文摘

管理聚酯棉布面料纺织浪费(PCWF),修改后的碱性水解方法用于脱色和分离聚酯为对苯二甲酸(TPA)。最优条件下对TPA产量的影响(%)已经确定 。染料退化和K / S值由紫外可见分光光度计测量。PCWF的K / S值是37.06和分离棉布(SCF)是0.035,分别。PCWF的化学功能和结晶度,自洽场,TPA决心利用红外光谱和x射线衍射。红外光谱峰值是1684厘米¹,1574厘米¹,1512厘米¹,1280厘米¹,1425厘米¹证明转换TPA的聚酯。XRD峰证实聚酯转换TPA,值是17.4,25.13,28.12,29.09和38.7。TGA、SEM和EDX数据显示,热稳定性、形态学和TPA的元素成分。

1。介绍

衣服代替人们的基本需求是至关重要的。在这个现代社会,它已成为一个基本的个人品味,时尚,代表一个人,他的个性和风格。这个想法导致过度消费的衣服。据统计,到2017年,全球近1.05亿吨,使用的纤维,合成纤维被报道为64.2%。大多数这些纤维大约24.1%涤纶80%,棉花(1]。估计表明,到2025年,纤维总产量超过1亿吨左右,消费将基于世界人口的增加2]。

在孟加拉国,服装行业已经成为经济的一个重要组成部分。6500多名服装行业发挥重要作用在孟加拉国的平均增长率。但当涉及到环境,这些行业被公认为主要固体废物生产者(3]。这些行业产生约120到125吨的废4]。这个巨大的浪费会导致环境污染和浪费宝贵的资源。这是计算出大约700万吨纺织废料被丢弃在垃圾填埋场5]。广泛的纺织废料通常是混合纤维。混合是一种常见的纺织行业的术语,因为混合扩展性能和美学,最重要的是,降低了生产的成本比单丝(6]。涤棉,这被称为聚酯棉布,是最常见的纤维(7]。

棉花是一种天然的线性纤维素纤维,有助于柔软吸湿性高潮,8]。对棉花的需求正在增加,但处女棉花的生产不是尽可能多的增加(9]。因此,科学家们现在更关注回收棉。它有许多用途,如不同类型的纤维光纤丝莱赛尔纤维、粘胶纤维、人造丝(10],CMC [11),和复合假套应用程序(12]。

另一方面,聚酯是一种人工合成纤维。它拥有先进的热稳定性,耐化学性好,和抗拉强度,它提供了寿命长,成本低,和良好的强度13];因为这些优点,得到了广泛的应用,这些不受控制的使用做一个清洁的环境的威胁。聚酯棉布不像天然纤维。这就是为什么地球上不易退化。根据统计,扔垃圾填埋场只能降低20%的聚酯(14]。因此,回收聚酯成为非常重要的保存环境和石油的资源(15]。

聚酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种半晶质,从石油化学物质产生的热塑性聚合物。它被称为宠物在包装在聚酯纤维和纺织品行业16]。它有许多使用轻量级和机械强度,如纺织纤维、x射线和视频电影,和轮胎索(17]。

有四个主要polymer-recycling分类:polyester-primary回收或preconsumer工业废料,二级或机械回收,三级或化学回收、和第四纪或能量回收循环利用。在这些回收过程中,最可接受的和可持续的过程对聚酯化学回收。化学回收过程中,一些物质是用来把酯组聚酯(18]。这些试剂不同糖酵解过程如乙二醇,酒精对醇解,水溶液水解,胺氨解。在每一个化学回收过程中,一部分是标准;当解聚或溶解混合的部分之一,其他人将保持8]。

它是如此容易得多分别回收聚酯和棉花。但是当混合,他们创建一个刚性的集成。因此,它变得强大。研究人员总是寻找容易和重大methods-hydrolysis就是其中之一6]。水解(酸性、中性和碱性水解)聚酯是chemical-recycling方法之一的对苯二甲酸(TPA)、乙二醇(EG)的生产(19]。在这个过程中,酯聚酯的债券被分解氢氧根离子的亲核攻击和生产对苯二甲酸乙二醇酯二钠(Na-TPA)和。两者都是溶于水。但当溶液的pH值转2 - 3与硫酸产量形成的降水TPA [20.]。一般来说,相转移催化剂可以加快反应(21]。太阳等人与乙二醇和碳酸氢钠作为催化剂,水解聚酯和李等人用白手起家的₄^{2 -}/ TiO₂固体超强酸催化剂(22,23]。然而,在这项研究工作中,没有使用的催化剂。

