝［12］。扁平POY长丝扁平度很高，不仅具有良好的悬垂性、弹性、良好的皮肤触感和细腻干爽等性能，还能体现出独特而闪亮的光泽效果。江苏如佑纺织科技有限公司［13］筛选PET废品并破碎成1.0～1.5 cm的碎片，洗涤后脱水造粒熔融并混合均匀得到的PET熔体进入纺丝箱体，喷丝过滤后挤出，风冷制得再生PET纤维，纺丝时，箱体温度为295 ℃，纺丝组件压力为20 MPa，纺丝温度为290 ℃，侧吹风冷却温度为25 ℃，风速为0.5 m/s，风湿度为70%，压力为430 Pa。将PET长丝和PET低弹丝使用经编机织造，得到革基布本体，将革基布本体的一面进行起毛染整，得到再生环保型珍珠绒面料。再生珍珠绒与普通珍珠绒各项质量指标相近，但是CO2排放量能够减少80%。浙江天骏纺织有限公司［14］使用再生PET纱线制造弹力面料，采用由多根坯线组成再生PET纱线构成的针织线圈，相邻针织线圈的交汇处穿插有截面为圆形的添纱，再生PET纱线交替设置的固定部和变形部，固定部的坯线轴线平行且彼此固定，变形部的坯线螺旋缠绕且彼此活动。所制面料高弹并耐磨，可用于制造贴身耐磨的户外运动服饰。常州骏嘉纺织科技有限公司［15］使用再生PET纤维生产免染色雪尼尔灯芯绒面料。雪尼尔灯芯绒面料是由不同细度和强力的短纤维或长丝通过捻合而成的面料，其羽绒丰满、手感柔软、织物厚实而质地轻盈，广泛用于家纺及针织服装领域。该面料包括雪尼尔层、抑菌袋、干燥剂、吸附剂和灯芯绒层，其中，雪尼尔层采用再生PET纤维编织而成。

4 结语

PET是重要的纺织原料，但大量的废弃PET难以实现自然降解，需要回收再利用。对废旧PET瓶片和废旧PET纤维进行回收，既可以解决环保问题还可以实现资源的回收。再生PET纤维应用于服装设计领域可以制造仿真丝面料、高弹性耐磨的户外运动服饰面料以及雪尼尔灯芯绒面料等。