PLA isoleren en verwijderen uit gemengde textielvezels

Aanvrager: NOOSA
Uitvinders: Hélène L'EBRELLEC, Faraj HAJAR 
Nummer octrooiaanvraag: WO2023/126480
Titel: Method for isolating fibers polylactic acid-based from a mixture of textile fibers and recovery of the latter no longer containing polylactic acid

Mechanisch recycleren van textiel bestaat uit een reeks snij- en uitrafelstappen om textiel te herleiden tot vezels. De herwonnen vezel kan opnieuw worden gesponnen (omgezet in garen) en vervolgens weer worden omgezet in een weefsel (gebreid of geweven). Deze vezel kan ook worden gebruikt als vulmiddel, of worden omgezet in een niet-geweven stof als de kwaliteit te slecht is om opnieuw te worden gesponnen, een nadeel dat zoveel mogelijk moet worden vermeden.

Gemengde textielvezels vormen een groot obstakel voor mechanische recyclage. Bij mechanisch recycleren kunnen de verschillende soorten vezels namelijk niet worden gescheiden, de samenstelling van het gerecycleerde product is moeilijk te controleren en bijgevolg zijn de eigenschappen en de kwaliteit ervan ook moeilijk te controleren. Elastaan vormt hierbij het grootste obstakel; indien er meer dan 8% elastaan in de samenstelling van een weefsel aanwezig is, is het niet meer uit te rafelen.

Chemisch recycleren is de gedeeltelijke of volledige depolymerisatie van de polymeren waaruit textielvezels bestaan. De verkregen monomeren of oligomeren kunnen als zodanig worden gebruikt of worden hergebruikt bij de synthese van nieuwe polymeren. De beperking van chemisch recycleren is dat er een oplossingsstap nodig is voorafgaand aan de depolymerisatiereactie. Deze ontbinding is verantwoordelijk voor ketensplitsingen die leiden tot een vermindering van de polymerisatiegraad of het moleculair gewicht. Molecuulgewicht is gerelateerd aan de mechanische eigenschappen van een textielvezel. Een vermindering van het moleculair gewicht resulteert in een verlies van taaiheid en elasticiteit. De vezels die na chemisch recycleren worden verkregen, hebben verslechterde mechanische eigenschappen, waardoor meestal een percentage "nieuwe" vezels moet worden toegevoegd om de eigenschappen van het uiteindelijke textielartikel te garanderen. Over het algemeen is dit percentage hoger dan 40% voor cellulosevezels (textielvezels samengesteld uit cellulose) en 20% voor polyestervezels.

Er is daarom behoefte aan het ontwikkelen van recyclageoplossingen voor textiel dat bestaat uit een mengsel van vezels, zonder de vezels in het mengsel overmatig te beschadigen, zodat ze kunnen worden hergebruikt in een nieuw textielartikel.

Er zijn twee grote uitdagingen met betrekking tot het beheer van het einde van de levensduur van textiel. De eerste heeft betrekking op textiel dat opnieuw kan worden omgezet in startmonomeren, zoals polymeertextiel dat vrijwel uit één materiaal bestaat (zie octrooidocument WO2021 148549 voor het polymeer PLA), terwijl de tweede betrekking heeft op de manier waarop textielvezels kunnen worden teruggewonnen zonder ze overmatig te beschadigen, zodat ze opnieuw kunnen worden verwerkt. 

De aanvrager heeft nu ontdekt dat deze twee uitdagingen in één enkel proces kunnen worden aangepakt, met name in de context van textiel dat is gevormd uit een mengsel van vezels bestaande uit niet-PLA-textielvezels en textielvezels die PLA bevatten.

Het gecombineerde proces van deze uitvinding omvat het behandelen van de textielvezels om PLA-bevattende textielvezels te isoleren van andere niet-PLA textielvezels om de resterende maar onbeschadigde niet-PLA textielvezels te behandelen voor respinning. Deze stap omvat het oplossen van PLA in een oplosmiddel, zoals een oplosmiddel geselecteerd uit alkyllactaten. Volgens de uitvinding is er dus een methode voor het behandelen van een mengsel van textielvezels bestaande uit niet-PLA-textielvezels en textielvezels die PLA bevatten, gekenmerkt door de volgende stappen

