废旧芳纶织物高价值回收再利用研究进展

摘要

随着社会的快速发展和人民生活水平的显著提高，纺织品的更新换代愈加频繁、生命周期越来越短，这将产生大量的废旧纺织品。经调查发现，我国废旧纺织品存量每年有近亿吨，但废旧纺织品的再利用率却不到1%，而且绝大部分废旧纺织品是不可降解的化纤产品。目前，大量废旧纺织品主要通过焚烧或掩埋处理，焚烧处理将产生大量有毒气体污染大气环境，掩埋处理则造成土壤污染进而导致水污染。因而，废旧纺织品循环利用是有效补充我国纺织工业原材料供应、缓解资源环境约束的重要措施，也是建立健全绿色低碳循环发展经济体系的重要内容的。

为进一步加快推进废旧纺织品的循环利用，2022年3月，国家发展改革委、商务部、工业和信息化部联合印发《关于加快推进废旧纺织品循环利用的实施意见》，政策指出，要促进再生利用产业发展，重点推动废旧纺织品再生利用产品高值化发展，支持废旧纺织品利用企业研发生产高附加值产。

芳纶是由芳香族聚酰胺树脂通过纺丝制备的一种高性能合成纤维，其作为国防军工重要的战略原材料，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸碱生命周期长等优良性能，因而被广泛应用在金属化、体育运动、安全防护、航空航天、汽车等领域。然而，原料分配、生产加工以及成品变旧带来了大量的废旧芳纶和织物，并且采用了垃圾填埋、粉碎和原纤化等错误的处置方法，造成宝贵资源的浪费以及严重的环境污染。根据芳纶行业的发展情况并结合往年数据，预计到2025年芳纶类纺织品中芳纶的含量将达到1.9万t，芳纶按照13.0万~33.0万元/t计，年市场价值达24.7亿~62.7亿元。因而，芳纶废旧纺织品的回收利用，可极大地提高资源利用率，并产生显著的经济效益。

综上，实现废旧芳纶织物绿色低碳循环、高价值回收再利用对完善废旧纺织品再生行业产业链有很大的积极作用。本文将结合回收技术发展，综述废旧芳纶织物的回收现状(包括其回收再利用渠道和途径)，同时对目前废旧芳纶织物的回收技术进行详细分析，并结合政策对废旧芳纶织物的高价值回收利用进行阐述，最后对未来废旧芳纶织物回收的技术挑战与发展方向进行预测。

1废旧芳纶织物的回收渠道

目前，废旧芳纶织物的回收渠道主要包括以下几种:第一种是国内与国际回收网络，包括线上的慧聪网等公司，还有一些国际公司专门阿里巴巴、青回收高性能材料;第二种则是生产厂家回收，其中有芳纶的生产商，部分生产商提供回收服务，重新利用废旧芳纶织物，还有下游制造商，使用芳纶的制造商可能回收废旧材料用于再生产;第三种则是废品回收站和二手市场，包括大型回收站和特种材料回收点;第四种是政府非营利组织和高校、科研机构，部分地区有回收高性能材料的政府项目，还有一些非营利组织推动废旧材料回收，提供回收渠道，同时，部分机构研究芳纶回收技术，会接受废旧材料用于试验。

上述渠道可有效回收废旧芳纶织物，减少资源浪费。在对废旧芳纶织物回收利用时，首先要注重分类与清洁，确保废旧芳纶织物分类清晰，无严重污染;其次要合法合规，选择有资质的回收公司，确保合法处理;最后要明确价格与合同，了解市场行情，签订明确合同。

2废旧芳纶织物回收技术

纱线生产和织造加工过程中，会不可避免地产生大量的芳纶废料。这些废料中的芳纶与原始纤维同属于原生纤维。研究表明，芳纶材料经多次使用后，仍能保持与原始芳纶相同的结构，力学性能仅受到轻微损伤。回收的芳纶能够保持与原始芳纶相同或近似的优异性能，因此对其进行回收再利用的价值很高。目前对于废旧芳纶织物的回收方法主要有直接回收再利用、物理回收、化学回收、能量回收和填埋焚烧5种。

