废旧纯棉衣物的回收再利用制成新的纱线.docx
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废旧纯棉衣物的回收再利用制成新的纱线
毕业设计（论文）
题目名称：
废旧纯棉衣物的回收再利用
院系名称：
纺织学院
班级：
纺织113
学号：
201100514302
学生姓名：
豆蕾香
指导教师：
喻红芹
2015年6月
论文编号:
201100514302
废旧纯棉衣物的回收再利用
RecyclingofWasteCottonClothing
院系名称：
纺织学院
班级：
纺织113
学号：
201100514302
学生姓名：
豆蕾香
指导教师：
喻红芹
2015年6月
摘要
为了减少资源的浪费，所以需要对废旧纯棉衣物进行回收再利用。
本次实验选用印花的废旧纯棉衣物作为实验原料来研究废旧纯棉衣物的回收再利用。
实验选用三种漂白方案，第一种是二氧化氯漂白，第二种是过氧化氢漂白，第三种是过氧化氢和保险粉漂白。
将三组漂白后的布测定白度，通过对比最后选用第三种方案，然后将漂白后的布用剪刀剪成很小的碎片，然后用离子液体将其完全溶解，溶解得到的浆粕采用传统的干喷湿纺法纺丝。
把纺得的丝收集起来，然后通过性能测试分析纤维素的变化，从而得出最佳实验方案：
漂白第一次煮练实验参数：
30%H2O212g/L、Na2CO32g/L、分散剂1g/L、Na2SiO38g/L、浴比1：
30、温度95℃、时间1h。
第二次煮练实验参数：
保险粉（NaO2SSO2Na低亚硫酸钠）（50g/L）、NaOH10g/L，温度95℃、浴比1：
30、时间30min。
采用离子液体简称[BMIM]Cl（1-丁基-3-甲基咪唑氯盐），110℃温度下溶解废旧纯棉衣物制得2%浓度的纺丝原液。
纺出的丝的细度1.53D。
关键词：
废旧纯棉织物，漂白，离子液体，溶解，纺丝
Abstract
Inordertoreducethewasteofresources,reusingthewastecottonclothesisnecessary.Onthepurposeofstudyingthereuseofwastecottonclothes,Experimentselectsthreekindsofbleachingsolution,thefirstisachlorinedioxidebleaching,thesecondishydrogenperoxidebleaching,thethirdisthehydrogenperoxidebleachingpowderandinsurance.Thedeterminationofthreegroupsofbleachedclothwhiteness,bycomparingthelastchoosethethirdway.Ichoosetheinsurancepowderfortwotimesbleachingtomakehydrogenperoxidetodealwiththewastecottonclothes.Secondly,afterthetwobleachingoftheclothcutintosmallpiecesbyscissors,andusetheionicliquidtodissolveitcompletely.Thenwegottheusingdissolvedpulpbyusingthetraditionaldryjetwetspinning.Collectingthespunksilktoanalysisthechangeofcellulosebythestrengthtest,infraredspectroscopy,scanningelectronmicroscopy（SEM）,thusobtainsthebestexperimentalplan---thefirstbleachingcooktrainingexperimentalparameters:
30%H2O212g/L,Na2CO32g/L,dispersingagent1g/L,Na2SiO38g/L,bathratioof1:
30,temperatureis95DEGC,timeis1H,thesecondcookingpracticeexperimentalparameters:
insurancepowder（NaO2SSO2Nalowsodiumsulfite）（50g/L）,NaOH10g/L.95degreesCelsiustemperature,bathratioof1:
30,timeis30min.Usingionicliquid（[bmim]Cl（1-butyl-3-methylimidazolium-chloride）and110DEGCtemperaturedissolvedwastecottonclothingsystemto2%concentrationofspinningdope.Spunsilkfineness1.53D.