TPA与化学式C₈H₆O₄是一个单体的聚酯。它在1847年首次合成氧化,但是这个过程是非常具有挑战性的24]。由于这个问题在1940年代之前,对苯二甲酸二甲酯(DMT)被用来合成聚酯。在合成聚酯成功从对苯二甲酸和乙二醇(EG)在1940年代,TPA是用于纤维的纺织工业生产25]。1960年,第一次,TPA是市场上;之间的缩聚反应和自那时以来,TPA、EG扮演了一个重要的角色在聚酯合成(26]。TPA在制造业有其他用途,例如,聚酯纤维(用于服装、地毯纱线、填充纤维,等等),聚酯薄膜(用于摄影、磁带等),树脂(用于汽车零部件)和工业丝(27]。

聚酯是分开浪费纺织polycotton-blended织物使用先前的技术。这是与功率超声分离polycotton-blended织物(28]。另一个polycotton-blended织物分离侯等人完成的工作和凌等人用盐酸,磷钨酸,催化剂导致额外成本(29日,30.]。

此外,再结晶恢复TPA进一步净化,各种吡啶和DMF等有机溶剂。这些有机溶剂可以产生对环境有害的副产品。因此,这些过程在技术上和经济上不合适。另一方面,关键是recovering-purified TPA使用活性炭吸附法(31日]。即使没有任何预处理的原料或催化剂,它很难减少反应时间e . g。达斯等人,和太阳等人保持他们的反应时间在100年和60 - 75分钟,分别为(20.,22]。

颜色是非常重要的纺织工业。有超过10000种颜色商业获得世界各地(32]。在这个角度看,这不是由于供应纺织物品市场只有一种颜色。所以,脱色是一个非常重要的问题,同时回收纤维(33]。由于省略的颜色混合浪费面料,它产生最重要的纤维与灰色、褐色,或原来的白色状态,容易染料与其他任何颜色或破坏后使纱线(34]。直接染料去除和分离过程是至关重要的不仅颜色管理方面还在循环经济方面。

这种分离方法是有效reactive-dyed面料;尽管限制,这是一个可行的过程在许多其他方面。没有给任何原材料预处理补充道,和没有添加催化剂加速反应。此外,在这种方法中,不仅PCWF聚酯混合与其他面料如粘胶;亚麻还可以成功分离。在本文中,只有PCWF被选中。然而,目前纺织工业转向recycled-cotton纱代替传统的棉纱应对全球气候变化的威胁。因此,在2020年,再生纱线市场价值38.683亿美元,预计到2026年底将达到59.608亿美元(复合年增长率)的复合年增长率为6.3% (2021 - 202635]。

随着工业化的增长,纺织和包装行业对TPA的需求也提高了。2021年,这种需求价值548亿美元。到2028年,这将是781亿美元;在2022年和2028年之间,(复合年增长率)将5.6%的复合年增长率(36]。因此,自洽场和TPA使用这种方法获得积极的经济影响。

本研究主要集中在减少纺织布料浪费(PCWF)使用修改后的碱性水解而产生二次浪费。与直接使用TPA生产和自洽场脱色PCWF不使用任何催化剂,减少反应时间是本研究工作的目的,这将是全面的循环经济概念的例子。

2。实验

2.1。材料

本研究使用PCWF作为原材料,聚酯棉布比率是70:30。Echotex有限公司为本研究提供了原料。氢氧化钠(氢氧化钠)(德国默克公司)和硫酸(H₂所以₄)、乙酸(Sigma-Aldrich、德国)吡啶(默克公司、印度),和酚酞(默克公司、印度)被用于分析。在这个实验中使用的化学物质都是试剂级和在使用前没有改变。

