【毕业学位论文】废弃纺织纤维在造纸中应用的基础研究

摘摘摘摘要要要要为了解决废弃纺织品被作为垃圾处理的资源浪费和环境污染的现状 ， 利用废弃纺织纤维作为原料应用于造纸中 ， 本课题研究了废弃纺织品的回收 、 分类 、 开松 、 粉碎等工序 ， 并用加工出的废弃纺织纤维与木浆纤维配抄出了一系列的废弃纺织纤维纸 。 研究了纤维种类 、 纤维长度和木浆与废弃纤维的配比对废弃纺织纤维纸性能的影响 ， 并在此基础上研究了废弃纺织纤 维纸的增强方法和效果。研究显示 ， 废弃纺织纤维与木浆配抄纸 具有较好 的透气性能 ， 其中合成纤维纸的透气度为 pas， 是木浆纤维 （ 对比样 ） 纸的 废弃纺织纤维与木浆配抄纸 的力学性与木浆纤维（对比样）手抄纸比较 相 对较 差 ，低 1 2倍 左右。随着木浆纤维与废弃纺织纤维的配比减小 ， 纸张的厚度增加 ， 耐破指数 、 撕裂指数和抗张指数减小 。过氧化氢对纯棉纤维 具有 良好的漂白效果 ， 不仅能提升成纸的白度 ， 还能够提高成纸的抗张强度；二氧化氯对其他废弃纺织纤维的漂白作用较好，但对纤维的损伤较大 ，使 成纸的撕裂指数和抗张指数有所降低。 针 对 废 弃 纺 织 纤 维 纸 的 成 纸 力 学 性 能 较 差 ， 研 究 了 添 加 增 强 剂 和 煮 浆 两 种 改 善 方法 。 在抄纸过程中加入施胶剂 抗张 指数可提高 煮浆能够提高棉纤维的润胀性能，从根本上提高废弃棉纤维成纸的性能 。 撕裂指数从 m 2/m 2/g， 提高了 抗张指数从 m /m /g，提高了 研究了三种废弃纺织纤维纸的复合方式 ， 分别为两张纸直接贴合在一起 、 两张纸用瓜尔胶粘合在一起 、 两张纸中间夹入棉纱布并用瓜尔胶粘合在一起 。 这 三种复合方式纸的透气度接近 ， 分别为 pas、 pas、 pas。 三种复合方式中 ，直接复合纸的撕裂指数和抗张指数都是最小的，分别为 m 2/m /g。 复合纱布纸的撕裂指数最大，为 m 2/g，是直接复合的 尔胶粘合的抗张指数最大，为 m /g，是直接复合纸的 键词： 废弃纺织品；纤维；造纸；复合；性能研究类型： 基础研究m /pa%m 2/m 2/g,m /m /pas,pas,paal m 2/g,m /g, K ：1绪论 .废弃纺织品回收再利用的意义 .废弃纺织品回收再利用的现状 .废弃纺织品纤维用于造纸的研究现状 .废弃纺织品中常见的纤维种类 .本课题的研究目的和主要内容 .引言 .实验部分 .结果与讨论 .径） .纺 织大 学硕 士学 位论 .本章小结 .引言 .实验部分 .结果与讨论 .本章小结 .引言 .实验部分 .结果与讨论 .本章小结 .引言 .结果与讨论 .色）纸性能的影响 .本章小结 . . .11绪论我国是纺织品生产 、 消费大国 ， 每年消耗纺织纤维原料达 3500万吨 1。 衣物的平均使用周期以 3 4年计算 ， 纺织品废弃物以 70%左右计算 2， 每年全世界产生的纺织边角料和家庭废弃纺织品合计超过 2000万吨3。 目前 ， 我国政府也逐渐重视起废弃纺织纤维及制品的问题 ， “ 中国纺织工业 十二五 规划 （ 2011 2015年 ） ” 第一次写入“ 支持废旧纺织品循环利用 ” ， 这种科学 的 经济发展方式 ， 从根本上催促着纺织工业 的加快变革4。可以看出，废弃纺织纤维及制品循环利用必将成为纺织行业发展的趋势。与此同时我国造纸资源严重不足 ， 人均林木蓄积量仅 10m 3， 5， 2010 2011年 ， 我国造纸原料的对外依存度高达 44%6。 “ 要科学合理的利用非木资源 ， 实施清洁生产新工艺 ， 提高节能减排和综合利用水平 ， 提高非木纤维制浆造纸质量 ” 在 2011年 12月在 “ 造纸工业发展 十二五 规划 ” 中 发布7。 