韋大成+李旭豐

開發(fā)新型紡織產(chǎn)品

聚酯纖維是目前臺(tái)灣服裝用紡織品的主要材料之一，但其纖維含濕率低，致使紡織品吸水性較差且不吸汗，流汗后穿著者會(huì)有粘膩悶熱感，以及穿脫時(shí)會(huì)產(chǎn)生靜電。為克服以上問題，一般生產(chǎn)聚酯纖維時(shí)在染整階段采取導(dǎo)入親水基、接枝化、崁段化及其他類似方法進(jìn)行親水化處理，但目前島內(nèi)企業(yè)使用的聚酯纖維耐久性親水改質(zhì)劑主要原料皆需進(jìn)口且價(jià)格昂貴。為此，紡研所通過聯(lián)盟體系運(yùn)作，成功輔導(dǎo)中日合成公司研發(fā)出臺(tái)灣自產(chǎn)的聚酯纖維崁段式聚醚酯樹脂耐久性親水改質(zhì)劑，可賦予聚酯纖維表面耐久型的親水性、柔軟性及抗靜電效果，并使聚酯纖維同時(shí)具有良好的吸濕排汗性，可保持衣服穿著時(shí)的舒適性要求，其產(chǎn)品性能與品質(zhì)足以媲美目前一流進(jìn)口產(chǎn)品，且價(jià)格上更具有市場競爭能力，促使島內(nèi)耐久性親水改質(zhì)劑生產(chǎn)原料供應(yīng)逐步自主化，并輔導(dǎo)廣璋、創(chuàng)鑫等廠商利用聚酯及耐隆纖維崁段式聚醚酯樹脂耐久性親水改質(zhì)劑染整段關(guān)鍵性技術(shù)，開發(fā)出吸濕排汗織物與工作服。

臺(tái)灣傳統(tǒng)化纖產(chǎn)業(yè)的主力產(chǎn)品為聚酯及尼龍纖維，在聚酯纖維方面，中國大陸產(chǎn)能占全球80%以上，年產(chǎn)量高達(dá)2200萬噸，臺(tái)灣年產(chǎn)量約155萬噸，僅為大陸的7%。在尼龍纖維方面，目前臺(tái)灣尼龍纖維產(chǎn)量達(dá)29萬噸，居全球第二位，但大陸近年增量幅度顯著。為避免臺(tái)灣紡織業(yè)與大陸低價(jià)市場競爭，臺(tái)灣紡研所積極推動(dòng)功能性、差異化尼龍纖維產(chǎn)品的研發(fā)，協(xié)助島內(nèi)傳統(tǒng)尼龍纖維產(chǎn)業(yè)快速提升技術(shù)能力，以求擺脫中國大陸企業(yè)的競逐。

研制特殊紡織原料

島內(nèi)對(duì)特殊化尼龍纖維的改質(zhì)研發(fā)尚處萌芽階段，且企業(yè)普遍缺乏適合少量多樣化的耐隆原料聚合設(shè)備，為此，紡織產(chǎn)業(yè)綜合研究所以高分子改質(zhì)技術(shù)為主軸，配合復(fù)合纖維紡絲制程，開發(fā)出多樣化功能性尼龍?jiān)霞芭问侥猃埨w維聚合制程技術(shù)，再轉(zhuǎn)讓給展頌、集盛、真紡、旭順、聚和國際、臺(tái)元紡織等企業(yè)，藉由輔導(dǎo)企業(yè)設(shè)立研發(fā)中心及協(xié)助其申請(qǐng)臺(tái)當(dāng)局“企業(yè)科?！?、“主導(dǎo)性新產(chǎn)品”及“小型企業(yè)創(chuàng)新研發(fā)”等計(jì)劃資助，投資總金額逾5.7億元新臺(tái)幣，開發(fā)出切粒飽和吸水率達(dá)25.4wt%、纖維吸濕性MRa4.8wt%、放濕性MRd4.4%的尼龍?jiān)?，制成的織物最大熱流值（Qmax）可達(dá)0.179W/cm2以上，可依客戶不同需求，生產(chǎn)高附加價(jià)值纖維品種，包括細(xì)丹尼紗、高強(qiáng)力紗、免漿紗、三角亮光紗、無光紗、八角紗、高條數(shù)紗、十字紗、中空紗、遠(yuǎn)紅外線紗等，預(yù)估增加化纖年產(chǎn)值15億元新臺(tái)幣，衍生紡織品總產(chǎn)值60億元新臺(tái)幣，并引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，逐步轉(zhuǎn)型為功能性差異化尼龍纖維研發(fā)及生產(chǎn)重要基地，鞏固臺(tái)灣作為全球高品質(zhì)尼龍纖維供應(yīng)中心。