2.1物理回收

物理回收是指通过机械方法将废旧芳纶织物重新加工成新的材料或产品，适合结构完整的废旧织物。对于纤维分离与再加工方面，是将废旧芳纶织物切割、粉碎，分离出芳纶。将分离的纤维重新纺纱或与其他纤维混纺，制成新的织物或复合材料，例如帝人芳纶公司利用了部分芳纶废料、织物废料、防弹背心以及切割防护手套等废旧芳纶，并采用机械法将这些废旧芳纶转化为浆粕(即溶液形式)以替代石棉，制作刹车衬片和垫圈等啊。此外，还有一些废旧芳纶织物被加工成非织造材料，用于隔热材料、吸音材料或过滤材料。例如，芳纶难以熔融和再加工，LIAO等报道了一种回收芳纶废料(AFM)制备耐摩擦聚甲醛POM)/AFW复合材料的简便方法，采用固态剪切研技术制备了超细AFW粉末，由于研磨过程中的强压缩和剪切作用，酰胺键断裂，随着铣削循环次数的增加，AFW表面的粗糙度和活性基团增加，这有助于提高AFW和POM矩阵之间的兼容性。该研究技术是一种高效、工业化的AFW回收策略，在工程应用领域具有巨大潜力。

可见，现阶段芳纶产品的物理机械回收主要是采用机械设备对废旧芳纶复合材料进行物理剥脱。鉴于机械剥脱过程剧烈，会对回收再利用材料的力学性能产生不可逆转的损伤，因此，采用物理机械开松、梳理织物实现芳纶回收有待进一步深入研究。

2.2化学回收

化学回收是通过化学方法将芳纶分解成单体或低分子质量的化合物，再重新聚合或用于其他用途。纺织废料的化学回收可以克服机械回收面临的一些问题，提供了一种很有前途的替代方案。化学回收是通过改变聚合物废料的化学结构，将其转化为可用于制备新聚合物原料的单体实现的。具体而言，化学回收是将纤维降解为单体或构件，然后将它们重新聚合成质量相当或更优质的新纤维。

化学回收可达到的第一个目的是:解聚回收单体，即使用酸、碱或溶剂将芳纶分解成原始单体(如对苯二甲酸、对苯二胺等)，将回收的单体重新用于生产新的芳纶。例如，BIN等提出了一种自上而下的化学回收芳纶方法，以碱为溶剂，从芳纶废料中回收高附加值的芳纶。该项研究通过废旧回收获得了具有较好拉伸强度(149.2MPa)、韧性(10.43MJ/m3)、热稳定性(Td为542℃)和高的比表面积(65.2m/g)的芳纶。同时，测试表明，所制备的芳纶保留了母体纤维的化学结构和结晶度，表明再生的芳纶能够很好地保留对位芳纶的力学性能。此类方法可实现资源的闭环利用，然而，制备周期长和较低产率大大限制了大规模工业化应用。除此之外，化学回收还可以制备高附加值化学品，即将芳纶分解产物用于制备其他高性能材料或化学品，如涂料、黏合剂等。在此，CHEN等基于固体氢氧化钾(KOH)的原位尺寸控制和一种用于Kevlar纤维及其各种产品的质子供体辅助去质子化系统，开发制备具有明确定义和均匀结构的芳纶。

通过这种新型去质子化系统，不仅将制备时间大大缩短至26min(最先进技术时间的十分之一)，而且生产高浓度(质量分数为4.0%)和大容量(1500mL)也可以在几个小时内实现。值得注意的是，各种Kevlar产品和芳纶气凝胶都可以快速高效地解离为芳纶，这无疑证明了芳纶产品回收和芳纶基材料闭环回收的概念。因此，这项工作不仅可以更好地理解芳纶的去质子化和恢复机制，而且为废弃芳纶产品和芳纶基材料提供了一种高度可行、高效和具有成本效益的回收策略。

总而言之，化学回收废旧芳纶纺织品的思路有两种:一种是将废旧芳纶纺织品溶解于溶剂体系不破坏芳纶本身的化学结构，方法耗时长且分散液浓度过低;另一种是将废旧芳纶纺织品从聚合物的形式分解为单体，破坏其本身的化学结构，反应条件苛刻，难以产业化。

2.3其他回收

除了物理和化学回收外，还有直接回收再利用、能量回收和填埋焚烧法。直接回收法再利用仅仅是对废旧纺织品进行简单的加工处理，而后用于民用领域，这种方式使得芳纶产品降级使用。所谓能量回收是指对于无法物理或化学回收的废旧芳纶织物，可以通过无氧环境下高温分解，生成碳纤维或燃料。例如利用芳纶具有高热值的优点，采用焚烧发电的方式，通过焚烧产生热能用于发电或供热。但该方法的设备成本高，技术复杂。而填埋焚烧法不仅浪费资源，还可能对环境造成污染。因而目前对于物理和化学回收的技术方法研究更受人关注。