2.2。提取TPA的聚酯棉混纺的织物

PCWF的脱色和提取TPA计划所示1。从PCWF TPA和棉花的分离过程进行了在圆底烧瓶(RB)。氢氧化钠是第一个在RB瓶和溶解在水中。PCWF氢氧化钠比是5:10。反应进行了在一个高压蒸汽(模型:biomedic - 65 L,帝Labtech有限公司有限公司韩国)而反应时间是60,90,和120分钟一个自治压力,这取决于温度。103.42 KPa温度为121°C。反应时间后,样本收集从高压灭菌器和过滤分离固体和液体阶段。液相摄于H烧杯和陈腐的98%₂所以₄在pH值3;然后,沉积物被过滤和离心分离,直到pH值达到7。最后,样本干在105°C和存储,以备后续分析。另一方面,固体残渣浸泡10分钟2%乙酸水溶液。然后残留用水洗至中性,干在烤箱70°C。对于固体样品,常规化学溶解技术被用来评估自洽场的纯度在ISO 1833 - 11: 2017。

2.3。测定织物的机械和物理性能

聚酯分离后,力学性能(抗拉强度、伸长率等)使用ASTM D5035 PCWF和自洽场测试方法300毫米/分钟的速度和标距长度100毫米的泰坦万能强度试验机机(英国1410泰坦5)。小型化织物光学显微镜观察使用微软(MCX100)其次是EN ISO 1833 - 11: 2017。石蜡油是用来驱散样品。

2.4。测定染料的降解

PCWF的降解研究进行了检查时间如何影响降解染料的过程(37]。起初,是第一次将联合染料溶液的标准曲线使用紫外可见分光光度计(UV2401PC、日本岛津公司、日本)。以520海里,浓度是25岁,50岁,75,100,125,150,175,200,225,250 ppm。之前和之后的PCWF碱性水解治疗121°C是在不同的时间测量颜色的浓度和吸光度(10、20、30、40、50、60、70、80年,90年,100年,110年和120年)。染料降解的百分比PCWF被使用下面的计算

在这里,指前PCWF碱水解的浓度;指PCWF碱水解后的浓度。

2.5。确定K / S值

在比色法,颜色的力量或K / S值用于确定织物的颜色的深度;这个值是衡量使用反射(%)。未经处理的反射率(%)和碱处理织物是由紫外分光光度计测量(UV2401PC、日本岛津公司、日本)。然后从Kubelka-Munk以下方程理论被用来找出K / S的值(38]。

在方程(2),吸收系数,是散射系数,是反射。

2.6。测量TPA收益率

干TPA的收益比例计算(39]。

2.7。TPA含量

大约1 g的TPA是放置在一个锥形瓶,干燥和25毫升的吡啶应用解散TPA样本。暂停使用一个回流冷凝器被加热。暂停转换成液体溶液后,冷凝器与另一个5毫升的吡啶打扫干净了。最后,0.5 N氢氧化钠溶液滴定对酚酞端点确定纯度(19]。

2.8。水分含量和TPA的灰分含量

TPA的水分含量是决定使用KERN水分分析仪(德国模式:DBS 60-3)和灰分含量测定用马弗炉(模型:L51 / S,原来,德国)包含5 g的坩埚的TPA样本和800°C的温度。以下是用于确定TPA的灰分含量31日]。

2.9。TPA的溶解度

TPA的溶解度在水和酒精检查。两个不同的TPA样本被送往两个单独的烧杯。的烧杯装满水和乙醇。样本过滤,干燥,称重后一个小时。在估计TPA在水中的溶解度和乙醇,下面的应用。

2.10。红外光谱

傅里叶变换红外光谱仪(模型:Prestige-21、日本岛津公司、日本)被用来检查纯涤纶的官能团,回收TPA, PCWF和自洽场。所有样品都是干放在烤箱里把意想不到的水分。然后2 g KBr和0.2 g的每个驱动和干样和压缩成颗粒。红外光谱谱测量范围是4000厘米¹到400厘米¹。

2.11。x射线衍射(XRD)

利用x射线衍射确定TPA的晶体结构和纯度,纯聚酯(来自EchoTex有限公司),自洽场,PCWF。x射线衍射仪(模型:SmartLab SE、Ragaku、澳大利亚)用于在室温下进行实验。扫描速度为0.1°¹,Cu-Kα辐射是使用一系列2θ= 1°到50°。

