全球超臨界流體染色技術進展：材料世界網

紡織產業在面臨全球永續環保意識高漲以及國際品牌商積極投入綠色環保產品需求之下，使得染整製程技術亦開始轉型升級。超臨界流體染色即是重大突破之一，以二氧化碳為染色媒介並具有高回收率特色，使其兼具綠色與循環經濟特色。台灣紡織染整產業占全球75%以上超臨界流體染色產能，是超臨界流體染色技術發展重鎮，亦是全球國際品牌商主要供應鏈，可見其重要性。

本文將從以下大綱，著重於超臨界流體染色系統與材料技術發展現況分析，以及針對未來發展趨勢進行說明。

‧紡織產業發展趨勢

‧染色設備發展

‧染色技術發展

‧結論

【內文精選】

紡織產業發展趨勢

紡織產業長年被認為是大量的水資源消費者之一，主要是因為紡織品加工製程複雜且長，包含加工製程所需水資源與廢水的處理方面都使用大量的水，每一個工段都需要使用到水資源作為處理媒介。平均而言，全球染整產業紡織品生產量每年約有280億公斤，估計1公斤紡織品需要100~150公升水進行染整加工。

超臨界流體染色(Supercritical Fluid Dyeing)技術主要以二氧化碳取代水的使用，透過溫度及壓力控制使二氧化碳超過其臨界溫度及臨界壓力時，氣液界面消失而形成流體態，即成為所謂的超臨界流體狀態。除了使染色達到零水資源使用外，並可有效降低68%紡織化學品與34%能源的使用成本，且二氧化碳可回收再利用（回收率>90%），符合當今循環經濟與環保生產趨勢，並有助於幫助達成零排放Roadmap規劃，因此全球皆將此技術視為紡織染整產業創新技術的重要里程碑，如圖一所示。

國際品牌商投入超臨界流體染色紡織品設計，如圖二所示。Nike在2014年6月推出全球第一款ColorDry超臨界流體染色商品化Polo衫，售價90 USD。經統計，每件超臨界流體染色Polo衫可節省30公升的水資源使用，不僅具綠色環保效益，同時可節約能源，並減少化學品的使用，目前該超臨界流體染色布料由台灣供應商進行生產。自此之後，眾多運動品牌商紛紛投入超臨界流體染色環保紡織品設計研發，如adidas所設計的drydye®產品。而GAP亦使用drydye®技術降低用水量並消除化學物質的使用，提高其紡織成衣產品在整體生產鏈中之永續性，以符合全球綠色環保產品開發趨勢。

染色設備發展

實際上，利用超臨界流體二氧化碳作為織物染色媒介並非新概念，早在1989年，超臨界流體染色技術於德國西北紡織品研究中心由Schollmeyer所發明。但由於當時資源無乏且水資源取得容易，因此之後超臨界流體技術是在食品工業上發揚光大，作為去咖啡因和提取天然香精香料等生產技術之應用。荷蘭DyeCoo Textile Systems BV是首家投入量產等級無水染設備的技術研發、並實際應用在紡織品後染(Piece Dyeing)製程之商業化公司，其與國際運動品牌商Nike、家具零售商IKEA及泰國Tong Siang等公司皆合作投資該項技術。DyeCoo的超臨界流體染色技術尤其為亞洲帶來長遠的影響，因為全球多數紡織染整產業皆建廠於亞洲地區，隨著超臨界流體染色的規模應用，將可節約傳統紡織染整產業所需的大量用水，同時還能適度減少製程相關的化石燃料能源。在機能性紡織品染整製程(Dyeing and Finishing)中排除對水的使用，還能消除污水排放的風險（已知的一大環境危害）。

圖四、日本所開發之超臨界流體染色Pilot系統

染色技術發展

目前全球超臨界流體染色分散染料僅有23種，染料發色結構主要分為偶氮、蒽醌及非偶氮雜環類以及少量的喹酞酮類等種類，相對於傳統水染色有4,000多種染料可選擇，較不符合現代紡織大廠/國際品牌商對多色彩的需求。也因此現階段有許多染料公司與科研機構持續研發中。

儒鴻企業與工研院(ITRI)合作利用超臨界染色OISP (Open Innovation System Platform)平台建立數位基因資料庫(MGI/AI)，協助模擬預測染料結構進行合成，再把合成的染料/機能化材料經由工研院自主建置超臨界染色驗證系統確認物理性質，包含聚酯彈性混紡織物染料，AATCC標準方法測試之染色堅牢度達到 3~4級；同時染色布樣具有親水性，吸水爬升性質可達 7.5 cm/5 min以上，30分鐘後可超越 15 cm，如圖七所示，並經由AATCC標準洗滌方法驗證具有耐水洗 25次特性，如表一所示。

表一、工研院超臨界流體染色機能化同步技術之聚酯纖維吸水爬升特性