摘要：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)因难以自然降解且消费量巨大，已成为固体废弃物的主要来源之一。目前，废旧聚酯回收利用率仍有巨大提升空间，发展废旧聚酯的功能化再利用技术，可实现聚酯高值化循环利用，推动材料产业向可持续发展方向转型升级。基于废旧聚酯物理回收和化学回收的基础路线，系统探讨了共混法、共聚法及水热法等功能性聚酯的再生方法，并对功能性再生聚酯材料在建筑、功能纺织品、医疗、检测、高强高模纤维等领域的应用作了系统阐述。

— 1 —前言

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种半结晶热塑性塑料，可用于制造塑料瓶、合成纤维、磁带、照相胶片、食品包装等。PET由于出色的化学稳定性，难以被降解，在自然环境中，大约需要300~450年才能自然分解。随着聚酯的需求量逐年增加，导致废旧聚酯的大量累积。绝大部分废旧聚酯采用填埋或焚烧等简单方式进行处理，不仅对环境产生污染，还造成资源的巨大浪费。废旧聚酯主要包括消费后废弃物(如饮料瓶、纺织品、包装膜等)、工业废料(如生产边角料、废丝等)以及复合型废料(如混合塑料、多层包装等)。再生聚酯(rPET)按照形态及主要用途可以分为纤维级、瓶级和薄膜级。纤维级rPET主要应用于纺织行业，瓶级和薄膜级rPET主要应用于包装行业。2024年全球rPET市场中亚太地区是rPET的最大消费市场，占比40%，其次是北美市场，占29%。图1展示了2025至2034年全球rPET的市场规模预测，由图1可知，市场规模逐年增长，到2034年预计可达到478.3亿美元。

基于此，首先综述了废旧聚酯回收再生的最新研究进展及相关技术，进一步介绍了rPET 功能改性的方法以及在不同领域的具体应用 ，最后展望了废旧聚酯未来的发展趋势，以期推动聚酯行业的可持续发展。

— 2—废旧聚酯再生技术

根据处理方式的不同，废旧聚酯的再生技术主要可分为物理法再生、化学法再生以及生物法再生三大类，如图2 所示。

2.1 物理法再生

传统物理法再生是通过简单的物理手段，在不改变PET 化学结构的基础上 ，将废旧聚酯原料先经过识别、分拣、粉碎和清洗，再经过干燥、增黏、熔体加工成型等方法将废旧聚酯原料重新加工成rPET 切片或纤维产品 。物理回收的主要优点是工艺流程 短、设备简单、成本较低 ，但通过该法制备的rPET 纤维存在杂质难以彻底清除 ，相对分子质量不稳定 ，纤维的物理性能下降，产品质量差，纤维的附加值偏低等问题，且在回收过程中易产生甲醛，对环境产生污染。

2.2 化学法再生

化学法再生是通过化学分解对分子链进行破坏使其转变成小分子单体，再用于生产高附加值化工原料和石油燃料，解聚产物可以再聚合制备rPET。 根据分解方式不同 ，化学法可分为：水解法、醇解法和氨/胺解法。

2.2. 1水解法

水解法是在高温高压的条件下，让废旧聚酯在不同pH 环境下发生水解反应 ，得到乙二醇(EG) 和对苯二甲酸(TPA)单体的方法 。主要可分为酸性水解、碱性水解和中性水解三种 。酸性水解是指在酸性环境中 ，用水对废旧聚酯解聚得到TPA、EG。在稀酸条件下反应需要升高反应温度和延长反应时间 。碱性水解是将废旧聚酯置于碱性溶液中 ，反应温度为200 ~ 250 ℃ ，反应压力3 ~ 5 MPa ，反应数小时得到TPA 碱金属盐 ，再通过加酸将TPA 析出。 中性水解是在中性条件下 ，引入催化剂，高温高压下直接用水或者水蒸气对废旧聚酯进行解聚，产物为EG 和 TPA。PET 水解法的主要产物是 TPA，可通过与EG 熔融再聚合制得 rPET。Kirstein 等通过碱性水解将废旧聚酯解聚 ，得到TPA 和 EG，将解聚单体产物纯化后，再聚合制备了食品级rPET。

2. 2. 2醇解法

醇解法是利用醇解剂将PET解聚为低分子单体或低聚物的方法。醇解法目前已经有规模化的应用，其中较成熟的是甲醇醇解法和乙二醇醇解法。

甲醇醇解法是以甲醇为解聚试剂，以有机金属盐为催化剂，在适当压力及180~280℃的条件下进行解聚，主要产物为对苯二甲酸二甲酯(DMT)和EG，还有邻苯二甲酸酯衍生物和醇类混合物。根据不同的解聚反应条件 ，PET的甲醇醇解法可分为液态甲醇醇解法、气态甲醇醇解法和超临界甲醇醇解法。液态甲醇醇解法和气态甲醇醇解法是在高温高压下 ，分别由液体甲醇或过热的蒸汽甲醇与低聚物或者对苯二甲酸双羟乙酯(BHET)单体进行酯交换反应。超临界甲醇醇解法是指PET在高于甲醇的超临界状态下的降解 ，解聚反应需要在270~300℃和0.1~15MPa下进行。甲醇醇解法适用于质量低、成本低的原料 ，缺点是反应需要高温高压，且存在有毒气体的挥发，后期产物提纯难度大， 与乙二醇解聚工艺相比，成本更高。