Keywords:
Wastecottonfabric,bleaching,ionicliquid,dissolution,spinning
目录
第1章废旧纯棉衣物的回收再利用的发展与现状1
1.1废旧纯棉衣物简介1
1.1.1废旧纯棉衣物的来源、分类1
1.1.2废旧纯棉衣物的回收的方法1
1.2废旧纯棉衣物回收再利用的发展现状3
1.3废旧纯棉衣物回收再利用的意义4
1.4本课题主要研究内容5
第2章废旧纯棉衣服的漂白6
2.1实验材料6
2.1.1二氧化氯漂白6
2.1.2过氧化氢漂白6
2.1.3过氧化氢和保险粉褪色6
2.2实验方法6
第3章溶解12
3.1离子液体（[BMIM]Cl）简介12
3.2废旧纯棉衣物在离子液体中的溶解12
3.2.1废旧纯棉衣物在离子液体中的溶解过程12
3.2.2废旧纯棉衣物在离子液体中的最大溶解率12
3.2.3流变性测试12
3.2.4废旧纯棉衣物在离子液体中的最适溶解温度13
3.3实验方法13
3.4实验结果14
第4章纺丝19
4.1干喷湿纺法纺丝19
4.2性能测试20
4.2.1纤维力学性能测试20
4.2.2显微镜观察纤维截面图20
4.3实验结果20
第5章结论与展望23
5.1结论24
5.2展望24
参考文献：
25
致谢26
第1章废旧纯棉衣物的回收再利用的发展与现状
1.1废旧纯棉衣物简介
1.1.1废旧纯棉衣物的来源、分类
纯棉衣物实际上含棉量只要达到75%以上就可以称为纯棉。
所以废旧纯棉衣物也是多种棉纤维混纺的。
废旧纯棉衣物也有可回收和不可回收的。
可回收的还要按照用途再次分类。
废旧纯棉衣物属于硬质材料的回收再利用。
棉纤维中纤维素含量高达90%-95%。
所以棉纤维素是制作再生纤维素很好的原料。
废旧纯棉衣服的来源比较广泛，市场上大约有60%以上的是棉质品。
可被回收再利用的废旧纯棉衣物有：
囤积的衣服或者面料、纺织厂或生产过程废弃的边角料、废弃衣物包括羽绒服、针织衫等；床单、毛衣、被罩、毛绒玩具等一切材料是棉质的物品；外贸存留的夹克、男装、童装、女装、运动服、休闲装、牛仔系列、西装、睡衣、文化衫、T恤衫、沙滩裤、风衣、衬衫、文胸、毛衣、棉衣、内衣[1]。
主要有军服、儿童服装以及各种人群的服装。
我国现在不仅是纺织品生产大国，而且还是大量使用纺织品的国家。
随着我国军事力量的发展，军队每天的训练都会对衣物进行磨损，导致每年都会有大批量的军服被废弃。
对儿童而言，儿童的衣服主要追求舒适，吸湿性能较好的衣服。
纯棉衣服是最为常见被选作为儿童购买的衣服。
且随着儿童年龄的增长，身型在不断的变化，身上的衣服也需要不断的更新。
这些都会带来大批量的纯棉衣物被废弃。
现在社会进步了，女性大多普遍的追求时尚，特别是在衣物这方面。
女性不仅仅是会随着一年当中四季的变化而更新衣物，还会因为不同阶段时代潮流主题的更新而更换衣物。
这种追求时尚的心理也会造成大量废旧纯棉衣物的产生。
1.1.2废旧纯棉衣物的回收的方法
（1）传统的废旧纯棉衣物采用的回收方法
传统的回收再利用的方法以物理机械回收为主。
这种方法首先要使用搅碎的机器将织物切割成很小碎片，然后使用开松的机械对纤维进行开松，最后要放到纺纱车间进行加工。
纺织行业的新型纺纱技术的不断的有新的方法出现，每一种方法的出现都会再之前的纺纱方法上增加新的技术，进而解决之前遇到的一些困难，完善的新型纺纱技术使采用回收而得到的纤维可以进行纺纱。
机械处理对纤维会产生损伤以及产生大量的飞花，这个缺点可以通过控制车间的温湿度改善。
机械处理技术中有两个环节很重要，一个是切割，另一个是开松技术。