2.12。热重量分析

PCWF的热行为,自洽场,TPA,纯聚酯(来自EchoTex有限公司)使用热重分析仪(TGA)研究(模型:449年STA F3木星,NETZSCH,德国)。样本加热以稳定的升温速率为1.50°C /分钟到600°C在氮气氛中。

2.13。扫描电子显微镜和能量色散x射线

干TPA和纯聚酯(来自EchoTex有限公司)样本为使用扫描电子显微镜检查、拍照(模型:PV25MK,爱德华兹,英格兰),涂以金和观察到15 (kV)加速电压。聚酯的基本成分和TPA粉用能量色散x射线(EDX)研究了。

3所示。结果与讨论

3.1。机械和物理性能的面料

图1说明了抗拉强度和断裂伸长率,得到的应力-应变图。在图1(一),抗拉强度测量对经纱的样本。PCWF 62 KPa力已经应用于克服压力公差极限,和自洽场变形KPa 9点力量。同样,在图1 (b),抗拉强度测量对纬纱的样本。PCWF克服了压力在41个KPa公差极限,和自洽场变形12 KPa。在这两种情况下,经纱和纬纱PCWF现金流量表的抗拉强度比。

此外,在图1 (c),PCWF和自洽场细长的119%和120%,分别对经前超过限制的压力。在图1 (d)向纬,伸长率为335%和220%,分别。在这种情况下,PCWF和自洽场,伸长对纬向变形比。

显微图像是一种简单的方法来区分纤维。图2显示的纵向微观形象PCWF无定形的,统一的直径,棒状外貌和成熟,发现平的,带状的外观。此外,图2 (d)显示了自洽场的纵向显微图像,薄,几乎透明,丝光光滑,和圆柱结构观察,由于水解过程,棒状的外表完全从自洽场[消失了40]。

3.2。染料降解研究

当染料有一个活性基团,可以通过化学反应形成共价键和终端-哦群纤维,它被称为活性染料。这种类型的债券比离子键强氢键,范德华力(41]。在这个研究中,三种类型的活性染料被使用,例如,Remazol艳蓝RR(非本征基极电阻),Remazol黄色RR(办法),红色Remazol RR (RR),结构方案所示2。这三个颜色的组合用于染料PCWF织物。

在染料降解在碱性情况下,染料的表面张力逐渐降低随着时间的推移,和染料发生水解分裂,导致无电抗oxi-dye的形成。在碱性溶液所花费的时间越长,染料浓度下降,明显的衰落,这取决于时间。羟基可以加速染料电离和退化通过阻断染料分子接触。因此,染料和纤维无法互动,和染料在水解增强[损失42]。

在染浴:

在碱性浴:

在这里,D意味着染料和细胞纤维素聚合物。

数据3(一个)和3 (b)演示了如何PCWF的浓度和吸光度随时间变化在520 nm波长和一个碱性环境。它达到一个平衡状态后60分钟。在60分钟,浓度和吸光度逐渐52.24 ppm, 0.09。的浓度和吸光度值PCWF碱水解前686.4 ppm, 1.184。图3 (c)还演示了如何将染料降解率逐渐增加。退化比例没有明显上升后70分钟。在平衡时,染料的降解PCWF是100%。因此,这项研究表明,碱水解可以替代,更有效的方法从PCWF可耻的颜色。

图4(一)描述了红外光谱谱数据的PCWF 0分钟前水解和10分钟,30分钟、60分钟、70分钟后水解。六个明显可以看到山峰PCWF碱性水解前(0分钟:3432厘米¹在北半球₂伸缩振动,1390厘米¹S = O拉伸的亚硫酸盐,1209厘米¹以及1040厘米¹S = O拉伸的磺酸,1188厘米¹所以的对称振动₃H, 1055厘米¹碳氮拉伸,617厘米¹c拉伸的硫集团(43- - - - - -45]。

这六个山峰指定三个dyes-RR的特点,全方位的,非本征基极电阻。在10分钟的碱性治疗,分子听不清是3432厘米¹,1209厘米¹,617厘米¹。所以所有债券除了对称振动₃H在1188厘米¹和S = O拉伸磺酸的1040厘米¹被打破时,碱性治疗达到30分钟。只有一个峰值在1040厘米¹S = O拉伸的磺酸在60分钟的水解,前一个阶段平衡。任何染料高峰在70分钟不观察,表明染料PCWF完全退化了。这种状态显示的可持续性退化状态。

