BR112022008537B1 - METHOD FOR RECOVERING RAW MATERIALS FROM COMBINED TEXTILE WASTE, AND USE OF THE RECOVERED CELLULOSE RAW MATERIALS - Google Patents
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Abstract
MÉTODO PARA A RECUPERAÇÃO DE MATERIAIS DE PARTIDA DE RESÍDUOS TÊXTEIS COMBINADOS. A presente invenção refere-se a um método para a recuperação de matérias- primas a partir de resíduos têxteis combinados, que inclui as seguintes etapas na dada ordem: a) prover resíduo têxtil combinado que inclui pelo menos um componente de celulose e pelo menos um componente de poliéster, b) tratar o resíduo têxtil combinado em uma solução de tratamento aquosa a fim de despolimerizar o componente de poliéster e dissolvê-lo na solução de tratamento, c) separar o componente de celulose da solução de tratamento e recuperar a matéria-prima de celulose, d) filtrar a solução de tratamento a fim de remove substâncias estranhas, particularmente corantes e íons de metal, a partir da solução de tratamento, e e) precipitar o ácido tereftálico a partir da solução de tratamento, separar o ácido tereftálico precipitado, e recuperar uma matéria-prima de poliéster incluindo ácido tereftálico. A fim de, dentro do escopo do método mencionado, permitir a recuperação de matérias-primas com um nível aumentado de pureza, é proposto que a filtração da solução de tratamento na etapa d) pelo menos compreenderia uma filtração por um meio de filtragem adsorvente.METHOD FOR RECOVERING STARTING MATERIALS FROM COMBINED TEXTILE WASTE. The present invention relates to a method for recovering raw materials from combined textile waste, which includes the following steps in the given order: a) providing combined textile waste that includes at least one cellulose component and at least one polyester component, b) treating the combined textile waste in an aqueous treatment solution in order to depolymerize the polyester component and dissolve it in the treatment solution, c) separating the cellulose component from the treatment solution and recovering the cellulose raw material, d) filtering the treatment solution in order to remove foreign substances, particularly dyes and metal ions, from the treatment solution, and e) precipitating terephthalic acid from the treatment solution, separating the precipitated terephthalic acid, and recovering a polyester raw material including terephthalic acid. In order to, within the scope of the mentioned method, allow the recovery of raw materials with an increased level of purity, it is proposed that the filtration of the treatment solution in step d) would at least comprise a filtration by an adsorbent filter medium.
Description
[0001] A presente invenção se refere a um método para a recuperação de matérias-primas de resíduos têxteis combinados.[0001] The present invention relates to a method for the recovery of raw materials from combined textile waste.
[0002] Em anos recentes, a recuperação ou a reciclagem de matérias-primas de resíduos têxteis ganhou de modo crescente em importância para a indústria têxtil, não menos importante para reduzir o impacto ambiental destes resíduos têxteis.[0002] In recent years, the recovery or recycling of raw materials from textile waste has become increasingly important for the textile industry, not least for reducing the environmental impact of these textile wastes.
[0003] Reciclagem puramente mecânica de resíduos têxteis era comumente conhecida há algum tempo, em que resíduo têxtil é triturado e, a partir dele, produtos finais diretamente reciclados tais como pano de limpeza, materiais de enchimento ou materiais de isolamento são produzidos. A fiação dos fios oriundos de tais fibras têxteis recicladas usualmente resulta em fios de baixa qualidade que, apenas em uma extensão limitada, são adequadas para a produção de novos têxteis.[0003] Purely mechanical recycling of textile waste was commonly known some time ago, in which textile waste is shredded and from it directly recycled end products such as cleaning cloth, filling materials or insulation materials are produced. Spinning of yarns from such recycled textile fibres usually results in low quality yarns which are only to a limited extent suitable for the production of new textiles.
[0004] Métodos de reciclagem química se prestam a superar os problemas mencionados acima. Por exemplo, fibras celulósicas podem, após o pré-tratamento químico, serem fiadas para dar novamente fibras celulósicas regeneradas. No entanto, tais processos para a produção de corpos moldados celulósicos regenerados são muito sensíveis às impurezas na matéria-prima celulósica, é por isso que a matéria-prima de celulose reciclada deste modo é em geral inadequada para a fiação dela para dar fibras.[0004] Chemical recycling methods lend themselves to overcoming the above-mentioned problems. For example, cellulosic fibers can, after chemical pretreatment, be spun to yield regenerated cellulosic fibers again. However, such processes for the production of regenerated cellulosic molded bodies are very sensitive to impurities in the cellulosic raw material, which is why the cellulose raw material recycled in this way is generally unsuitable for spinning it to yield fibers.
[0005] WO 2015/077807 A1 mostra um processo para o pré- tratamento de fibras de algodão recuperadas a partir de resíduos têxteis em que, incialmente, metais são removidos das ditas fibras de algodão recuperadas que são então submetidas ao alvejamento oxidativo. As fibras de algodão recuperadas deste modo podem então ser usadas para a produção de corpos moldados a partir da celulose regenerada.[0005] WO 2015/077807 A1 shows a process for the pre-treatment of cotton fibres recovered from textile waste in which, initially, metals are removed from said recovered cotton fibres which are then subjected to oxidative bleaching. The cotton fibres thus recovered can then be used for the production of shaped bodies from regenerated cellulose.
[0006] WO 2018/115428 A1 revela um método para o tratamento de matéria-prima à base de algodão sob condições alcalinas em combinação com agentes oxidação gasosos.[0006] WO 2018/115428 A1 discloses a method for the treatment of cotton-based raw material under alkaline conditions in combination with gaseous oxidizing agents.
[0007] WO 2018/073177 A1, por sua vez, descreve um método para reciclagem de matéria-prima de celulose de resíduo têxtil celulósico. Neste caso, o resíduo têxtil é tratado sob condições alcalinas na presença de um agente de redução a fim de inchar as fibras celulósicas no resíduo têxtil e para, desta forma, facilitar a remoção de substâncias estranhas. Após o tratamento alcalino, a matéria-prima de celulose é alvejada com oxigênio e/ou ozônio.[0007] WO 2018/073177 A1 in turn describes a method for recycling cellulose feedstock from cellulosic textile waste. In this case, the textile waste is treated under alkaline conditions in the presence of a reducing agent in order to swell the cellulosic fibers in the textile waste and thus facilitate the removal of foreign substances. After the alkaline treatment, the cellulose feedstock is bleached with oxygen and/or ozone.
