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废旧涤纶织物/汉麻秆复合材料的制备及其力学性能研究

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化工新型材料 2024年第10期52卷 276-281页

作者：李飞崔展卢梅婕谢周强牛梅薛宝霞太原理工大学轻纺工程学院太原030024 太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室太原030024 山西浙大新材料与化工研究院太原030032

围绕废旧涤纶纺织品产量大,无法有效降解和难以回收利用等多处痛点,以及汉麻秆焚烧造成环境污染的问题。以废旧涤纶织物为基体材料,废弃汉麻秆为增强材料,水性环氧树脂胶液为胶粘剂,采用物理共混和模压成型的方法制备了一种绿色环保的... 详细信息

围绕废旧涤纶纺织品产量大,无法有效降解和难以回收利用等多处痛点,以及汉麻秆焚烧造成环境污染的问题。以废旧涤纶织物为基体材料,废弃汉麻秆为增强材料,水性环氧树脂胶液为胶粘剂,采用物理共混和模压成型的方法制备了一种绿色环保的复合材料。首先采用傅里叶红外光谱和力学性能测试分析了碱处理汉麻秆粉末对复合材料力学性能的影响;然后通过单因子实验和正交试验探究了汉麻秆质量分数和热压工艺参数对复合材料的力学性能的影响。结果表明:碱处理能有效去除汉麻秆粉的半纤维素与部分木质素及其他杂质,提高了复合材料的力学性能;当汉麻秆质量分数30%、热压温度为180℃、热压时间为15min、热压压力为10MPa时,废旧涤纶织物/汉麻秆复合材料的力学性能达到最优,复合材料的内结合强度、弯曲强度及弯曲模量分别为5.17MPa、37.7MPa和3479MPa。

关键词：废旧涤纶织物汉麻秆模压成型力学性能

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废旧涤纶织物再资源化的研究

废旧涤纶织物再资源化的研究

作者：牛振怀太原理工大学

学位级别：硕士

我国是纺织工业大国，同时也是纺织品消费大国，每年我国因此而产生的废旧纺织品高达数千万吨之巨。如今，我国的的废旧纺织品再资源化综合利用才刚刚起步，因此，真正得到再资源化利用的还不足十分之一，而未能得到有效再利用的部分既... 详细信息

我国是纺织工业大国，同时也是纺织品消费大国，每年我国因此而产生的废旧纺织品高达数千万吨之巨。如今，我国的的废旧纺织品再资源化综合利用才刚刚起步，因此，真正得到再资源化利用的还不足十分之一，而未能得到有效再利用的部分既造成了资源浪费，又带来了环保的问题。涤纶（polyester简称PET）织物在废弃的纺织品中占据了相当大的比重，因此，如何通过合理有效的办法使废旧涤纶织物得以再资源化成了摆在我们眼前亟需解决的难题。近些年来，我国的涤纶产量一直呈现有增无减的态势，2013年我国涤纶产量为3327.61万吨，占到了全球总产量的七成以上，但用来生产涤纶的初级原料对二甲苯（PX）却严重依赖进口，2013年我国对二甲苯的对外依存度高达53%，且缺口仍在不断增加。遗憾的是，当前消费掉的涤纶织物几乎全部被当做垃圾掩埋或焚烧，综合利用率不足1%，因此大力开发涤纶聚酯的回收再利用技术已经成为涤纶聚酯工业发展的关键所在。当今，PET再资源化利用的方法主要有酸性水解法、碱性水解法、中性水解法、甲醇醇解法以及乙二醇醇解法等，然而中性水解废旧PET是最具有发展前景的。本实验以经过前处理的废弃涤纶织物为原料，以亚临界状态下的水为溶液，在高压釜内使涤纶织物降解。采用氮氮二甲基甲酰胺（DMF）剥色系统对废弃的涤纶织物进行前期的剥色处理，讨论了投料比（去离子水与涤纶布料的质量比）、反应温度、保温时间对PET降解率以及产物的白度、纯度、酸度的影响，并对PET在亚临界水条件下的水解机理进行了初步摸索，揭示了聚对苯二甲酸乙二醇酯在水热条件下的水解过程以及反应机理，最后还对降解所得白色固体对苯二甲酸（TPA）的各项质量指标进行了测定。（1）本文讨论明确了废旧涤纶织物的剥色前处理主要分为溶胀剂溶胀、分散染料的剥色以及还原剥色三个过程。本文选用的溶胀剂为二甲基亚砜（DMSO），分散染料的剥色剂选为DMF，还原剂为二氧化硫脲（TDO）。确定了最佳剥色工艺条件为：剥色时间30min，剥色温度控制在140℃。（2）采用中性水解法回收再利用废旧涤纶织物，再资源化产物为TPA和乙二醇（EG），投料比（去离子水和涤纶织物的质量比）、反应温度以及保温时间是涤纶织物水解的最主要的影响因素;明确了最佳的水解条件：投料比10:1，实验温度250℃，反应时间7h。在最佳条件下PET的降解率可以达到92.9%，TPA的产率为86.4%，TPA纯度为98.251%，TPA的酸度可达657.14mgKOH/g。（3）明确了PET的水解机理：在高温高压下水会电离成H+和OH-，H+与-COOR中的羰基作用形成C+，同时水的H进攻-COOR中的C，形成四面体的中间产物。然后，水中的H离去，O上的电子发生转移，酰氧键断裂，最后降解成TPA和EG。（4）明确了PET水解生成的TPA的各项质量指标满足精对苯二甲酸（PTA）标准的实验条件：反应温度≥250℃，反应时间8h，投料比10:1，干燥温度100℃、干燥时间8h。

