張瑜+韋玉輝

摘要：本文闡述了廢舊紡織品回收再利用過程的技術(shù)瓶頸及近紅外技術(shù)主要特點(diǎn)，并重點(diǎn)分析了近紅外技術(shù)應(yīng)用于廢舊紡織品鑒別及成分預(yù)測(cè)上的原理及特點(diǎn)，同時(shí)，也指出了目前近紅外應(yīng)用于廢舊紡織品鑒別及成分預(yù)測(cè)上所存在的問題及可行性展望。分析表明，近紅外技術(shù)應(yīng)用于廢舊紡織品鑒別及成分預(yù)測(cè)是可行的，一方面可以解決制約廢舊紡織品回收再利用的技術(shù)瓶頸——分揀的問題，另一方面又可以提高廢舊紡織品回收再利用產(chǎn)品的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：近紅外技術(shù)；廢舊紡織品；分揀；鑒別及成分預(yù)測(cè)；低碳經(jīng)濟(jì)

中圖分類號(hào)：X791 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Application of Near-infrared Technology in Sorting Waste Textiles and Some Considerations

Abstract： The article elaborates the technical bottlenecks of waste textiles recycling process and main characteristics of the near-infrared technology used in the identification and composition prediction of waste textiles. It also points out the existing problems and feasibility of using near-infrared technology for the identification and composition prediction of waste textiles. It claims that it is feasible to identify and predict the composition of waste textiles by using near-infrared technology， for on one hand， it can break the technical bottleneck that constraints the recycling and reutilization of waste textiles – sorting， and on the other hand it can improve the quality of products regenerated from waste textiles.

Key words： near-infrared technology； waste textiles； sorting； identification and composition prediction； lowcarbon economy

當(dāng)前全球紡織品行業(yè)面臨兩大問題——原材料資源短缺和廢舊紡織品存量大幅上漲，如果不妥善處理這些問題，就有可能引發(fā)資源危機(jī)和環(huán)境污染。目前對(duì)于廢舊紡織品的利用率普遍較低，即使是歐美發(fā)達(dá)國(guó)家其利用率也僅有16%，國(guó)內(nèi)廢舊紡織品回收再利用更是處于初期階段。導(dǎo)致廢舊紡織品利用率不高的原因主要是技術(shù)瓶頸、人們意識(shí)不足、缺乏法律政策支持、尚未形成龍頭企業(yè)及產(chǎn)業(yè)集群等。本文重點(diǎn)闡釋廢舊紡織品回收再利用過程中的技術(shù)瓶頸——分揀問題，提出應(yīng)用光譜分析技術(shù)——近紅外技術(shù)，來解決這一瓶頸問題。這是由于近紅外技術(shù)屬于物理鑒別方式，對(duì)織物不會(huì)產(chǎn)生破壞，在進(jìn)行纖維鑒別時(shí)，無需制樣，而且能夠迅速在線完成對(duì)各種纖維鑒別測(cè)試，耗能低，對(duì)工作環(huán)境無特殊要求，不易受到震動(dòng)和粉塵的影響；同時(shí)，近紅外與各纖維特有的官能基團(tuán)具有一一對(duì)應(yīng)的光譜圖，因而特別適合廢舊紡織品的分揀工作。

1 廢舊紡織品回收再利用過程中的技術(shù)瓶頸及近紅外技術(shù)特點(diǎn)

1.1 技術(shù)瓶頸

廢舊紡織品回收再利用是一個(gè)程序繁雜，對(duì)技術(shù)及設(shè)備要求較高的過程。目前廢舊紡織品回收再利用的主要技術(shù)瓶頸包括分揀問題、剝色問題和分離問題。

（1）分揀作為廢舊紡織品再利用的第一步，其準(zhǔn)確性、快速性、低耗能及低勞動(dòng)強(qiáng)度是廢舊紡織品回收再利用行業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展的基礎(chǔ)；而且不同的纖維成分其后期的再利用方法不同，只有明確其組成及含量，才能實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的回收再利用。目前廢舊紡織品分揀工作主要依賴人工操作，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作環(huán)境差，對(duì)工人的健康產(chǎn)生威脅，而且分揀質(zhì)量受人為主觀因素影響，波動(dòng)較大，不能保證準(zhǔn)確高效的分揀。

