废旧地毯的回收再利用综述.pdf

浙江省宁波市工业公关项目 项目编号 2 0 0 6 B 1 0 0 0 7 0 宁波敏特尼龙工业有限公司联合攻关项目 项目编号 H 0 7 0 7 8 随着人类经济和技术的发展 全球进入了快速 消费的时代 不仅造成了资源的枯竭 同时造成了 严重的环境污染 然而这只是其中的一个方面 另 一个方面是大量的废弃物通过技术进步又可以重新 回收和利用 最大限度地减少废弃物的排放 最大 限度的回收再生废弃物是保持经济可持续发展的重 要手段之一 由此 人们倡导了绿色化学和循环经 济的理念 本文主要综述了地毯的回收再生和循环 利用问题 1 2 1 地毯概述 地毯发展最初主要起到御寒保温 防湿舒适的 功能 随着生活水平的提高和技术的发展 又增加 了欣赏装饰的功能 特别是各种新型高分子材料的 大规模使用和地毯编织工艺的改进 使得地毯的品 种增加 价格降低 其应用领域也从高级宾馆 会 堂 舞台走向了普通百姓家中 大致说来 根据地毯的组成可以分为纯毛地毯 混纺地毯 化纤地毯和塑料地毯四大类 其中 纯 毛地毯以绵羊毛制成 档次最高 价格最贵 属于 高级装修装饰材料 其使用量也是四类地毯中最少 的品种 由于羊毛是以角蛋白为主的天然高分子材 料 可在环境中自然降解 到达使用寿命以后很难 被二次利用 或者被作为生活垃圾废弃 或者制成 劣质毛毡进行低值利用 造成了很大的资源浪费 随着循环经济理念的深入 资源回收技术的发展 废旧地毯的回收再利用综述 魏丹毅1 张振民2 孙利民2 王 邃1 郭智勇1 罗丽萍3 1 宁波大学材料科学与化学工程学院 浙江宁波 3 1 5 2 1 1 2 宁波敏特尼龙有限公司 浙江宁波 3 1 5 3 0 0 3 宁波市镇海区环保局 浙江宁波 2 1 5 2 0 0 摘 要 本文简要介绍了地毯的种类 用途和废旧地毯常用的回收处理方法 关键词 地毯 回收 综述 中图分类号 T S 9 3 5 7 5 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 3 0 9 6 8 2 0 0 8 0 1 0 0 8 7 0 4 人们开始研究羊毛加工过程中的废弃物和废旧羊毛 地毯进行化学回收 主要是利用酸 碱 酶将其主 成分角蛋白降解为氨基酸 多肽 大分子加以利用 此类研究工作已经取得了可喜的成果 但是距离大 规模工业应用还相距甚远 3 4 混纺地毯属于中高档材料 主要是在毛纤维中 加入一定量的各种合成化学纤维以提高其使用性能 例如在羊毛中加入2 0 的尼龙纤维可以大幅度提高 其耐磨性 但基本不影响其装饰性能 并且其价格 有所下降 近年来得到了很快的发展 由于这类地 毯数量相对比较少 使用周期长 目前还没有进行 大规模的回收再利用的报道 从技术角度讲 以羊 毛为主的混纺地毯可以进行适当分离以后 采用纯 毛地毯的回收再生方法 而以化纤为主的混纺地毯 可以在适当分离以后 采用化纤地毯的回收再生方 法 化纤地毯是以化学纤维为主要原料制成 有聚 丙烯纤维 丙纶 聚丙烯腈纤维 腈纶 聚酯纤 维 涤纶 尼龙纤维 锦纶 等化学纤维原料 通 常是将其制成层面 通过与底层纤维布粘结 机织 簇绒方式合成 这类地毯的耐磨性 抗酸碱性 弹 性都比较好 价格较低 属于中档材料 适用面最 广 应用量最大 在全球范围内 其大规模使用始 于上世纪六十年代 以尼龙纤维为主 目前 已经 进行了大规模回收和工业化再生 而后续开发的丙 纶地毯 腈纶地毯和涤纶地毯 由于大规模使用的 周期较短 使用量相对较少 尚没有进行大规模工 2008 年第 1 期 总第 143 期 山东纺织经济 综述 87 业化回收再生 从技术角度讲 这三类地毯的回收 再生完全可以参照相对应的高分子材料的回收再生 技术和工艺 塑料地毯属于低档产品 