[0008] Tais métodos em geral usam resíduo têxtil celulósico puro como um material de partida. No entanto, na prática, os resíduos têxteis oriundos de roupas e tecidos são resíduos têxteis combinados, isto é, combinações de fibras celulósicas e sintéticas. Aqui, a fração predominante é de resíduos têxteis combinados que incluem fibras de poliéster e fibras celulósicas. Do mesmo modo, resíduos têxteis oriundos de têxteis de algodão são, na maioria dos casos, contaminados com poliéter de linhas de costura, rótulos ou semelhantes. Ainda, métodos do tipo mencionado acima são usualmente incapazes de processor resíduos têxteis combinados porque contaminações significativas com fibras de polímero sintéticas não podem ser removidas.[0008] Such methods generally use pure cellulosic textile waste as a starting material. However, in practice, the textile wastes from clothing and fabrics are combined textile wastes, i.e. combinations of cellulosic and synthetic fibres. Here, the predominant fraction is combined textile wastes which include polyester fibres and cellulosic fibres. Likewise, textile wastes from cotton textiles are in most cases contaminated with polyether from sewing threads, labels or the like. Furthermore, methods of the above type are usually unable to process combined textile wastes because significant contamination with synthetic polymer fibres cannot be removed.
[0009] WO 2014/045062 A1 por sua vez descreve um método para a extração de poliéster de têxteis com o auxílio de solventes de extração. Isso faz com que à recuperação do componente de poliéster possível; no entanto, o componente de celulose é pesadamente contaminado devido à extração de resíduos de solvente, a degradação significativa da cadeia molecular, e resíduos de poliéster restantes, respectivamente, e inadequados para o uso em um método para a produção de corpos moldados celulósicos regenerados. Além disso, o componente de poliéster é contaminado com substâncias estranhas, corantes, agentes de fosqueamento, etc., e, como um resultado do processo de dissolução, significativamente alterado em seu comprimento molecular e suas propriedades, que torna processos de tratamento adicionais para o componente de poliéster indispensável.[0009] WO 2014/045062 A1 in turn describes a method for the extraction of polyester from textiles with the aid of extraction solvents. This makes the recovery of the polyester component possible; however, the cellulose component is heavily contaminated due to extraction solvent residues, significant degradation of the molecular chain, and remaining polyester residues, respectively, and unsuitable for use in a method for the production of regenerated cellulosic molded bodies. Furthermore, the polyester component is contaminated with foreign substances, dyes, matting agents, etc., and, as a result of the dissolution process, significantly altered in its molecular length and its properties, which makes additional treatment processes for the polyester component indispensable.
[0010] Portanto, é um objetivo da invenção prover um método do tipo mencionado no início para a recuperação de matérias-primas de resíduos têxteis combinados, que torna possível recuperar matérias- primas de níveis mais altos de pureza.[0010] Therefore, it is an object of the invention to provide a method of the type mentioned at the outset for the recovery of raw materials from combined textile waste, which makes it possible to recover raw materials of higher purity levels.
[0011] De acordo com a invenção, o objetivo definido é conseguido por um método de acordo com a reivindicação 1.[0011] According to the invention, the defined objective is achieved by a method according to claim 1.
[0012] Por provisão de resíduo têxtil combinado que contém pelo menos um componente de celulose e pelo menos um componente de poliéster, tratamento do resíduo têxtil combinado em uma solução de tratamento aquosa a fim de despolimerizar o componente de poliéster e dissolvê-lo na solução de tratamento, separação do componente de celulose da solução de tratamento, e recuperação da matéria-prima de celulose, a matéria-prima de celulose de uma alta qualidade pode ser recuperada de resíduos têxteis combinados de um modo de que processo tecnicamente simples e seja consequentemente posto para o uso reutilizado como um material de partida celulósica. Além do mais, por filtração da solução de tratamento a fim de remover substâncias estranhas a partir da solução de tratamento e precipitação de ácido tereftálico da solução de tratamento, separação do ácido tereftálico precipitado, e recuperação de uma matéria-prima de poliéster que inclui ácido tereftálico, uma utilização particularmente vantajosa e recuperação do componente de poliéster pode ser conseguida, no curso da qual a matéria-prima de poliéster obtida pode ser novamente alimentada como um material de partida para a produção de poliéster.[0012] By providing combined textile waste containing at least one cellulose component and at least one polyester component, treating the combined textile waste in an aqueous treatment solution in order to depolymerize the polyester component and dissolve it in the treatment solution, separating the cellulose component from the treatment solution, and recovering the cellulose raw material, cellulose raw material of a high quality can be recovered from the combined textile waste in a technically simple manner and is consequently put to reuse as a cellulosic starting material. Furthermore, by filtering the treatment solution to remove foreign substances from the treatment solution and precipitating terephthalic acid from the treatment solution, separating the precipitated terephthalic acid, and recovering a polyester raw material which includes terephthalic acid, a particularly advantageous utilization and recovery of the polyester component can be achieved, in the course of which the obtained polyester raw material can be fed again as a starting material for polyester production.
[0013] Para as finalidades da presente invenção, "poliéster" principalmente se refere a polietileno tereftalato (PET) que consiste dos monômeros ácido tereftálico e etileno glicol. No entanto, a invenção também trabalha muito bem com outros poliésteres amplamente usados tais como polipropileno tereftalato (PPT), politrimetileno tereftalato (PTT), polibutileno tereftalato (PBT), e semelhantes, ou também com misturas desses poliésteres. Em cada caso, é importante que o componente alcoólico, isto é, etileno glicol, butano diol, propileno diol, trimetileno glicol, etc., está prontamente solúvel na solução de tratamento e não está precipitado juntamente com o ácido tereftálico.[0013] For the purposes of the present invention, "polyester" primarily refers to polyethylene terephthalate (PET) which consists of the monomers terephthalic acid and ethylene glycol. However, the invention also works very well with other widely used polyesters such as polypropylene terephthalate (PPT), polytrimethylene terephthalate (PTT), polybutylene terephthalate (PBT), and the like, or also with mixtures of these polyesters. In each case, it is important that the alcohol component, i.e., ethylene glycol, butane diol, propylene diol, trimethylene glycol, etc., is readily soluble in the treatment solution and is not precipitated together with the terephthalic acid.