（2）剝色問題。在紡織品生產(chǎn)中染色是最常見的過程，當(dāng)紡織品失去使用價(jià)值變成“垃圾”時(shí)，要實(shí)現(xiàn)其回收再利用，將染料從織物上剝離就變得尤為重要，因此剝色也是制約廢舊紡織品再利用的一個(gè)核心技術(shù)。目前主要采用的處理手法是通過添加某些化學(xué)藥品來破壞染料的發(fā)色體，使其不顯色，進(jìn)而達(dá)到剝色的效果。

（3）分離問題。用于回收再利用的廢舊紡織品其纖維組成成分并不是單一的，一般都是混紡產(chǎn)品，所以處理時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行成分分離。目前主要的分離方法是萃取法與溶解法，但是這些方法因操作繁瑣、純度較低等原因也制約著廢舊紡織品的回收再利用。本文僅對(duì)分揀問題進(jìn)行詳細(xì)闡述，并采用近紅外技術(shù)來解決這一問題。

1.2 近紅外技術(shù)的特點(diǎn)

近紅外是一種介于紅外光和可見光之間的波段為780 ～2 526 nm的電磁波，其兼具可見光光譜信息信號(hào)和紅外光譜分析豐富的優(yōu)點(diǎn)。近紅外技術(shù)的工作原理是根據(jù)不同物質(zhì)在近紅外光譜譜段的信息，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行定性定量分析，不同物質(zhì)其近紅外光譜圖不同。同時(shí)，近紅外還具有以下特點(diǎn)：分析對(duì)象廣泛，幾乎能夠應(yīng)用到所有的含氫基團(tuán)的相關(guān)樣品的物理化學(xué)分析中；分析過程簡(jiǎn)單，無需前期處理，能夠全面反映物質(zhì)信息；能夠光纖傳輸，因其波長(zhǎng)短，不被玻璃和石英吸收，因而能制成玻璃或者石英光纖進(jìn)行信號(hào)傳輸，實(shí)現(xiàn)在線分析；不破壞樣品，綠色環(huán)保，近紅外光譜分析只需要得到樣品的近紅外光信號(hào)，對(duì)樣品只需簡(jiǎn)單的預(yù)處理甚至不需要預(yù)處理，不用破壞原樣本，不影響樣品的繼續(xù)正常使用，生產(chǎn)過程也不會(huì)產(chǎn)生污染。綜上可知，近紅外技術(shù)是廢舊紡織品實(shí)現(xiàn)快速、在線、準(zhǔn)確、低碳分揀的最佳手段。endprint

2 近紅外技術(shù)應(yīng)用于廢舊紡織品鑒別及成分預(yù)測(cè)上的可行性分析

目前，纖維鑒別的方法大致分為物理法和化學(xué)法兩大類。其中化學(xué)法對(duì)樣品有損傷，故不考慮用于廢舊紡織品分揀工作。而常見的物理方法包括感官鑒別法、密度鑒別法、熔點(diǎn)鑒別法、色譜鑒別法、紅外吸收光譜鑒別法、雙折射鑒別法、熒光燈鑒別法、顯微鏡鑒別法等，其中感官法易受主觀因素影響，其結(jié)果穩(wěn)定性較差；密度法和熔點(diǎn)法不能準(zhǔn)確鑒別每種纖維，只能給出纖維大類，不能準(zhǔn)確到某種具體纖維，尤其是混紡類產(chǎn)品；色譜法和雙折射法能測(cè)試的纖維種類有限；熒光燈法運(yùn)用較少；顯微鏡法步驟繁瑣；而近紅外法依靠其與各種物質(zhì)分子的基團(tuán)及化學(xué)鍵一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，來識(shí)別不同物質(zhì)。同時(shí)，近紅外技術(shù)因其獨(dú)有的無需樣本制作，快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定、光譜全、低耗能，分析過程不用添加任何化學(xué)品就可實(shí)現(xiàn)紡織品測(cè)試，因而成為紡織品鑒別及成分預(yù)測(cè)的焦點(diǎn)。近紅外技術(shù)既可以用于纖維成分定性定量分析，也可以用于紡織品烘燥甚至保健產(chǎn)品的研發(fā)。