乙二醇醇解法是指以乙二醇为醇解试剂解聚废旧聚酯，醇解产物为BHET和少量其他低聚物。对于PET的乙二醇醇解，需要使用催化剂来加速反应，主要的催化剂类型有:有机类、离子液体类、离子液体金属复配物类、金属盐类及纳米类等。有机催化剂如尿素、胍等已在PET乙二醇醇解中得到广泛使用。金属盐类催化剂按催化剂机理可分为三类:第一类是一价金属盐类 ，如钠、钾等;第二类是二价的过渡金属盐类 ，如锌、锰等;第三类是钛和锑等金属化合物。离子液体(ILs) ， 如[Bmim][OH]、[Bmim][Cl] ， 目前也已被广泛用作PET乙二醇醇解的催化剂。近年来 ，纳米粒子如γ-三氧化二铁(γ-Fe2O3)因其易于制备、高比表面积和可回收性 ， 在乙二醇醇解催化剂领域受到越来越多的关注。

醇解法得到的解聚产物主要是EG和DMT或BHET ，得到rPET的方法如图3所示 ，一般有两种方法：一是直接利用解聚单体再生 ，将DMT与EG酯化后再缩聚或BHET直接与EG熔融缩聚。浙江佳人新材料有限公司将废旧聚酯进行甲醇醇解 ，将回收得到的DMT和EG与催化剂送入反应器中 ，通过酯交换再聚合反应生成rPET。台湾远东纺织将废旧瓶片在180~250℃ ，0.1~0.6MPa ，催化剂为醋酸锌(ZnAc2)的条件下采用乙二醇解聚得到BHET，然后BHET直接缩聚得到rPET。二是将解聚单体DMT或BHET进一步水解 ，得到高纯度的TPA，通过TPA与EG的缩聚制得高品质的rPET。日本帝人公司采用乙二醇、甲醇、水解相结合的复合醇解方法 ，由乙二醇醇解得到BHET，再经甲醇酯交换得到99.99%的高纯度DMT，进一步水解得到高纯度TPA，经缩聚后可制备出rPET瓶用树脂。

2.2.3胺/氨解法

胺解法是以甲胺、乙胺、肼等胺溶液为醇解试剂，在一定压力和温度下进行解聚，产物为对苯二甲酸的二胺类单体。催化剂的加入可以大幅提高解聚速率，Pingale等利用过量的乙醇胺对废旧聚酯进行胺解，以乙酸钠、碳酸氢钠和硫酸钠为催化剂，在微波辅助下进行反应，反应4~5min后，双(2-羟基乙烯)对苯二甲酰胺(BHETA)的收率大于90%。氨解法是采用氨气破坏PET之间的酯键从而使PET分子链断裂解聚的方法，生成对苯二甲酰胺(TBD)化合物和乙二醇。由胺解和氨解得到的解聚单体一般不会用于PET的再生，而是作为制备其他功能化产品的原料，例如聚氨酯、聚酰胺等材料。

2.3 生物法再生

生物法再生废旧聚酯过程绿色环保、经济、易操作，不会消耗化石原料，而且不会破坏环境，是当前塑料回收领域的重要发展方向之一。Yoshida等发现Ideonellasakaiensis菌株201-F6，可在30℃、42天内将PET完全解聚。Tournier等利用改造后的PET水解酶在10h内，将至少90%的PET水解成TPA和EG单体，单体经纯化后再通过化学聚合为rPET。rPET的机械性能与原生PET无显著差异，可用于商业瓶生产。基于这一生物酶水解技术，法国的Carbios公司已实现了工业化，其与Indorama Ventures共建的全球首家PET生物回收工厂，拥有每年5万吨废旧聚酯的处理能力。作为国内的首家PET生物酶解再生公司，源天生物与天津大学酶工程课题组采用需钠弧菌(V.natr-iegens)作为底盘细胞，使两种不同的高活性PET水解酶(IsPETasePA突变体和LCCICCG突变体)都成功地在V.natriegens中高效表达，分别增加了87.3%和65.8%，适用于实现工业规模的PET生物降解。

表1为不同化学法以及生物法回收PET的比较，由表1可以看出化学法和生物法都能获得较高的产物收率，但是生物法解聚所需时间要远远高于化学法，同时，改性过的水解酶相对于原生的水解酶，解聚效率大大提高。化学解聚法所需的温度以及对催化剂的需求高于生物法，导致化学法在实际应用中的能耗和生产成本高于生物法。在废旧聚酯的乙二醇醇解中，用[Bmim]2[CoCl4]作为催化剂，在175℃下进行解聚，转化率为81%。因此，研发低温的离子液体催化剂和醇解催化剂，可以解决化学法应用的能耗及生产成本较高的问题。

链接地址：https://mp.weixin.qq.com/s/tCg80i7TZi1SicZUUqiYJA