[0014] Se a filtração da solução de tratamento na etapa (d) compreender pelo menos uma filtração através de um meio de filtragem adsorvente, particularmente a fim de remover corantes e íons de metal a partir da solução de tratamento, então pode ser garantido que o precipitado de ácido tereftálico obtido na etapa (e) fosse de alta pureza, após a precipitação a partir da solução de tratamento. De outra maneira, os íons de metal e corantes, respectivamente, exibem uma alta afinidade em direção a ligação das moléculas de tereftalato, pelo que eles contaminariam o precipitado de ácido tereftálico durante uma precipitação e pesadamente diminuiriam a qualidade do material de partida contendo ácido tereftálico recuperado. Com a filtração inventiva através de um meio de filtragem adsorvente, as principais contaminações podem ser removidas eficazmente já antes da precipitação a partir da solução de tratamento, quando elas de preferência se ligam às partículas do meio de filtragem adsorvente.[0014] If the filtration of the treatment solution in step (d) comprises at least one filtration through an adsorbent filter medium, in particular in order to remove dyes and metal ions from the treatment solution, then it can be ensured that the terephthalic acid precipitate obtained in step (e) is of high purity after precipitation from the treatment solution. Otherwise, the metal ions and dyes, respectively, exhibit a high affinity towards binding to terephthalate molecules, whereby they would contaminate the terephthalic acid precipitate during a precipitation and heavily decrease the quality of the recovered terephthalic acid-containing starting material. With the inventive filtration through an adsorbent filter medium, major contaminations can be effectively removed already before precipitation from the treatment solution, as they preferentially bind to the particles of the adsorbent filter medium.
[0015] Se o meio de filtragem adsorvente também incluir carvão ativo e/ou zeólito, então, em virtude da propriedade adsorvente e redutiva do carvão ativo, impurezas tais como produtos de degradação dos corantes e auxiliares têxteis podem ser adsorvidos com confiança particularmente alta e em parte seletivamente e serem removidos a partir da solução de tratamento. Esta seletividade pode ser aumentada ulteriormente por revestimento adicional do meio de filtragem adsorvente.[0015] If the adsorbent filter medium also includes activated carbon and/or zeolite, then, due to the adsorbent and reductive property of the activated carbon, impurities such as degradation products of dyes and textile auxiliaries can be adsorbed with particularly high reliability and partly selectively and be removed from the treatment solution. This selectivity can be further increased by additional coating of the adsorbent filter medium.
[0016] Para a finalidade da presente invenção, "matéria-prima de celulose reciclada" em geral se refere a reciclagem de polpa, polpa têxtil, polpa de algodão, polpa de trapo, ou semelhantes, ou suas combinações. Mais especificamente, tal matéria-prima de celulose pode ser adequada como um material de partida para a produção de fibras de celulose regeneradas tal como liocel, viscose, modal, ou fibras de cupro. Alternativamente, a matéria-prima de celulose reciclada pode servir como um material de partida para a produção de papel, materiais semelhantes a papel, ou não tecidos feitos a partir da polpa.[0016] For the purposes of the present invention, "recycled cellulose feedstock" generally refers to recycled pulp, textile pulp, cotton pulp, rag pulp, or the like, or combinations thereof. More specifically, such cellulose feedstock may be suitable as a starting material for the production of regenerated cellulose fibers such as lyocell, viscose, modal, or cupro fibers. Alternatively, the recycled cellulose feedstock may serve as a starting material for the production of paper, paper-like materials, or nonwovens made from the pulp.
[0017] Em geral, é mencionado que, para as finalidades da presente invenção, "resíduo têxtil combinado" pode ser uma combinação contendo quaisquer fibras de celulose dadas que formam o componente de celulose do resíduo têxtil combinado e quaisquer fibras de poliéster dadas que formam o componente de poliéster. Fibras de celulose adequadas incluem, por exemplo, fibras de celulose naturais tais como algodão, linho, cânhamo, rami, paina, etc., ou fibras de celulose regeneradas tal como rayon, viscose, liocel, cupro ou modal. O componente de polímero sintético pode, por exemplo, compreender fibras de poliamida ou de poliéster ou também outras fibras sintéticas que podem ser degradadas por meio de hidrólise. As fibras acima mencionadas podem variar no diâmetro e no comprimento e podem ser fibras contínuas (filamentos) ou fibras descontínuas ou também estão presentes em forma não tecida. Tal resíduo têxtil combinado inclui pelo menos 1% em peso, de preferência pelo menos 2% em peso, mais de preferência pelo menos 3% em peso, de cada um do componente de celulose e do componente de poliéster.[0017] In general, it is mentioned that for the purposes of the present invention, "combined textile waste" may be a combination containing any given cellulose fibers forming the cellulose component of the combined textile waste and any given polyester fibers forming the polyester component. Suitable cellulose fibers include, for example, natural cellulose fibers such as cotton, flax, hemp, ramie, kapok, etc., or regenerated cellulose fibers such as rayon, viscose, lyocell, cupro or modal. The synthetic polymer component may, for example, comprise polyamide or polyester fibers or also other synthetic fibers which can be degraded by means of hydrolysis. The aforementioned fibers may vary in diameter and length and may be continuous fibers (filaments) or staple fibers or also be present in nonwoven form. Such combined textile waste includes at least 1 wt.%, preferably at least 2 wt.%, more preferably at least 3 wt.%, of each of the cellulose component and the polyester component.