本文則將近紅外技術(shù)應(yīng)用于廢舊紡織品的鑒別及成分預(yù)測(cè)。近紅外光譜分析的本質(zhì)依據(jù)是不同物質(zhì)含有不同的化學(xué)基團(tuán)，不同的化學(xué)基團(tuán)具有不用的近紅外圖譜，可借助不同基團(tuán)與不同圖譜之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系來實(shí)現(xiàn)纖維種類的鑒別及成分預(yù)測(cè)。同時(shí)，廢舊紡織品雖然經(jīng)過使用，但是其纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)及分子組成沒有發(fā)生變化，與原紡織品的纖維成分及含量幾乎沒有差異，因而利用近紅外技術(shù)對(duì)其進(jìn)行鑒別及成分預(yù)測(cè)是可行的。

2.1 廢舊棉類紡織品鑒別及成分預(yù)測(cè)上的應(yīng)用

棉類紡織品占紡織品總消耗量的20%，每年產(chǎn)生的廢舊產(chǎn)品量也很驚人，所以對(duì)廢舊棉紡織品的回收再利用勢(shì)在必行。對(duì)其再利用之前必須進(jìn)行成分鑒別及預(yù)測(cè)，然后才能采取適當(dāng)手段進(jìn)行再利用。目前近紅外技術(shù)在棉工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，例如，楊建忠等人發(fā)現(xiàn)棉纖維中的含糖量與近紅外技術(shù)的吸光度之間相關(guān)性很高，即可以運(yùn)用這種相關(guān)性關(guān)系來間接鑒別棉纖維；馮紅年等人利用島津UV3150型分光光度計(jì)，通過選擇1 300 ～ 1 800 nm波段近紅外漫反射光譜進(jìn)行測(cè)試，建立了滌棉成分含量與最佳回歸波長(zhǎng)處對(duì)應(yīng)光譜數(shù)值的多元回歸方程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)滌棉混紡面料成分的預(yù)測(cè)，因此該方法可用于對(duì)廢舊棉類紡織品的鑒別及成分預(yù)測(cè)；郟東耀等人通過利用近紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)了棉類產(chǎn)品中微量成分的預(yù)測(cè)，含偶氮染料的廢舊紡織品目前還不能回收再利用，所以可以運(yùn)用此方法進(jìn)行廢舊棉紡織品中染料的預(yù)測(cè)；于劍鋒等人融合近紅外技術(shù)與PCA方法，實(shí)現(xiàn)了彩棉與白棉的鑒別，所以可以運(yùn)用此技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)廢舊彩棉類和白棉類紡織品的鑒別，進(jìn)而對(duì)經(jīng)染色的白棉考慮剝色處理，而非廢舊彩棉類紡織品。

2.2 廢舊羊毛類紡織品鑒別及成分預(yù)測(cè)上的應(yīng)用

羊毛纖維一直占據(jù)紡織品的高端市場(chǎng)，每年產(chǎn)生的廢舊毛類紡織品也不少，且我國(guó)70%的毛纖維來自進(jìn)口，所以回收再利用廢舊毛類紡織品迫在眉睫。目前近紅外技術(shù)主要運(yùn)用在羊毛含量的測(cè)試中，例如，李曉薇等人利用近紅外技術(shù)對(duì)人工制備的不同混合比例的混紡毛樣品進(jìn)行了測(cè)試，并建立了數(shù)學(xué)模型，其模型穩(wěn)定性很好，適用于不同顏色的混紡毛類紡織品的測(cè)試，由于紡織品印染采用的染料在可見光范圍內(nèi)差異顯著，在近紅外范圍差異很小，所以基本不會(huì)對(duì)此模型產(chǎn)生影響；Church等人利用近紅外技術(shù)及PCA法實(shí)現(xiàn)了純紡與混紡產(chǎn)品的圖譜區(qū)分，而且實(shí)現(xiàn)了在線快速識(shí)別；Hammersley等人和Fleet等人利用近紅外技術(shù)分別實(shí)現(xiàn)了對(duì)羊毛中的殘脂率、水分含量的預(yù)測(cè)和對(duì)染色毛、有髓毛的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了毛類紡織品品質(zhì)的鑒別，所以可以通過此方法來完成廢舊毛類紡織品成分鑒別及預(yù)測(cè)，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行剝色及回收再利用。