早在20世纪90年代，中国就已经设计出具有多种功能并且可以用来对废旧棉纺织品进行切割和回收的设备。
这种设备是采用锡林对纤维进行分梳。
锡林分梳的原理是渐进式物理机械开松[2]。
采用物理回收方法可得到两种纤维，一种可纺性纤维；另一种是不可纺性纤维。
针对可纺纤维，我们可以采用三种方法进行纺纱：
摩擦纺、转杯纺与平行纺。
摩擦纺得到的纱线紧度较小，外观丰满蓬松，弹性较好，手感有点粗硬。
转杯纺的优点：
对纤维的长度以及纤度要求都不高。
这个优点恰好对废旧棉衣物的加工很适用。
平行纺适用于加工废旧短纤维。
平行纺纺得的包缠纱结构膨松，强力高，伸长率小，手感丰满，吸湿性好。
包缠纱的用途比较广。
可用于制作装饰材料和工业用织物以及各种毛毯、服装衬里等[2]。
针对不可纺纤维，可借鉴非织造方法。
首先需要对不可纺纤维进行整理，使纤维的排列朝同一个方向排列，也可以随机排列，然后，通过简单的机械或者化学方法把排列好的纤维进行加固、后整理工艺处理制得非织造纺织品。
因为生产工艺流程简单、容易操作、快捷，成本低，并且对不可纺纤维原料的适应性非常好，因此把纤维加工制成非织造产品是纺织废料回收再利用当中最常使用的一种方法[2]。
机械法处理既有优点又有缺点。
优点：
可将废旧的纯棉衣物直接进行加工处理，也就是直接当做原料使用，也不需要把整个织物分离成单根的纤维。
但机械法得到的产品档次低，也就是说如果进行工业化生产，进行贸易，得到的利润空间很小[2]。
（2）化学回收再利用
由于棉纤维富含纤维素，纤维素含量几乎在80%以上，因此化学方法对废旧纯棉衣物的回收再利用比较适用。
针对废旧纯棉衣物的回收再利用方法有以下几种：
可把废旧的纯棉衣物直接用于造纸。
首先把废旧纯棉衣物剪成碎片，经过漂白、除杂、添加其他添加剂混合制成纸浆、表面施胶、干燥、卷纸等工艺流程，从而制得无杂质，表面光滑的纸张。
全球首次将废旧纯棉衣物作为造纸的原料并成功推向市场获得专利权的是美国克兰造币用纸公司，该公司研发了把废旧纯棉衣物制成高档纸质用品的一项新技术；还有姜明蓂等人也成功的研发了把回收的废弃棉织物制成的造币用纸，并且其纸张抗张强度、厚度、耐折度和撕裂度均满足国家标准。
纤维素是制造再生纤维的主要原材料。
以废旧纯棉衣物为原料，把原料打碎溶解掉制成浆粕，然后通过碱化和黄化等工序，再溶于稀碱液中制成再生纤维素即普通粘胶。
普通粘胶的常用纺丝方法是湿法纺丝，而湿法纺丝制得的普通粘胶纤维存在不足之处，不耐酸碱，且湿强很差；而用高粘度、高酯化度的低碱粘胶，在低酸、低盐纺丝浴中纺成的高湿模量粘胶纤维就有良好的耐碱性和尺寸稳定性，其湿强也比普通粘胶高很多。
采用NMMO有机溶剂溶解和干湿法纺丝工艺制成的Lyocell纤维对环境无污染，具有良好的亲水性、吸湿性和悬垂性等。
将废旧纤维素溶解在氢氧化铜或碱性铜盐的浓氨溶液内，生成的水合纤维素经后加工得到的铜氨纤维由于纤维细软、光泽适宜常用于高档丝织或针织物[2]。
除了以上提到的化学回收方法以外，还有其他的化学方法。
上述的方法没有改变纤维的分子结构。
采用化学方法对纤维素大分子结构进行修改，可以添加一些新的化学元素进去或者改变链接方式，增加新的接枝，也可仅仅对纤维的表面进行改性处理，得到一种新的材料，即纤维素衍生物。
具有代表性的是用于食品和化妆品领域的水溶性羧甲基纤维素（CMC）。
CMC就是采用废旧纯棉衣物作为原料，通过上述所说的“溶媒-淤浆法”进行化学改性，研制出的一种新型纤维素衍生物。
这种新型的化学方法可以应用于工业大批量生产，即使复杂的环境下也能很好的使用，生产出来的产品质量优良，可作为高档产品上市。