PCWF之间的比较(在0分钟前水解)染色后,PCWF水解后(70分钟),和PCWF(染色)前图所示4 (b)。PCWF(染色前)没有表现出典型的山峰的三种颜色。然而,独特风格的峰值出现在PCWF(在0分钟前水解)染色后,在PCWF水解后(70分钟),再次消失。

3.3。K / S值

在纺织应用程序中,K / S值是必不可少的工艺参数来控制颜色面料的染整(46]。此外,染料的颜色转移到其他材料属性表明能力(47]。织物表面的反射率(%)可以影响这个值。织物表面的反射率(%)表示的能力影响电磁辐射的能量转移在指定的频率。

现金流量表的紫外光谱(黑色)和PCWF见图(红色)5。PCWF K / S值是37.06,和反射率(%)是76.1。自洽场的K / S值是0.035,和反射率(%)是1.302。另一方面,阴影(%)指的是颜色的深度,这是受K / S值的影响。随着K / S值上升,树荫下(%)变得更低。当在PCWF K / S值是37.06,树荫下(%)降低到0.0858。因此,K / S值、反射率(%)成反比(%)。表1显示阴影之间的关系(%),K / S值,反射率(%)。

3.4。TPA的收益率(%)

在这个实验中,聚酯的解聚,而催化剂进行了在121°C, 103.42 KPa,相同数量的碱溶液,但不同的反应时间。第一个测试是由60分钟然后逐渐增加了反应时间。反应时间对降解的影响如表所示2。聚酯的降解是几乎一半在60分钟。进行90分钟的反应导致非常高的聚酯降解,和TPA恢复产量 。在120分钟,聚酯降解也接近完成,TPA回收率 。因此,它可以预测,很难使聚酯完全解聚,甚至在很长一段时间。TPA收益率(%)对不同反应时间如表所示2。根据数据,进一步优化90分钟的反应时间程序。

3.5。TPA、灰分和水分含量

回收TPA的灰分是用来确定无机杂质如硫酸钠(31日]。表3显示了TPA,灰分和水分含量数据。

3.6。生理参数

由PCWF TPA,几个生理属性。TPA是一个细粉,微酸性气味,低水,酒精溶解性(48]。表4总结了研究结果。

3.7。红外光谱分析

红外光谱光谱对苯二甲酸(TPA)被用来描述和比较它与纯聚酯(图6(一))。碳氢键的伸缩振动和出平面环弯曲集团在苯环触发透光率达到3064厘米¹。的-哦集团在羧基组所描述的伸展振动吸收峰在2500 - 3000厘米¹,2548厘米¹,2665厘米¹,2822厘米¹乐队在2500 - 3000厘米吗¹的范围内。1710厘米的吸收带¹表明酯羰基的存在,这是一个纯涤纶的特点。当键能减少从1700厘米¹聚酯,它显示了完整的解聚,1684厘米¹表明TPA单体的形成(39]。芳香的骨架振动苯基环显示到1574厘米¹和1512厘米¹峰值。切断的频率,这是在纯TPA,代表的是1280厘米¹乐队。地组的弯曲振动峰是1425厘米¹和932厘米¹(49]。的羧基苯基环paraposition,如图所示的峰值为786厘米¹(39]。

根据图6(一)红外光谱显示,一个典型的信号在1710厘米¹对应于C = O羰基拉伸由于酸组和垂直的二色性是一致的(50]。一个乐队在1242厘米¹与酯组的切断伸展,与平行的二色性(49,51]。切断拉伸酯组也分配给一个乐队在1092厘米¹。脂肪族碳氢键负责1340厘米的波长¹和1378厘米¹。聚酯的纯度是突出了上面提到的吸收光谱(27]。TPA的红外光谱谱不包含任何提到类似的山峰的纯聚酯,确保TPA单体的形成(52]。

的红外光谱光谱PCWF(来自EchoTex有限公司)和自洽场图表示6 (b)。3393厘米的吸收带¹从红外光谱分析是由于分子间和分子内地伸展29日]。碳氢键伸缩振动负责乐队2921厘米¹。1632厘米¹C = C伸展带显示。此外,1435厘米¹和1338厘米¹乐队被分配到ch₂分别剪切和弯曲振动,-哦。