het mengsel van textielvezels in een tank brengen, een vooraf bepaalde hoeveelheid PLA-oplosmiddel in de tank brengen, de PLA-houdende textielvezels oplossen, de niet-PLA-textielvezels wassen met het oplosmiddel van het PLA, de oplossing gevormd door het PLA terugwinnen, en het terugwinnen van de oplossing gevormd door het PLA-oplosmiddel en de opgeloste PLA-bevattende textielvezels het terugwinnen van de niet-PLA-textielvezels voor behandeling voor recarding en respinning het scheiden van de niet-PLA-textielvezels en de niet-opgeloste PLA-bevattende textielvezels uit de oplossing gevormd door het PLA-oplosmiddel en de opgeloste PLA-bevattende textielvezels enerzijds, niet-PLA-textielvezels en textielvezels die niet-opgelost PLA bevatten anderzijds, de oplossing gevormd door het PLA-oplosmiddel en textielvezels die opgelost PLA bevatten.

Bij voorkeur zijn de niet-PLA-textielvezels natuurlijke vezels.

• Volgens deze uitvinding maakt de toevoeging van PLA-oplosmiddel om een massaverhouding tussen de massa PLA en de massa PLA-oplosmiddel van tussen 0,06 en 0,09 te verkrijgen bij een temperatuur van tussen 100 en 130°C het mogelijk om PLA-houdende textielvezels op te lossen zonder de niet-PLA-textielvezels aan te tasten. De andere polymeren in het mengsel van niet-PLA textielvezels, bestanddelen van de derde polymeer textielvezels, zijn gevoelig voor hydrolyse en/of alcohololyse.
• Wanneer deze derde polymeer textielvezels in het depolymerisatiereactiemedium terechtkomen, d.w.z. na de behandelingsstap om het melkzuur terug te winnen uit de oplossing gevormd door het PLA-oplosmiddel en de textielvezels die opgelost PLA bevatten, wordt hun moleculaire structuur gewijzigd en bijgevolg ook hun fysisch-chemische eigenschappen, waardoor ze ook geschikt zijn voor textieltoepassingen.
• Door ze snel terug te winnen, na het oplossen van het PLA door een vast/vloeibaar scheidingsproces, maar vóór de behandeling om het melkzuur terug te winnen (depolymerisatie van het PLA), blijven hun eigenschappen behouden en kan een nieuw gebruik van het polymeer van de derde vezels worden overwogen, zoals textiel voor een nieuwe textiel- of andere toepassing.
  Het voordeel van het scheiden van de andere textielvezels vóór depolymerisatie volgens de huidige uitvinding is daarom tweeledig. Dit heeft het voordeel dat het PLA snel en in belangrijke mate oplost.
• In a particular embodiment of the present invention, the PLA solvent used to wash the non-PLA textile fibres after the solid-liquid separation is enriched in residual PLA and recovered to be subjected to a treatment to recover lactic acid. This has the advantage of reducing the amount of residual PLA in the non-PLA textile fibres. A further advantage is that the amount of dissolved PLA is increased, resulting in an increase in the amount of lactic acid recovered after treatment.
• In een voordelige uitvoering van deze uitvinding worden de teruggewonnen niet-PLA textielvezels behandeld met niet-PLA textielvezels voordat ze opnieuw worden gekaard en ingeregen, waarbij de niet-PLA textielvezels worden gespoeld om restoplosmiddel te verwijderen met een waterige oplossing en de gespoelde niet-PLA textielvezels worden gedroogd.
• Het spoelen met een waterige oplossing reinigt de niet-PLA textielvezels door het resterende oplosmiddel te verwijderen dat gebruikt is om het PLA op te lossen. Dit spoelen in combinatie met drogen kan in sommige gevallen een fijn poeder opleveren dat PLA bevat. Dit poeder kan vervolgens worden geïsoleerd om gezuiverde niet-PLA textielvezels te verkrijgen die opnieuw kunnen worden gebruikt en ingeregen.
• Het voordeel van deze uitvinding is dat de methode ook een stap omvat waarbij het mengsel van textielvezels wordt ontsmet voordat het PLA-oplosmiddel in het mengsel van textielvezels wordt gebracht. Dit heeft het voordeel dat mogelijke verontreinigingen worden verminderd en dat alleen een mengsel van textielvezels wordt verwerkt dat bestaat uit niet-PLA-textielvezels en textielvezels die PLA bevatten. Een ontsmettingsstap kan bijvoorbeeld wassen in een waterige oplossing zijn. Het voordeel van deze uitvinding is dat de droogstap van het mengsel van ontsmette textielvezels wordt uitgevoerd in een geventileerde atmosfeer.