Loại bỏ tạp chất trong sợi filament polyester tái chế: Từ xử lý sơ bộ nguyên liệu đầu vào đến lọc nóng chảy

Khi nhu cầu về vải bền vững tiếp tục gia tăng, kiểm soát chất lượng trong sản xuất sợi filament polyester tái chế ngày càng trở nên quan trọng. So với sợi xơ ngắn polyester tái chế, sợi filament thường yêu cầu kiểm soát tạp chất nghiêm ngặt hơn. Ngay cả một lượng nhỏ chất gây nhiễm cũng có thể gây tắc đầu phun, đứt sợi, xơ tơ và các khuyết tật trên vải như đốm đen và vết loang màu, ảnh hưởng đến cả hiệu quả sản xuất lẫn chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Do đó, việc loại bỏ tạp chất phải được thực hiện xuyên suốt toàn bộ quá trình sản xuất, từ xử lý sơ bộ nguyên liệu đầu vào cho đến kéo sợi nóng chảy. Các phương pháp chính bao gồm xử lý sơ bộ mảnh chai, lọc nóng chảy tiên tiến và tái chế hóa học kèm làm sạch trong một số quy trình sản xuất nhất định.

i. Xử lý sơ bộ mảnh chai: Loại bỏ tạp chất ngay từ nguồn

Xử lý sơ bộ chủ yếu loại bỏ các loại nhựa không phải PET, kim loại, nhãn, keo dán, dầu, cát và các tạp chất khác ra khỏi mảnh chai PET phế liệu.

1. Phân loại vật liệu và loại bỏ nhãn

Sau khi tháo bao bì, chai phế liệu có thể được phân loại bằng cách sử dụng công nghệ nhận diện vật liệu dựa trên hồng ngoại gần (NIR), phát hiện tia X, tách bằng dòng xoáy và phân loại quang học dựa trên trí tuệ nhân tạo (AI). Các công nghệ này giúp loại bỏ PVC, PP, tạp chất kim loại và các loại chai không phù hợp. Sau đó, nhãn và dư lượng keo dán được loại bỏ bằng phương pháp cơ học.

2. Nghiền và rửa

Chai thường được nghiền thành các mảnh có kích thước khoảng 5–12 mm. Các mảnh này sau đó trải qua các công đoạn rửa sơ bộ, rửa nóng và nhiều lần xả nước. Quá trình rửa nóng có thể sử dụng dung dịch kiềm ở nhiệt độ khoảng 75–85°C nhằm loại bỏ dầu, dư lượng đường và các tạp chất keo dán.

3. Tách theo tỷ trọng và phân loại thứ cấp

Phương pháp tách dựa trên mật độ được sử dụng để phân biệt các vật liệu khác nhau. Trong điều kiện nước thông thường, mảnh vụn PET chìm xuống, trong khi các vật liệu nhẹ hơn như PP và PE thường nổi lên, nhờ đó có thể tách chúng ra.

Sau đó, có thể áp dụng tách bằng khí, sàng rung, phân loại quang học lần hai và kiểm tra thủ công nhằm loại bỏ bụi, các hạt mịn, mảnh vụn bị phai màu và các tạp chất còn sót lại.

4. Làm ráo nước và sấy khô

Sau khi rửa, các mảnh vụn trải qua quá trình làm ráo nước ly tâm và sấy khô nhằm giảm hàm lượng độ ẩm, từ đó hạn chế nguy cơ phân hủy thủy phân trong quá trình gia công ở nhiệt độ cao. Một số quy trình sản xuất có thể đạt mức độ ẩm dưới 50 ppm, tùy thuộc vào điều kiện nguyên liệu đầu vào, thiết bị và yêu cầu quy trình.

iI. Kéo sợi từ trạng thái nóng chảy: Lọc nóng chảy nhiều cấp

Mặc dù xử lý sơ bộ loại bỏ phần lớn các chất gây nhiễm bẩn có thể nhìn thấy được, nhưng các hạt rắn mịn, cặn cacbon hóa và gel vẫn có thể còn sót lại. Do đó, lọc nóng chảy nâng cao là một bước thiết yếu nhằm duy trì chất lượng sợi filament polyester tái chế.

1. Ép đùn và làm nóng chảy

Các mảnh vụn PET đã qua xử lý sơ bộ hoặc các viên nhựa PET tái chế được đưa vào máy ép đùn và làm nóng chảy trong điều kiện nhiệt độ được kiểm soát. Nhiệt độ điển hình để gia công nóng chảy PET khoảng 260–280°C, mặc dù các thông số thực tế phụ thuộc vào nguyên liệu đầu vào và quy trình sản xuất.

2. Lọc nóng chảy liên tục nhiều cấp

Các dây chuyền sản xuất thường sử dụng bộ lọc dạng tấm hoặc dạng nến, được trang bị vật liệu lọc có độ mịn khác nhau nhằm bắt giữ dần các chất gây nhiễm bẩn.

