一种利用聚酯微塑料制备再生聚酯短纤维的方法和生产系统与流程

1.本发明属于废聚酯的再生技术领域，尤其涉及一种利用聚酯微塑料制备再生聚酯短纤维的方法和生产系统。


背景技术：

2.废弃塑料通过各种途径进入环境中，经物理、化学或者生物作用下，分解成塑料碎片，粒径小于5mm塑料微粒被定义为微塑料。微塑料在环境中的累积日益增加，主要分布在水体环境和土壤中，约有数亿吨的塑料进入海洋环境中，其中微塑料约占92％，据中国国家海洋局称，中国有81％的沿海地区受到严重的塑料污染；研究表明土壤中微塑料的数量是排放到海洋中的4～23倍，微塑料进入土壤环境后，除了对土壤生物的生存及多样性造成威胁外，也对土壤的物理化学性质产生影响。目前对微塑料的研究主要集中在微塑料在水体及土壤环境中的分布、降解及对生物多样性的影响，对微塑料的回收利用鲜有报道。
3.申请人是一家专业利用废旧纺织品和废聚酯包装料生产再生化纤企业，在pet瓶片、废聚酯纺织品等废聚酯回收过程，废聚酯经过粉碎机粉碎，但因为废聚酯上还有很多的残留物质，再加上长期暴露在外界，所以废聚酯上有较多杂质，因此必须先将废聚酯清洗干净，再到后面的纺丝工序。废聚酯的清洗需要经过漂浮、高温煮洗、清水漂洗等工序，在这些过程中会产生大量的废水，废水中含有微聚酯塑料则经水处理系统回收污泥，回收的污泥包括了标签纸、泥沙和大量的微聚酯塑料，公司目前除了采用焚烧处理并没有更好的处理手段可以利用这些污泥中的微聚酯塑料。如果对这些微聚酯塑料进行回收利用，则可以有效的增加企业的效益，并减小了污泥处理的环境压力。但是微聚酯塑料由于颗粒小，同时还夹杂大量的其他微颗粒物质，清理除杂成为第一技术难题。
4.为此，申请人申请的中国发明专利申请（申请号：2022107785271，申请日：20220630）公开了一种聚酯微塑料颗粒回收利用方法，该方法通过摩擦清洗机、微塑料颗粒除杂淘析设备、加热槽、清洗漂槽、微颗粒材质分选机和微颗粒色选机，对废聚酯微塑料污泥进行了清洗、除杂、煮料、漂洗以及除其他微塑料颗粒和选色过程，获得了高品质的聚酯微塑料颗粒。
5.申请人申请的中国发明专利（公开号：cn102093590a）公开了一种废塑料调质调粘系统，包括真空分离塔；所述真空分离塔上方设有原料入口和真空口；所述真空分离塔下方设有出料口；所述真空分离塔外表设有热媒盘管；所述真空分离塔内部垂直方向上间隔设置有多孔板；所述出料口还连接一个二级调质调粘装置。该系统能够高效率的生产高粘度尤其是粘度系数0.7以上的pet塑料原料。
6.将上述聚酯微塑料进行纺丝，由于回收得到的聚酯微塑料粘度低且含杂多，会出现熔体粘度波动，生产效率低的问题，通过中国发明专利（公开号：cn102093590a）公开了一种废塑料调质调粘系统虽然可以在一定程度上解决上述的问题，但是由于聚酯微塑料粒径小，比表面积大，其含水率也高，其干燥和熔融送料均较为困难，如何将聚酯微塑料进行纺丝回收利用，一直是行业里的技术难题。


技术实现要素：

7.为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种聚酯微塑料制备再生聚酯短纤维的方法，旨在解决聚酯微塑料再生纺丝的技术难题，通过对聚酯微塑料干燥、熔融、过滤、调质调粘、纺丝获得再生初生纤维，初生纤维再经牵伸、切断和松弛热定型制备得到高品质的再生聚酯短纤维。本发明制备的再生聚酯短纤维可用于填充、汽车内饰及家居内饰等领域。
