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合成紡織品有望規模化回收再利用
廢物回收再利用是人類面臨的一大難題﹐而對衣服等紡織品的回收再利用﹐整體難度更大﹐因為很難對當今的混合織物進行分解。目前丹麥一所大學研發出一種新的技術﹐可以分離出混合織物中的纖維進行再利用。
現代的紡織品大多是尼龍﹑棉﹑羊毛或其它纖維混合製成的有彈性的面料﹐幾乎無法再分離成不同的纖維。全球紡織品在2020年達到驚人的1.09億噸﹐但只有不到1%得到真正回收再利用。預計到2030年世界對紡織纖維需求量會增加到1.4億噸。目前丹麥家庭丟掉的衣服中﹐只有6%被有效回收再利用。那些無法回收的織物﹐大多都會被焚化或掩埋﹐因此容易產生許多有毒氣體和造成環境污染。
丹麥奧胡斯大學(Aarhus University)研究使用一種壓力鍋的加熱方法﹐對運動緊身衣中的含氨綸彈性纖維﹑或含聚氨酯(PU)塗層和薄膜的雨衣﹑行李箱﹑皮包或人造皮革等產品﹐進行有效分離﹐為某些混紡紡織品的回收再利用提供一種可能。相關論文1月8日由該校的新聞社發表。
氨綸又名萊卡(Lycra)是1958年由化學家約瑟夫·希弗斯(Joseph Shivers)發明。發明的起因是二戰時期日本對東南亞的侵略和佔領﹐讓美國失去了所依賴的天然橡膠迫使美國生產出替代品用於軍事和民生﹐最終生產出一種名為氨綸的彈性纖維﹐將其用於日常生活的紡織品中。
另外﹐含有PU纖維的材料﹐目前的回收方法只有水解﹑氨解﹑酸解﹑糖解和機械分解這幾種方法。但機械分解需要相當大的力量才能撕碎和解開此類彈性材料﹐因此這對含有彈性纖維的紡織廢料回收非常有限。奧胡斯大學奈米科學中心的助理教授斯特凡·科維斯特·克里斯滕森(Steffan Kvist Kristensen)的團隊﹐為了將常用於融合多種纖維的「乙二胺」進行有效分解和減少破壞衣物中大部分的纖維﹐因此特地選擇刺激性較低的叔戊醇(TAA)和氫氧化鉀(KOH)作為分離纖維的化學藥劑。
他們先試用250mg成分未知的彈性纖維﹑5mL的叔戊醇和1.9mg的氫氧化鉀進行混合﹐再放入225°C的高壓鍋進行旋轉(800轉)和蒸煮4.5個小時﹐讓溶劑充分分解乙二胺後﹐再對殘留物進行檢驗﹐經過檢驗得到86重量百分比(wt%)的回收產量。
另外﹐實驗團隊將由棉﹑黏膠和聚酯纖維組成的混合織物﹐和含有PU塗層彈性纖維織物﹐加入5ml的叔戊醇和適量的氫氧化鉀﹐放入225°C的高壓鍋旋轉蒸煮4.5個小時進行溶劑分解。結果得到73wt%~98wt%之間的回收產量。這些實驗結果顯示﹐這種分離方法可有效分離含有PU的皮革或PU塗層織物。另外聚酯纖維使整個純化過程變得較為複雜﹐但對於基於尼龍的織物分離卻十分簡單﹐且分離後的尼龍可以重新再紡織成新的產品。
除此之外﹐這種方法可用於分離那些品質較低的彈性纖維產品﹐將織物進行分解再重新利用的可能性大大增加。不過﹐報告中提到﹐這項新技術需要進一步優化以減少分離織物的選擇性﹐同時還要評估能源消耗方面和實現大規模分解織物的問題。
克里斯滕森對該校的新聞社表示﹐「我們開發的這種方法能夠從彈性纖維中去掉尼龍纖維﹐但無法對棉花完全做到這一點﹐因為一些棉質纖維會在去除乙二胺時被分解。不過﹐經過調整後未來可能會解決這項問題。這種新的方法使我們未來可以分解和回收更多的紡織品。」。
他解釋說﹐當破壞彈性纖維中的長分子鏈條時﹐這些纖維才會斷裂。「因為彈性纖維鏈中的不同纖維﹐是透過一種名為二胺的小分子結合在一起﹐而我們找到的新方法就是將衣服加熱到225°C﹐並添加特定的酒精和適量的氫氧化鉀﹐斷開彈性纖維中的化學鍵。」。
他還表示﹐他們發現添加氫氧化鉀會加速酒精分離纖維的反應速度。不過﹐目前尚不清楚為何會發生這種情況﹐有可能是氫氧化鉀稍微破壞了化學鍵﹐使得酒精更容易將纖維完全破壞﹐但可以確定的是﹐它會增加酒精分離纖維的反應速度。
另外﹐克里斯滕森的實驗團隊坦承﹐目前該項技術尚未準備好在工業規模上實施﹐因為實驗室的設備不夠大﹐需要擴大規模進行實驗。他說﹕「丹麥的化學工業規模很小﹐但德國擁有一些世界上最大的工廠。未來這些工廠很可能使用我們新開發的方法﹐將衣服中的大量彈性纖維進行回收。但要成功的話還需要大型化工廠參與進來﹐同時必須讓廠商看到這些回收的材料具有商業價值﹐否則這項技術將永遠不會被用於生活上。」。
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