Tùy theo yêu cầu sản phẩm, cấp độ lọc khoảng 20–40 μm thường được áp dụng cho sản xuất sợi filament, trong khi một số quy trình sản xuất sợi filament mật độ thấp hơn có thể yêu cầu lọc ở mức khoảng 10 μm.

Giám sát chênh lệch áp suất giúp xác định tình trạng tắc bộ lọc. Tùy theo thiết kế hệ thống, các bộ lọc có thể được chuyển đổi hoặc thay thế khi cần để duy trì dòng chảy khối nóng chảy ổn định và giảm nguy cơ tắc đầu phun, xơ tơ và đứt sợi.

3. Đông trùng hóa chất ở trạng thái rắn và lọc cuối cùng

Đối với các quy trình sản xuất sử dụng đông trùng hóa chất ở trạng thái rắn (SSP), các mảnh PET có thể được xử lý trong chân không hoặc trong khí trơ nhằm tăng độ nhớt đặc trưng và cải thiện hiệu suất kéo sợi tiếp theo. Quá trình này cũng có thể giúp giảm một số hợp chất dễ bay hơi và có trọng lượng phân tử thấp.

Một số dây chuyền sản xuất bao gồm thành phần lọc bổ sung trước khi khối nóng chảy đi vào đầu phun, tạo thành rào cản cuối cùng chống lại các hạt còn sót lại. Cần lưu ý rằng SSP chủ yếu cải thiện tính chất polymer và không thể thay thế cho việc lọc khối nóng chảy.

iII. Tái chế hóa học: Làm sạch sâu hơn thông qua quá trình phân hủy polymer

Ngoài quy trình tái chế cơ học, một số quy trình sản xuất sợi filament polyester tái chế còn sử dụng tái chế hóa học. Ví dụ, phế liệu PET có thể được phân hủy polymer thông qua các quá trình như glycolysis. Các monome hoặc oligome thu được sau đó được tinh chế bằng các phương pháp như chưng cất, kết tinh hoặc hấp phụ trước khi được trùng hợp lại thành PET.

Phương pháp này có thể loại bỏ một số tạp chất nhất định và tạo ra nguyên liệu tái chế có độ tinh khiết cao. Tuy nhiên, tái chế hóa học thường đòi hỏi quy trình phức tạp hơn, yêu cầu thiết bị và năng lượng cao hơn cũng như chi phí sản xuất lớn hơn so với tái chế cơ học thông thường.

iV. Ảnh hưởng của việc loại bỏ tạp chất đến chất lượng sợi filament

Hiệu quả của việc loại bỏ tạp chất ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định trong sản xuất và chất lượng sản phẩm cuối cùng.

• PVC còn sót lại và các vật liệu không tương thích khác: Các chất này có thể phân hủy ở nhiệt độ cao, làm nhiễm bẩn khối nóng chảy và gây đổi màu hoặc biến đổi màu sắc.
• Kim loại và các hạt cứng: Những tạp chất này có thể làm tắc nghẽn vật liệu lọc hoặc các lỗ phun trên đầu phun, làm tăng nguy cơ xuất hiện sợi tơ và đứt sợi.
• Cặn cacbon hóa và các khối gel: Những tạp chất này có thể gây ra các đốm đen hoặc vết màu trên sợi và vải, làm giảm chất lượng thẩm mỹ.
• Kiểm soát độ ẩm không đầy đủ: Độ ẩm có thể gây thủy phân PET, ảnh hưởng đến trọng lượng phân tử, độ nhớt khi nóng chảy và độ ổn định trong quá trình kéo sợi.
• Tạp chất bị đổi màu: Những tạp chất này có thể dẫn đến màu sợi không đồng đều và khiến việc nhuộm cũng như kiểm soát chất lượng ở công đoạn sau trở nên khó khăn hơn.

v. Kết luận

Loại bỏ tạp chất trong sản xuất sợi filament polyester tái chế là một quy trình hệ thống, đòi hỏi kiểm soát hiệu quả từ khâu phân loại và rửa nguyên liệu đầu vào cho đến sấy khô và lọc dung thể nóng chảy.

Xử lý sơ bộ loại bỏ phần lớn các vật liệu ngoại lai, trong khi lọc nóng chảy tiên tiến hơn nữa kiểm soát các hạt mịn, cặn than hóa và khối gel. Bằng cách nâng cao chất lượng nguyên liệu đầu vào, lựa chọn thiết bị lọc phù hợp và kiểm soát cẩn thận các thông số quy trình then chốt, các nhà sản xuất có thể giảm thiểu các khuyết tật trong quá trình kéo sợi, cải thiện độ ổn định sản xuất và đạt được chất lượng sản phẩm đồng đều hơn.

Do đó, kiểm soát hiệu quả tạp chất là nền tảng quan trọng để sản xuất chỉ sợi polyester tái chế chất lượng cao và hỗ trợ việc áp dụng rộng rãi hơn các vật liệu dệt may bền vững.