張珮菁、黃偕倫、林忠德、廖弘玉、林雅琳、蔡宜霖／工研院材化所
紡織產業與其特用化學品相依相存，部分因對環境汙染而飽受爭議，歐盟陸續採取了許多控管方式，使紡織製程朝向永續、環保、零危害的方向。面對紡織業被認為是世界上汙染最嚴重行業的問題，積極處理已是全球共識。隨著綠色科技與製程演進，許多以前無法替代的高風險具危害化學品陸續有替代品；纖維與染料皆為綠色紡織品之開發起點與關鍵環節，更是紡織產業上游的重要原料。本篇文章將著重於介紹綠色纖維與染料技術在紡織上目前的發展趨勢、現況與未來應用。
【內文精選】
綠色紡織發展趨勢
紡織品為日常生活的基本需求，在全球經濟發展中扮演非常重要的角色，紡織產業於全球每年創造了1.8兆美元的經濟產業鏈，並逐年成長。自1980年起，時尚品牌帶起「快時尚」(Fast Fashion)的概念，導致紡織品的年產量大幅增長；而紡織產業中最重要的染整及加工段，例如：原物料、染劑、助劑等，也因大量使用而造成種種環境汙染及氣候變遷。人們不得不回頭思考如何以創新科技對紡織業做出改變。
目前時尚產業改革的重點方向之一，即為建立有效國際綠色製造的指導方針並加以遵守，符合法規以及品牌商要求的無毒、綠色製程(Green Process)認證等。未來若想在國際紡織產業供應鏈中占有一席之地，申請國際綠色認證是必要的，不但可增加企業競爭力也同時提升企業環保與創新的形象。隨著這波時尚產業的改革浪潮，生物合成綠色纖維材料、生物合成染料(Bio-synthetic Dyestuffs)及其助劑在未來市場需求勢必大增。
綠色纖維與染料於紡織之進展
綠色纖維材料與無毒製程染料的需求，在近幾年來，成為熱門的技術方向。在歷史悠久的天然纖維與染料上，也陸續有科學家利用生物科技，設計開發出具潛力做為可商業應用的材料。生物合成技術透過綠色及永續原物料進行生產，為未來綠色紡織品在創新發展上極具潛力的方向。
1. 綠色纖維與染料於紡織市場規模
根據2020年Allied Market Research研究指出，全球紡織染料市場2018年產值為94億美元，預計到2026年將達到155億美元（圖二），從2019年到2026年的複合年增長率為6.3%。紡織染料是賦予各種紡織品特定外觀的重要原料，消費者對各種應用紡織品的需求推動了紡織品染料市場的增長。此外，近年來因染料造成汙染的環保議題與衣物同時殘留具疑慮之化學品與染料，也推動了消費者對紡織品使用綠色製程或是強調天然來源染料紡織品的接受度增加，化學染料已不是紡織產業的唯一選項。
圖二、化學合成染料全球市場趨勢
4. 生物合成於紡織品之創新應用
生物合成技術應用於紡織品，以杜邦Sorona®纖維為目前最成功之案例，此商品中包含37%生物合成1,3-Propanediol (1,3-PDO)以及63%石化來源之Terephthalic Acid (TPA)組成。除了杜邦，亦有許多新創公司陸續投入（表三）。其中蜘蛛絲蛋白研究是所有新穎纖維技術開發者長久追求的目標，同時具有高強度及韌性之特殊物理性質，透過微生物利用生物合成技術進行類蜘蛛絲蛋白的生產，具有在高機能服飾、軍用衣物裝備、或是混合高耐熱性塑膠增強其強度並降低整體重量。德國AMSilk其類蜘蛛絲蛋白Biosteel®纖維目前以藥物載體的應用方式已進入市場中，並與adidas合作Futurecraft Biofabric概念鞋款，為目前已有在市場應用之指標性廠商。
除了透過合成生物學技術進行不同的蛋白質纖維化技術及染料之外，麻省理工學院提出Biohybrid Film的概念，透過基因轉殖促進微生物能針對環境濕度進行變化，在與天然乳膠膜結合形成可針對濕度改變型態的Biohybrid Film，預計將用於高強度運動的運動員以及軍用服飾，開啟吸濕排汗衣物的新應用材料。美國賓州州立大學透過生物合成技術生產烏賊牙齒內的特殊自動修復蛋白，並嘗試將此蛋白融入紡織品中，藉此建立可自動修復的紡織品，此項技術目前已在棉、羊毛、聚酯纖維測試，並獲得美國軍方調查實驗室(United States Army Research Laboratory)計畫支持，將朝向用於防護衣以及機器手臂應用進行開發。
生物合成技術（圖三）對於綠色紡織品未來的創新發展，除了提供纖維及染料相關的綠色原料需求外，其更大的潛力在於…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖三、綠色製程之生物合成技術
★本文節錄自《工業材料雜誌》406期，更多資料請見下方附檔。