8.为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：一种利用聚酯微塑料制备再生聚酯短纤维的方法，包括以下步骤：1）将回收的聚酯微塑料，通过喷粉干燥装置高速分散喷出与热气流混合，起到一级干燥；2）将经一级干燥后的聚酯微塑料送至真空红外干燥装置中，采用真空红外干燥；3）干燥后的聚酯微塑料送入浅槽双螺杆挤出机，加热熔融形成聚酯熔体；4）聚酯熔体经一级过滤，去除熔体中的杂质；5）经过滤后的聚酯熔体送入聚酯调质调粘系统，提高熔体粘度，实现聚酯熔体均质化；6）调质调粘的聚酯熔体经二级过滤进入纺丝箱体纺丝，制得初生纤维，初生纤维再经牵伸、卷曲、切断/松弛热定型和松弛热定型/切断制备得到再生聚酯短纤维。
9.作为优选，步骤1）所述回收的聚酯微塑料，来源于聚酯瓶片或聚酯纺织品清洗过程中所产生的聚酯微塑料，一个较优的选择是选用中国发明专利申请（申请号：2022107785271，申请日：20220630）公开的方法获得的聚酯微塑料。
10.作为优选，步骤1）所述喷粉装置采用压缩空气将聚酯微塑料分散喷出，消除微塑料的团聚现象，粉末喷送量为1～1.5t/h。
11.作为优选，步骤1）所述干燥塔中热气流从干燥塔顶热风口高速垂直向下，热气流为干燥热空气，露点小于-45℃，流量5000～10000m
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/h，温度为160℃～200℃。
12.作为优选，步骤2）所述远红外干燥室采用真空红外干燥的方式，具有搅拌功能，红外波长为2.8～5.2μm，真空度小于-0.086mpa，干燥时间为2～4小时，干燥后聚酯微塑料的含水量小于80ppm。
13.作为优选，步骤3）所述浅槽双螺杆挤出机采用全啮合平行双螺杆挤出机，双螺杆总直径为100～160mm，长径比为42～48，螺杆加料段螺槽深度为12～15mm，螺杆熔融段螺槽深度为4.4～5.8mm，为浅槽螺杆。
14.作为优选，步骤3）所述浅槽双螺杆挤出机，加料段温度为280℃～325℃，熔融段温度为288℃～310℃，均化段温度为280℃～292℃。
15.作为优选，步骤4）所述一级过滤采用反渗透过滤装置，过滤器通过反渗透的方式自动冲洗过滤器，提高生产效率，反渗透冲洗过滤网工作压力设置为10～14mpa；过滤网根据需要可在150～350目间进行选择。
16.作为优选，步骤5）所述调质调粘再生系统，采用宁波大发化纤有限公司一种废塑料调质调粘系统，申请专利号为cn102093590 a。
17.作为优选，步骤6）所述二级过滤也采用反渗透过滤装置，反渗透冲洗过滤网工作压力设置为18～24mpa，过滤网由根据需要可在200~600目间进行选择。
18.本发明具有如下优点：1）回收的聚酯微塑料粒径小，比表面积大，含水率高，且易出现团聚现象，干燥难度大。本发明采用喷粉干燥和红外干燥相结合的方式，克服聚酯微塑料易团聚的问题，生产效率高且两级干燥使含水量低于800ppm，满足纺丝要求。
19.2）聚酯微塑料堆积密度高，能达到800～900kg/m3，采用浅槽双螺杆，避免常规单螺杆送料不均匀，机头压力波动大、挤出量不稳定的问题，极大提高生产效率；3）聚酯微塑料含杂质多，采用二级反渗透过滤，有效去除聚酯微塑料中杂质，提高组件使用周期，提高生产效率；4）聚酯微塑料粘度低，且粘度波动大，采用调质调粘装置，实现聚酯熔体匀质化，提高熔体粘度，提升熔体品质，满足纺丝要求。
附图说明
20.图1为本发明一种利用聚酯微塑料制备再生聚酯短纤维的前纺工艺流程图。
21.具体实施方法下面结合附图，对本发明优选实施方式作进一步描述。
22.如图1所示，本发明的前纺工艺流程包括原料料仓01、喷粉干燥塔02、细粉收集室03、真空红外干燥装置04、浅槽双螺杆挤出机05、一级过滤器06、立式降膜反应釜07、卧式鼠笼反应釜08、二级过滤器09 。