同样 ， 世界纺织工业一方面面临着随着人口的增多凸显出的原料紧缺，导致纺织原料价格大幅度上扬8；另一方面 ， 大量的纺织废料 ， 如 生产过程的下脚料 、 废纱 、 废布以及使用过废弃的衣服等其他纺织品 ， 往往用来擦油污 、 清洁地板后或者直接被丢弃掩埋 、 焚烧 ， 其利用价值没有完全发挥出来，造成极大的资源浪费 9。而合成纤维不易降解，掩埋后对土壤环境危害极大；在燃烧过程中会产生大量有毒气体，对环境造成极大的污染。废 弃 纺 织 品 的 回 收 再 利 用 能 够 变 废 为 宝 ， 在 解 决 资 源 问 题 的 同 时 又 有 利 于 环 境 保护 。 几乎 所有 纺织品均可循环再利用 ， 如果把废弃纺织品回收再利用起来 ， 随着 废弃纺织品的回收技术逐渐成熟，则可以实现既对环境友好 、 绿色环保，又可产生商业价值 ，经济效益亦可观。 利用的现状欧洲 、 美国 、 日本等纺织工业发达国家对废旧织物回收再利用研究开始较早 ， 纺织品回收再利用在欧盟众多环境保护法律法规中都有涉及 10， 例如欧盟环境保护法 （ 1990）第 2部 分，便将废旧纺织品看作 “ 可 控制的垃圾 ” ， 作为可回收处理的垃圾1。 2008年欧洲议会提出了纺织废弃物回收再利用议案 ， 议案规定欧盟各国在 2015年底前必须构建纺织废弃物的回收体系 12。 “ 零废弃经济（ ” 的社会发展目武 汉纺 织大 学硕 士学 位论 文2标 已由英国政府提出，并倡导民众将废旧织物作为可回收再利用资源 13。 2008年 英国织 物 再 利 用 总 量 达 。 2010年 ， 英 国 回 收 上 来 的 家 用 纺 织 品 为 ， 几乎是五年前的 2倍 14。美国平均每人每年丢掉大概 32中 15%得到再利用， 85%被当作垃圾填埋，美国织物垃圾占城市固体垃圾总量的 15。美国在 2011年 提出到2037年实现织物垃圾 “ 零填埋（ ” 目标 16。根据已经定型的分类体系直接加工废地毯的美国常青公司 ， 在全美各地建立了回收网点 ， 每年地毯产品的消耗量有 得美国 “ 摇篮银质证书 ”17。法国有公司早在 2000年就开始了对聚酯纤维的回收工作 ， 并且不断开发回收品的新型纤维产品 18。 德国中型以上纺织企业一般都设有家用废旧纺织产品的回收 、 分类以及再利用的高功能系统 。 目前 ， 德国的机械设备已经具备将废旧服装加工成再加工纤维的能力，现代的设备完全可以将非纺织成分分离出纺织部分19。目前国际上对纺织服装进行回收利用的著名公司有：美国的 国的 环生态纤维和纱线的生产公司；美国的 公司是 纱线的原料 100%从循环材料而来；英国的复杂零售商玛莎百货；日本帝人纤维公司；日本的服装零售商 国的室外服装生产商 美国的零售公司沃尔玛 ； 美国的剪毛纤维制造商 20。国城市 每人 每年产生垃圾 440国垃圾总量每年平均 其中 废 弃 纺 织 品 占 总 废 弃 物 资 的 每 年 产 生 的 废 弃 纺 织 品 高 达 2600万 吨 21。由于我国废弃纺织品公共回收体系尚未建立 ， 旧衣物多被当垃圾丢弃 ， 因此我国大部分废弃纺织品没有得到合理的回收再利用。 随着对废旧纺织品的回收再利用的逐渐重视 ， 我国废弃纺织品的回收再利用 已经取得 了 一 定 的 成 绩 。 上 个 世 纪 90年 代 ， 用 废 旧 纺 织 品 生 产 出 了 58 线 的 湖 南 安 江纺织厂 ， 以此种纱线作为纬纱织造的牛仔布 ， 服用性能良好 2。 还有用环锭纺开发出的粗花呢的内蒙古第二毛纺厂 ， 用转杯纺开发出牛仔布料的苏州苏纶纺织厂 ， 在废弃纺织品回收再利用方面作出了自己的努力与贡献 23。中 国 资 源 综 合 利 用 协 会 于 2011年 调 研 了 上 海 周 边 废 弃 纺 织 品 的 回 收 情 况 ， 调 研 组了 解到 ， 上 海市回收废弃毛纺织品每年 10万 吨以上24。 