关键词：再资源化废旧涤纶织物剥色对苯二甲酸乙二醇

废旧涤纶织物基活性炭的制备、吸附性能和再生研究

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废旧涤纶织物基活性炭的制备、吸附性能和再生研究

作者：于晓颖太原理工大学

学位级别：硕士

废旧纺织品产量巨大、回收利用率较低,染料废水对环境构成严重的威胁。为了实现废旧纺织品的回收利用,减轻废旧纺织品以及染料废水对环境的污染。本文以废旧涤纶织物为原料,氯化锌为活化剂,通过高温热解法制备得到了高吸附性能的活性炭... 详细信息

废旧纺织品产量巨大、回收利用率较低,染料废水对环境构成严重的威胁。为了实现废旧纺织品的回收利用,减轻废旧纺织品以及染料废水对环境的污染。本文以废旧涤纶织物为原料,氯化锌为活化剂,通过高温热解法制备得到了高吸附性能的活性炭。采用正交实验与单因素实验对制备工艺参数进行了优化,以碘单质、亚甲基蓝和苯酚为目标染料研究了活性炭的吸附性能。实验得到的最优制备工艺如下:首先将废旧涤纶织物在浓度为45 wt%的氯化锌(ZnCl)溶液中浸渍12 h;然后在氮气(N)氛围中设定加热速率为5 C/min升温至900 C并在该温度下解热90 min;将自然冷却的产物反复洗涤、干燥后即可得到活性炭。该工艺条件下热解产物的比表面积和总孔容分别为1037.62 m/g和0.9574 cm/g。傅里叶变换红外(FT-IR)光谱显示活性炭表面含有丰富的亲水性含氧官能团。借助扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)可以在活性炭中观察到发达的孔洞结构。吸附性能测试的结果表明:自制活性炭对不同类型染料的吸附性能均明显优于商业活性炭。自制活性炭对碘单质、亚甲基蓝和苯酚的最大吸附值分别为1015.59、411.0和296.41 mg/g,均达到了国家一级标准。以自制活性炭为吸附剂、甲基橙为吸附质,研究活性炭对甲基橙的吸附性能。实验结果表明:当活性炭投加量为2 g/L时,对浓度为400 mg/L的甲基橙溶液的去除率达到98.95%;活性炭对甲基橙的吸附是一个吸热过程,吸附量随着吸附温度的增加而增大;活性炭对甲基橙的吸附过程可以分为快速吸附、慢速吸附和吸附平衡三个阶段,在90 min后基本达到吸附与脱附的动态平衡。活性炭对甲基橙的吸附符合Langmuir单分子层等温吸附模型和伪二级吸附动力学。该吸附过程受到颗粒内扩散、液膜扩散和表面吸附的共同控制。饱和吸附活性炭的再生不仅可以减轻对环境的污染,而且有利于提升资源的循环利用价值。本文采用饱和吸附甲基橙的活性炭为原料,借助热解再生工艺,实现了活性炭的再生。以活性炭的再生效率和质量损失率为依据,确定了最佳的再生工艺。实验确定的最佳再生温度为600 C,最佳再生时间为30 min。该条件下活性炭的再生效率为93.41%,对甲基橙的平衡吸附量达到186.11 mg/g。再生活性炭为石墨化程度较低的无定形碳,表面存在大量的亲水性官能团,可以在水溶液中实现有效分散;热解再生活性炭的孔洞结构得到了有效的恢复,比表面积为859.54 m/g,约为初始比表面积值的82.84%。热再生可以实现活性炭的循环利用,第三次热再生循环后活性炭的再生效率为85.45%,对甲基橙溶液的平衡吸附量为170.25mg/g。