23.具体工艺流程如下：将回收的聚酯微塑料投入原料料仓01，原料料仓内含有搅拌器防止聚酯微塑料结块，聚酯微塑料通过风送送入喷粉干燥塔02，通过干燥热风将分散的聚酯微塑料进行一级干燥，干燥后的聚酯微塑料落入细粉收集室03，通过送料螺杆将干燥后的聚酯微塑料送入真空红外干燥装置04进行二次干燥。将干燥完成的聚酯微塑料送入浅槽双螺杆挤出机05熔融，熔体进入一级过滤器06过滤后，进入调质调粘系统（立式降膜反应釜07和卧式鼠笼反应釜08），经匀质增粘后的熔体进入二级过滤器09再次过滤，过滤完成开始纺丝制得初生纤维。初生纤维经牵伸、卷曲、切断、松弛热定型后制备得到再生聚酯短纤维。
24.实施例1原料：聚酯微塑料来源于聚酯瓶片水洗液中回收1）将回收的聚酯微塑料投入原料料仓，在原料料仓经搅拌器搅拌后通过风送送至喷粉干燥塔，喷粉量为1.5t/h，同时喷粉干燥塔由上至下通入热风，热风流量为8000m
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/h，露点为-60℃，温度为200℃。经一级干燥后，将干燥后的聚酯微塑料送入真空红外干燥装置，红外波长为3.4μm，干燥装置真空度为-0.086mpa，干燥时间为2h。干燥后聚酯微塑料的含水量为60～80ppm。
25.2）干燥后的聚酯微塑料送入浅槽双螺杆挤出机，直径为140mm，长径比为42，螺杆加料段螺槽深度为12 mm，螺杆熔融段螺槽深度为4.4mm。加料段温度为280℃～325℃，熔融段温度为288℃～310℃，均化段温度为280℃～292℃；3）熔体熔融后进入一级过滤器，过滤器反渗透冲洗压力设置为14mpa，过滤网规格为250目。
26.4）经一级过滤后的熔体进入调质调粘再生系统，进行匀质增粘，熔体粘度为0.65
～0.70dl/g。
27.5）调质调粘后熔体进入二级过滤器，过滤器反渗透冲洗压力设置为24mpa，过滤网规格为3506）经二级过滤后，熔体进入箱体纺丝，生产7.78dtex产品，纺丝速度为1260m/min，牵伸条件为预牵伸倍数为1.03倍，一道牵伸和二道牵伸之间倍数为2.95倍，二道牵伸和三道牵伸倍数为1.02倍，再经切断、松弛热定型得7.78*64mm 三维中空再生聚酯短纤维，纤维物性如表1所示。
28.实施例 2原料：聚酯微塑料来源于聚酯纺织品水洗液中回收配方：红色聚酯微塑料15%，棕色聚酯微塑料60%，黑色聚酯微塑料25%。
29.1）将回收的聚酯微塑料混合均匀投入原料料仓，在原料料仓经搅拌器搅拌后通过风送送至喷粉干燥塔，喷粉量为1t/h，同时喷粉干燥塔由上至下通入热风，热风流量为10000m
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/h，露点为-60℃，温度为200℃。经一级干燥后，将干燥后的聚酯微塑料送入真空红外干燥装置，红外波长为4.4μm，干燥装置真空度为-0.092mpa，干燥时间为3h。干燥后聚酯微塑料的含水量为40～60ppm。
30.2）干燥后的聚酯微塑料送入浅槽双螺杆挤出机，直径为140mm，长径比为42，螺杆加料段螺槽深度为12 mm，螺杆熔融段螺槽深度为4.4mm。加料段温度为295℃～315℃，融入段温度为298℃～305℃，均化段温度为280℃～292℃；3）熔体熔融后进入一级过滤器，过滤器反渗透冲洗压力设置为10mpa，过滤网规格为150目。
31.4）经一级过滤后的熔体进入调质调粘再生系统，进行匀质增粘，熔体粘度为0.60～0.65dl/g。
32.5）调质调粘后熔体进入二级过滤器，过滤器反渗透冲洗压力设置为18mpa，过滤网规格为300目。
33.6）经二级过滤后，熔体进入箱体纺丝，生产16.7dtex产品，纺丝速度为1300m/min，牵伸条件为预牵伸倍数为1.02倍，一道牵伸和二道牵伸之间倍数为3.85倍，二道牵伸和三道牵伸倍数为1.15倍，再经松弛热定型、切断得16.7dtex