在上海集中对废弃纺织品初步分拣 ， 然后运往不同地区进行再加工生产 。 无锡 、 江阴地区形成了废弃毛纺织品再加工处理集聚区 ， 约 有 200家废弃毛纺织综合利用企业 ， 年可利用废弃纺织 品 15万吨左右 25。2010年浙江富源再生资源有限公司的废旧军服回收利用项目取得了阶段性成果 ， 成为国1绪 论3内首家涉足废弃服装回收再利用项目的企业 26。 纺织工业 “ 十二五 ” 发展纲要 提出“ 十 二五 ” 期 间要重点完成 50项 节能环保关键技术攻关，其中包括废旧纺织品回收利用技术 2项 27。到 2015年，纤维加工总量可望达到 5150万吨，其中 15%左右为再加工纤维 。 未来 5年，我国将将初步建立起纺织再生纤维回收循环利用体系 28。虽然在大方向上表示支持废旧纺织品回收 ， 但政府至今并没有出台具体而详细的扶持方案 。 而因担心废旧纺织品回收再利用和 “ 黑心棉 ” 搅在一起 ， 大多地方政府采取冷对待态度 ： 不关注 、 不鼓励 、 不支持 29。 一方面废弃纺织回收本身还没有成为一个高产值的行业 ， 另一方面国家也没有出台明确而具体的扶持政策 ， 废弃纺织回收企业几乎是各地最被漠视的企业类别之一 30。 落后于国外纺织工业强国 ， 且我国没有针对性的法律法规 ， 因此 ， 我国废弃纺织品的回收再利用尚未系统化并形成规模 ， 仍需要纺织行业人士和各界相关人士甚至于整个社会的进一步探索和研究。 纸 ” 字就可以看出 ， 纸从产生就与纺织技术联系密切 ， 中国古代纸的演变经历了缣帛纸 丝絮纸 植物纤维纸31。 可以说中国古代之所以出现造纸工艺 ， 与中国古代纺织技术的发达不无关系，正是中国古代纺织技术中的独特性，如漂絮、沤麻脱胶 、后处理中的特色工序才成就了中国古代造纸术的发明和独特性 32。废弃纺织纤维及制品在纺织业内的再利用对纤维的材料要求较高 ， 不同品种纤维的处理 、 加工方法是不同的 ， 这样废弃纺织纤维及制品在回收分类环节的困难较大 ； 并且废弃纺织纤维及制品在纺织业内的再利用对纤维的长度有一定要求 ， 而在对废弃纺织纤维及制品进行切割 、 开松等工序时会不可避免的对纤维造成一定的伤害 。 造纸的纤维长度要求一般为 6m m 3， 远远小于纺织纤维的长度 ， 所以废弃纺织品经开松除杂加工而成的 “ 再加工纤维 ” 34，不一定能够用于纺纱，但完全可以达到造纸的要求。 其中就有利用纺织纤维造纸 35。 通过蒸汽爆破法 ， 在苏打的作用下通过 将纺织纤维和甜菜浆进行充分混合，并且通过 3 5%的 造出白度为 70 75%过程对设备要求很高 ， 导致比较高的生产成本 ， 并且该研究主要是以洁净棉纤维为原料 ， 对其他 废 弃 纺 织 纤 维 原 料 缺 乏 普 适 性 36。 研 究 了 废 弃纺织品的再利用方法 ， 其中包括利用废弃纺织品作为造纸原料的研究 37。 了 以 废 弃 纺 织 品 为 原 料 制 作 纸 张 的 工 艺 ， 他 们 先 根 据 纤 维 原 料 的 不 同 用武 汉纺 织大 学硕 士学 位论 度的 24 可以把废弃纺织品制作成为造纸纤维 ， 再用来造纸 38。 制造绿色环保复合材料 ， 弯曲和耐冲击性能与显著提高 ， 尤其是耐冲击性在与原样对比，提高了 154%39。 制成造纸所需要的造纸原料 ， 并制出高性能的纸张 ， 这将为纺织废弃纤维找到了资源化的处理途径 ， 也为制浆造纸提供了新的原料 。废弃纺织纤维质量状态存在的差异性 ， 废料成分复杂 ， 且分散比较困难 ， 所以我国目前对废弃纺织品的再回收利用比较少 ， 基本上都是回收利用纤维再成纱织布或者制造非织造布40,41。 而在以废弃纺织纤维及制品为原料制备纸张方面的研究就更少了 ， 多停留在理论阶段或者实验室操作阶段 。 