[0018] Além do mais, um método reciclagem particularmente econômico e confiável pode ser provido se o resíduo têxtil combinado for resíduo têxtil pré-consumo e/ou pós-consumo. Resíduo têxtil pós- consumo se refere às têxteis que tinham já chegado no consumo final e, como um resultado de ter sido usado, pode conter substâncias estranhas, algumas vezes em quantidades consideráveis. Resíduo têxtil pós-consumo pode compreender um ou vários dos seguintes elementos: usavam roupas tais como camisas, jeans, saias, vestidos, ternos, macacão, calça, roupas íntimas, suéteres e semelhantes; usavam têxteis do lar tais como roupa de cama, toalhas, cortinas, tecidos, toalhas de mesa, capas de assento, tecidos de estofo, ou semelhantes; produtos não tecidos tais como lenços, fraldas, filtros ou semelhantes. Resíduo têxtil pré-consumo se refere a materiais têxteis que não tinham ainda chegado no consumo final, mas resultou como um resíduo no curso dos processos de produção. Isso pode incluir resíduos ou desperdícios de corte da produção de roupa, têxteis do lar, não tecidos, etc., ou resíduos oriundos da produção de fios, têxteis, ou fibras de celulose regeneradas.[0018] Furthermore, a particularly economical and reliable recycling method can be provided if the combined textile waste is pre-consumer and/or post-consumer textile waste. Post-consumer textile waste refers to textiles that have already reached final consumption and, as a result of having been used, may contain foreign substances, sometimes in considerable quantities. Post-consumer textile waste may comprise one or several of the following elements: worn clothing such as shirts, jeans, skirts, dresses, suits, overalls, trousers, underwear, sweaters and the like; worn household textiles such as bed linen, towels, curtains, fabrics, tablecloths, seat covers, upholstery fabrics, or the like; non-woven products such as handkerchiefs, diapers, filters or the like. Pre-consumer textile waste refers to textile materials that have not yet reached final consumption, but have resulted as a residue in the course of production processes. This may include waste or offcuts from the production of clothing, home textiles, nonwovens, etc., or waste from the production of yarns, textiles, or regenerated cellulose fibers.
[0019] O método pode ser aperfeiçoado ulteriormente se o meio de tratamento aquoso inclui pelo menos um agente de hidrolisação. Além do mais, em tal caso, a quantidade do pelo menos um agente de hidrolisação pode ser ajustada para a quantidade do componente de poliéster no resíduo têxtil combinado de modo que o componente de poliéster é substancialmente despolimerizado durante todo o tratamento na etapa (b), isto é, que o agente de hidrolisação é adicionado em pelo menos tal quantidade que substancialmente todas as ligações hidroliticamente divisíveis no componente de poliéster são rompidas durante o tratamento na etapa (b). Aqui, o agente de hidrolisação pode acelerar a reação de hidrólise durante a divisão das ligações hidroliticamente divisíveis no componente de poliéster. As ligações hidroliticamente divisíveis no componente de poliéster são substancialmente as ligações de éster formadas entre os monômeros ácido tereftálico e etileno glicol. A quantidade de agente de hidrolisação necessária em relação ao teor do componente de poliéster no têxtil combinado pode ser adicionado à solução de tratamento pela administração dosada apropriada antes de e/ou depois do tratamento na etapa (b). Aqui, administração dosada pode, em particular, ser realizada de qualquer modo que, após a despolimerização completa do componente de poliéster, nenhum agente de hidrolisação em excesso permanecerá na solução de tratamento, razão pela qual nenhuma degradação aumentada do componente de celulose pelo agente de hidrolisação em excesso ocorrerá e um aperfeiçoamento da qualidade da matéria-prima de celulose recuperada na etapa (c) pode assim ser conseguida. Além do mais, administração dosada pode também ser realizada de modo que, após a despolimerização completa do componente de poliéster, uma certa quantidade do agente de hidrolisação deliberadamente deixará para trás na solução de tratamento, por meio da qual o comprimento de cadeia das moléculas no componente de celulose pode ser degradada em uma extensão desejado e a viscosidade da matéria-prima de celulose recuperada pode assim ser ajustada. Consequentemente, é possível prover um método que oferece controle aperfeiçoado do comportamento das reações de degradação do componente de poliéster e do componente de celulose.[0019] The method may be further improved if the aqueous treatment medium includes at least one hydrolyzing agent. Furthermore, in such a case, the amount of the at least one hydrolyzing agent may be adjusted to the amount of the polyester component in the combined textile waste so that the polyester component is substantially depolymerized during the entire treatment in step (b), i.e., that the hydrolyzing agent is added in at least such an amount that substantially all hydrolytically divisible bonds in the polyester component are broken during the treatment in step (b). Here, the hydrolyzing agent may accelerate the hydrolysis reaction during the cleavage of the hydrolytically divisible bonds in the polyester component. The hydrolytically divisible bonds in the polyester component are substantially the ester bonds formed between the monomers terephthalic acid and ethylene glycol. The amount of hydrolysing agent required in relation to the content of the polyester component in the combined textile can be added to the treatment solution by appropriate metered administration before and/or after the treatment in step (b). Here, metered administration can in particular be carried out in such a way that, after complete depolymerization of the polyester component, no excess hydrolysing agent will remain in the treatment solution, which is why no increased degradation of the cellulose component by the excess hydrolysing agent will occur and an improvement in the quality of the cellulose raw material recovered in step (c) can thus be achieved. Furthermore, metered administration can also be carried out in such a way that, after complete depolymerization of the polyester component, a certain amount of the hydrolysing agent will deliberately leave behind in the treatment solution, by means of which the chain length of the molecules in the cellulose component can be degraded to a desired extent and the viscosity of the recovered cellulose raw material can thus be adjusted. Consequently, it is possible to provide a method that offers improved control of the behavior of the degradation reactions of the polyester component and the cellulose component.
