原纖化纖維素在織物表面塗佈的低碳染色應用綜述：材料世界網

張正杰、黃泳彬 / 工研院材化所

本文旨在介紹最大限度地減少當前紡織染色工藝排放之廢水對環境的污染。提出了一種使用原纖化纖維素(以NFC及MFC為例)的染色方法可以減少污染。與傳統浸染相比，原纖化纖維素染色法僅使用少量的水、鹽和鹼，即可實現相當的染色和色牢度性能。在原纖化纖維素染色法中大幅減少水和染料助劑的使用也有望降低環境成本，這一點由門到門的生命週期評估法進行模擬。有鑑於污染物大大降低，以原纖化纖維素作為原材料的永續發展性，開發原纖化纖維素染色技術是一種簡便且可擴展的方法，將大大減少傳統染色工藝的環境足跡。

【內文精選】

NFC水凝膠用於環保省水染色技術—活性染料

在Sharma教授團隊之研究中，NFC水凝膠是利用高壓均質技術生產的，並以羧甲基纖維素(CMC)作為添加劑，不添加任何有毒化學品，之後再將含有染料分子(活性染料或Indigo染料)的NFC水凝膠包覆並錨定在棉纖維表面，完成棉織物的著色。與傳統染色相比，NFC染色僅使用一小部分的水、鹽和鹼，即可實現相當的染著能力和色牢度性能。

該團隊研究指出，傳統的浸染方法使用染浴和大量染料溶液，而NFC染色則使用含有NFC水凝膠、活性染料和少量染料助劑(鹽和鹼)的NFC染料混合物作為黏性漿料在織物表面進行網印，這是紡織行業常用的印花方法。

NFC染色表現出與傳統浸染相當的性能，這歸因於NFC的表面積比棉纖維的表面積大得多。NFC染色的色牢度性能，包括乾/濕摩擦和水洗牢度也與浸染相同，只是濕摩擦等級較低。我們將較低的濕摩擦等級歸因於固定在棉織物上較大表面積的NFC，這可能導致材料轉移增加，同時在摩擦測試中受到磨損。

NFC水凝膠用於環保省水染色技術—靛藍染料

Sharma教授的團隊設計了棉紡織品具有成本效益的靛藍染色法，該染色僅基於生物基材料，包括天然靛藍、奈米原纖化纖維素(NFC)和殼聚醣，不使用還原靛藍。NFC-靛藍染色技術無需使用劇毒助劑(連二亞硫酸鈉和鹼)，且靛藍消耗量少，用水量顯著減少。所開發的方法係利用奈米原纖化纖維素在棉纖維周圍形成的網狀微觀塗層，該塗層通過捕獲靛藍顆粒而形成。NFC-靛藍染色配方由奈米原纖化纖維素水凝膠(1 wt%的纖維素含量、天然靛藍染料和一小部分分散劑組成)，網印在棉紡織品上(圖三)，然後用殼聚醣水溶液對塗層紡織品進行後處理，以提高染料的附著力和色牢度。

圖三、NFC-靛藍染色示意圖。(a)木漿製備的NFC凝膠；(b)天然靛藍(一種植物Indigofera tinctorium產品)；(c) NFC-靛藍；(d)棉織物；(e)殼聚醣；(f)用網版印刷將NFC-靛藍染料塗佈在棉織物上；(g)用NFC-靛藍染色法並用殼聚醣後處理的棉織物，色度百分比是靛藍顏料的量，以未染色棉紡織品重量的百分比表示

該技術利用奈米纖維素材料的高表面積與體積比，可將耗水量減少高達25倍，並且無需使用任何還原劑或鹼。與傳統染色的70~80%相比，該技術可確保90%以上的染料固色。且相較傳統染色更具效率的是，NFC-靛藍染色只需一個步驟即可完成任何色調，方法是以天然靛藍染料和1% NFC水凝膠的混合物，使用網版印刷技術或連續流動浸軋工藝，在棉織物表面沉積一次，生成的奈米原纖化纖維素網狀塗層包裹著靛藍顆粒，而殼聚醣通過物理交聯改善了染料塗層對織物的固定和附著力。

石臼式研磨處理為連續式的製程，可使MFC製備成本大幅降低且增加批次的處理量，因此，材化所利用低濃度溶劑水熱法結合連續式石臼研磨法製備MFC。將所開發之MFC材料與染料先行結合，再利用網版印刷技術將MFC染色漿料塗佈於棉織物上，如圖六所示。