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(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)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(fā)與研究十分積極，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，如醫(yī)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(zhì)輕、耐酸堿等，但常規(guī)丙綸吸濕性極差、粗糙，導(dǎo)致丙綸服裝舒適性差。為解決上述問題，細旦丙綸技術(shù)應(yīng)運而生，細旦丙綸制作成的衣物具有柔軟、透氣和導(dǎo)濕等優(yōu)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(yōu)勢和丙綸自身的疏水特性，使其具有明顯的毛細管效應(yīng)，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(chǎn)品在整個價值鏈中的環(huán)境影響[2-3]。從分析方法上看，LCA已被廣泛用于纖維的環(huán)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(chǎn)階段的環(huán)境影響。隨著全球環(huán)境問題的日益突出及我國對碳排放的重視，LCA環(huán)境評價方法因其量化分析結(jié)果可以指導(dǎo)產(chǎn)品進行優(yōu)化，可逐步實現(xiàn)節(jié)能減排的綠色環(huán)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(chǎn)過程的環(huán)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(chǎn)過程進行分析計算；為了更直觀地評價該過程的環(huán)境影響，將常規(guī)滌綸長絲和錦綸6長絲的生產(chǎn)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(chǎn)過程的環(huán)境影響進行LCA分析，擬通過量化數(shù)據(jù)客觀對比分析3種纖維材料制備的梭織布及運動裝的環(huán)境影響指標。

1 LCA分析

按照ISO 14040—2006/Amd 1—2020《環(huán)境管理.產(chǎn)品壽命周期評價.原則和框架.修訂1》、ISO 14044—2006/Amd 2—2020《環(huán)境影響管理.產(chǎn)品壽命周期評價.要求和導(dǎo)則.修訂2》和GB/T 24044—2008《環(huán)境管理 生命周期評價 要求與指南》規(guī)定的4個步驟即目標與范圍定義、清單分析、影響評價、結(jié)果解釋，對細旦丙綸長絲的生產(chǎn)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(chǎn)過程進行LCA分析計算并對比環(huán)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(chǎn)過程進行LCA分析計算并對比環(huán)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(chǎn)過程的環(huán)境影響的系統(tǒng)邊界如圖1、圖2所示。

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

圖2 3種運動裝生產(chǎn)過程的LCA系統(tǒng)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(huán)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(huán)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(yīng)的貢獻就越大[5-6]；酸化效應(yīng)(AP)主要來源于生產(chǎn)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(chǎn)過程的間接排放[7-8]；陸地生態(tài)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(xué)氧化潛值(POCP)是用來表征造成光化學(xué)煙霧的可能性，在原料生產(chǎn)和電力生產(chǎn)過程中均會有相關(guān)氣體釋放，以當量乙烯(C2H4)作為單位[11-12]；富營養(yǎng)化潛值(EP)來源于進入水體的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，可能由工業(yè)廢水排放、生活污水排放及農(nóng)藥使用等活動導(dǎo)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(huán)境影響類別及環(huán)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(shù)據(jù)為華南地區(qū)纖維企業(yè)調(diào)研數(shù)據(jù)及清潔生產(chǎn)指標中的一級指標，制作運動裝的工藝數(shù)據(jù)來源于華南地區(qū)某服裝公司，原料、電力、水等來源于Gabi ts 6.0數(shù)據(jù)庫，優(yōu)選來源于我國的數(shù)據(jù)，歐盟和德國的數(shù)據(jù)作為補充。

細旦丙綸長絲的生產(chǎn)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(chǎn)過程是在生產(chǎn)長絲的基礎(chǔ)上增加一個織造步驟。滌綸布和錦綸6布的生產(chǎn)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(chǎn)過程主要分為兩個階段即布料生產(chǎn)階段和成衣階段，布料生產(chǎn)包括紡絲和織造，成衣階段包括輔料生產(chǎn)、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(huán)境影響類別及環(huán)境影響因子作為評估指標，利用軟件計算分析得到環(huán)境影響結(jié)果。細旦丙綸長絲的產(chǎn)量為100 kg，細旦丙綸布的產(chǎn)量為100 kg，滌綸布和錦綸6布的產(chǎn)量為1 420 kg，運動裝的產(chǎn)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(huán)境影響轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)1 kg產(chǎn)品所造成的環(huán)境影響，LCA結(jié)果見表2；將3種纖維布的環(huán)境影響均轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)1 kg產(chǎn)品所造成的環(huán)境影響，LCA結(jié)果見表3；將3種運動裝的環(huán)境影響均轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)1件產(chǎn)品所造成的環(huán)境影響，LCA結(jié)果見表4。