[0020] Se a solução de tratamento aquosa for uma solução de tratamento alcalino aquosa, então a controlabilidade do método pode ser ulteriormente aperfeiçoada. Aqui a hidrólise do componente de poliéster na solução de tratamento pode predominantemente ocorrer como uma saponificação ou hidrólise alcalina e apresentam uma velocidade de reação mais rápida quando comprada com a hidrólise aquosa. Se o agente de hidrolisação forma uma base, então a um método particularmente simples e eficaz quanto aos custos pode, além disso, ser criado. A base pode agir como um acelerador eficaz na reação de hidrólise alcalina para quebrar as ligações éster. Durante essa reação de hidrólise alcalina, a base é consumida na reação - por exemplo, pela formação de sais com os constituintes monômeros do componente de quebra de poliéster. Além disso, o sal formado do ácido tereftálico (tereftalato de dissódio) vantajosamente exibe alta solubilidade na solução aquosa. Assim, após a completa degradação do componente de polímero sintético, permanece apenas um pequeno excesso de base livre na solução de tratamento aquosa alcalina, e a degradação do componente de celulose pode ser reduzida eficazmente. Além do mais, o tratamento do componente de celulose na solução de tratamento aquosa alcalina é adequado para remover os corantes, substâncias estranhas, impurezas, ou auxiliares têxteis (por exemplo, agentes de reticulação) ligados ao componente de celulose. Dessa maneira, pode be obtida uma matéria-prima de celulose reciclada de uma qualidade superior.[0020] If the aqueous treatment solution is an aqueous alkaline treatment solution, then the controllability of the method can be further improved. Here the hydrolysis of the polyester component in the treatment solution can predominantly take place as a saponification or alkaline hydrolysis and exhibits a faster reaction rate compared to aqueous hydrolysis. If the hydrolyzing agent forms a base, then a particularly simple and cost-effective method can furthermore be created. The base can act as an effective accelerator in the alkaline hydrolysis reaction to break the ester bonds. During this alkaline hydrolysis reaction, the base is consumed in the reaction - for example by the formation of salts with the monomer constituents of the polyester breaking component. Furthermore, the formed salt of terephthalic acid (disodium terephthalate) advantageously exhibits high solubility in the aqueous solution. Therefore, after the complete degradation of the synthetic polymer component, only a small excess of free base remains in the alkaline aqueous treatment solution, and the degradation of the cellulose component can be effectively reduced. In addition, the treatment of the cellulose component in the alkaline aqueous treatment solution is suitable for removing the dyes, foreign substances, impurities, or textile auxiliaries (e.g. crosslinking agents) attached to the cellulose component. In this way, a higher quality recycled cellulose raw material can be obtained.
[0021] Se a base usada como o agente de hidrolisação é hidróxido de sódio (NaOH), do qual grandes quantidades são usadas para o tratamento de polpa e matéria-prima de celulose, então pode ser provido um método confiável e eficaz quantos aos custos. Em tal caso, o teor total de NaOH no meio de tratamento aquoso alcalino pode estar na faixa de 10 a 300 g, por exemplo de 20 a 250 g, por kg do resíduo têxtil combinado, dependendo da proporção do componente de poliéster no resíduo têxtil combinado.[0021] If the base used as the hydrolyzing agent is sodium hydroxide (NaOH), of which large quantities are used for the treatment of pulp and cellulose raw material, then a reliable and cost-effective method can be provided. In such a case, the total NaOH content in the alkaline aqueous treatment medium may be in the range of 10 to 300 g, for example 20 to 250 g, per kg of the combined textile waste, depending on the proportion of the polyester component in the combined textile waste.
[0022] Se, durante o tratamento do resíduo têxtil combinado na etapa (b), a solução de tratamento tem uma temperatura maior do que 100°C, particularmente maior do que 110°C, então pode ocorrer uma despolimerização muito confiável do componente de poliéster gerando seus constituintes monômeros. Além disso, se a solução de tratamento tem uma temperatura de menos do que 200°C, condições de processo suficientemente moderados podem ser garantidas de modo que pode ser evitada qualquer excessiva degradação do componente de celulose. Em outras concretizações da invenção, a temperatura pode particularmente estar entre 110°C e 190°C, de preferência entre 120°C e 180°C, mais de preferência entre 125°C e 175°C, com a maior preferência entre 130°C e 170°C.[0022] If, during the treatment of the combined textile waste in step (b), the treatment solution has a temperature higher than 100°C, particularly higher than 110°C, then a very reliable depolymerization of the polyester component generating its constituent monomers can occur. Furthermore, if the treatment solution has a temperature of less than 200°C, sufficiently mild process conditions can be ensured so that any excessive degradation of the cellulose component can be avoided. In other embodiments of the invention, the temperature can particularly be between 110°C and 190°C, preferably between 120°C and 180°C, more preferably between 125°C and 175°C, most preferably between 130°C and 170°C.
[0023] Além do mais, se a separação do componente de celulose na etapa (c) inclui pelo menos peneiramento, compressão, ou centrifugação da solução de tratamento, então a matéria-prima de celulose recuperada pode ser obtida a partir da solução de tratamento de uma maneira tecnicamente simples. Neste caso, o componente de celulose substancialmente não degradado ou substancialmente não dissolvido pode simplesmente ser separado da solução de tratamento. Devido aos descritos processos de degradação, parte do componente de celulose pode estar presente como dissolvido na solução de tratamento e assim permanece na solução de tratamento durante a separação na etapa (c) - tal como os constituintes monômeros dissolvidos do componente de poliéster e substâncias estranhas.[0023] Furthermore, if the separation of the cellulose component in step (c) includes at least sieving, pressing, or centrifuging of the treatment solution, then the recovered cellulose raw material can be obtained from the treatment solution in a technically simple manner. In this case, the substantially undegraded or substantially undissolved cellulose component can simply be separated from the treatment solution. Due to the described degradation processes, part of the cellulose component may be present as dissolved in the treatment solution and thus remain in the treatment solution during the separation in step (c) - such as the dissolved monomer constituents of the polyester component and foreign substances.
[0024] A precipitação do ácido tereftálico na etapa (e) pode ser facilitado se a etapa (e) inclui pelo menos uma acidificação da solução de tratamento. Tal acidificação pode incluir, em particular, uma adição de um ácido a uma solução de tratamento, caso esse em que a adição do ácido pode, por exemplo, ocorrer até a completa precipitação do ácido tereftálico ou, alternativamente, até que o pH caia abaixo de um certo valor. O ácido usado pode de preferência ser o ácido sulfúrico (H2SO4) que é comumente usado em processos de formação de polpa de celulose.[0024] The precipitation of terephthalic acid in step (e) may be facilitated if step (e) includes at least one acidification of the treatment solution. Such acidification may include, in particular, an addition of an acid to a treatment solution, in which case the addition of the acid may, for example, occur until complete precipitation of terephthalic acid or, alternatively, until the pH drops below a certain value. The acid used may preferably be sulfuric acid (H2SO4) which is commonly used in cellulose pulping processes.
