細旦丙綸長絲生命周期分析研究

江建平，許斯佳，鄧 佶，郭熙桃，柯偉斌，郭清海，邱志明*

(1.廣東蒙泰高新纖維股份有限公司，廣東 揭陽 515500； 2.華南理工大學 材料科學與工程學院，廣東 廣州 510640)

聚丙烯纖維俗稱丙綸，目前世界各國對丙綸的開發與研究十分積極，其應用領域不斷擴大，如醫用防護服、纖維織物增強混凝土等[1]。丙綸具有許多獨特的性能，例如質輕、耐酸堿等，但常規丙綸吸濕性極差、粗糙，導致丙綸服裝舒適性差。為解決上述問題，細旦丙綸技術應運而生，細旦丙綸制作成的衣物具有柔軟、透氣和導濕等優點。細旦丙綸是指線密度小于1.0 dtex的丙綸，該類纖維的細小直徑優勢和丙綸自身的疏水特性，使其具有明顯的毛細管效應，從而提高丙綸織物的穿著舒適性性。

生命周期分析(LCA)是一種分析評價方法，可用于量化評估產品在整個價值鏈中的環境影響[2-3]。從分析方法上看，LCA已被廣泛用于纖維的環境效果評價。馬俊濱等[4]利用LCA方法分析量化黑色原液著色聚酯短纖維生產階段的環境影響。隨著全球環境問題的日益突出及我國對碳排放的重視，LCA環境評價方法因其量化分析結果可以指導產品進行優化，可逐步實現節能減排的綠色環保目標,勢必逐漸普及。

LCA作為一種日益成熟的分析評估體系，可對細旦丙綸長絲生產過程的環境影響進行量化評價。作者利用LCA分析方法對細旦丙綸長絲的生產過程進行分析計算；為了更直觀地評價該過程的環境影響，將常規滌綸長絲和錦綸6長絲的生產過程加入LCA評價體系，進一步將3種長絲織造為梭織布，制備成運動裝，對以上多個生產過程的環境影響進行LCA分析，擬通過量化數據客觀對比分析3種纖維材料制備的梭織布及運動裝的環境影響指標。

1 LCA分析

按照ISO 14040—2006/Amd 1—2020《環境管理.產品壽命周期評價.原則和框架.修訂1》、ISO 14044—2006/Amd 2—2020《環境影響管理.產品壽命周期評價.要求和導則.修訂2》和GB/T 24044—2008《環境管理 生命周期評價 要求與指南》規定的4個步驟即目標與范圍定義、清單分析、影響評價、結果解釋，對細旦丙綸長絲的生產過程進行LCA分析計算；對細旦丙綸布、滌綸布、錦綸6布的生產過程進行LCA分析計算并對比環境影響；對細旦丙綸運動裝、滌綸運動裝和錦綸6運動裝3種運動裝的生產過程進行LCA分析計算并對比環境影響，計算建模軟件采用Gabi ts 6.0版本。

1.1 目標與范圍定義

LCA分析對象分別為細旦丙綸長絲、細旦丙綸布、滌綸布、錦綸6布、細旦丙綸運動裝、滌綸運動裝和錦綸6運動裝。LCA分析其生產過程的環境影響的系統邊界如圖1、圖2所示。

圖1 3種纖維布生產過程的LCA系統邊界Fig.1 LCA system boundary of production process for three kinds of fabric

圖2 3種運動裝生產過程的LCA系統邊界Fig.2 LCA system boundary of production process for three kinds of sportswear

