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化學材料與生活:環保性新纖維素材

一個半的寶特瓶,可以做成一件T恤;我們高價取得的超純水,可能來自污水處理廠的廢水。不可思議吧!這些都仰賴當今纖維工業的幫忙。
 
 
 
人類生存的地球正面臨著前所未有的浩劫

地球上的人口不斷增加,各國為了提升人民的生活水準,積極地發展工商業。生產與消費的結果,大量廢棄物也隨之產生,不僅增加了環境的負荷,對地球的公害也日益擴大,所有的生產者與消費者都是環境污染的加害者,也是被害者。今日地球面臨的危機,諸如臭氧層出現破洞、地球溫暖化、資源短缺、自然環境被破壞與污染等,若未獲改善,數世紀後,整個地球的環境勢必遭污染破壞殆盡。如何節約能源,將資源性廢棄物回收再利用,避免有害物質的排放,以防止地球生態環境的持續惡化,實有賴人類環保觀念的提升,消費型態的改變,政府環保政策的推行,以及國際間環境公約的制定。

環保纖維對防止地球環境持續惡化的貢獻

早期的纖維工業,確實對環境造成相當程度的傷害。在環保訴求的聲浪中,歐、美、日等國相繼針對能源節約、廢棄物再利用與污染防治等有效降低環境污染的措施進行研究外,並開發出各種環保性的纖維製品,以防止大氣、河川、海洋與大地的污染,抑制臭氧層破洞持續擴大,避免地球溫室效應的進一步惡化。以下僅就今日纖維工業對地球環境維護所做的貢獻,略述於后。

纖維製品的回收利用與再資源化

纖維製品在生產與消費後,會產生大量的廢棄物。一般而言,纖維製品廢棄物可透過資源回收利用、中古衣料處理(救助,贈與…) 與焚燒掩埋等方式處理,其中以焚燒掩埋的比率較高。目前歐、美、日等國已重視回收再使用與再生利用的問題,並著手推動纖維回收利用的綠化運動,期能提昇升收利用率。

目前回收再利用纖維製品,且已商品化者,有日本倉敷公司的產品,係以寶特瓶為原料製造再生纖維,所生產的綠色商品。其步驟是先將寶特瓶的蓋子與標籤清除洗淨,以利粉碎切細與加熱熔融,然後抽絲、紡紗、織造與加工成布,最後製成衣料服飾。

寶特瓶再生纖維可製成T恤、帽子、手套、套頭毛衫、運動服、夾克、手提袋、地毯等產品。日本郡是(Gunze)公司將寶特瓶再生衣料瑞普特(Repet)製成套裝、夾克、西服等服飾,其上掛有綠色(回收利用)的標籤。未來如果能在設計、品質與成本上,做更進一步的開發與改善,相信再利用的商品將在市場上占有重要的地位。

環保性新纖維素材的開發與應用

環保性萊賽洛(Lyocell)∕天絲棉(Tencel)再生纖維素纖維
 具有生物可分解性的合成纖維(PET或耐隆)及纖維素纖維等環保性素材,將是廿一世紀受歡迎的原料,但前者仍在開發階段,尚未成熟,此處暫不討論。新製程的萊賽洛/天絲新纖維素纖維,由於製程短(為一般的八分之一)、污染性低、生物可分解性佳,以及黏液嫘縈的收縮率、耐拉力與染色性獲得改善,若將此類纖維朝功(機)能性的素材開發(如東洋紡的鐵氟綸(Tafran)難燃纖維,富士紡的曲多玻麗(Chitopoly)抗茵防臭纖維),或改變斷面形狀(如英國維勒富特(Viloft)生產的中空膨脹纖維),勢必是廿一世紀最具潛力的環保性產品。目前除製做衣料外,在不織布、特殊用紙(紙鈔)與工業用途上,亦倍受矚目,相關產品的應用與市場發展潛力,正逐步擴大中。