[0025] A confiança do método pode ser aperfeiçoada ulteriormente se o resíduo têxtil combinado for triturado e/ou singularizado antes do tratamento na etapa (b). Trituração e/ou singularização do resíduo têxtil combinado podem ser usadas para mecanicamente separar as partes de celulose das partes de poliéster e assim permitem uma degradação mais confiável (dissolução) do componente de poliéster no meio de tratamento aquoso.[0025] The reliability of the method can be further improved if the combined textile waste is shredded and/or singulated prior to treatment in step (b). Shredding and/or singulating the combined textile waste can be used to mechanically separate the cellulose parts from the polyester parts and thus allow a more reliable degradation (dissolution) of the polyester component in the aqueous treatment medium.
[0026] A confiança do método pode ser aperfeiçoada ainda mais se, antes que o tratamento na etapa (b) sólidos não fibrosos forem pelo menos parcialmente removidos a partir do resíduo têxtil combinado. Sólidos não fibrosos podem, por exemplo, incluem botões, zíperes, elementos de decoração, impressões, rótulos, e/ou sujeiras, ou suas partes.[0026] The reliability of the method can be further improved if, prior to the treatment in step (b) non-fibrous solids are at least partially removed from the combined textile waste. Non-fibrous solids can, for example, include buttons, zippers, decorative elements, prints, labels, and/or dirt, or parts thereof.
[0027] De acordo com a invenção, a matéria-prima de celulose recuperada de acordo com os métodos descritos acima podem também ser adequados para a produção de fibras celulósicas regeneradas, particularmente de acordo com a viscose, modal, cupro ou processo de liocel. Modos para a realização da invenção[0027] According to the invention, the cellulose raw material recovered according to the methods described above can also be suitable for the production of regenerated cellulosic fibres, in particular according to the viscose, modal, cupro or lyocell process. Modes for carrying out the invention
[0028] A seguir, a invenção é exemplificada com base em uma primeira variante de modalidade. Outras variantes de modalidade seguem das modificações mencionadas na descrição que podem ser combinadas entre si de qualquer modo dado.[0028] In the following, the invention is exemplified on the basis of a first embodiment variant. Further embodiment variants follow from the modifications mentioned in the description which can be combined with each other in any given manner.
[0029] De acordo com uma primeira variante de modalidade, o método de acordo com a invenção para a recuperação de matérias- primas a partir de resíduos têxteis combinados, em uma primeira etapa, provê resíduo têxtil combinado incluindo pelo menos um componente de celulose e pelo menos um componente de poliéster. Neste caso, tal resíduo têxtil combinado contém uma combinação de quaisquer fibras de celulose dadas que formam o componente de celulose e quaisquer fibras de poliéster dadas que formam o componente de poliéster. Por exemplo, em uma variante de modalidade o resíduo têxtil combinado contém uma combinação de fibras de algodão e poliéster (mais especificamente, PET), em que estas podem ser combinadas no nível de fiol no têxtil combinado.[0029] According to a first variant embodiment, the method according to the invention for the recovery of raw materials from combined textile waste, in a first step, provides combined textile waste including at least one cellulose component and at least one polyester component. In this case, such combined textile waste contains a combination of any given cellulose fibers forming the cellulose component and any given polyester fibers forming the polyester component. For example, in a variant embodiment the combined textile waste contains a combination of cotton and polyester (more specifically PET) fibers, wherein these may be combined at the yarn level in the combined textile.
[0030] Em uma outra etapa, o resíduo têxtil combinado é então tratado em uma solução de tratamento aquosa a fim de despolimerizar o componente de poliéster e se dissolve na solução de tratamento. Na primeira variante de modalidade, a solução de tratamento aquosa é uma solução de tratamento alcalino aquosa, particularmente diluída soda cáustica, que inclui NaOH como o agente de hidrolisação. O tratamento ocorre a temperatura maior do que 100°C, e de preferência a temperatura maior do que 110°C. Durante a despolimerização do componente de poliéster, o peso molecular e o comprimento de cadeia molecular das moléculas de poliéster são deliberadamente reduzidos por hidrólise que ocorre na presença de a solução de tratamento aquosa. Deste modo, as moléculas degradadas do componente de poliéster são gradualmente reduzidas em seu comprimento de cadeia molecular e finalmente dividem em seus materiais de partida monoméricas, isto é, ácido tereftálico e o álcool etileno glicol (C2H6O2). Neste processo, o ácido tereftálico consome dois íons de Na+ e forma um sal de tereftalato, a saber, tereftalato de dissódio (C8H4O4Na2). Como um resultado da hidrólise, o tereftalato de dissódio e etileno glicol prontamente solúveis estão presentes na solução de tratamento aquosa em uma forma dissolvida. Subsequentemente, isto permite uma separação de processo tecnicamente simples do componente de poliéster despolimerizado do componente de celulose, pelo que a matéria-prima de celulose pode ser recuperada com um alto nível de pureza do resíduo têxtil combinado. De fato, devido em geral às condições de processo moderado, uma pequena degradação relativamente insignificante dos polímeros de celulose no componente de celulose ocorre, mais especificamente tão pequeno que substancialmente nenhuma ou apenas quantidades mínimas de monômeros de glicose são separadas dos polímeros de celulose. Ao mesmo tempo, no entanto, o componente de celulose pode vantajosamente ser parcialmente bombeado pela solução de tratamento e ser liberado de impurezas tais como corantes ligados ou agentes de reticulação, que por sua vez benefícios da quantidade e da pureza da matéria-prima de celulose recuperada.[0030] In a further step, the combined textile waste is then treated in an aqueous treatment solution in order to depolymerize the polyester component and dissolve in the treatment solution. In the first variant embodiment, the aqueous treatment solution is an aqueous alkaline treatment solution, particularly dilute caustic soda, which includes NaOH as the hydrolyzing agent. The treatment takes place at a temperature higher than 100°C, and preferably at a temperature higher than 110°C. During the depolymerization of the polyester component, the molecular weight and molecular chain length of the polyester molecules are deliberately reduced by hydrolysis occurring in the presence of the aqueous treatment solution. In this way, the degraded molecules of the polyester component are gradually reduced in their molecular chain length and finally split into their monomeric starting materials, i.e. terephthalic acid and the alcohol ethylene glycol (C2H6O2). In this process, terephthalic acid consumes two Na+ ions and forms a terephthalate salt, namely disodium terephthalate (C8H4O4Na2). As a result of the hydrolysis, the readily soluble disodium terephthalate and ethylene glycol are present in the aqueous treatment solution in a dissolved form. Subsequently, this allows a technically simple process separation of the depolymerized polyester component from the cellulose component, whereby the cellulose raw material can be recovered with a high level of purity from the combined textile waste. In fact, due to the generally mild process conditions, a relatively insignificant degradation of the cellulose polymers in the cellulose component occurs, more specifically so little that substantially no or only minimal amounts of glucose monomers are separated from the cellulose polymers. At the same time, however, the cellulose component can advantageously be partially pumped out by the treatment solution and be freed from impurities such as bound dyes or crosslinking agents, which in turn benefits the quantity and purity of the recovered cellulose raw material.