LCA分析評價選取表1所示的6種環境影響指標。其中，全球變暖潛值(GWP)是定義溫室氣體相對強度的一種方法，環境影響因子為二氧化碳(CO2)，以CO2當量為標準單位，也就是說CO2的潛能值被定義為1，潛能值越高，對溫室效應的貢獻就越大[5-6]；酸化效應(AP)主要來源于生產過程中的二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、氨氣(NH3)和氯化氫(HCl)等排放，也包括電力生產過程的間接排放[7-8]；陸地生態毒性潛值(TETP)主要來源于二氯苯(DCB)及鉻等重金屬[9-10]；光化學氧化潛值(POCP)是用來表征造成光化學煙霧的可能性，在原料生產和電力生產過程中均會有相關氣體釋放，以當量乙烯(C2H4)作為單位[11-12]；富營養化潛值(EP)來源于進入水體的氮、磷等營養物質，可能由工業廢水排放、生活污水排放及農藥使用等活動導致[13]；能耗(EC)包括可再生能源與不可再生能源，可用于評價能耗大小。

表1 環境影響類別及環境影響因子Tab.1 Environmental impact categories and environmental impact factors

1.2 清單分析

細旦丙綸長絲、滌綸長絲和錦綸6長絲的工藝數據為華南地區纖維企業調研數據及清潔生產指標中的一級指標，制作運動裝的工藝數據來源于華南地區某服裝公司，原料、電力、水等來源于Gabi ts 6.0數據庫，優選來源于我國的數據，歐盟和德國的數據作為補充。

細旦丙綸長絲的生產過程主要包括熔融紡絲、多級拉伸后處理。細旦丙綸布的生產過程是在生產長絲的基礎上增加一個織造步驟。滌綸布和錦綸6布的生產過程包括原料準備、熔融紡絲、拉伸、織造。運動裝由一件T恤和長褲組成，生產過程主要分為兩個階段即布料生產階段和成衣階段，布料生產包括紡絲和織造，成衣階段包括輔料生產、排料剪裁、車縫、裝配、鎖眼釘扣、整燙、成衣檢驗和包裝入庫。

1.3 影響評價

采用軟件Gabi ts 6.0提供的CML 2001評價方法，以表1所示的6種環境影響類別及環境影響因子作為評估指標，利用軟件計算分析得到環境影響結果。細旦丙綸長絲的產量為100 kg，細旦丙綸布的產量為100 kg，滌綸布和錦綸6布的產量為1 420 kg，運動裝的產量均為3 400 kg(細旦丙綸丙綸運動裝15 164件，滌綸運動裝10 000件，錦綸6運動裝12 105件)。為便于比較，將細旦丙綸長絲的環境影響轉換為生產1 kg產品所造成的環境影響，LCA結果見表2；將3種纖維布的環境影響均轉換為生產1 kg產品所造成的環境影響，LCA結果見表3；將3種運動裝的環境影響均轉換為生產1件產品所造成的環境影響，LCA結果見表4。

表2 生產1 kg細旦丙綸長絲的LCA結果Tab.2 LCA results of producing 1 kg fine denier polypropylene filament

表3 生產1 kg纖維布的LCA結果Tab.3 LCA results of producing 1 kg fabric

表4 生產1件運動裝的LCA結果Tab.4 LCA results of producing one sportswear

1.4 結果解釋

由表2、3可知，細旦丙綸長絲織造成布會使得各項環境影響指標大幅上升，意味著對環境影響更加劇烈。當產量均為1 kg時，將細旦丙綸布與滌綸布和錦綸6布相比，根據不同的環境影響類別，三者有不同的表現。因為丙綸的密度是0.91 g/cm3，滌綸的密度是1.38 g/cm3，錦綸6的密度是1.14 g/cm3，所以生產相同質量的產品，細旦丙綸布的面積更大，是滌綸布的1.52倍、錦綸6布的1.25倍。假設3種布的面積相同，則根據6種環境影響類別，細旦丙綸布的環境影響最小。