此外，有文献报道了一种新型羧甲基纤维素纳的制备方法，此法在解决废旧资源回收利用的同时，也开辟了生产羧甲基纤维素纳的新途径[2]。
（3）其他方法
在材料领域，性能优异的碳纤维材料一直备受追捧。
纤维素可以通过碳化得到木炭。
采用水热法处理微晶纤维素的方法首次使用是在2008年的时候。
有研究结果表明，对纤维素进行水热处理，水热作为催化纤维素会进行脱氢、脱氧等化学反应，最终使纤维素碳化。
随后，M.Sevilla等人也通过水热法利用微晶纤维素制备出直径为2～10μm，热能法则应重视燃烧对环境造成的污染。
物理法难以实现废旧纺织品的多次循环利用。
化学方法作为一种新兴的方法，实现了高聚物与单体之间的循环，应用前景广阔，人们重视程度也越来越高，但目前仍然存在降解产物分离与提纯困难、回收效率较低等难题[2]。
1.2废旧纯棉衣物回收再利用的发展现状
目前我国人口总数已超13.6亿，每年的废旧衣物占垃圾总量的4%，约2600万吨。
我国废旧纺织品能够被回收利用的仅占纺织品的14%。
据统计有数据显示世界上每年废旧纺织品总量达4000万t，针对废旧纺织品的回收全球有在各国政府和企业设置相应的组织机构和资助项目。
资助项目主要是为了鼓励新的技术以及市场的开发，对那些比较落后、贫穷的地区给以经济上的资助。
各国回收率如下：
德国42%、日本12%、英国27%、美国15%[3]。
由此可以看出各国对废旧纺织品的回收利用率比较低。
目前我国纺织品的回收率仅有14%。
由于回收率低，针对这个现象，纺织工业在“十二五”发展纲要中明确的提出两项有关纺织品回收利用技术的指标[4]。
这两项技术明确提出：
2010年再利用纤维总量要达到400万吨。
2015年再利用纤维量达到800万吨[5]。
且年均增长率达到14.9%.考虑到棉花种植需要大量的占地面积、施放农药化肥、消耗大量劳动力。
近年来我国对废旧棉衣物的回收再利用研究已经取得初步进展，不断地出现新技术，新技术在一定程度上减少了废旧纯棉衣物对资源造成的浪费，但是仍然存在回收分类不明确、管理技术相当的落后、也没有明确的回收标准、加工制得的产品普遍是低档产品，这些问题都需要尽快得到解决[6]。
1.3废旧纯棉衣物回收再利用的意义
生产一件纯棉的衣物的整过过程就是一条复杂的产业链，这个过程会消耗大量的能源。
生产一件纯棉衣物最简单的生产产业链——棉花的种植，棉花生长阶段需要施肥，成熟后需要收割，收获的棉仔需要通过纺纱厂纺成纱线，在通过织造车间织成白胚布，最后送到印染厂染色或者印花。
从棉衣物生产产业链的第一个工序开始即棉花的种植，整个产业链中的每个工序都会产生污染物。
可能是对大气产生污染、可能污染水源或者是土质，最终对世界上的生物的生存以及我们人类健康产生不同程度的威胁。
棉衣物加工环节中是印染工序会排放大量废水，这些废水中含有复杂的成份，并且处理存在困难；生产好的棉衣物需要进行后整理，这个过程工人无论是直接还是间接接触到化学药品，都会影响工人们的身心健康。
废弃的纺织品在处理过程中会产生一些对环境造成污染的废气，甚至污染土地、水源。
废弃的纺织品处理也比较困难，掩埋会占用大量的土地空间，并且需要很长时间才会腐化。
最终影响人们日常生活。
整个产业链中的环节都会消耗大量资源，包括可再生和不可再生资源。
我国近年来也一直提倡节能环保的。
走可持续发展道路。
所以我们需要对废旧纯棉衣物进行回收再利用。
近年来发表的《纺织工业“十二五”发展纲要》中有一个“十二五”计划。
该计划明确的设定标准，“十二五”期间要完善重要的50项节能环保关键技术，这些项目中有2项与废旧纺织品回收利用技术相关联。
