R-PET原料的品质分析及其改性研究

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为减轻环境污染,减少全球的碳排放,废弃物的循环再利用变得日益重要。废弃聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料因难以降解广泛堆积于自然界中,造成土地资源和能源的浪费。PET的循环再利用(R-PET)已在废弃PET瓶中大量开展。但目前非瓶R-PET未能得到有效利用,且当前R-PET的再生处理工艺仍存在改进空间。为解决当前非瓶R-PET原料分类较混乱,可再利用性的评价方法较少的问题,对瓶类R-PET与非瓶R-PET原料分别进行对比分析。差示扫描量热仪分析结果表明:R-PET在结晶性能上与原生PET存在差异,瓶类R-PET结晶温度为143.3℃~191.1℃,低于其原生PET的160.3℃~203.0℃;非瓶类R-PET结晶温度为193.6℃~219.6℃,高于其原生PET的148.5℃~199.7℃,且其结晶温度区间范围为11.8℃至17.3℃,普遍低于原生PET的51.2℃。借助热性能分析可判断出对非瓶R-PET再利用更有利的方式是摩擦造粒,并研究了热历史的影响。以R-PET瓶片和原生PET的流变性能作为对比,通过比较不同非瓶R-PET流变性能与对比样之间的差距,评估其可纺性及改性潜力。对灰色泡料、白布摩擦料、废丝泡料3种非瓶R-PET原料进行扩链改性研究,优选抗氧剂复合比例与扩链剂,评价改性R-PET切片的可纺性。特性粘数和旋转流变的性能测试表明:灰色泡料和废丝泡料的改性效果有限,应寻求其他再利用方式;白布摩擦料改性后的特性粘数均在0.600 d L·g-1以上,复数粘度明显增加,其零剪切粘度高达498.6~527.3 Pa·s,熔体强度与原生PET接近,可纺性更好,并通过纺丝实验得到证明,最优比例下其牵伸倍数在2.4~4.6倍。对R-PET瓶和改性R-PET织物生产R-PET短纤维进行LCA分析,结合成本分析,可知以改性R-PET织物生产R-PET短纤维的环境影响与生产成本均低于以R-PET瓶为原料,更环保节能。对比R-PET瓶不同处理情景与工艺优化前后的环境影响可知,源头丢弃时便对材质进行分类可以减少10.05%的碳排放,焚烧的碳排放和能耗是回收的3.22倍和1.69倍;通过优化水瓶的工艺流程,即减少不必要的清洗干燥过程,可以减少8.53%的能耗和5.41%的碳排放,通过能源结构优化,以绿色电力替代混合电力,或以天然气替代煤炭,可以减少2.34%~15.27%的碳排放。因此,增加清洁能源的占比,规范垃圾分类,以及优化工艺流程均利于环境影响的降低。此外,R-PET黑色再生涤纶短纤维生产过程的LCA分析表明:添加一定比例的泡料可以降低其主要环境影响类别在生产过程中的环境影响,如能耗(EC)、淡水生态毒性潜值(FAETP)、全球变暖潜值(GWP)等;与R-PET白色再生涤纶短纤维的生产相比,其环境影响稍有增加但增幅较小,表明原液着色是一种环保的染色工艺。
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