Mischtextil-Recycling : Abtrennung der Cellulosefraktion aus Mischgeweben durch saure Teilhydrolyse

Abstract

Die Textilindustrie und das Kaufverhalten der Gesellschaft ist heutzutage sehr stark von einer „Fast Fashion Mode“ geprägt. Gepaart mit der mittlerweile sehr kurzen Lebensdauer von Kleidungstextilien, dem Nacheifern nach dem neuesten Modetrends und dem Verhalten der Wegwerfgesellschaft heute, wird der Bedarf nach einem nachhaltigen Recyclingprozess immer größer. Untermauert wird dieser Ruf nach einem verbesserten Recycling durch die im Moment sehr niedrigen Recyclingquoten. Überwiegend kommen aktuell sogenannte Mischtextilien zum Einsatz, wobei eine sehr häufige Kombination hierbei Baumwoll-Polyester-Mischtextilien sind. Aufgrund dieser zwei unterschiedlichen Fasertypen ist das Recycling bzw. das Auftrennen dieser in die Einzelfasertypen schwer. In diversen wissenschaftlichen Arbeiten wurden bereits unterschiedliche Ansätze wie das alkalische Auflösen oder aber auch die enzymatische Hydrolyse zur Trennung der beiden Komponenten aus dem Mischtextil aufgezeigt. Dabei wird jedoch eine der beiden Komponenten vollständig zu einem Monomer abgebaut.Ziel dieser Arbeit ist es nun einen Prozess zu entwickeln, damit in weiterer Folge sowohl Cellulose als auch PET in Faserform aus einem Mischtextil rückgewonnen werden können. Das Mischtextil setzt sich dabei aus Baumwollfasern und PET-Fasern zusammen, konkret handelt es sich hierbei um bereits mehrmals benutzte und gewaschene Leintücher. Der Trennprozess selbst wird dabei durch eine sauerkatalytische Teilhydrolyse vollzogen, wobei Salzsäure als Katalysator der Hydrolyse der Cellulose dient. Zudem wurde das Mischtextil bei ausgewählten Versuchen mit Natronlauge vorbehandelt, um ein Aufquellen des Textils zu erreichen und die Ausbeute an rückgewonnener Cellulose zu steigern. Da die Cellulose nicht zu 100 % aus dem Ausgangstextil separiert werden konnte, wurde ein Versuch zur Nachbehandlung des PET-Gewebes bzw. vollständigen Entfernung der Cellulose aus dem PET-Gewebe durchgeführt. Die Nachbehandlung erfolgte dabei enzymatisch und kann als erfolgreich deklariert werden.Grundsätzlich ergaben sich bei der Teilhydrolyse bei einer Versuchstemperatur von 85 °C und einer Säurekonzentration von wHCl = 0,1 sehr gute Celluloseausbeuten im Bereich von über 60 %. Diese Prozessparameter ermöglichen eine Auftrennung des Mischtextils in kurzkettige Cellulosefasern und Polyester in Textilstruktur und ermöglichen zugleich einen optimalen Prozessablauf.

The textile industry and the buying behavior of society today is very much characterized by fast fashion. Coupled with the now very short lifespan of clothing textiles, emulation of the latest fashion trends and the advent of the throwaway society in today's world, the need for a sustainable recycling process is becoming ever greater. This call for improved recycling is underpinned by the currently very low recycling rates. Nowadays, so-called mixed textiles are predominantly used with a very common one being cotton-polyester blended textiles. Due to these two different fiber types, recycling or separating them into the individual fiber types is difficult. Various scientific studies have already demonstrated different approaches such as alkaline dissolution or enzymatic hydrolysis for separating the two components from the mixed textile. However, one of the two components is completely degraded to a monomer.The aim of this work is to develop a process so that both cellulose and PET can be obtained from a blended textile in fiber form. The mixed textile is composed of cotton fibers and PET fibers, in this case linen cloths that have been used and washed several times. The separation process itself is carried out by acid catalytic partial hydrolysis, with hydrochloric acid serving as the catalyst for the hydrolysis of the cellulose. In addition, the mixed textile was pre-treated with sodium hydroxide solution in selected tests to achieve swelling of the textile and increase the yield of recovered cellulose. Since it was not possible to remove 100% of the cellulose from the starting textile, an experiment was carried out to post-treat the PET fabric or to completely remove the cellulose from the PET fabric. The post-treatment was carried out enzymatically and can be declared successful.In principle, very good cellulose yields in the range of over 60 % were obtained during partial hydrolysis at a process temperature of 85 °C and a hydrochloric acid concentration of 10 m.-%. These process parameters enable the separation of the blended textile into short-chained cellulose fibers and polyester in textile structure, while at the same time enable an optimal process flow.