3.8。x射线衍射分析

图7(一)逐步描述聚酯和TPA的结晶峰特征。衍射图展览聚酯的结晶峰特征2θ= 17.95,23.24,26.12。这三个夏普和窄峰证明聚酯的纯洁和结晶度53]。TPA的结晶度峰观察到2θ= 17.4,25.13,28.12,29.09和38.7。根据任et al .,这些狭窄和尖锐的衍射峰证实TPA的高结晶度和纯洁54]。

XRD分析的数字7 (b)表明PCWF XRD峰在2θ= 15.16,16.48,17.6,22.9,26.30和34.34。但在碱性水解,XRD峰2θ= 15.16,16.48,22.9,34.74,自洽场表示为我类型、纤维素和水解过程不会改变纤维素结构的自洽场(30.]。据侯et al .,这些锋利的和窄峰代表了结晶阶段,剩下的峰值代表棉花的非晶相(29日]。

3.9。热重量分析

氮气氛下热重量分析可以提供热稳定性的信息通过研究减肥曲线,如图8。PCWF TGA分析的结果和自洽场如图8(一个)。减肥的速度反映了热降解动力学。的分解PCWF比自洽场发生在一个稍微不同的方式。起初,最初减肥而被处决PCWF和自洽场由于水的蒸发55]。初步减肥PCWF和自洽场发生在100°C到150°C。香港证监会的最大分解在330°C到410°C与降解的纤维素纤维(56]。在550°C之后,证监会的残留率为6.49%。

除此之外,部分热分解的一些组件PCWF中观察到250°C到300°C。TG曲线显示了重大PCWF恶化340至480°C。最高PCWF热故障是由于在550°C,和减肥的速度是89.33%。这种分解的PCWF发生在三个步骤。首先,棉花作为初始燃烧源和开始降低热的温度明显低于需要衰变聚酯。因此,总分解棉花和涤纶的部分分解的主要原因是减肥的第二步。在第三部分中,一个附加温度燃烧所需的聚酯。(57]。

图8 (b)描述了TG的聚酯和TPA。单相分解档案展览纯聚酯(58]。聚酯热稳定在390°C。它与温度的增加开始减肥。一旦实现476°C的温度,最大的聚酯发生分解,和减肥是79.08%。但没有观察到体重高于700°C (59]。

另一方面,TPA是热稳定低于290°C和继续升华温度上升。TPA退化在390°C,取得了99.21%的最大重量损失。聚酯的分子结构和键能都是影响在TPA转换,导致TPA的稍微不同的热行为。这个完整的热分解发生在一个吸热的性质(60]。

3.10。扫描电子显微镜和能量色散x射线分析

纯聚酯和TPA的视觉形态图像后,利用SEM研究了热液过程,描述了数据9(一个)和9 (b)。聚酯的外围是顺利兼容他们的合成起源61年]。由于热液反应,TPA的表面并不光滑的聚酯。它表明,聚酯TPA转换是完美无缺的,TPA中不含聚酯低聚物。另一方面,小TPA粒子具有兼容性和不规则(30.]。

数据9 (c)和9 (d)对应于EDX显示元素的组成百分比聚酯和TPA和EDX光谱。只有C、O元素的谱研究中发现了聚酯纤维和TPA。由于铝板,铝的峰值^{3 +}金属在聚酯和TPA。TPA的成分显示缺乏钠和硫离子杂质。

4所示。结论

本研究成功地揭示了可持续的和实用的自洽场方法和转换聚酯从PCWF TPA。本研究建立了一个适合工业生产高纯度TPA的准备过程。氢氧化钠被用来使脱色PCWF、解聚聚酯和H₂所以₄生成TPA。最佳温度、时间和压力是121°C, 90分钟,103.42 KPa。没有预处理PCWF提出了在这个研究中,并没有使用催化剂。这种方法更容易分离聚酯和删除自洽场的染料,可用于纱线生产。最终,这种开发方法是一种拯救环境通过减少纺织原料固体废物和创建一个圆形链通过回收纺织减少浪费。

数据可用性

数据用于支持本研究的发现文章中是可用的。进一步的数据或信息可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者非常感谢EchoTex有限公司提供原材料。