為了更加直觀地比較，將3種布制備為夏季運動裝，以生產1件運動裝的環境影響來進行對比。由表4的GWP數據可得，細旦丙綸運動裝的碳排放小于滌綸和錦綸6運動裝，這與紡絲過程中釋放的揮發性氣體有關，也與電能和煤等能耗相關，這受我國火電為主的電力結構影響[4]。根據表4的AP數據，細旦丙綸運動裝的AP數值小于滌綸運動裝和錦綸6運動裝，這是因為細旦丙綸運動裝的原料是聚丙烯，在熔融紡絲步驟排放的酸性氣體很少。根據表4的TETP數據，細旦丙綸運動裝的TETP數值仍為最小，但是3種運動裝的TETP數值較為接近，這是因為3種運動裝在生產過程中都很少排放重金屬，主要是來自發電過程的重金屬。根據表4的POCP數據，細旦丙綸運動裝的POCP數值最小，錦綸6運動裝的POCP數值最高，是因為錦綸6在原料生產加工時會有相關氣體釋放。錦綸6含有N元素，在生產過程中排放的污水會導致水體富營養化，所以表4中錦綸6運動裝的EP數值最高，聚丙烯不含有上述元素，故細旦丙綸運動裝的EP數值最小。根據表4 的EC數據可知，錦綸6運動裝生產過程中的能耗最高，細旦丙綸運動裝生產過程中的能耗最小。

綜上所述，在生產同樣數量的3種運動裝過程中，細旦丙綸運動裝對環境影響最小，在6項環境影響類別中均表現出優勢。

2 LCA分析運動裝生產過程的碳排放量

近年來，隨著“碳達峰”、“碳中和”等概念被提出，我國對碳排放愈加重視。LCA分析方法可以對產品生命周期的碳排放進行定量計算。采用Gabi ts 6.0軟件計算得到的GWP值可以定量地反映生產過程中各階段的溫室氣體排放，其中將單位CO2排放量為基準值，其他溫室氣體會自動換算成CO2當量，因而可將GWP值近似作為生產過程的碳排放量，從而反映生產過程對溫室效應的貢獻。以3種面料運動裝生產過程的碳排放量為例，生產的3種運動裝產量均為3 400 kg，纖維制備階段包括熔融紡絲步驟和后處理步驟，各生產階段的碳排放量見表5。根據表5所示3種面料運動裝各個生產階段的碳排放量，計算各生產階段的碳排放量所占的比例，見表6。

表5 3種運動裝各生產階段的碳排放量Tab.5 Carbon emission in each production stage of three kinds of sportswear

表6 3種運動裝各生產階段碳排放量占比Tab.6 Proportion of carbon emissions in each production stage of three kinds of sportswear

由表6可知：細旦丙綸運動裝各生產階段的碳排放量中，織造階段占比最高，達31%，車縫、纖維制備階段占比分別為25%、23%，其他生產階段占比較小；滌綸運動裝各生產階段的碳排放量中，纖維制備階段占比最高，達35%，織造、裝配和車縫階段占比分別為22%、21%和17%，其他生產階段占比較小；錦綸6運動裝各生產階段的碳排放量中，纖維制備階段占比為41%，車縫、裝配階段占比分別為21%、21%。除細旦丙綸運動裝外，滌綸運動裝和錦綸6運動裝均是纖維制備過程為碳排放量最高的生產階段，可根據此結論進行減碳設計。因此，可將生產錦綸6運動裝和滌綸運動裝在纖維制備階段所用的煤換為天然氣或者電力，或將火電換為清潔電力等，以此來降低碳排放量[14]。

3 結論

a.以3種纖維及其織造布為分析對象，利用LCA分析方法進行分析，得到6個環境影響類別的數值，然后經過數據處理，若在相同質量下對比環境影響，3種布各有優勢；若在相同面積下對比，細旦丙綸布的6項環境影響類別數值均最小，對環境的影響最小。

c.在3種運動裝的生產過程中，細旦丙綸運動裝生產階段中碳排放量最高的為織造階段，占比31%，滌綸運動裝和錦綸6運動裝生產階段中碳排放量最高的均是纖維制備階段，占比分別為35%和41%。