超臨界流體在紡織業染色加工之進展及趨勢分析

 

刊登日期:2015/8/5
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回顧染整史,由於隨手可得、便宜且純化過程簡單,水一直被視為紡織品染色的常用介質。而染色後排放的殘留染料和添加的染用助劑廢水,卻造就了一個耗水、耗能並有大量污染排放的程序。隨著環保意識的增強,染整廢水污染問題逐漸受到人們的重視,各國已在該方面進行了大量的研究和探討,而超臨界染色技術更被視為最具革命性的改善方法之一。
 
何謂超臨界流體(Supercritical Fluid;SCF)
超臨界狀態可稱為物質,除了固、液、氣三態之外的第四種狀態。從圖一純物質相圖中可以看出,當溫度及壓力條件兼具,超過一個特定臨界點時,便稱為超臨界狀態,此時物質開始具有等溫壓縮的特性。相對的,此時物質的體積及密度在超臨界狀態下,具有極大的變異特性。在超臨界狀態下,物質便可同時兼具近液體的密度,意謂仍然具有良好的溶解性質;低於液態的黏度及接近氣態的擴散性,這代表該流體狀態具有良好的質傳能力。
 

圖一、純物質的壓力-
溫度變化相圖
 
染色方法的效益比較
與傳統水染色方法相比,超臨界流體染色(Supercritical Fluid Dyeing;SFD)可減少40%染色時間、減少60%能源消耗及零染色用水,因此無染色廢水產生。透過染色技術流程及效益指標評估可得知,SFD除了無需染用助劑,且能源及工段耗時上有大幅度的改善,染色前後的無水製程,省去了烘乾機及廢水處理系統,更為染整業解決長年以來的水汙染及龐大的處理費用問題,為染整業帶來革命性的躍進。
 

圖二、傳統染色與超臨界流體染色之流程
 
超臨界流體染色的演進
圖六為國際SFD技術的主要研究機構、設備容積規格及重點研究項目,可看出目前在織物上,仍然以合成纖維的染色為主,其中又以聚酯纖維為主流,其次為尼龍纖維及聚丙烯纖維。並且從圖中更可以發現該技術真正接近量產等級是由福井大學於2001年開發的350L染色機,但這樣的容積規格,卻足足等了10年後,設備技術才又出現了大幅度的推進。由荷蘭Dye-Coo B.V.織物染色公司於2011年所推出了2,000L量產型染色機,其染色技術主要著重於染色及布染洗淨階段。這樣的製造程序充分實現該技術的量產化目標,為染整產業打了一劑莫大的強心針。
 
超臨界二氧化碳染色的市場及未來趨勢
現今織布染整業是目前我國紡織產業主力,為紡織產業整體產值的65%,主要是台灣機能性紡織品仍具有競爭優勢,帶動台灣印染整理加工產值保持成長性。染整產業為紡織產業上中下游產業體系中提高織物附加價值的關鍵產業鏈,亦是上游人纖業的銷貨通路與支援下游製衣業往高值化產品開發的供應源頭,在現今強調產品少量多樣化的趨勢潮流下……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
作者:王仕華、董泯言、唐靜雯、田錦衡/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」344期,更多資料請見下方附檔。

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