[0031] Em uma outra concretização do método, o resíduo têxtil combinado contém outras poliésteres tais como PTT, PBT, etc., como o componente de poliéster, em consequência disso outros álcoois são formados correspondentemente como materiais de partida monoméricas de despolimerização. Em tais casos, o método descrito acima pode ser aplicado analogamente.[0031] In another embodiment of the method, the combined textile waste contains other polyesters such as PTT, PBT, etc., as the polyester component, whereby other alcohols are correspondingly formed as depolymerization monomeric starting materials. In such cases, the method described above can be applied analogously.
[0032] Em uma outra etapa, o componente de celulose é então separado da solução de tratamento, e nesse processo, a matéria-prima de celulose é recuperado. Uma vez que o componente de poliéster despolimerizado está presente em um estado dissolvido na solução de tratamento aquosa, juntamente com os corantes e substâncias estranhas removidas por dissolução a partir do componente de celulose, o componente de celulose insolúvel pode ser separado da porção líquida, isto é, a solução de tratamento, por meio de uma separação sólida/líquida simples tal como triagem, compressão ou centrifugação. Deste modo, um componente de celulose purificado e condicionado é obtido como matéria- prima de celulose. Subsequentemente, essa matéria-prima de celulose pode ainda ser lavada e/ou seca a fim de condicioná-lo para outro uso. A solução de tratamento alcalino aquosa que permanece atrás como um líquido na separação agora ainda contém o componente de poliéster despolimerizado (tereftalato de dissódio e etileno glicol) e possível contaminação com substâncias estranhas.[0032] In a further step, the cellulose component is then separated from the treatment solution, and in this process, the cellulose raw material is recovered. Since the depolymerized polyester component is present in a dissolved state in the aqueous treatment solution, together with the dyes and foreign substances removed by dissolution from the cellulose component, the insoluble cellulose component can be separated from the liquid portion, i.e. the treatment solution, by means of a simple solid/liquid separation such as screening, compression or centrifugation. In this way, a purified and conditioned cellulose component is obtained as cellulose raw material. Subsequently, this cellulose raw material can be further washed and/or dried in order to condition it for further use. The aqueous alkaline treatment solution that remains behind as a liquid in the separation now still contains the depolymerized polyester component (disodium terephthalate and ethylene glycol) and possible contamination with foreign substances.
[0033] A solução de tratamento que permanece atrás é agora filtrada em uma próxima etapa a fim de separar as substâncias indesejadas do componente de poliéster despolimerizado. Nesse processo, a solução de tratamento é, de acordo com a invenção, filtrada através de um meio de filtragem adsorvente. Essa filtração pode, em particular, ser implementada na foram de um filtro de leito fixo, mas é também possível dispersar o meio de filtragem na solução de tratamento e para então novamente separar o meio de filtragem carregado com os sólidos a serem separados por meio de uma separação de sólido/líquido simples. Na primeira variante de modalidade, o meio de filtragem adsorvente contém carvão ativo e/ou zeólito. Em outras variantes de modalidade, no entanto, o meio de filtragem pode também incluir outros meios de filtragem adsorventes que são adequados para a adsorção de íons de metal/corantes, etc. De fato, o carvão ativo permite particularmente confiável e ainda adsorção seletiva de corantes, íons de metal, ou auxiliares têxteis tais como agentes de reticulação, essas substâncias sendo de preferência adsorvidas devido à ação redutiva de carvão ativo. Essa seletividade pode, por exemplo, ser melhorada ulteriormente em uma outra variante de modalidade por revestimento adicional do meio de filtragem adsorvente, isto é, especialmente o carvão ativo e o zeólito, respectivamente, com substâncias adequadas.[0033] The treatment solution remaining behind is now filtered in a next step in order to separate the undesired substances from the depolymerized polyester component. In this process, the treatment solution is, according to the invention, filtered through an adsorbent filter medium. This filtration can in particular be implemented in the form of a fixed bed filter, but it is also possible to disperse the filter medium in the treatment solution and then to again separate the filter medium loaded with the solids to be separated by means of a simple solid/liquid separation. In the first embodiment variant, the adsorbent filter medium contains activated carbon and/or zeolite. In other embodiment variants, however, the filter medium can also include other adsorbent filter media that are suitable for the adsorption of metal ions/dyes, etc. In fact, activated carbon enables particularly reliable and yet selective adsorption of dyes, metal ions, or textile auxiliaries such as crosslinking agents, these substances being preferentially adsorbed due to the reductive action of activated carbon. This selectivity can, for example, be further improved in another embodiment by additional coating of the adsorbent filter medium, i.e. especially the activated carbon and the zeolite respectively, with suitable substances.
