莊仲揚、黃熹光、蕭凱仁/工研院材化所
隨著人們對於環境永續發展日漸重視，紡織品是否環保也逐漸成為消費者關注的項目，其中，生物可分解纖維便成為環保紡織品的重要原料。生物可分解纖維是指曝露在空氣中不會分解，但在適當環境下，可被微生物消化利用並進一步分解之纖維材料，是兼具環境友善與環境永續發展的綠色纖維材料。本文將針對生物可分解纖維材料的發展與趨勢進行介紹，以了解生物可分解纖維材料的應用潛力與未來發展。
【內文精選】
前 言
隨著經濟發展與世界人口的增長，人們對於衣著紡織品的消費量與日俱增。據統計，2019年全球GDP達87.2兆美元，人口已達77億人，預估在2023年人口將達到80億以上，2050年將超過90億，而中產階級人口也將超過30億。由於生活較為寬裕，因此對生活品質要求也隨之產生，加上近期快時尚產業的興起，款式流行但價格親民的服裝大舉問世，無形間助長人們對紡織品的需求提升，使得紡織品消費量快速增長。根據Preferred Fiber & Materials Market Report 2019統計（圖一），全球纖維產量於2018年已達1億公噸，其中人造纖維超過60%。有如此可觀的生產量，隨之而來的便是產生大量的廢棄紡織品。
圖一、2018年全球纖維產量統計
根據加拿大Recycling Council Ontario統計（圖二），北美地區平均每個人每年丟棄37公斤紡織品，因此估計北美地區每年會丟棄950萬公噸紡織品，而這些紡織品多是以堆肥掩埋方式處理，且丟棄的紡織品中95%都是可以回收或再利用的；Preferred Fiber & Materials Market Report 2019統計（圖三），每年僅只有少於1%纖維會於回收後以纖維形式來再利用，每年全球會丟棄4,800萬公噸紡織品，但75%廢棄紡織品會以堆肥掩埋或是焚化方式處理。由此可知廢棄紡織品對於資源消耗與環境的影響十分巨大，因此各大快時尚品牌（如：Zara、H&M、Uniqlo）都訂下永續轉型之目標，希望能減少時尚產業對環境影響的衝擊。對於紡織品是否符合環保要求，也成為各品牌日漸關注的重點，Global Fashion Agenda宣示，將在2025年有25%聚酯纖維是以回收聚酯(Recycle PET)或是生物可分解纖維(Biodegradable Fiber)為主。但是目前回收聚酯纖維是以瓶片回收再製為主，且回收瓶片數量遠不及纖維產業所需，由紡織品回收聚酯的技術尚在發展階段並未商業化。此外，回收聚酯製成紡織品於廢棄後仍會對環境造成衝擊，因此低環境衝擊的生物可分解纖維近年來逐漸吸引各方矚目，並逐漸應用於市售產品。本文將針對材料生物可分解機制、生物可分解纖維種類，以及未來生物可分解纖維的發展趨勢進行介紹。
圖三、全球紡織品廢棄量與處理方式統計
生物可分解材料定義與生物分解機制
生物可分解材料是製造生物可分解纖維之原料，其定義是指在產品使用時有一定的性質可供利用且在空氣中不被分解，而在廢棄後於自然掩埋(Bury)或堆肥環境(Landfill)下被微生物分解消化，而分解消化產物會隨環境為有氧(Aerobic)或無氧(Anaerobic)環境有所不同。
進行生物分解(Biodegradation)之微生物如細菌(Bacteria)、真菌(Fungi)或藻類皆會分泌酵素來攻擊生物可分解材料，使其發生水解(Hydrolysis)反應，在材料表面形成許多小孔，以提供更多微生物進入，並裂解成許多小碎片，一旦分子量下降至某特定值之下時，生物可分解材料便會完全被微生物消化代謝，進入自然循環中且無汙染物生成。生物可分解材料在自然界循環示意圖與生物可分解機制分別如圖四與圖五所示。
生物可分解纖維材料種類
生物可分解纖維依來源可分為天然纖維與人造纖維兩大類。天然纖維包含棉(Cotton)、麻(Linen)、毛(Wool)和蠶絲(Silk) 等植物與動物產出的纖維，人造纖維則進一步分為再生的纖維素纖維（例如Lyocell）與合成聚酯兩種。目前已商業化生產的生物可分解聚酯纖維有聚乳酸纖維(Polylactic Acid; PLA)，以及生物可分解PET纖維(Aliphatic-aromatic Polyester Fiber)，將再進一步介紹。
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生物可分解纖維未來發展趨勢
展望未來，隨著世界人口逐年增加，預計在2023年世界人口將達80億人，除了紡織品的消費量會隨之上升外，對於紡織品在生產與廢棄過程中是否對環境造成衝擊，其重視程度也會與日俱增。生物可分解纖維由於…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》406期，更多資料請見下方附檔。