关键词：废旧涤纶织物活性炭吸附甲基橙热再生

废旧涤纶织物制备水性聚氨酯及其阻燃改性研究

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废旧涤纶织物制备水性聚氨酯及其阻燃改性研究

作者：薛立钟太原理工大学

学位级别：硕士

资源循环利用是我国保障资源安全的重要途经,废旧纺织品回收再生是构建资源循环产业体系的重要部分,对于废旧纺织品中占比最大的废旧涤纶纺织品的回收工作更是重中之重。涤纶聚酯类纺织品的醇解再聚合是获得高价值再生物质的一种回收再... 详细信息

资源循环利用是我国保障资源安全的重要途经,废旧纺织品回收再生是构建资源循环产业体系的重要部分,对于废旧纺织品中占比最大的废旧涤纶纺织品的回收工作更是重中之重。涤纶聚酯类纺织品的醇解再聚合是获得高价值再生物质的一种回收再利用方法。水性聚氨酯作为一种以水为分散介质代替有机溶剂的新型聚氨酯体系,凭借着无毒无污染、节能安全等特点被应用于工业、纺织、涂料和医疗等领域。其作为涂层剂用于织物后整理可使织物获得一系列诸如织物强度高、肤感舒适和透气透湿性好等优异性能,但涤纶织物和水性聚氨酯本身属于易燃材料,具有燃烧速度快、放热量大、燃烧过程中会产生高温熔滴导致二次伤害等缺点,在实际应用中存在引发火灾的隐患,易给百姓带来人身危害和经济损失。因此,探索出既能保留水性聚氨酯的优良性能,又可以提高其阻燃性的方案显得尤为重要。鉴于此,本课题主要研究了以下内容:(1)以废旧涤纶织物为原料,乙二醇为醇解试剂,乙酸锌为催化剂,在常温常压条件下通过乙二醇醇解法进行降解回收。以醇解得率为指标,通过正交试验,得出的最优醇解工艺条件为:涤纶与乙二醇质量比为1:4,反应温度196°C,反应时间5 h,此条件下醇解率可达100%且醇解产物纯度较高,BHET产率可达60%以上。利用涤纶织物的醇解产物与异佛尔酮二异氰酸酯等原料合成再生水性聚氨酯,试验条件在n(-NCO)/n(-OH)=4,异氰酸根指数R=1.4,DMPA%=5%,TMP%=3%,中和度=100%时,可制备外观乳白色泛蓝光且粒径均匀能够稳定储存的水性聚氨酯乳液。(2)水性聚氨酯的添加共混阻燃改性。用四种添加型磷系阻燃剂:四羟甲基硫酸磷、三羟基膦-A、多聚磷酸铵和四羟基膦-B,与自制再生水性聚氨酯进行物理共混,将所得改性乳液通过浸渍方法负载于涤纶织物上,制得阻燃改性涤纶织物。以阻燃剂种类和负载率为指标设计了单因素试验,对阻燃改性涤纶织物的微观形貌、化学结构、热稳定性、织物阻燃性能、织物力学性能和织物服用舒适性能进行了测试表征分析。得到结论:四组添加型阻燃剂在同为75%的负载率下,改性织物的热稳定性和阻燃能力较原织物均有较大提高,织物强力、耐磨性等力学性能和透气性、透湿性、亲水性等服用舒适性能均有不同程度的改善。其中,四羟甲基硫酸磷组综合性能及实际应用表现最好,其极限氧指数达到26.5%,垂直燃烧等级为V-0级。织物残炭率为27.7%,燃烧热释放速率峰值PHRR为203.46 kW/m、燃烧热释放总量THR=4.2 MJ/m和燃烧生烟总量TSP为0.9 m;力学性能方面,断裂强力、断裂伸长率和撕裂强力分别达到了414N、13.4%和13 N;服用舒适性方面,透气量、透湿量和水接触角分别达到了87.62 mm/s、6281.39 g/md和90.75°。(3)水性聚氨酯的反应性阻燃改性。使用反应型阻燃剂三羟甲基氧膦,协同KH570所改性的纳米二氧化硅,对再生水性聚氨酯的合成路线做出优化调整,得到磷硅协同阻燃改性水性聚氨酯,将其对涤纶织物进行阻燃后整理,得到具有稳定阻燃性能和力学服用舒适性能的磷硅协同阻燃改性织物。分析讨论了不同三羟甲基氧膦含量、不同纳米二氧化硅含量和不同初始n(NCO)/n(OH)值对改性织物各项性能的影响做出了测试分析。得到结论:磷硅协同阻燃改性涤纶织物热分解速率和热分解温度较原涤纶织物降低,残炭率最高提升了127%。在THPO质量分数为24%、SiO质量分数为4%、初始n(NCO)/n(OH)=6时为织物综合性能最优反应条件,此时磷硅改性织物的LOI值达到29.7%,UL-94评定等级达到V-0级。PHRR=86.35 kW/m、THR=3.6 MJ/m、TSP=0.8m,火灾危险参数相较原织物均有35%以上的降低。力学性能方面,织物断裂强力、断裂伸长率、撕裂强力和耐磨次数分别为586 N、18.8%、27 N和234次;服用舒适性能方面,织物透气量、透湿量和水接触角分别为235.7 mm/s、7384.88 g/md和103.5°。