[0034] Em uma última etapa, o ácido tereftálico é precipitado como um precipitado a partir da solução de tratamento a fim de recuperar uma matéria-prima de poliéster reusável e purificada. Com a filtração precedente, pode ser garantido que, durante a etapa de precipitação, nenhuma substância estranha é incorporada no precipitado de ácido tereftálico, que finalmente acabaria por levar a uma contaminação em parte substancial tal que o ácido tereftálico poderia apenas ser tornado disponível novamente para a usabilidade subsequente, por exemplo, para repolimerização, através de etapas de purificação de custo intensivo e complexo. Para a precipitação, um ácido adequado, por exemplo, ácido sulfúrico, é adicionado à solução de tratamento, ou a solução de tratamento é acidificada com ela, até que o ácido tereftálico separe da solução de tratamento na forma de um precipitado. Uma vez que os ânions ácidos neutralizam com os cátions de Na+ do tereftalato de dissódio, ácido tereftálico é formado durante a acidificação, que exibe solubilidade muito baixa e se precipita imediatamente a partir da solução. Após a precipitação completa do ácido tereftálico, é novamente separada do líquido através de uma separação de sólido/líquido simples por meio de etapas de procedimento comumente conhecidas, é relavada se necessário, e o ácido tereftálico é finalmente obtido como um material de partida de poliéster.[0034] In a last step, terephthalic acid is precipitated as a precipitate from the treatment solution in order to recover a purified, reusable polyester raw material. With the preceding filtration, it can be ensured that during the precipitation step no foreign substances are incorporated into the terephthalic acid precipitate, which would ultimately lead to a substantial part contamination such that the terephthalic acid could only be made available again for subsequent usability, e.g. for repolymerization, by means of cost-intensive and complex purification steps. For precipitation, a suitable acid, e.g. sulfuric acid, is added to the treatment solution, or the treatment solution is acidified therewith, until the terephthalic acid separates from the treatment solution in the form of a precipitate. Since the acid anions neutralize with the Na+ cations of disodium terephthalate, terephthalic acid is formed during acidification, which exhibits very low solubility and precipitates immediately from the solution. After complete precipitation of terephthalic acid, it is again separated from the liquid by a simple solid/liquid separation by means of commonly known procedure steps, is re-washed if necessary, and terephthalic acid is finally obtained as a polyester starting material.
[0035] Exemplo 1: Têxteis de resíduo pós-consumo (mistura de algodão e poliéster, 80 a 20% em peso) foram cozidos com soda cáustica (15% em peso de NaOH, com base na massa de têxteis residuais) a uma razão de licor de 1:7 (massa de têxteis residuais : lixívia). A temperature foi de 150°C para uma duração de cozimento de 120 min. Por causa da despolimerização das fibras de poliéster que ocorre sob essas condições, o tereftalato de dissódio formado e solúvel em água sob essas condições entrou no licor de cozimento que foi finalmente separado do material de sódio remanescente (as fibras de algodão) por meio de uma triagem.[0035] Example 1: Post-consumer waste textiles (cotton-polyester blend, 80 to 20 wt.%) were cooked with caustic soda (15 wt.% NaOH, based on the mass of waste textiles) at a liquor ratio of 1:7 (mass of waste textiles : bleach). The temperature was 150°C for a cooking duration of 120 min. Because of the depolymerization of the polyester fibers that occurs under these conditions, the disodium terephthalate formed and soluble in water under these conditions entered the cooking liquor which was finally separated from the remaining sodium material (the cotton fibers) by means of a screening.
[0036] A lixívia separada foi agitada com um excesso de carvão ativo, pelo que impurezas tais como íons de metal e corantes e/ou seus produtos de degradação foram adsorvidos seletivamente e assim removidos a partir da lixívia. Aprox. 100 g de carvão ativo por 2000 mL de lixívia foram usados, que foram agitados por uma hora a temperatura ambiente. Então, o carvão ativo foi separado e foi sedimentado por meio de filtração e centrifugação subsequente, e o sobrenadante foi separado por sucção por uso de um filtro de papel. Então, o filtrado livre de carvão ativo foi acidificado para pH 2 usando ácido sulfúrico. Isso levou o ácido tereftálico a precipitar como um precipitado que foi subsequentemente separado por sucção usando fritas de vidro e foi seco na câmara de secagem.[0036] The separated liquor was stirred with an excess of active carbon, whereby impurities such as metal ions and dyes and/or their degradation products were selectively adsorbed and thus removed from the liquor. Approx. 100 g of active carbon per 2000 mL of liquor was used, which was stirred for one hour at room temperature. Then, the active carbon was separated and sedimented by filtration and subsequent centrifugation, and the supernatant was separated by suction using a filter paper. Then, the activated carbon-free filtrate was acidified to pH 2 using sulfuric acid. This caused terephthalic acid to precipitate as a precipitate which was subsequently separated by suction using glass frits and dried in the drying chamber.
[0037] Como um resultado da filtração de carvão ativo precedente, o ácido tereftálico obtido estava quase livre de contaminação, que é demonstrado, por meio de exemplo, com base nos teores de metais analisados (vide a Tabela 1), e poderiam, portanto, ser reusados sem etapas de purificação ulteriormente complexas.[0037] As a result of the preceding activated carbon filtration, the terephthalic acid obtained was almost free of contamination, which is demonstrated, by way of example, on the basis of the analyzed metal contents (see Table 1), and could therefore be reused without further complex purification steps.
[0038] Os teores de metal foram determinados como se segue: Aproximadamente 20 g da amostra foram transformadas em cinza, a cinza foi subsequentemente submetida a digestão por fusão com tetraborato de sódio, e o resíduo foi dissolvido usando ácido nítrico a 1,6 M. Para a determinação fotométrico do teor de ferro, tiocianato de potássio foi adicionado à amostra, e então a coloração vermelha do tiocianato de ferro foi medida por meio de uma curva de calibração. Para a determinação fotométrica do teor silícico, molibdato de amônio foi adicionado à amostra, e então a coloração azul do molibdato de silícico foi medida por meio de uma curva de calibração. Fosfatos foram complexados por ácido oxálico a fim de mascará-los.[0038] The metal contents were determined as follows: Approximately 20 g of the sample was ground into ash, the ash was subsequently subjected to fusion digestion with sodium tetraborate, and the residue was dissolved using 1.6 M nitric acid. For the photometric determination of the iron content, potassium thiocyanate was added to the sample, and then the red coloration of the iron thiocyanate was measured by means of a calibration curve. For the photometric determination of the silicic content, ammonium molybdate was added to the sample, and then the blue coloration of the silicic molybdate was measured by means of a calibration curve. Phosphates were complexed by oxalic acid in order to mask them.
[0039] Exemplo 2 (exemplo de comparação): O método de acordo com Exemplo 1 foi repetido, no entanto, sem o estágio de purificação de carvão ativo. Tabela 1: [0039] Example 2 (comparison example): The method according to Example 1 was repeated, however without the activated carbon purification stage. Table 1:
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