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51mm 二维中空再生棕色聚酯短纤维，纤维物性如表1所示。
34.对比例1原料：聚酯微塑料来源于聚酯瓶片水洗液中回收1）将回收的聚酯微塑料干燥后的聚酯微塑料送入浅槽双螺杆挤出机，直径为140mm，长径比为42，螺杆加料段螺槽深度为12 mm，螺杆熔融段螺槽深度为4.4mm。加料段温度为280℃～325℃，熔融段温度为288℃～310℃，均化段温度为280℃～292℃；2）熔体熔融后进入一级过滤器，过滤器反渗透冲洗压力设置为14mpa，过滤网规格为250目。
35.3）经一级过滤后的熔体进入调质调粘再生系统，进行匀质增粘，熔体粘度为0.65～0.70dl/g。
36.4）调质调粘后熔体进入二级过滤器，过滤器反渗透冲洗压力设置为24mpa，过滤网规格为350
5）经二级过滤后，熔体进入箱体纺丝，生产7.78dtex产品，纺丝速度为1260m/min，牵伸条件为预牵伸倍数为1.03倍，一道牵伸和二道牵伸之间倍数为2.95倍，二道牵伸和三道牵伸倍数为1.02倍，再经切断、松弛热定型得7.78*64mm 三维中空再生聚酯短纤维，纤维物性如表1所示。
37.对比例2原料：聚酯瓶片1）将聚酯瓶片投入到转鼓干燥装置，用导热油干燥，干燥温度为200～220℃，干燥时间为6～8h。干燥后聚酯瓶片的含水量为60～80ppm；2）干燥后的聚酯瓶片送入螺杆挤出机，螺杆直径为170mm，长径比为30，螺杆加料段螺槽深度为30 mm，螺杆熔融段螺槽深度为9.8mm。加料段温度为295℃～315℃，融入段温度为298℃～305℃，均化段温度为280℃～292℃；3）熔体干燥后进入过滤器过滤，过滤器规格为300目；4）经过滤后，熔体进入箱体纺丝，生产7.78dtex产品，纺丝速度为1260m/min，牵伸条件为预牵伸倍数为1.03倍，一道牵伸和二道牵伸之间倍数为2.95倍，二道牵伸和三道牵伸倍数为1.02倍，再经切断、松弛热定型得7.78*64mm 三维中空再生聚酯短纤维，纤维物性如表1所示。
38.对比例3原料：聚酯泡泡料配方：红色聚酯泡料15%，棕色聚酯泡料60%，黑色聚酯泡料25%。
39.1）将聚酯泡料按配方要求混合投入到转鼓干燥装置，用导热油干燥，干燥温度为190～220℃，干燥时间为6～8h。干燥后聚酯瓶片的含水量为40～60ppm；2）干燥后的聚酯瓶片送入螺杆挤出机，螺杆直径为170mm，长径比为30，螺杆加料段螺槽深度为30 mm，螺杆熔融段螺槽深度为9.8mm。加料段温度为300℃～325℃，融入段温度为295℃～305℃，均化段温度为280℃～290℃；3）熔体干燥后进入过滤器过滤，过滤器规格为300目；4）经过滤后的熔体进入调质调粘再生系统，进行匀质增粘，熔体粘度为0.60～0.65dl/g。
40.5）调质调粘后熔体进入箱体纺丝，生产16.7dtex产品，纺丝速度为1300m/min，牵伸条件为预牵伸倍数为1.02倍，一道牵伸和二道牵伸之间倍数为3.85倍，二道牵伸和三道牵伸倍数为1.15倍，再经松弛热定型、切断得16.7dtex
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51mm 二维中空再生棕色聚酯短纤维，纤维物性如表1所示。
41.表1 再生聚酯短纤维物性
从以上的实例和对比例可以看出，本技术所采用的方法获得的聚酯短纤维的产品物性对比采用普通干燥方法获得聚酯短纤维的物性显著获得提高；和聚酯瓶片、聚酯泡泡料制得的聚酯短纤维的物性差异不大。
42.以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。