其次是打造納米纖維無紡布技術(shù)平臺(tái)。近年來，因納米科技發(fā)展而使更多企業(yè)投入靜電紡絲（簡稱電紡）技術(shù)的研究，其最大的特色是所需的制程設(shè)備少、程序簡單、操作方便、效率高及成本低，且可以直接地將材料編織成納米直徑大小的纖維，并可以運(yùn)用至服飾、過濾薄膜、面膜及外科手術(shù)中的創(chuàng)傷敷材等，用途非常廣泛。然而目前島內(nèi)有關(guān)電紡技術(shù)的專利申請(qǐng)，主要都是以針頭式制程為開發(fā)重點(diǎn)，該項(xiàng)目將傳統(tǒng)的針頭式制程技術(shù)加以改良，開發(fā)出滾筒式電紡設(shè)備，并可依客戶的需求開發(fā)實(shí)驗(yàn)型設(shè)備，包括幅寬30～50厘米、多針頭設(shè)計(jì)、雙組份纖維及小型滾筒設(shè)計(jì)等，可作為未來量產(chǎn)的技術(shù)跳板，同時(shí)為產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)電紡技術(shù)人才，以加速島內(nèi)納米纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

改進(jìn)紡織設(shè)備和工藝

滾筒式電紡設(shè)備可大幅提高無紡布的產(chǎn)量及均勻度，紡研所成功開發(fā)出幅寬1.6米的納米纖維無紡布量化設(shè)備，成功推升電紡技術(shù)的國際知名度，并以新型無紡布制程技術(shù)申請(qǐng)臺(tái)灣與外國專利，獲得美國匹茲堡國際發(fā)明競賽專利技術(shù)金質(zhì)獎(jiǎng)。該技術(shù)所建立的滾筒式電紡納米纖維無紡布技術(shù)平臺(tái)，可提供島內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展精密過濾領(lǐng)域，包括空氣過濾、水過濾、油過濾，也能提供島內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展醫(yī)療紡織品領(lǐng)域，包括創(chuàng)傷敷材、組織培養(yǎng)基材料、隔離材料等，并輔導(dǎo)和協(xié)助島內(nèi)紡織產(chǎn)企業(yè)開展跨領(lǐng)域產(chǎn)品開發(fā)，提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)水準(zhǔn)與產(chǎn)品附加價(jià)值。目前，該設(shè)備已在臺(tái)灣遠(yuǎn)東紡織研發(fā)中心、中原大學(xué)薄膜中心、臺(tái)北醫(yī)學(xué)大學(xué)、亞東科技大學(xué)、萬能科技大學(xué)、淡江大學(xué)、中興大學(xué)材料所、清華大學(xué)化工系、元智大學(xué)化工系、集廣公司、鼎榮公司等安裝應(yīng)用。

臺(tái)灣工研院材料化學(xué)所的研究人員結(jié)合分子合成與納米纖維棉網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，開發(fā)出高通量納米纖維脫鹽過濾材料。這種納米纖維可以生成傳統(tǒng)纖維無紡布受限纖維細(xì)度所無法達(dá)到的100納米以下孔徑，其納米纖維成型過程隨氣流與電場控制。因?yàn)椴皇强咳軇]發(fā)而形成的孔洞（傳統(tǒng)逆滲透或納米過濾材料都是將樹脂溶于溶劑中，再用多道涂布方式涂于微孔層上，藉由溶劑揮發(fā)速度來調(diào)整孔洞大小，一般最終厚度多在200納米以上），納米纖維層的厚度可以超過1～50微米，與支撐纖維層間可以利用復(fù)合加工方式形成納米纖維（小于200納米）與補(bǔ)強(qiáng)纖維（小于15微米）交錯(cuò)且孔徑以漸層式分布的過濾材料，濾材內(nèi)部孔洞相互貫穿，有利于水的通過，可低壓操作并提升水通量。