在一些发达国家和地区如美国、日本、西欧扥等，废旧纯棉衣物的回收再利用不仅批量生产应用于商贸市场参与经济活动，而且还投入到工业中使用，属于环保型产品。
因此全国各地都推广废旧纯棉衣物回收再利用技术。
BIR机构2008年在瑞典哥本哈根大学进行研究，得出结论：
每使用1kg废旧纺织物，那么就可降低3.6kg二氧化碳排放量，节约水6000L，减少使用0.3kg化肥和0.2kg农药[7]。
回收废旧棉纺织品，就是从根本上解决资源的浪费，减少二氧化碳的排放量，减少化肥以及农药的使用量。
为减少废弃纺织品对环境的污染压力，延长纺织品服装的使用寿命，节约用地，缓解资源紧张的压力，避免资源浪费，需要提高废旧纺织品的回收率。
本次论文就针对棉纺织品的回收再利用进行调研，21世界我们要提倡节能减排，走可持续的发展道路。
1.4本课题主要研究内容
针对以上分析，本课题展开废旧纯棉衣物的回收再利用研究。
原料采用常用的印花的废旧纯棉衣物作为实验材料，采用了三种方法对其进行漂白。
第一种是二氧化氯漂白，第二种是过氧化氢漂白，第三种是过氧化氢和保险粉，然后把漂白后得到的布用白度仪测试漂白之后的白度，获得三组数据，通过对比确定最后选用的方案。
选用一块经过漂白处理过的纯棉废旧衣服上的布料，将其用剪刀粉碎，得到棉布的小碎片，以待后续工序使用。
用VHX-600超景深三维显微镜观察处理后的纯棉废旧衣服上的布料在离子液体（1-丁基-3-甲基咪唑氯盐）中的溶解过程，将整个溶解的不同过程拍照保存，并且探究离子液体溶解棉布碎片在110℃时的最大溶解率，以及0.7g废旧纯棉衣物在10g离子液体中的不同温度时的溶解状态。
用美国AT-1500EX旋转流变仪分别测1%、2%、3%、4%浓度的粘度变化，根据测得的数据分析出适合用来纺丝的最佳浓度。
选用最好的浓度作为纺丝原液，自己组装一个纺丝机，采用干喷湿纺的方法进行纺丝，对得到的丝进行性能测试。
第2章废旧纯棉衣服的漂白
2.1实验材料
2.1.1二氧化氯漂白
材料、试剂：
废旧纯棉衣物、MgSO4、NaOH、ClO2、EDTA（乙二胺四乙酸）、Na2SiO3、甲酸、30%H2O2、蒸馏水。
仪器：
胶头滴管、药勺、100ml锥形瓶、pH试纸、玻璃棒、电热恒温水浴锅、100mL量筒、FA1004电子天平、DatacolorSF600X台式分光光度计、101型电热鼓风干燥箱。
2.1.2过氧化氢漂白
材料、试剂：
废旧纯棉衣物、Na2CO3、30%H2O2、蒸馏水、分散剂、Na2SiO3。
仪器：
胶头滴管、药勺、200ml锥形瓶、玻璃棒、电热恒温水浴锅、100mL量筒、FA1004电子天平、DatacolorSF600X台式分光光度计、101型电热鼓风干燥箱。
2.1.3过氧化氢和保险粉褪色
材料、试剂：
废旧纯棉衣物、Na2CO3、30%H2O2、蒸馏水、分散剂、Na2SiO3、保险粉（NaO2SSO2Na低亚硫酸钠）、NaOH。
仪器：
胶头滴管、药勺、200ml锥形瓶、玻璃棒、电热恒温水浴锅、100mL量筒、FA1004电子天平、DatacolorSF600X台式分光光度计、101型电热鼓风干燥箱。
2.2实验方法
（1）二氧化氯漂白：
第一次煮练实验参数:
MgSO40.5%、Na2SiO30.5%、3%的ClO2、EDTA（乙二胺四乙酸）0.3%、用甲酸调节pH=5、浴比1:
10、温度75℃、时间1h。