表2 生產(chǎn)1 kg細旦丙綸長絲的LCA結(jié)果Tab.2 LCA results of producing 1 kg fine denier polypropylene filament

表3 生產(chǎn)1 kg纖維布的LCA結(jié)果Tab.3 LCA results of producing 1 kg fabric

表4 生產(chǎn)1件運動裝的LCA結(jié)果Tab.4 LCA results of producing one sportswear

1.4 結(jié)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(huán)境影響指標大幅上升，意味著對環(huán)境影響更加劇烈。當產(chǎn)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(jù)不同的環(huán)境影響類別，三者有不同的表現(xiàn)。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(chǎn)相同質(zhì)量的產(chǎn)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(shè)3種布的面積相同，則根據(jù)6種環(huán)境影響類別，細旦丙綸布的環(huán)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(chǎn)1件運動裝的環(huán)境影響來進行對比。由表4的GWP數(shù)據(jù)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(fā)性氣體有關(guān)，也與電能和煤等能耗相關(guān)，這受我國火電為主的電力結(jié)構(gòu)影響[4]。根據(jù)表4的AP數(shù)據(jù)，細旦丙綸運動裝的AP數(shù)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(jù)表4的TETP數(shù)據(jù)，細旦丙綸運動裝的TETP數(shù)值仍為最小，但是3種運動裝的TETP數(shù)值較為接近，這是因為3種運動裝在生產(chǎn)過程中都很少排放重金屬，主要是來自發(fā)電過程的重金屬。根據(jù)表4的POCP數(shù)據(jù)，細旦丙綸運動裝的POCP數(shù)值最小，錦綸6運動裝的POCP數(shù)值最高，是因為錦綸6在原料生產(chǎn)加工時會有相關(guān)氣體釋放。錦綸6含有N元素，在生產(chǎn)過程中排放的污水會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，所以表4中錦綸6運動裝的EP數(shù)值最高，聚丙烯不含有上述元素，故細旦丙綸運動裝的EP數(shù)值最小。根據(jù)表4 的EC數(shù)據(jù)可知，錦綸6運動裝生產(chǎn)過程中的能耗最高，細旦丙綸運動裝生產(chǎn)過程中的能耗最小。

綜上所述，在生產(chǎn)同樣數(shù)量的3種運動裝過程中，細旦丙綸運動裝對環(huán)境影響最小，在6項環(huán)境影響類別中均表現(xiàn)出優(yōu)勢。

2 LCA分析運動裝生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)過程的碳排放量，從而反映生產(chǎn)過程對溫室效應(yīng)的貢獻。以3種面料運動裝生產(chǎn)過程的碳排放量為例，生產(chǎn)的3種運動裝產(chǎn)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(chǎn)階段的碳排放量見表5。根據(jù)表5所示3種面料運動裝各個生產(chǎn)階段的碳排放量，計算各生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)階段占比較??；滌綸運動裝各生產(chǎn)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(chǎn)階段占比較??；錦綸6運動裝各生產(chǎn)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(chǎn)階段，可根據(jù)此結(jié)論進行減碳設(shè)計。因此，可將生產(chǎn)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?qū)⒒痣姄Q為清潔電力等，以此來降低碳排放量[14]。

3 結(jié)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(huán)境影響類別的數(shù)值，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，若在相同質(zhì)量下對比環(huán)境影響，3種布各有優(yōu)勢；若在相同面積下對比，細旦丙綸布的6項環(huán)境影響類別數(shù)值均最小，對環(huán)境的影響最小。

c.在3種運動裝的生產(chǎn)過程中，細旦丙綸運動裝生產(chǎn)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(chǎn)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%。