在空氣過濾方面，臺(tái)灣工研院研究人員通過整合熔紡無紡布技術(shù)、靜電紡絲納米纖維技術(shù)、無紡布整理加工技術(shù)與過濾材結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，成功開發(fā)出納米纖維量產(chǎn)制程技術(shù)，利用納米過濾材纖維具有極高的比表面積，僅用少量的纖維網(wǎng)即可達(dá)到較高的過濾效果，將50～300納米細(xì)度的納米纖維應(yīng)用在高效能空氣過濾網(wǎng)，利用納米纖維來捕捉空氣中的微粒，可以輕易去除0.3微米微粒達(dá)99.97%以上，且可減少25%以上的壓損，大大增加透氣量，又減少壓縮機(jī)的能源損耗。

除了應(yīng)用在空氣過濾方面，該技術(shù)可還進(jìn)一步應(yīng)用于新式水處理上。目前臺(tái)灣解決用水過濾問題通常采用逆滲透膜精密過濾方式，需要配備良好的前置過濾器，以免造成逆滲透膜堵塞。現(xiàn)在大多使用多管式濾芯來過濾不同的污染物，如使用聚丙烯濾芯來過濾粒狀污染物，利用碳濾芯來過濾臭味或殘余氯，紫外線燈來殺菌等不同功能組合，使用上受限于飲用水過濾設(shè)備，并非每一過濾設(shè)備都具有這些多重功能，導(dǎo)致諸多不便。

臺(tái)灣工研院研究人員還應(yīng)用電紡制程技術(shù)開發(fā)出納米纖維膜，通過纖維表面聚合控制以細(xì)化纖維膜孔隙與強(qiáng)化纖維膜，開發(fā)出具高通量（高孔隙率，低壓損）、高均勻度、高過濾效率的水過濾材料。傳統(tǒng)活性污泥系統(tǒng)可處理污泥濃度約在3000～5000毫克/升之間，而使用這種系統(tǒng)則可處理5000～30，000毫克/升或更高的污泥濃度，故水力停留時(shí)間可縮短至1～4小時(shí)，從而節(jié)省反應(yīng)槽體積，特別適合中小型規(guī)模廢污水處理廠使用，且應(yīng)用納米纖維膜的薄膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)具有操作成本低、大幅節(jié)省空間及減少處理槽體積、減少廢棄污泥量、能力消耗較低等的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又可去除細(xì)菌達(dá)到部分消毒的作用。

此外，臺(tái)灣科技人員還創(chuàng)新利用濕式成型技術(shù)合成多種復(fù)合功能性纖維材料，以一體成形結(jié)構(gòu)達(dá)到去除微粒雜質(zhì)、臭味或水中余氯過濾及抑菌的目的，抑菌功能規(guī)格符合美國AATCC100測試標(biāo)準(zhǔn)、過濾效率符合美國NSF42測試標(biāo)準(zhǔn)。這種新型過濾材料產(chǎn)品的另一特征為以微纖維化纖維作為粘著劑，利用微纖維化纖維的高比表面積及分歧狀結(jié)構(gòu)，具有自然糾纏能力，使多種纖維及功能性材料能緊密結(jié)合在一起，同時(shí)不會(huì)降低吸附材料的吸附功能。液體過濾材利用模組化設(shè)計(jì)及加工，使液體過濾材以復(fù)合方式具有多功能性，可以過濾水中懸浮微粒、水中有機(jī)污染物、重金屬及臭味等功效。