3废旧芳纶织物的高价值再利用

废旧纺织品的高价值再利用是资源循环利用的重要领域，具有显著的经济和环境效益。以下是废旧芳纶织物高价值再利用的主要途径和方法。

3.1复合材料的增强材料应用

芳纶纺织品具有高强、高模量、耐高温等特性，因此可以将芳纶或织物作为增强材料与树脂结合制备高性能复合材料，该类高性能复合材料可应用在汽车零部件、建筑材料、体育器材等领域。CHUANG等利用非织造工艺，一步法回收高模量芳纶机织物的边沿，将长条状的废旧芳纶织物分散成短纤维，并与低熔点聚酯纤维混合，形成非织造工艺的芳纶基体，再通过组合不同纤维，以形成芳纶复合矩阵和混合纤维增强复合板。MA等提出了一种自上而下的策略来实现废弃资源的高效回收，进一步实现高附加值纳米纤维的规模化生产。研究了芳纶纳米纤维(ANF)/纤维素纳米纤维(CNF)作为纳米级结构单元及其对碳纤维/酚醛复合材料力学性能的增强作用。ANFCNF增强复合材料在拉伸、弯曲、剪切和纳米压痕试验中的相关强度和模量均有所提高。

废旧芳纶织物在复合材料的增强材料中应用广泛，该类研究有效实现了高价值回收利用，生产出高性能、低生产成本芳纶复合材料。同时，废旧芳纶织物在该领域应用的回收方法简单易行，更加促进了废旧芳纶织物的规模化生产。

3.2建筑工程应用

随着人民对生活质量要求的变高，对建筑物的保温性、绝热性和节能环保的要求也在不断提高。芳纶因强度高、稳定性好、耐高温、耐腐蚀、密度小等优异特性，被广泛应用于建筑工程领域，其能够显著增强建筑材料的强力和韧性。

SADROLODABAEE等通过利用干湿和冻融循环的强制老化提升复合材料的性能，将从防护服中回收的切碎纤维(主要由间位芳纶组成)浸入二元基体中，随后，进行了直接拉伸试验和弯曲拉伸试验，对采用波特兰水泥(PC)基体生产的6层织物进行测试，固化28d后，最大拉伸强度平均值为3.7MPa，相关韧性指数优于25kJm，平均断裂模量为11.6MPa，断裂能指数为4.3kJ/m。干湿加速老化后，由于纤维脆化，所开发的复合材料的开裂性能下降(平均韧性下降40%，强度下降11%)。根据结果，用硅粉(30%至50%)替代部分PC被视为一种可持续的替代方案，可将老化纤维的性能提高10%以上。

在此领域内，纺织残留物的回收和潜在再利用可以改善用于具有中等结构的建筑构件(即建筑物的面板和覆层元件)性能。同时，利用废旧再生芳纶作为水泥基体的增强材料是促进废物回收和在建筑行业采用循环经济方法的有效手段。

3.3环保与能源领域

使用废旧芳纶材料用于环境保护领域和能源储存领域更是一项绿色低碳环保的有效手段，在环境、健康、社会和经济方面具有多重优势。

WU等以极低的成本回收废弃的杂环芳纶([AF)用于制备杂环芳纶纳米纤维气凝胶膜(HANFAM)。该策略从废弃HAF的化学剥离开始，通过刀片涂层转化为HANFAM，然后采用冷冻干燥技术冻干。该研究所获得的HANFAM表现出514℃的高初始热分解温度和28.87~40.73mW/(m·K)的低热导率，并且可以用作确保集成电子设备中高速电路传输的重要衬底。

太阳能是海水淡化丰富的可再生能源，然而效率低、复杂性和耐用性差等实际挑战阻碍了这项技术的广泛应用。SINGH等展示了将废弃芳纶和碳纤维升级回收为海水蒸发器的气凝胶，该项研究在气凝胶中掺入了MXene，制成的MXene/芳纶/碳纤维气凝胶具有三维结构。该研究显著提高了光热效率和亲水性，在阳光下，太阳能到蒸汽的转换效率可达到103.6%，蒸发速率为1.63kg/(m.m·h)，为开发稳定的太阳能界面蒸发器奠定了基础，并对废弃的高性能纤维进行了有效的高价值回收利用。

在产品加工过程中会产生相当数量的芳纶非织造布(即边角料、次品等)，造成资源浪费和环境污染。CHANG等基于芳纶非织造布在耐高温过滤器中的高附加值应用，提出了一种制备多尺度聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)纳米纤维膜的新策略。首先，采用静电纺丝技术制备了超细PMIA纳米纤维(uPMIAs)和普通PMIA纳米纤维(cPMIAs)，并通过调整自旋单元数制备了不同比例的cPMIAs和uP.MIAs，获得多尺度复合纳米纤维膜(标记为mPMIAs)。最优比例下的纳米纤维膜具有优异的力学性能(断裂强度为61.778MPa)和热稳定性(高达340℃)，且保持良好的过滤效率。因此，mPMIAs材料在高温空气过滤和工业过滤领域具有潜在的应用前景。