2.3 廢舊絲類紡織品鑒別及成分預(yù)測(cè)上的應(yīng)用

隨著人們對(duì)舒適性要求的提高及收入水平的提高，每年人們購(gòu)買的絲類紡織品也在逐年攀升，淘汰的絲織品也隨之增加，對(duì)其進(jìn)行快速分揀不容忽視。陳斌等人運(yùn)用NIR技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)真絲類紡織品真絲含量的快速檢測(cè)。研究發(fā)現(xiàn)近紅外技術(shù)能實(shí)現(xiàn)對(duì)紡織品真絲含量的快速檢測(cè)，因而可以用于廢舊絲類紡織品的鑒別、成分預(yù)測(cè)以及快速在線分揀。

2.4 廢舊合成纖維類紡織品鑒別及成分預(yù)測(cè)上的應(yīng)用

每年合成纖維的消費(fèi)量約占紡織品纖維總消費(fèi)量的70%，因而每年伴隨的合成纖維類廢舊紡織品的數(shù)量驚人，而合成纖維不同于天然纖維，其不能生物降解，如果焚燒將會(huì)產(chǎn)生大量有毒氣體，污染大氣，如進(jìn)行掩埋將會(huì)使土壤板結(jié)甚至破壞地下水質(zhì)，所以必須采用合適的方法對(duì)其進(jìn)行回收再利用。

目前，國(guó)外在這方面的研究起步較早，已掌握了大量的技術(shù)知識(shí)，并建成了先進(jìn)的生產(chǎn)流水線，甚至形成了產(chǎn)業(yè)鏈，例如日本帝人公司。國(guó)內(nèi)這方面的研究起步較晚還處于初期階段，目前只是對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的、較低級(jí)的回收再利用。雖然合成纖維都屬于高分子聚合物，但是不同品種的聚合物，其分子鏈結(jié)構(gòu)及官能團(tuán)不同，而且不同種類其回收再利用方式也不同。目前，近紅外技術(shù)在合成纖維領(lǐng)域應(yīng)用較為成熟，可以用于纖維成分定性定量分析及各種助劑、添加劑成分及含量的分析等。例如趙國(guó)棟等人將近紅外技術(shù)運(yùn)用到合成纖維的工業(yè)生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)近紅外技術(shù)在合成纖維原料制備、添加劑組成、產(chǎn)品性能及纖維鑒別、助劑檢測(cè)等多方面的應(yīng)用完全可行，同時(shí)指出NIR技術(shù)在化纖產(chǎn)品質(zhì)量的提高及生產(chǎn)成本的降低方面也具有重要作用。所以，完全可以運(yùn)用近紅外技術(shù)來鑒別合成纖維廢舊紡織品的成分，再有針對(duì)性的對(duì)其進(jìn)行再利用。

2.5 廢舊皮革類紡織品鑒別及成分預(yù)測(cè)上的應(yīng)用

皮革一直是時(shí)尚界不可或缺的一種天然資源，也是時(shí)尚達(dá)人衣櫥中不可缺少的奢飾品，所以對(duì)其合理的回收再利用不僅可以降低成本，還是讓皮革類紡織品走進(jìn)大眾生活的一個(gè)有效途徑。脂肪檢測(cè)在制革業(yè)中是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目前的標(biāo)準(zhǔn)分析法需要耗費(fèi) 5 h的檢測(cè)時(shí)間。Cantero等人進(jìn)行了關(guān)于近紅外技術(shù)運(yùn)用到羊皮制品的脫脂過程的研究，對(duì)來自不同產(chǎn)地的12種羊皮產(chǎn)品進(jìn)行了分析研究，羊毛處理過程經(jīng)歷了脫酸、脫毛、干燥、脫脂、洗滌等12個(gè)步驟，在脫脂工序和磨成粉前后分別用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定法和和近紅外儀器對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)，近紅外數(shù)據(jù)的分析采用PLS法，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差約為10%，各種樣品集的相關(guān)系數(shù)約為95%。因此可以利用近紅外技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同產(chǎn)地、不同品種的廢舊皮革類產(chǎn)品的有效分揀，方便后期的再利用。endprint

3 近紅外技術(shù)應(yīng)用存在的問題及展望

利用近紅外技術(shù)進(jìn)行廢舊紡織品鑒別及成分預(yù)測(cè)，雖具有分析成本低、分析效率高、可在線分析、可重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)，但其也存在以下一些問題。

