在一个循环经济在以节约资源的方式回收废弃材料的地方,有必要成功地将纺织废物回收从焚烧转向高质量的再生纺织纤维。纺织材料回收是瑞典纺织废弃物管理的瓶颈,需要在全球范围内建立大规模的回收工厂。为了克服这一障碍,需要解决从共混物中分离纤维的挑战,这里通过实现回收技术分离含有尼龙和弹性的共混物纤维。转变纺织品回收利用
在一个循环经济在以节约资源的方式回收废弃材料的地方,有必要成功地将纺织废物回收从焚烧转向高质量的再生纺织纤维。纺织材料回收是瑞典纺织废弃物管理的瓶颈,需要在全球范围内建立大规模的回收工厂。为了克服这一障碍,需要解决从共混物中分离纤维的挑战,这里通过实现回收技术分离含有尼龙和弹性的共混物纤维。为了将纺织品的回收利用从目前的低价值产品转向循环经济,必须解决混纺纤维的关键问题,因此很明显,特别是混纺纤维缺乏化学回收技术,这是非常严重的。
该项目的目标是回答以下问题:需要哪些技术方法将尼龙(聚酰胺)和弹性(聚氨酯)从其他类型的纤维中分离出来,并使这些纺织混纺物能够循环利用。因此,根据循环经济,目标是开发出积极的策略,在化学回收之前,将不同的纤维从混合纤维中分离出来。
工作包1:
热机械分离的工作由Christina Jönsson博士(Swerea IVF)领导。这个工作包中的大部分工作是由Ida Marklund在2017年的瑞典纺织学院提供的文凭工作。这些背景知识是基于Vinnova资助的“Spill till guld”项目的研究,其中三个领域之一涉及纺织生产废料。
工作包2:
这项生物技术研究由瑞典斯德哥尔摩的sciilifelab /KTH的Per-Olof Syrén博士领导,这项工作是由维也纳的BOKU-自然资源和生命科学大学和sciilifelab /KTH共同进行的。博库大学的Doris Ribitsch博士最近对发现第一个已知的聚氨酯(如弹性烷)裂解酶做出了贡献。KTH/BOKU还共同开发了第一个能够水解尼龙的设计酶,并进一步开发用于设计同样适用于纺织品弹性材料回收的酶。
2.3.1热机的分离
2017年6月,Ida Marklund以毕业论文的形式发表了大部分关于热机械分离的研究。本研究的材料大致可分为三大类:
•模型系统:创建已知的材料组成,以绘制不同数量的弹性材料如何影响热机械加工和尼龙6和弹性材料回收的性能。在模型系统中总共包含了四个不同的比率;0,5, 10, 15%弹性。采用与共混物相同的方法处理纯PA6质量(0% EL),以提供可比的参考值。更多细节见毕业论文,Ida Marklund, 2017。
•后工业废物:两种不同的经编尼龙6面料;分别为10%和22%的弹性烷,对应为后工业废物。未指定Elastane的类型。这些面料由Boob设计公司提供,通常用于他们的泳装系列。
•消费后垃圾:人类桥提供的消费后垃圾分类袋,包含聚酰胺和弹性服装。这些垃圾包括泳装、运动袜子、内衣和各种各样的连裤袜和运动服。
热机的处理
所有四种比例(0、5、10和15%)的弹性烷均在240°C和280°C下加工。升高的温度为280°C,用来模拟PA6.6的工艺温度。在使用G150-42-DT快速造粒机研磨之前,用手将消费后的废弃物(泳衣、运动服和连裤袜)切割成更小的碎片。磨好的衣服用手送进挤出机的第三区。在挤出机的出口处安装了一个熔体过滤器,以分离出污染聚酰胺和弹性混合物的其他纤维。第一次试验采用250 μm滤波器,然后将其改为500 μm滤波器。
热力学研究的特征
采用了傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)和差示扫描量热法(DSC)等表征方法。以及微观方法。在注塑成型的过程中对所有样品进行了力学测试,测量了拉伸强度。为了更好地了解弹性体,采用FTIR、DSC和TGA对各种弹性体和tpu进行了表征。
酶的设计
在Re:Mix的酶设计轨道中,KTH/SciLifeLab Syréns实验室开发的内部计算酶设计工具被用来开发用于聚酰胺人造材料[14]的工程酶。具体来说,这个项目让我们可以继续我们的假设,水解酶构成了非常合适的起始支架,通过酶工程引入聚酰胺酶活性。在溶剂暴露活性位点的情况下,我们认为角质酶可以构成合适的起始模板,通过酶设计[9]实现优化的过渡态(TS)稳定,从而实现聚酰胺塑料的水解。
热机的分离
机械分离的结果如下所示为复合、长丝生产或注射成型。对于收集的不同的废料(消费后和消费前的废料),只有一些材料的复合成球是成功的。将这些材料的结果与一个模型系统进行比较,以确定消费后浪费的挑战。综上所述,结果表明:
•可由所有材料生产小球
注塑成型在大多数材料中都是成功的
•熔融纺丝只能在某些材料上成功
综上所述,确定的重要参数如下:
•依赖于物料的干燥条件
•物质内容的依赖性
•加工过程中的气体形成
•最初尝试的熔体过滤堵塞了过滤系统
结论
热机的分离
所有具有弹性的材料都可以在240℃和280℃下进行复合,但在接下来的工艺步骤(注射成型或纤维纺丝)中,在280℃下更难进行复合,特别是含有10%以上弹性的混合物。在较高的弹性混合物中,更多的气体形成和噼啪声是恒定的。
酶的设计
该项目获得了有关生物技术辅助人工材料解聚的知识。该预研究允许MALDI酶解后进行初步材料分析,由此我们得出结论,我们的实验设置需要进一步优化。这是为将来的联合项目计划的。我们已经表明,酶设计是一种很有前途的方法来水解纯合成聚合物。
下一个步骤
在热力学轨道的下一步是评估更多地使用来自模型系统的材料进行熔体过滤的可能性,以拥有一个更可控的设置。除此之外,在市场上寻找其他偶联剂也很重要,这些偶联剂有助于在回收过程中使弹性橡胶与聚酰胺更相容。如果不能将弹性烷从聚酰胺中分离出来,在复合过程中增加剪切应力可能是另一种减少颗粒尺寸的方法。
在酶的轨道上,这项预研究显示了多学科方法在解决复杂研究问题方面的重要性。所产生的知识将构成进一步合作开发催化剂的基石,未来重点是纺织材料。未来研究的一个重要方面将是分析设计酶在材料共混物的水解性能,例如聚酰胺与其他纤维类型的混合物。