废旧芳纶织物循环利用本身就是保护环境、助力实现“双碳”目标的有效举措，再结合具体实际应用，将其应用在能源存储、海水淡化和空气过滤等方面，更是对环境的有效保护，符合可持续发展理念，未来市场前景广阔。

3.4安全防护领域

在安全防护领域，单独使用芳纶编织或含有芳纶的防弹背心和头盔具有密度低、韧性好、防弹效力好的优点，可被广泛应用于防弹装甲车、头盔、运钞车等产品。同时，芳纶的阻燃、耐高温、稳定等优异性能，还使其大量应用于阻燃服装方面。

SHU等为解决废旧间位芳纶除尘滤袋造成的环境污染和资源浪费问题，提出了一套完整、高效的间位芳纶滤袋回收再利用工艺，通过化学溶解的方法(氯化锂作为增溶剂和二甲基乙酰胺作为溶剂来回收使用过的过滤材料。该方法成功地实现了质量分数为25%的废旧芳纶材料的100%溶解回收，整个回收过程对环境友好。而后通过相转化法将回收的芳纶溶液用于制备芳纶薄膜，所获得的薄膜具有良好的热稳定性、力学性能、阻燃性和绝缘性能，可应用于安全防护等领域。

CUI等提出了一种协同策略，采用简单的高速均质和冷冻干燥方法，以水性聚氨酯(WPU)为增强剂，用于制备ANF/WPU复合再生气凝胶。再生的ANF气凝胶表现出与商业绝缘材料相当的隔热性能。此外，硅烷改性复合气凝胶表现出优异的疏水和疏油性能，对油和水的静态接触角超过120°。通过废芳纶的再生，该项研究成功开发了具有疏水、疏油和隔热性能的气凝胶材料，从而为芳纶气凝胶的应用开辟了新的可能性。

废旧芳纶织物在回收过程中不仅可以缓解废料对环境的威胁，而且实现了废料的高质量再利用结合其优异的阻燃、稳定、防弹效力好等优点，其回收再生纤维、织物在安全防护领域具有很大的应用前景。

3.5创新应用领域

除此之外，废旧芳纶织物在创新领域也有很多发展，以下是几种主要应用方向:在纺织品方面废旧芳纶织物可回收再利用在智能服装、电磁屏蔽织物等方面，如可将加热元件、芳纶织物与导电材料结合，从而用于制造智能加热服装，或通过相变材料处理，芳纶织物可用于调节体温的智能服装。同时，芳纶织物与导电材料结合，可用于制造电磁屏蔽材料，保护电子设备。在传感器方面，一方面废旧芳纶织物可辅助制备传感器，芳纶织物具备优异的柔韧性和耐用性，适合作为柔性传感器的基底材料，用于监测温度、压力、应变等;通过功能化处理，芳纶织物可作为生理信号生物传感器监测心率、呼吸等，同时，功能化处理后的芳纶织物还可用于气体或湿度传感器。在能量收集与存储方面，芳纶织物可用于制造摩擦纳米发电机，将机械能转化为电能;经过导电处理，芳纶织物可作为电极材料，用于柔性超级电容器。此外，芳纶织物可涂覆自修复材料，延长使用寿命，或将废旧芳纶与自修复纤维复合使得芳纶织物具备自修复能力。其次:功能化处理后的芳纶织物可用于智能过滤系统，实时监测过滤效果。

废旧芳纶织物在创新领域中的应用潜力巨大，通过技术创新，可以开发出多种高性能、多功能的智能纺织品，推动纺织行业的科技创新发展。

4结语

废旧芳纶织物的回收将产生良好的环保与经济效益，一方面，可以减少资源浪费，降低对原生芳纶的依赖;另一方面，能有效减少环境污染，避免直接填埋或焚烧对空气、水质及土壤造成的危害:此外，实现经济效益的提高，高价值回收废旧芳纶织物，可降低生产成本，创造新的商业机会。针对废旧芳纶织物的技术挑战与发展方向主要分为三个方面。

(1)分离技术:废旧芳纶织物中常混有其他材料，并且芳纶的化学稳定性较高，回收技术十分复杂，因而需开发回收高效的分离技术。

(2)解聚工艺:在化学回收方面，芳纶回收存在解聚效率低、成本高的问题，导致经济性不足，急需创新出成本优化、工艺简单的回收技术。

(3)规模化应用:应极力推动回收技术的产业化，降低成本并提高市场接受度。建议政府出台激励政策，推动回收产业发展;同时，加强上下游合作，形成完整的回收体系。

通过以上方法，废旧芳纶织物可以实现高价值回收再利用，既保护环境，又创造经济效益。未来随着技术进步和政策支持，这一领域将迎来更广阔的发展空间。