Recycling of cotton textiles: Characterization, pretreatment, and purification
Doktorsavhandling, 2016

In many parts of the world, there are well-established systems for material recycling of metal, glass, and paper. However, no large-scale chemical recycling of textiles currently exists. Since the collection of second hand textiles is established on a large-scale, one of the main barriers to obtaining chemical textile recycling is the development of recycling technology. Recently, it has been proposed that recycling cotton may be accomplished using post-consumer cotton to produce regenerated cellulose fibers, such as viscose and lyocell. These fibers are, today, made either from wood-derived dissolving pulp or cotton linters, both of which contain almost pure cellulose. The incorporation of used cotton fibers from textiles is an interesting possibility since cotton also contains almost pure cellulose. The most common textile material on the market contains a mix of polyester, i.e. poly(ethylene terephthalate) (PET), and cotton, referred to as polycotton, and the separation of the two components is necessary before recycling. This thesis investigates some important aspects of the chemical recycling of textiles. The focus is on four areas; property changes during laundering and use of cotton, acid pretreatment of cotton, swelling properties of cotton, and separation of cotton from polycotton textiles. The first part is based on that during the service life of cotton textiles, laundering is performed many times, and this may change the properties of cotton. When new cotton fibers are compared to cotton fibers from sheets that have been used in hospitals for a long period of time, findings show that laundering and use do not have a large impact on the supramolecular structure of cotton cellulose. However, the cellulose the degree of polymerization decrease greatly after long-term use. The second and third parts of the thesis investigate the pretreatment of cotton. Pretreatments of cellulose fibers are used to enhance susceptibility to dissolution before the production of regenerated fibers. Three different pretreatments were investigated, acid hydrolysis in water, acid hydrolysis in ethanol and hydrothermal treatment. Findings show that the degradation pattern is similar in cotton and dissolving pulp for all pretreatments. The last part of the thesis investigates the separation of the components in polycotton. In the process, polyester is hydrolyzed by the action of alkali while cotton is maintained. The process yields three product streams; two containing the two different monomers obtained when hydrolyzing the PET, and one with residual cotton. The yield of the process is high, and the fractions showed high purity.

Textile recycling

Cellulose

Pretreatment

Cotton

Polycotton

Hydrolysis

KA, Kemihuset, Chalmers
Opponent: Prof. Antje Potthast, University of Natural Resources and Applied Life Sciences, Österrike

Författare

Anna Palme

Kemi och kemiteknik, Kemiteknik, Skogsindustriell kemiteknik

Chemical and ultrastructural changes in cotton cellulose induced by laundering and textile use

Cellulose,; Vol. 21(2014)p. 4681-4691

Artikel i vetenskaplig tidskrift

Acid hydrolysis of cellulosic fibres: Comparison of bleached kraft pulp, dissolving pulps and cotton textile cellulose

Carbohydrate Polymers,; Vol. 136(2016)p. 1281-1287

Artikel i vetenskaplig tidskrift

Palme, A. Aldaeus, F. Larsson, P T. Hasani, M. Theliander, H. Brelid, H. Differences in swelling of chemical pulp fibers and cotton fibers – effect of the supramolecular structure

Palme, A. Peterson, A. de la Motte, H. Theliander, H. Brelid, H. Development of an efficient route for combined recycling of polyester and cotton from mixed fabrics

Palme, A. Hasani, M. Theliander, H. Brelid, H. Acid pretreatment of different cellulosic fibers using HCl in water, HCl in ethanol and hydrothermal treatment

Enligt Naturvårdsverket slänger vi årligen 145.000 ton textilier i Sverige, Danmark och Finland. Medan återvinning av bland annat glas, metall och papper är väletablerat i Sverige, saknas det idag bra återvinningslösningar för textil och kläder. För att minska resursslöseriet är det därför angeläget att öka återvinningen av textilier. Ett problem är att det saknas tekniska lösningar för kemisk återvinning av textil. Avhandlingen har därför som mål att ta fram grundläggande kunskap för några inledande processteg för kemisk textilåtervinning. Eftersom textilavfall innehåller många olika sorters fibrer och materialblandningar, har arbetet begränsats till ren bomull och blandningar av bomull och polyester.
Idén är att bomull ska kunna återvinnas till viskos- eller lyocellfibrer. Dessa textilfibrer består, precis som bomull, av cellulosa. Idag tillverkas viskos och lyocell främst av en typ av pappersmassa som kallas dissolvingmassa eller textilmassa. För att undersöka möjligheten att återvinna bomull från utsliten textil genom produktion av viskos eller lyocell studerar avhandlingen bland annat hur bomull påverkas av tvätt och användning, samt om det är någon skillnad mellan hur olika förbehandlingar påverkar textilmassa och slitna bomullsfibrer.
Ett första steg mot en ökad återvinning av textil är att återvinna textilier som används på sjukhus och hotell, vilka vanligtvis består av en blandning av bomull och polyester. För att kunna återvinna fibrerna kemiskt till nya fibrer, krävs rena fraktioner och därför har arbetet i avhandlingen också inriktats på separation av bomull och polyester.

Ämneskategorier

Polymerkemi

Pappers-, massa- och fiberteknik

Polymerteknologi

Drivkrafter

Hållbar utveckling

Fundament

Grundläggande vetenskaper

ISBN

978-91-7597-522-1

Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie: 4203

Utgivare

Chalmers tekniska högskola

KA, Kemihuset, Chalmers

Opponent: Prof. Antje Potthast, University of Natural Resources and Applied Life Sciences, Österrike