如陕西省造纸行业协会刘涛曾做了关于废弃纺织品用作造纸原料的综合性探讨 40。 江南大学纺织服装学院造纸研发中心的姜明蓂 、 龙柱等利用废弃的棉织物做原料 ， 研究了打浆及打浆度对其进行制浆造纸的影响 41。 棉纤维与木浆纤维同为纤维素纤维 ， 且棉纤维的吸湿浸润性较好 ， 但废弃纺织品原料种类繁多 ， 尤其现在合成纤维占很大比例，合成纤维的亲水浸润性较差，所以此研究不具有普适性。 纺织纤维除了棉麻外 ， 还有毛丝 、 腈纶 、 涤纶 、 棉纶 、 维纶 、 丙纶以及各种改性纤维中的任意一种或几种纤维混合物 ， 成分及颜色复杂 ， 不易分散 ， 不仅长度大 ， 且大部分疏水 ， 滤水快 ， 易导致纤维之间结合力不够 ， 并且影响纸张的匀度 。 目前还没有人提出一套完整有效的方法 ， 针对废弃纺织纤维及制品制备高性能纸 ， 以达到资源化和高值化目的。 因在剥离棉种时沿根部切断 ， 故根端开 口 ， 正常成熟的棉纤维截面为腰圆形，中腔干瘪，纵向的转曲较多；未成熟的棉纤维胞壁很薄，截面极扁 ， 中腔很大 ， 纵向的转曲较少 ； 过于成熟的棉纤维截面为圆形 ， 中腔很小 ， 纵向几乎无转曲42。棉纤维截面和纵向外管如图 纤维素、可溶性糖类 、 蜡质 、 脂肪 、 灰分等物质 ， 另外彩色棉还含有色素 43。 棉纤维的截面结构是由许多同心圆柱组成，由外至内依次为表皮层、初生层、次生层和中腔4。1绪 论5(a)横 截 面 (b)纵 向形 态图 维 的形 态与 纤维细长 ， 两端封闭 ， 有胞腔 ； 苎麻纤维的纵向外观为圆筒形或扁平形 ， 没有转曲 ， 纤维外表面有的光滑 ， 有的有明显条纹 ， 纤维头端钝圆 ； 苎麻纤维的横截面为椭圆形 ， 风有椭圆形或腰圆形中腔 ， 胞壁厚度均匀 ， 有辐射状裂纹 45。图 麻纤维初生胞壁由微原纤交织成疏松的网状结构，次生胞壁的微原纤互相靠近形成平行层4。(a)横 截 面 (b)纵 向形 态图 维 的形 态与 各种毛纤维都是由角质细胞堆砌而成的细长物体 ， 它分为鳞片层 、皮质层和髓质层。细毛纤维没有髓质层，仅有鳞片层、皮质层 46。如图 羊毛纤维的表观图。武 汉纺 织大 学硕 士学 位论 文6图 纤 维 的 电镜 是决定毛纤维物理化学性质的基本物质 。 皮质细胞间及其与鳞片层之间由细胞间质紧密连结 ， 细胞间质亦为蛋自质 ， 含有少量胱氨酸 ， 约占羊毛纤维重量的 1%， 充满细胞的所有缝隙 ， 易被碱 、 氧化剂 、 还原剂降解和酶解 47。 皮质细胞按结构不同 ， 分为正皮质细胞 、 偏皮质细胞和间皮质细胞 。 偏皮质细胞由水湿到干缩中收缩率显著大于正皮质细胞 ， 双侧分布收缩率不平衡 ， 使毛纤维产生卷曲 ， 在毛纤维分子结构中含有大量的碱性侧基和酸性侧基 ， 因此毛纤维具有既呈现酸性又呈碱性的两性性质48。 也是最早研制和生产的化学纤维 。 黏胶纤维是从纤维素原料中提取纯净的纤维素 ， 经过烧碱 、 二硫化碳处理之后 ， 将其制成黏稠的纺丝溶液，采用湿法纺丝加工而成 49。 其基本制造流程如图 纤 维的 基本 制造 7黏胶纤维的主要组成物质是纤维素，其分子结构式与棉纤维相同，聚合度低于棉 ，一 般为 250 50050。 黏胶纤维的截面边缘为不规则的锯齿形，纵向平直有不连续的条纹 ， 如图 如对纤维切片用维多利亚蓝或刚果红染料进行快速染色 ， 可以在显微镜中观察到纤维的表皮颜色较浅，而靠近中心的部分颜色较深。通过对其结构的研究发现 ，纤维的外层和内层在结晶度 、 取向度 、 晶粒大小及密度等方面具有差异 ， 纤维的这种结构称为皮芯结构 50。图 纤 维的 电镜 生产量最大的 。 我国将聚对苯二甲酸乙二酯含量大于 85%的纤维简称为涤纶，也简称聚酯纤维，其中还有少量的单体（ 1 3%）和低聚物（齐聚物）存在，这些低聚