莊仲揚、王惠民、張昌榮 / 工研院材化所
隨著人們對於環境永續發展日漸重視，紡織品是否符合環境永續發展精神，也逐漸成為品牌商與終端消費者關注的課題。其中，以回收原料再製纖維因兼顧環保與環境永續發展概念，成為近年來綠色循環纖維的技術發展主流方向。本文將針對使用量最大的聚酯紡織品脫色與循環技術進行介紹說明，以瞭解聚酯紡織品循環再利用的應用潛力與未來發展。
【內文精選】
聚酯紡織品脫色機制與現行脫色技術
聚酯纖維是目前全球使用量最為廣泛的紡織品素材，也是最具回收潛力的紡織品類型。其是由乙二醇與對苯二甲酸單體，利用縮合聚合反應製成PET原料，經過紡絲、假撚、織布、染色與縫製五步驟成為紡織品。聚酯纖維的染色方式可分為前染色(使用色母粒(Master Batch)於纖維紡絲時著色，著色劑(Pigment)多為有色無機粉體，以耐磨或車用紡織品著色為主要應用領域)，以及後染色(無色纖維/紡織品利用染料(Dye)溶液，藉由染色加工將染料滲入纖維/紡織品結構中以顯色)兩大類。其中，前染色方式因使用無機粉體，僅可使用化學解聚方式，藉由回收單體方式進行再製回收利用；後染色方式占總產量的88%，為現行衣著紡織品普遍使用染色方式。
用於聚酯纖維/紡織品後染色之染料，以分散染料(Disperse Dye)為主體，其作用機制(圖六)是將染料分子於染整製程條件下(110~130˚C)，因聚酯纖維非結晶結構具較佳分子移動與可膨潤特性，染料分子可透過介質擴散至纖維非結晶區(Amorphous Region)，染色完成降溫後，染料分子因外界溫度低於聚酯玻璃轉移溫度而無法移動，達到聚酯纖維/紡織品顯色，而染料分子與聚酯纖維/紡織品之間僅以氫鍵或凡得瓦力相互作用，無反應鍵結。因此要實現聚酯纖維/紡織品脫色，其前提便是要在不降解聚酯分子鏈之下，將染料自聚酯纖維/紡織品中溶出。不過分散染料依結構分為偶氮型、蒽菎型與雜環型三類，其中偶氮型為最常見的分散染料結構，約占60%，為泛用型分散染料；蒽菎型與雜環型則屬於高牢度分散染料。但實務上操作時，由於纖維/紡織品染色多半是多種染料混合，而不同結構染料其親合特性亦有所差異，因此造成實現紡織品脫色在技術上有其困難性。
圖六、聚酯纖維染色機制示意圖
工研院聚酯紡織品深層脫色技術
1. 超臨界二氧化碳脫色技術
超臨界流體(Supercritical Fluid)應用便是創新脫色技術之一。在實務上，以超臨界二氧化碳流體進行聚酯紡織品染色已為業界知悉，並有商業量產設備與紡織品問世，其原理是利用高滲透特性，將染料溶解後進入聚酯纖維非結晶區以顯色，此染色製程有別於傳統染色，不需要水作為染色介質，具備零耗水之特性，屬於環保的染色製程。工研院材料與化工研究所便以此為創新技術發想，結合超臨界二氧化碳流體與共溶劑配方設計，利用超臨界流體之高滲透性，將共溶劑導入聚酯纖維結構中，萃取溶出嵌於聚酯纖維非結晶區的染料，以實現聚酯紡織品深層脫色效果(圖七)。實測證實，針對分散染料染色聚酯紡織品，透過工研院所開發超臨界二氧化碳脫色技術處理，織物脫色率超過98%以上，且物性無損失，可避免染料殘留造成的回收物外觀深色化與物性劣化，有利於聚酯紡織品回收再製利用，且零製程廢水產生，是環境友善的次世代聚酯紡織品脫色技術。
圖七、超臨界二氧化碳流體聚酯紡織品脫色示意圖
2. 高效潔淨聚酯織物脫色技術
超臨界二氧化碳流體脫色雖具備高脫色率、零物性損失與零廢水之特性，但需要特殊的超臨界流體設備，建置成本相對偏高，對未具備相關設備的廠商形成技術進入障礙。因此工研院團隊持續精進，著手開發使用現行染色設備即可實施聚酯紡織品脫色之創新技術—高效潔淨聚酯織物脫色技術，在低操作溫度(90~130˚C)與短時間內(2~4小時)，利用所開發之環保水性脫色促進劑，透過膨潤聚酯纖維並提升染料溶出能力，以利分散染料自聚酯纖維非結晶區當中脫出，實現聚酯紡織品深層脫色，藉此回收高品質無色聚酯原料，建構紡織品永續循環生產體系。
聚酯紡織品熱熔造粒技術
聚酯紡織品經過脫色製程脫除染料回收無色聚酯並粉碎後，需藉由熱熔造粒(Granulation)，將脫色回收之聚酯紡織品重製為粒子形式，方可再投入紡絲製程再生為纖維 ---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》454期，更多資料請見下方附檔。