关键词：废旧涤纶织物醇解水性聚氨酯阻燃性能

碱处理对废旧涤纶织物/汉麻秆复合材料性能影响研究

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产业用纺织品 2024年第3期42卷 33-37,43页

作者：卢梅婕李飞谢周强王子涵冯佳昕张继心牛梅太原理工大学轻纺工程学院山西太原030024 太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室山西太原030024

为解决汉麻秆粉末与疏水性聚合物基体间界面相容性差的问题,以8%(质量分数)NaOH溶液为改性剂对汉麻秆进行碱处理,再制备废旧涤纶织物/汉麻秆复合材料。通过力学性能测试,结合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)等技术手... 详细信息

为解决汉麻秆粉末与疏水性聚合物基体间界面相容性差的问题,以8%(质量分数)NaOH溶液为改性剂对汉麻秆进行碱处理,再制备废旧涤纶织物/汉麻秆复合材料。通过力学性能测试,结合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)等技术手段,对复合材料性能进行研究。结果表明:对汉麻秆进行碱处理后,汉麻秆粉末表面被刻蚀,粗糙度增加,非纤维素成分溶解,与基体之间的结合力增大。相较未经碱处理制备的废旧涤纶织物/汉麻秆复合材料,碱处理制备的复合材料弯曲强度提升了25.0%,内结合强度提升了29.7%;玻璃化转变温度和结晶温度分别由71.2℃和216.5℃上升至79.1℃和220.7℃,界面相容性得以改善;结晶度减小。

关键词：废旧涤纶织物汉麻秆碱处理力学性能界面相容性

氧化石墨烯负载涤纶织物对阳离子染料和Cr（Ⅵ）的去除研究

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氧化石墨烯负载涤纶织物对阳离子染料和Cr（Ⅵ）的去除研究

作者：于宽宽天津工业大学

学位级别：硕士

为了促进废旧涤纶织物的回收利用,本文首先使用氢氧化钠对废旧涤纶织物进行表面改性引入羧基,并使用氧化石墨烯（GO）水分散液对改性涤纶织物进行整理以制备GO负载涤纶织物（GO@C-PET）,考察了改性涤纶羧酸含量、GO浓度、p H值和浸渍温... 详细信息