取四个100mL锥形瓶，分别编上编号1、2、3、4.往每个锥形瓶中放入已经称量好的一块布，用量筒按照表2-1中蒸馏水用量量取蒸馏水倒入对应锥形瓶中，再用电子天平称按照表格2-1中的实验材料和试剂用量称取对应的试剂，称好后分别放入对应的锥形瓶中，用玻璃棒搅拌，使试剂均匀混合，用胶头滴管滴入甲酸，用pH试纸测量pH值，调节pH值到5，把锥形瓶放入水浴锅中加热，温度调节到75℃，加热一个小时后，取出布，用温水冲洗干净。
到这步第一次煮练就结束了，放入烘箱120℃烘干。
第二次煮练实验参数：
MgSO40.2%、30%浓度的H2O2用量20%-30%、Na2SiO30.2%、浴比1：
:
10、NaOH0.2%、温度75℃、时间1h。
进行第二次煮练，取四个100mL锥形瓶，分别编上编号1、2、3、4，往每个锥形瓶中放入已经称量好的一块布，用电子天平称按照上述表格2-2中的实验材料和试剂用量称取对应的试剂，称好后分别放入对应的锥形瓶中，用玻璃棒搅拌，使试剂均匀混合，把锥形瓶放入水浴锅中加热，温度调节到75℃，加热一个小时后，取出布，用温水冲洗干净，放入烘箱中120℃烘干，将烘干的布叠成三层，用白度仪测定三次不同位置的白度值，取三次测量的平均值。
记录数据。
（2）过氧化氢漂白
实验参数：
30%H2O2（5-20g）、Na2CO32g/L、分散剂1g/L、Na2SiO38g/L、浴比1：
30、温度95℃、时间1h。
取四个锥形瓶，分别编上编号1、2、3、4，往每个锥形瓶中放入已经称量好的一块布，用量筒按照表2-3中蒸馏水用量量取蒸馏水倒入对应锥形瓶中，再用电子天平称按照上述表格2-3中的实验材料和试剂用量称取对应的试剂，称好后分别放入对应的锥形瓶中，用玻璃棒搅拌，使试剂均匀混合，把锥形瓶放入水浴锅中加热，温度调节到95℃，加热一个小时后，取出布，用温水冲洗干净，放入烘箱中120℃烘干，将烘干的布叠成三层，用白度仪测定三次不同位置的白度值，取三次测量的平均值，记录数据。
（3）保险粉漂白
第一次煮练实验参数：
30%的浓度的H2O212g/L、Na2CO32g/L、分散剂1g/L、Na2SiO38g/L、浴比1：
30、温度95℃、时间1h。
取四个锥形瓶，分别编上编号1、2、3、4，往每个锥形瓶中放入已经称量好的一块布，用量筒按照表2-4中蒸馏水用量量取蒸馏水倒入对应锥形瓶中，再用电子天平称按照上述表格2-4中的实验材料和试剂用量称取对应的试剂，称好后分别放入对应的锥形瓶中，用玻璃棒搅拌，使试剂均匀混合，把锥形瓶放入水浴锅中加热，温度调节到95℃，加热一个小时后，取出布，用温水冲洗干净，放入烘箱中120℃烘干。
第二次煮练实验参数：
保险粉（NaO2SSO2Na低亚硫酸钠）（30-60g/L）、NaOH10g/L，温度95℃、浴比1：
30、时间30min。
取四个锥形瓶，分别编上编号1、2、3、4，往每个锥形瓶中放入已经称量好的一块布，用量筒按照表2-4中蒸馏水用量量取蒸馏水倒入对应锥形瓶中，再用电子天平称按照上述表格2-5中的实验材料和试剂用量称取对应的试剂，称好后分别放入对应的锥形瓶中，用玻璃棒搅拌，使试剂均匀混合，把锥形瓶放入水浴锅中加热，温度调节到95℃，加热30分钟后，取出布，用温水冲洗干净，放入烘箱中120℃烘干，将烘干的布叠成三层，用白度仪测定三次不同位置的白度值，取三次测量的平均值，记录数据。
表2-1实验材料和试剂用量
布重（g）
MgSO4（g）
Na2SiO3（g）
ClO2（g）
EDTA（g）
蒸馏水（ML）
5.0
0.025
0.025
0.1
0.015
50
5.0
0.025
0.025
0.2
0.015
50
5.0
0.025
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