（1）設(shè)備較昂貴，一臺(tái)儀器一般都在60萬元左右。

（2）需要建立譜圖庫(kù)甚至是多級(jí)圖譜庫(kù)。利用近紅外技術(shù)只能完成不同類纖維間鑒別，無法實(shí)現(xiàn)同類纖維中不同規(guī)格或不同品種的纖維的鑒別，如錦綸6與錦綸66的鑒別。要想實(shí)現(xiàn)同類纖維不同規(guī)格或者不同品種的纖維的鑒別，必須建立子譜圖庫(kù)，只有運(yùn)用遞推式的子譜圖庫(kù)或者神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)才能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)相似纖維種類的快速準(zhǔn)確及無損傷鑒別。

（3）可靠性受多個(gè)因素制約。NIR技術(shù)是一種間接測(cè)試技術(shù)，其工作過程包括建立一個(gè)用于各類纖維鑒別的譜圖庫(kù)和再利用距離法與相關(guān)系數(shù)法對(duì)其測(cè)試結(jié)果進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)而完成對(duì)各類纖維的鑒別，所以其結(jié)果的可靠性取決于樣品的篩選、儀器的信噪比及傳統(tǒng)測(cè)試方法的準(zhǔn)確性以及模型建立的合理性。一旦建立了正確的模型（或標(biāo)準(zhǔn)曲線），近紅外技術(shù)就可能實(shí)現(xiàn)快速、精確、無破壞的檢測(cè)，且能在各種工業(yè)環(huán)境條件下達(dá)到在線監(jiān)控的作用。

（4）現(xiàn)有的近紅外模型及數(shù)據(jù)庫(kù)較少。由于近紅外光譜數(shù)據(jù)庫(kù)及模型的建立是一個(gè)不斷進(jìn)行模型完善及數(shù)據(jù)積累的過程，且一般涉及到知識(shí)產(chǎn)權(quán)問題，所以目前公開報(bào)道的圖譜庫(kù)很少。

針對(duì)以上問題，可采取以下措施：積極與科研單位或者高校合作，深入研究此項(xiàng)技術(shù)的核心知識(shí)；選擇有代表性的校正集樣本，建立穩(wěn)定可靠地模型及數(shù)據(jù)譜圖庫(kù)；采用合適的分析方法進(jìn)行近紅外技術(shù)分析，得到準(zhǔn)確的信息；對(duì)原始光譜圖進(jìn)行預(yù)處理，并進(jìn)行圖譜鑒別及定性定量分析；注意數(shù)據(jù)庫(kù)信息的不斷充實(shí)與更新，以提高測(cè)試的準(zhǔn)確性。最終實(shí)現(xiàn)近紅外技術(shù)與廢舊紡織品分揀的良好嫁接，為今后廢舊紡織品回收再利用提供良好的前期環(huán)境。

4 結(jié)論

廢舊紡織品回收再利用是一個(gè)充滿生機(jī)的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，更是一個(gè)符合國(guó)家“十二五”發(fā)展規(guī)劃的熱點(diǎn)產(chǎn)業(yè)。但是在其利用過程中存在的諸多技術(shù)難點(diǎn)有還待克服，分揀問題就是一個(gè)不可忽視的技術(shù)瓶頸。目前較傳統(tǒng)的分揀方式為人工分揀，其穩(wěn)定性差，易受工作人員自身?xiàng)l件及經(jīng)驗(yàn)的影響，而且也存在健康威脅，所以近紅外技術(shù)就成了實(shí)現(xiàn)迅速準(zhǔn)確對(duì)廢舊紡織品鑒別及成分預(yù)測(cè)的有效途徑。這主要是因?yàn)榻t外技術(shù)一直是紡織品纖維種類定性定量分析的重要技術(shù)手段，而廢舊紡織品與原紡織品的纖維種類、大分子結(jié)構(gòu)以及官能團(tuán)是一樣的，所以近紅外技術(shù)也適用于廢舊紡織品的鑒別及成分預(yù)測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)廢舊紡織品的分揀工作。但是目前近紅外技術(shù)在這方面的應(yīng)用較少，今后應(yīng)積極推廣這一技術(shù)手段在廢舊紡織品分揀回收再利用行業(yè)中的應(yīng)用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速、高效、低碳的分揀工作。

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