其价格最低 主要是 采用聚氯乙烯树脂 增塑剂等多种辅助材料 经混 炼 塑制而成 它可以代替纯毛地毯和化纤地毯使 用 塑料地毯质地柔软 色彩鲜艳 舒适耐用 不 易燃烧且可自熄 不怕湿 塑料地毯适用于宾馆 商 场 舞台 住宅等 因塑料地毯耐水 所以也可用 于浴室起防滑作用 这类废旧地毯可以参照聚氯乙 烯材料的回收再生技术和工艺 综上所述 废旧地毯的回收再利用又可以归为 两类 一是以羊毛为代表的天然高分子的回收再利 用 一是以尼龙 丙纶 腈纶 涤纶 聚氯乙烯为 代表的化学合成高分子的回收再利用 全球范围内 地毯用纤维中合成纤维占了大约9 8 因此 本文 重点综述了化纤地毯的回收再利用 2 合成高分子材料的通用回收方法 化学合成高分子材料占所有材料总量大约8 体积分数大约1 8 而且其消费量仍然在快速增长 之中 如果被抛入垃圾场则会因其降解性差 降解 产物有毒害性而造成严重的环境污染 早期的填埋 处理已经彻底被抛弃 其回收再利用已经成为必然 有报道说 日本开发了旧地毯翻新技术 通过表面 加工 再染色 修复工艺加以重新利用 显然这种 方法不可能大面积长期使用 目前 主要的回收处 理方法可分为物理回收 能量回收和化学回收三大 类 1 2 各自的特点分述如下 2 1 物理回收主要是通过机械分离 熔融造粒 与新鲜原料或其他材料复配制成新材料加以利用 这种方法制成的产品通常只能用于对性能要求不高 的场合 而且这类产品达到使用寿命以后 因为聚 合物的严重降解就不可能再次采取这种方法回收 因此 物理回收并不能从根本上解决问题 最终还 是需要进行能量回收或化学回收 2 2 由于聚合物的热值很高 大体相当于煤的热 值 通过焚烧回收能量不失为一种不错的选择 也 是目前处理量相对较多的方法 但是随着清洁能源 的要求和燃烧难以完全避免的二次污染以及资源的 枯竭 这种方法也必定会逐渐减少 当然 考虑到 化学回收的分离成本问题 这种方法并不会完全淘 汰 2 3 化学回收主要是利用化学反应将高分子链打 断 直接得到单体进行回收的方法 随着技术进步 和工艺改进 这类方法在部分品种的高分子 例如 尼龙 聚氨酯 聚酯等 回收当中已经实现了规模 化的工业生产 由于化学回收得到的单体能够重新 用于聚合反应生产高质量的聚合物 对于以石油工 业为基础的聚合物生产来说 无疑具有重要的意义 由于能够节约石油的消耗 减缓资源的枯竭 减排 温室气体和环境污染气体 化学回收必将成为主流 毋庸讳言 化学回收本身也存在一些问题和困难 例如 化学回收的工艺比较复杂 投资较大 成本 较高 特别是还没有建立非常完善的废弃物分类回 收系统之前 难以保证持续稳定成规模的原料供应 使得工厂面临运行成本增加 投资回报期太长甚至 无法收回投资的尴尬境地 化学回收方法在进行高 分子解聚之前 需要进行一定的分离处理才能保证 解聚过程之后的单体回收率和纯度 而高分子材料 制成的产品通常都含有种类多 数量大的各种添加 剂 这种分离过程往往会因为成本过高而得不偿 失 部分品种的高分子材料 如聚乙烯 聚丙烯 热 固性塑料等 目前还没有开发出适合工业化生产的 化学回收工艺 3 化纤地毯的回收再利用 3 1 尼龙地毯 尼龙地毯是最早大量使用的化纤类地毯 主要 得益于尼龙纤维的优异特性 其回弹性和耐磨性是 所有地毯纤维中最好的 其强度高于任何天然纤维 其耐酸碱和有机溶剂的特性使其便于清洁 吸水性 较小 防霉防蛀性能好 密度较低 价格便宜等 在 化纤类地毯当中属于高档产品 作为全球最大的地 毯生产和消耗国 美国统计的1 9 9 8 年的地毯用纤维 中尼龙占了6 3 其年增长率在1 左右 全世界尼 龙耗量的3 0 4 0 是用于生产地毯的 目前在地毯 纤维市场中尼龙纤维大约占7 0 左右 废旧尼龙地毯的组成主要为尼龙6 聚己内酰 胺 和尼龙6 