Effect of Dyes on Textile Recycling Processes: A State-of-the-Art Review

Abstract

The textile sector is one of the most resource-intensive and polluting industries. The greatest environmental impacts and consumption are caused by the production of new fibers, textile finishing, and the short life cycle of textile products. Therefore, EU has undertaken the Textile Strategy and a goal to ensure durability and recyclability of all textile products in the EU market by 2030. However, this goal is hindered by fiber blends, dyes, pigments, other additives, and the lack of knowledge regarding their effect on textile recycling processes. In fact, the scarce amount of information available about these topics is mostly limited to the effect of dyes while the effect of pigments and other additives has not been systematically researched much at all.

The aim of this thesis is to determine the extent of current research on the effect of different dyes in fiber-to-fiber recycling processes. The information retrieval assessed the most recent findings from the last five years. Based on the search results, colored textiles are currently recycled mostly mechanically. In this respect, the dyes do not influence the process itself, but some fiber degradation is inevitable, which limits the recycling back into textile grade fibers. The thermal process is utilized for petroleum-based synthetic fibers but mainly for recycling into products other than textile fibers. Chemical and biological processes were noted as potential fiber-to-fiber recycling methods even for fiber blends and colored textiles. Yet, the biological process is still novel and in development. Chemical processes, in turn, have been proven to be scalable and might provide means for recycling the dyes as well. Currently, resource-intensive color stripping is applied as a pre-treatment. More sustainable color stripping, dye recovery, and dye retainment methods are in development. Some promising results were found for the suitability of certain dyes and dope dyed cellulosic textile waste for chemical recycling into man-made cellulosic fibers. Nevertheless, realization of a truly green circular textile industry requires more research about sorting and composition identification techniques and the way the dye selection, dyeing method, and other additives can either hinder or facilitate the sustainable recycling of end-of-life textiles.

Tekstiiliteollisuus on globaalisti yksi eniten resursseja käyttävä ja saastuttava teollisuudenala. Merkittävimmät ympäristövaikutukset aiheutuvat uusien kuitujen valmistuksesta, tekstiilien viimeistelystä, sekä tuotteiden lyhyestä elinkaaresta. EU:n tekstiilistrategian tavoitteena onkin asettaa alueen tekstiilimarkkinoiden tuotteille vaatimukseksi kestävyys ja kierrätettävyys vuoteen 2030 mennessä. Tätä tavoitetta kuitenkin hankaloittaa poistotekstiilien sisältämät kuitusekoitteet, väriaineet, pigmentit, muut viimeistelyaineet, sekä tiedon puute näiden vaikutuksista kierrätysprosesseissa. Pigmenttien ja muiden viimeistelyaineiden vaikutuksia koskevan tutkimustiedon määrä on hyvin rajoitettua, mutta väriaineiden vaikutuksia on jonkin verran selvitetty.

Tämän kandidaatintyön tavoitteena on määrittää viimeaikaisen tutkimustiedon laajuus eri väriaineiden vaikutuksesta tekstiilikuitujen kierrätysprosesseihin. Tiedonhaku keskittyi viimeisten viiden vuoden aikana julkaistuihin tutkimuksiin. Tulosten mukaan värjättyjä tekstiilikuituja kierrätetään tällä hetkellä enimmäkseen mekaanisesti, jolloin väriaineet eivät varsinaisesti vaikuta prosessiin, mutta kuitujen laatu heikkenee, mikä rajoittaa kierrätystä takaisin tekstiilikuiduiksi. Terminen prosessi on käytössä öljypohjaisille synteettisille kuiduille, mutta soveltuu niin ikään paremmin muiden tuotteiden kuin tekstiilikuitujen valmistukseen. Kemialliset ja biologiset prosessit todettiin potentiaalisiksi kuitukierrätysmenetelmiksi myös sekoitteille ja värjätyille kuiduille. Biologinen prosessi on tutkimusvaiheessa. Kemiallinen prosessi on todettu skaalautuvaksi ja voi luoda mahdollisuuden kierrättää värjättyjen kuitujen lisäksi väriaineet. Tällä hetkellä ennen kemiallista kierrätystä suoritetaan värinpoisto, mikä on kuluttavaa. Ympäristöystävällisempiä värien poisto- ja kierrätystekniikoita ja tapoja kiertää värinpoisto on kehitteillä. Tulokset tiettyjen väriaineiden ja etenkin kehruuvärjäysmenetelmällä värjättyjen selluloosapohjaisten poistotekstiilien soveltuvuudesta uusien muuntokuitujen valmistukseen todettiin lupaaviksi. Vihreän kiertotalouden toteutuminen vaatii lisää tutkimusta lajittelu- ja tunnistustekniikoista sekä siitä, miten värit, värjäysmetodit, ja muut viimeistelyaineet voivat joko haitata tai edistää tekstiilien kierrätettävyyttä.