該項(xiàng)目的推廣采取產(chǎn)銷聯(lián)盟體系，通過輔導(dǎo)無紡布加工廠商埔里造紙公司開發(fā)新穎液體過濾材料，再通過與特用化學(xué)品及染整廠合作模式，聯(lián)合纖維濾材料廠商和友紡織公司、濾材模組化廠商鴻維濾材公司及品牌經(jīng)銷商華宸公司，結(jié)合其原有的接單渠道，生產(chǎn)經(jīng)國際認(rèn)證的新穎濾材及抗菌過濾水機(jī)，并有效結(jié)合自有“抗菌大師”品牌，提升產(chǎn)品的國際競爭力，年度內(nèi)促進(jìn)產(chǎn)值達(dá)4000萬元新臺(tái)幣，預(yù)估未來每年促進(jìn)上億元產(chǎn)值。

在生物纖維紡織品方面，由于當(dāng)今全球生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，環(huán)保議題成為全人類共同關(guān)心的焦點(diǎn)，有越來越多的消費(fèi)者會(huì)考慮到產(chǎn)品對(duì)生態(tài)的影響、生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境的影響、天然資源的消耗及產(chǎn)品的可處理性等問題。生物資源是可再生性資源，纖維素主要由植物通過光合作用合成，每年經(jīng)由光合作用產(chǎn)生上億噸的木質(zhì)纖維素類物質(zhì)，而纖維素是植物細(xì)胞壁的主要成分，目前這部分資源主要用于燃料、畜牧飼料與積肥，利用率雖然低，但對(duì)環(huán)境仍會(huì)造成一定的污染。隨著世界人口迅速增長，糧食、礦產(chǎn)資源日漸枯竭，開發(fā)高效轉(zhuǎn)化木質(zhì)纖維素為可再生資源的微生物技術(shù)，及利用工農(nóng)業(yè)廢棄物等發(fā)酵生產(chǎn)紡織原料具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義和光明的發(fā)展前景。

目前臺(tái)灣科技人員正在進(jìn)行纖維素?zé)o紡布技術(shù)的研發(fā)，如采用天然原料木漿經(jīng)由干噴濕紡制程，成功開發(fā)出直紡再生纖維素?zé)o紡布，制程所使用的N-甲基瑪琳-N-氧化物溶劑回收率可達(dá)99%，屬于清潔生產(chǎn)制程，產(chǎn)品完全可以生物分解，被稱為21世紀(jì)的綠色纖維。這種環(huán)保性纖維素?zé)o紡布應(yīng)用在燃油過濾產(chǎn)品上，有助于過濾燃油中的雜質(zhì)，增加汽車引擎動(dòng)力，降低能源與車輛損耗與污染物排放，延長汽車引擎壽命。

此外，臺(tái)灣科技人員還在進(jìn)行熔紡型纖維素纖維及微生物纖維素材制造等技術(shù)開發(fā)，前者用以解決制程高污染的干、濕式紡絲（粘液縲縈、醋酸纖維）等纖維素纖維的廢液及溶劑等問題，借助熔紡型纖維素纖維技術(shù)的開發(fā)，來建立纖維素改質(zhì)技術(shù)、混練、造粒、紡絲等相關(guān)技術(shù)的參數(shù)。微生物纖維素材制造技術(shù)是從菌種的篩選、優(yōu)化，發(fā)酵技術(shù)到生物纖維膜品質(zhì)控制等，相關(guān)生產(chǎn)發(fā)酵條件調(diào)整得宜，才能使生物纖維的生產(chǎn)具經(jīng)濟(jì)價(jià)值與競爭力。該項(xiàng)目執(zhí)行后，獲得菌株篩選繼代培養(yǎng)能力達(dá)到6代、產(chǎn)膜能力每小時(shí)超過0.22克/升、膜固成分大于1%、纖維素純度達(dá)到95%以上等關(guān)鍵技術(shù)能力。加上目前正在進(jìn)行中的利用該素材進(jìn)行紡絲原液的研發(fā)，這兩項(xiàng)技術(shù)對(duì)于紡織產(chǎn)業(yè)的原料端和產(chǎn)品端都有新的發(fā)展性，未來除紡織品外，可將其應(yīng)用美容保健、醫(yī)療、服裝、過濾等領(lǐng)域。