6 聚己二酸己二胺 纤维构成的绒面 聚丙烯衬层 填充了大量碳酸钙的丁苯胶乳胶黏剂 通过机械分离的方式可以将尼龙纤维和聚丙烯衬层 2008 年第 1 期 总第 143 期 山东纺织经济 综述 88 胶黏剂分开 小工厂可以采用半人工的方式将衬层 分离 然后将粘有部分胶黏剂和其他污染物的尼龙 纤维用开松和粉碎机械打松散 再进行筛分除去脱 落的胶黏剂和沙土粒等赃物 大工厂通常将尼龙地 毯破碎切割以后使用锤式粉碎机粉碎成短纤维毛 筛除胶乳 填料和土以后进行洗涤 之后采用沉降 工艺根据聚丙烯和尼龙的密度差进行分离 单纯从 技术角度 也可以利用化学溶剂有选择性的溶解尼 龙6 和尼龙6 6 达到分离的目的 工业生产中目前尚 不具备实际价值 分离后的尼龙短纤维经过干燥 使用挤出机熔 融造粒进行物理或机械回收 例如与新的尼龙共混 以后制成汽车座椅和空气净化箱 添加碳黑和玻纤 以后制成办公椅底座等 由于尼龙中含有大量的N 和O 原子 进行焚烧回收能量的方式往往会产生大 量氮氧化物等二次污染 目前尚不是一个好的处 理方法 其化学回收主要有酸碱解聚工艺 高压蒸 汽水解 氨解工艺和真空解聚工艺 其目的都是将 尼龙主链中的酰胺键打断使之生成单体 解聚之后 的单体通过相应的精制工艺得到己内酰胺 己二酸 己二胺单体 可以重新用作聚合单体使用 或用于 其它领域 1 2 3 2 丙纶地毯 丙纶 聚丙烯纤维 地毯属于化纤地毯中的中 端产品 虽然其在回弹性和耐磨性等方面比尼龙地 毯差 但因其价格便宜 也占有不少的市场份额 八 十年代以来 我国的化纤地毯9 0 以上都是采用聚 丙烯纤维制造的 尼龙地毯只占5 左右 只是近些 年随着生活水平的提高 尼龙地毯的份额才呈现出 大幅增长的态势 尼龙地毯的消费量年均增长超过 了1 0 美国的丙纶地毯占有大约3 0 的市场份额 全球范围内丙纶地毯的市场占有率大约在2 5 左右 5 6 丙纶地毯以及从尼龙地毯中分离出来的聚丙烯 衬层纤维 目前主要是以物理或机械回收的方式进 行再利用 最简单的方式是将其粉碎成适当长度的 短纤维后 用作土壤稳定剂以降低土壤的密度和提 高土壤的抗压强度 或者作为混凝土的添加剂以改 善混凝土在固化过程中的收缩开裂 价值更高的再 利用是通过破碎 脱胶 除杂 干燥工艺以后 将 干净的丙纶短纤维熔融 掺混 塑化后制成汽车挡 泥板 仿木材料等中低端产品 这也是目前主要的 利用途径之一 7 8 其化学回收方式是采用催化条件下的低温裂解 工艺 反应产物为低分子量的烃类 通过精馏工艺 可以分离出丙烯 烷烃 石蜡和润滑油等 其中的 丙烯产率最高 可达3 0 左右 液体烷烃作为燃料 使用 3 3 涤纶地毯 用于地毯的涤纶是指由聚对苯二甲酸乙二醇酯 P E T 制成的聚酯类纤维 由于其耐磨性差又不具 备丙纶地毯的价格优势 因此其占有量一直低于尼 龙地毯和丙纶地毯 在世界市场的占有率不足1 0 最近开发的聚对苯二甲酸丙二醇酯 P T T 聚对苯 二甲酸丁二醇酯 P B T 聚酯纤维有望在本世纪成 为尼龙地毯的有力竞争者 9 由于涤纶地毯的消费量相对偏少 尚无专门针 对涤纶地毯回收综合利用的报道 实际上 聚对苯 二甲酸乙二醇酯 P E T 用于纤维占大约7 0 用 于饮料包装上面占大约3 0 目前大规模系统化回 收的聚酯饮料瓶也有大约6 0 用于了纤维生产 因 此 涤纶地毯的回收再利用完全可以参照聚酯纤维 的回收再利用工艺 对于一次使用过的聚酯纤维可 以进行物理回收 制成品质要求相对较低的产品 如工业用滤布 服装衬里 建筑材料 充填絮料 等 二次废料由于特性黏度过低而不能直接使用 此时 需要通过化学解聚回收单体实现循环利用 P E T 的化学回收主要是在酸碱催化剂作用下 通过 水解或酯交换反应 醇解 得到对苯二甲酸 乙二 醇 对苯二甲酸二甲酯 