[发明专利]环境友好的纤维素废料再循环

说明书

本文公开了将例如棉等纤维素废料化学地再循环的技术。在一个实施方案中，方法包括，水解棉废料并且将水解的棉废料中的纤维素溶解在包含碱和选自脲((NH₂)₂CO)、聚乙二醇、或硫脲(SC(NH₂)₂)中的一种或多种的水溶液中，以生产另一种包含溶解的纤维素的水溶液。然后可以将包含溶解的纤维素的另一种水溶液挤出至凝结浴中以使溶解的纤维素在挤出的溶液中凝结，从而将来自棉废料的溶解的纤维素再形成为再生纤维。

相关申请的交叉引用

本申请是2017年5月14日提交的美国临时申请No.62/505,967和2018年2月27日提交的美国临时申请No.62/635,892的正式申请，并且要求其优先权，其公开内容以其整体引入本文。

关于联邦资助研究的声明

此工作是在由环境保护局授予的授权号为SU83678701在政府支持下进行的。政府拥有本发明的确定的权利。

背景技术

棉是广泛用于例如服装和纺织品等消费产品的材料。在过去的几十年中，此类棉产品的消耗一直在稳定地增长。随着此类增加的消耗，棉废料产生也增加。棉废料可以分类为消费前废料或消费后废料。在纱线、织物和最终产品的生产期间产生消费前废料，而在使用后丢弃棉产品时产生消费后废料。

通常可以将消费前废料回收用于汽车、建筑保温材料、家具等的低级纱线和非织造产品。然而，由于残留在棉产品上的杂质和/或在使用期间的撕裂/磨损，使用现有的回收技术难以将消费后废料再循环。估计95％的消费后废料最终被填埋或焚烧。填埋或焚烧的消费后废料会产生大量温室气体和/或有毒化学物质/气味。

发明内容

提供本发明内容以便以简化的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本发明内容不欲确定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不欲用于限制所要求保护的主题的范围。

由于废料的质量和撕裂/磨损的很大的差异，将例如棉产品等纤维素产品的消费后废料再循环会是具有挑战性的。由于棉中纤维素的强的分子内和/或分子间氢键，棉纤维难以溶解在普通溶剂中。反而，通常使用对环境不友好的溶剂。例如，人造丝纤维制造可以在粘胶法中使用二硫化碳(CS₂)，或者在铜铵法中使用氢氧化铜铵配合物溶液和重金属。上述化学物质对人和动物有毒，并且难以再循环和再利用。

所公开技术的几个实施方案涉及使用环境友好的溶剂将纤维素产品(例如，棉产品)的消费后废料再循环以生产再生纤维的技术。在一种实施方式中，可以首先使用酸(例如，硫酸)水解切碎的消费后废料，以降低纤维素产品中纤维素纤维的聚合度，例如，从约1,800降低至约240至约860的范围。然后，水解的纤维可以容易地溶解在碱性/脲溶剂中并且适用于湿法纺丝或其它合适的技术以形成单独的再生纤维或膜。

根据所公开技术的各方面，示例性碱性/脲溶剂可以包括包含氢氧化钠(NaOH)和脲((NH₂)₂CO)或氢氧化锂(LiOH)和((NH₂)₂CO)的水溶液。在其它实例中，前述示例性溶剂中的氢氧化钠或氢氧化锂可以用氢氧化钾(KOH)或其它合适种类的强碱代替。在其它实例中，前述示例性溶剂中的脲也可以至少部分地用聚乙二醇(PEG)和/或硫脲(SC(NH₂)₂)代替。