生物可分解性聚乳酸纖維雷克崇(Lactron)  聚乳酸纖維雷克崇係以由玉米等物質的澱粉中所獲得的乳酸,經縮聚合而成。使用後被廢棄時,可藉由土壤中的微生物分解成水和二氧化碳,所產生的二氧化碳,又可以透過植物的光合作用加以吸收,不會對地球環境造成污染,是一種完全自然循環型的生物可分解性纖維。

由於聚乳酸纖維具有高結晶性與高配向性,所以它既耐熱又耐拉,利用一般熔融紡絲法即可製得各種長、短纖維製品,適用於針、梭織物。但不耐鹼劑,無法進行鹼減量加工(將纖維浸於某濃度之NaOH鹼液,使其重量減少之加工稱之)。當廢棄時,土壤中的微生物所分泌的水分解酵素,會將纖維表面的高分子鏈切斷,生成低分子化合物;纖維中的非結晶部分會先行分解,因而發生裂痕孔洞,表面呈現侵蝕縐紋,最後變成水及二氧化碳。一般而言,約經一至二年即可完全分解,不會污染大地。

環保性中空纖維膜 目前被廣泛利用於工業、醫療與環保上的中空纖維膜,乃是利用中空纖維的中空與多孔特性,依微粒大小,藉各種過濾或逆滲透法以達到分離與濃縮的目的。中空纖維膜可用在血液透析、血液分離、純水製造、海水淡化、污染氣體分離與有毒的污染液/固體分離等,亦可濃縮有用物質加以回收利用,而達到環保的目的。

用於防止大氣污染的環保性纖維 燃燒廢氣的過濾袋:一般是在戴奧辛較少,且低於攝氏200度以下運轉時,始能使用纖維濾袋將燃燒廢氣的微粒煤塵予以收集分離。而垃圾焚化爐的集塵裝置,乃是先藉靜電集塵機處理後,再經濾袋集塵。濾袋用纖維需具耐熱性與耐化學藥劑性,如金屬纖維、玻璃纖維、側位芳香族聚醯胺、聚醯亞胺與聚苯硫等纖維。

空氣淨化用靜電纖維:乃利用極細聚烯烴纖維的靜電力,將大氣中的帶電次微粒子予以收集,使空氣淨化。此種靜電集塵纖維具有低壓力損失,高凝集效率,容易更換清理等優點,適用於空氣淨化的過濾器。

交通用空氣濾清與溶劑回收用活性碳纖維:一般利用聚丙烯、縲縈與瀝青系等纖維,在惰性氣體中,加熱分解形成碳材料,再在高溫及含活性氣體下進行活化,形成活性碳纖維。亦即經過穩定化、碳化與活化工程後,纖維具有每克1,000到1,600平方公尺的高表面積比,與5到100埃(1埃=10-10米)孔徑的多微孔構造等特性,係一種優異且多用途的吸附材,可廣泛應用於氣相或液相的吸附,其用途有溶劑回收利用、有害煙霧或氣體的去除、冷藏庫或任何住屋的脫臭、淨水、防毒面罩與醫療衛生材等。

防止海洋油污用纖維:當油輪或船艦因事故而造成原油或其他油類污染大海時,可使用如耐隆織物的隔油牆,以阻止油污的擴散,亦可使用如PP纖維、木棉纖維、天然棉不織布,或亞克力系低架橋密度聚合纖維等油吸附材,由於這些資料質輕故可浮於水面,又能充分吸附油污,可有效降低油類對海洋的污染程度。

地球環境的改善,靠全人類的共同努力

在我們賴以生活的地球外圍的臭氧層破洞日益加大,二氧化碳所導致的溫室效應越來越嚴重,空氣與水的污染無法有效改善的際,從事纖維研發與創新的專家學者,以捨我其誰的使命感,遵循省能、省資源與產物可分解的基本要求,投入環保素材的研究,陸續開發出大氣/水質污染防止纖維、高性能再生/再利用纖維製品、美化大地/土壤安定的地工織物等,對地球的生態環境保育有其一定程度的貢獻。要讓我們的後代子孫,擁有一個適宜的生活環境,除了靠專家學者研發環保產品外,更重要的是每一個人環保觀念的建立,從生活型態上確確實實地執行環保的工作。
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