对苯二甲酸乙二醇酯等小 分子加以利用 或者采用复合降解分解化学反应得 到多元醇低聚物 用于聚氨酯 不饱和聚酯 醇酸 树脂涂料当中 日本在实验室研究了利用微波解聚 P E T 的方案 其能耗仅为传统解聚方案的1 4 而 且反应时间也可以大大缩短 此方案是否可以在大 规模的工业化生产中应用 尚没有报道 1 0 1 2 3 4 腈纶地毯 腈纶 聚丙烯腈纤维 由于价格较高 在弹性 强度 耐热性 耐碱性方面又不如涤纶和尼龙 因 此腈纶地毯的市场占有量非常低 有着 人造羊毛 之称的腈纶制成品蓬松性好 保暖性好 手感柔软 有良好的耐气候性和防霉 防蛀性能 腈纶的保暖 性比羊毛高1 5 左右 常常与羊毛混纺 用于地毯 当中也以混纺地毯较多 因此 尚没有专门针对腈 2008 年第 1 期 总第 143 期 山东纺织经济 综述 89 纶地毯的回收处理的研究报道 其回收再利用可参 照相关腈纶废丝的处理方法 最简单的再利用方法 是将其用作混凝土的次要加筋材料改善混凝土的性 能 可明显提高混凝土的抗弯韧性 抗疲劳强度和 抗弯拉强度 显著改善混凝土的早期抗裂性能 是 混凝土理想的抗裂增强与增韧材料 可用于高性能 混凝土道路路面 桥梁面板 机场道面 堆石坝面 板 抗震防爆等工程 其化学回收再利用主要是将 其进行酸碱催化水解处理 使部分或者全部的氰基 转变为酰胺基或羧基 必要时进一步与其他高分子 材料进行复配制成胶黏剂 高吸水性材料 水处理 剂加以利用 1 3 1 5 3 5 聚氯乙烯地毯 塑料地毯最早通称于各类化学合成材料制成的 地毯 后来主要是指由聚氯乙烯 P V C 制成的地 毯 有些塑料地毯为了提高弹性添加了部分橡胶类 材料 也称塑胶地毯 尽管全世界聚合物消耗量中 P V C 仅次于聚乙烯 P E 居第二位 但由于P V C 大 都使用于长期使用的场合 使用寿命一般在2 0 4 0 年 甚至可长达1 0 0 年 加之P V C 的热不稳定性 多组分性等因素 在许多情况下 回收P V C 的经济 性明显不够 P V C地毯主要用于家庭 宾馆等建筑物的门 厅 浴室以及汽车当中 在整个地毯市场当中所占 份额不足1 所以未见专门针对塑料地毯的回收再 利用的报道 P V C 地毯为了提高其柔软性和使用性 能 通常添加了大量的增塑剂 如邻苯二甲酸酯 己 二酸酯等 和其它助剂 如阻燃剂 防老化剂等 使其进行物理回收再利用的价值明显不足 化学回 收法是在高温 高压和氧气气氛下 用氢氧化钠催 化氧化生成草酸 苯甲酸加以回收利用 也可以通 过焚烧以回收氯化氢和能量 尽管还存在许多问题 但这项技术被认为是未来的处理方法 1 6 4 结束语 废旧化纤地毯的化学回收再生属于完全彻底的 回收模式 符合现代绿色化学和循环经济的理念 对于延缓不可再生资源的枯竭 保护环境 经济的 可持续发展具有重要的社会和经济意义 其工艺技 术的研究已经引起了广泛的关注 并取得了可喜的 成果 部分成果的工业化应用为其他可进行化学回 收再生的废弃物的循环利用提供了很好的借鉴作用 相信随着国内甚至全球的废弃物分类回收系统的进 一步完善和生产工艺的改进 可以大大降低原料来 源和分类分离处理的成本 加之石油涨价导致的化 纤地毯成本的升高和环保压力的增加 其化学回收 再生的优势将愈加显著 必将成为主要的回收模式 参考文献 1 美 A l b e r t S M a t l a c k 绿色化学导论 M 汪志 勇 王官武 王中夏 北京 中国石化出版社 2 0 0 6 2 澳 约翰 沙伊斯 聚合物回收 科学 技术 与应用 M 北京 化学工业出版社 2 0 0 4 3 孙可伟 李如燕 废弃物复合成材技术 M 北 京 化学工业出版社 2 0 0 6 4 朱尽顺 汪涛 梁列峰 羊毛角蛋白的再生及 利用 J 毛纺科技 2 0 0 6 6