穿不上的牛仔裤，也能重获新生

不少人衣柜里都有永远不会穿的衣服，比如吃太胖穿不下的牛仔裤……怎么办？当作垃圾扔掉？当前大多数垃圾处理无非是填埋或者焚烧，会污染土壤或者产生温室气体，都不利于环境保护，也不符合循环经济的理念。废旧衣物的回收再利用不仅有利于保护环境，而且减少了对棉产量的需求，比如废旧棉织物就是回收生产再生纤维素纤维（regenerated cellulose fiber）的合适原料。再生纤维素纤维由于具有优异的吸湿性、透气性和力学性能而无法被合成纤维代替。目前生产再生纤维素纤维的主流方法是粘胶法，但此法会产生毒性高的副产物。目前唯一商业化的替代方法是生产lyocell纤维的溶剂法。此法所用化学原料无毒、能完全回收、可生物降解，但操作温度高。离子液体的熔点低，可用于从棉织品中溶解纤维素，纤维素通过纺丝形成纤维。然而，离子液体成本高，并且粘度高导致难操作。

为了减少离子液体的用量，澳大利亚迪肯大学的Nolene Byrne等人提出采用二甲基亚砜（DMSO）作为共溶剂与离子液体1-丁基-3-甲基咪唑乙酸盐（[Bmim]OAc）一起用于废旧棉织物的溶解，改进了再生纤维素纤维的生产工艺。DMSO降低了纺丝用溶剂的粘度，并将纺丝用溶剂的成本减少了77%。这一工艺甚至可以根据需要在再生纤维素纤维上保留原始织物的颜色，从而避免再次染色；当然，也可以去掉染料而呈最常见的白色纤维状态。此项成果发表在ACS Sustainable Chem. Eng. 期刊上。

纺丝用溶剂的溶解性能对于纺丝很重要。研究团队选取离子液体[Bmim]OAc和DMSO比例（B/D）分别为20:80、30:70和50:50的双组份溶剂来研究溶剂组分对纺丝原液的溶解性。研究发现，纺丝用溶剂的溶解性随着DMSO含量的增加而变弱。据文献报道，离子液体的阴离子对纺丝用溶剂的溶解性起到关键的作用。DMSO含量的增加使该阴离子的浓度下降，因此降低了纺丝用溶剂的溶解能力。他们还用B/D为20:80的双组份溶剂来研究纤维素聚合度（DP）对溶剂溶解性的影响。从下图可以看出，溶剂的溶解性随着DP的增加而变差。

纤维素聚合度（DP）对B/D为20:80的溶剂溶解性的影响。图片来源：ACS Sustainable Chem. Eng.

纺丝原液的流变性在其可纺性中起到关键作用。研究团队用不同DP的预处理的棉织物和B/D不同的溶剂制备纺丝原液，并测定纺丝原液的粘度。下图中的图A表明：在B/D不变时，DP越低，纺丝原液粘度越低。DP越低，纤维素分子链的缠绕减少，促进了溶剂的流动，因此粘度减少。DMSO的粘度低于离子液体，因此加入DMSO会降低纺丝原液的粘度。下图中的图B证实了这个结论。

纤维素聚合度（DP）和B/D对纺丝原液的粘度的影响。图片来源：ACS Sustainable Chem. Eng.

研究团队在完成上述研究后，开始着手将废旧棉质衣物回收成纤维。作为例子，他们选用了一条红色牛仔布短裤，剪碎并磨成粉末，然后将粉末放进10 wt%的NaOH溶液里进行搅拌。由NaOH溶液处理5小时后，粉末由红色变成白色。如果裤子不被剪碎并磨成粉末，经过NaOH溶液处理后不会褪色。如果裤子被磨成粉末后不放进NaOH溶液里，就一直为红色。红色和白色的粉末分别溶于B/D为20:80的双组份溶剂中，经过湿纺分别形成红色和白色的纤维。白色粉末的溶液的白度（56.92）略高于白色纤维（50.2），这是因为离子液体本身轻微发黄。红色纤维的颜色强度（K/S值）（5.07）低于红短裤（7.27），表明溶解和湿纺过程发生了部分褪色的现象。白色纤维与粘胶纤维相比，表现出较佳的综合力学性能，能满足制作服装的要求。

由废旧衣物回收成纤维的过程。图片来源：ACS Sustainable Chem. Eng.

研究团队通过SEM表征发现：牵伸比（DR）为1的白色纤维不仅没有纤维的取向，而且其光滑的表面只有轻微的缺陷，而DR为6的纤维具有不平整的、锯齿状的截面，以及经过拉伸后表面会形成沟槽。

DR分别为1和6的纤维的形貌。图片来源：ACS Sustainable Chem. Eng.

研究团队采用离子液体比例仅为20%的双组分溶剂制成的纺丝原液，与纯离子液体作为溶剂制成的纺丝原液相比，不仅粘度降低，而且溶剂成本由900 $/kg减少至202 $/kg。双组分溶剂在经过蒸馏后可以回收并重新利用，达到了循环利用的目的。总的来说，这项研究为废旧棉织品的可持续性的回收提供了廉价、简便的方法。

Circular textiles: closed loop fibre to fibre wet spun process for recycling cotton from denim

Yibo Ma, Beini Zeng, Xungai Wang, Nolene Byrne

ACS Sustainable Chem. Eng., 2019, DOI:10.1021/acssuschemeng.8b06166