为了促进废旧涤纶织物的回收利用,本文首先使用氢氧化钠对废旧涤纶织物进行表面改性引入羧基,并使用氧化石墨烯（GO）水分散液对改性涤纶织物进行整理以制备GO负载涤纶织物（GO@C-PET）,考察了改性涤纶羧酸含量、GO浓度、p H值和浸渍温度对涤纶织物表面GO负载量的影响,并采用场发射扫描电镜（SEM）、电子能谱仪分析（EDX）、傅里叶红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）等技术对GO@C-PET的表面形貌、元素组成和表面结构等方面进行了表征。然后使用GO@C-PET对水体中不同结构的阳离子染料（罗丹明B、碱性红2和碱性绿4）和Cr（Ⅵ）进行吸附去除实验,重点分析了GO负载量、反应温度、反应体系p H、GO负载次数、GO@C-PET加入量及反应体系中无机盐和表面活性剂等与染料和Cr（Ⅵ）去除率之间的关系,并考察了GO@C-PET对罗丹明B（Rh B）和Cr（Ⅵ）的同时去除性能。此外,还研究了GO在不同纤维织物表面的负载性能及其对Rh B和Cr（Ⅵ）的吸附去除性能。实验结果表明,涤纶表面羧酸量和GO浓度的增加、整理浴温度的升高和p H值的降低均能够显著提高GO在涤纶表面的负载量,有利于GO在涤纶织物表面的负载。GO@C-PET对水溶液中的Rh B和Cr（Ⅵ）均显示出显著的吸附去除性能。其中GO负载量的提高、反应温度的升高和GO负载次数可以显著提高其对Rh B和Cr（Ⅵ）的吸附去除性能。通过增加GO@C-PET的加入量几乎能够将水中的Rh B和Cr（Ⅵ）完全去除。在酸性条件下GO@C-PET对Rh B和Cr（Ⅵ）的去除均表现出优异的性能,然而在中性和碱性条件下不利于Cr（Ⅵ）的去除。反应体系中无机盐和表面活性剂对GO@C-PET吸附Rh B和Cr（Ⅵ）起到一定程度的抑制作用。GO@C-PET对不同结构阳离子染料都显示出吸附去除性能。其中分子量小的碱性绿4和碱性红2更易于被去除。此外,GO在改性涤纶织物表面的负载及其对Rh B和Cr（Ⅵ）的去除性能均优于其他纤维材料。

关键词：废旧涤纶织物氧化石墨烯负载整理阳离子染料重金属离子吸附去除

基于废旧涤纶制备水性聚氨酯高分子染料及其性能

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印染 2024年第10期50卷 33-37页

作者：高承永牛楚楚史晟邢铁玲李晓王淑花张美玲太原理工大学轻纺工程学院山西晋中030600 江苏省纺织印染节能减排与清洁生产工程研究中心苏州大学江苏苏州215123

以废旧涤纶的醇解产物为原料,得到对苯二甲酸双羟乙酯,并基于此聚合得到水性聚氨酯高分子染料。采用异佛尔酮二异氰酸酯、2,2-双羟甲基丙酸、1,4-丁二醇、1,4-二羟基蒽醌、三乙胺制备水性聚氨酯高分子染料分散液,并考察其黏度、表面张... 详细信息

以废旧涤纶的醇解产物为原料,得到对苯二甲酸双羟乙酯,并基于此聚合得到水性聚氨酯高分子染料。采用异佛尔酮二异氰酸酯、2,2-双羟甲基丙酸、1,4-丁二醇、1,4-二羟基蒽醌、三乙胺制备水性聚氨酯高分子染料分散液,并考察其黏度、表面张力、热稳定性,以及织物的染色性能和耐摩擦色牢度。结果表明:当1,4-二羟基蒽醌与1,4-丁二醇的质量比为3∶7时,水性聚氨酯高分子染料具有良好的染色性能和较高的耐摩擦色牢度。

关键词：废旧涤纶织物醇解法水性聚氨酯高分子染料