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竹炭在紡織之技術開發與利用

林業試驗所 林裕仁 黃國雄

前言

  台灣之竹林資源豐富,竹林面積達15萬公頃,約佔森林面積7.2 %,以竹材加工的相關產業,在台灣經濟成長的歷程中曾貢獻許多,賺取不少的外匯,外銷產值在1980年時曾高達1億美元。然近年來,受到原料充足及工資低廉之中國大陸及東南亞地區產品的衝擊,導致台灣竹材相關產業競爭力衰減,產業漸行沒落,竹林資源漸失管理與經營,甚至遭到荒廢,形成資源上無法有效利用,誠屬可惜。竹子生長快,繁殖力強,生育期短,更新容易,是極佳的再生資源,在資源利用過程中不會發生如林木砍伐時,所產生林地環境生態受到嚴重破壞等問題。因此,值此環境保護意識抬頭,再生資源利用受到重視之際,如何解決竹材資源利用上的困境,再次提升竹材加工產業的經濟效能與產值,是目前台灣農村經濟發展政策中不可忽視的重要課題。本會自2002年以來即積極推動「竹產業轉型及振興計畫」,以期能夠恢復昔日竹資源利用之榮景,提高竹林經營之效益,提升整體竹產業的經濟產能及競爭力。由於竹炭之發展最具潛力,該計畫中以發展國內竹炭產業列為重點執行工作。

竹炭特性與應用

  竹炭是採用4年生以上之成熟竹材,藉由炭窯內高溫(450~750℃)並於氧氣不足狀態下之熱分解反應燒製而成。經高溫所燒製之竹炭質地密緻多孔、比表面積大、吸附力強、具釋放遠紅外線等特性,因此是具有吸附性、調濕性及遠紅外線等機能性之天然素材。竹炭除了已開發應用在室內調濕、除臭及清潔沐浴用品之添加(如洗髮精、沐浴乳及美容用皂等)等產品外,目前也運用現代奈米科技,將竹炭微粉研磨至奈米尺度(nano:10-9 )下與纖維原料混練,並經過紡絲、製纖及加工等過程製成竹炭纖維,開發具有機能性之竹炭纖維紡織品,以發揮竹炭獨特機能性之優點。以竹炭纖維、竹炭紗加工而成之紡織品具有高遠紅外線放射率、抗菌及除臭等特性,擁有極佳之蓄熱保溫及乾爽舒適等機能,根據國內財團法人紡織產業綜合研究所之檢測結果顯示,竹炭纖維之遠紅外線升溫值可達8℃,金黃色葡萄球菌抑菌值在4.0以上(JIS法),消臭率在80%以上。因此,應用於日常衣著(如內衣褲、男女服飾、襪類)、寢具用品(如床墊、枕墊)、家飾用品(如窗簾、桌巾、毛巾)、特殊用途衣著(如登山禦寒、運動保護、醫療保健紡織品)及產業用等紡織品,有益人體健康之保健及生活品質之提昇。

竹炭技術開發與產業發展

  目前國內對高品質竹炭與竹炭纖維之生產均已成功掌握其關鍵技術,前項技術由本會林業試驗所研發,後項技術由經濟部紡織產業綜合研究所研發。研發之重點包括竹炭窯之設計建造、高品質竹炭之燒製技術及機能性竹炭原料之開發等。紡織產業綜合研究所研發之重點包括竹炭微粉研磨技術、機能性竹炭纖維生產技術、竹炭長纖維註)製程技術等。兩研究機關並共同推動國內「竹炭紡織品策略聯盟」,將國內產官學界與竹炭纖維相關產業,從竹炭原料之生產到紡織品之市場行銷,採垂直整合與水平分工方式,進行整體性的結合,目的在拓展竹炭纖維之經濟效益與提昇國內紡織產業整體競爭力為最高目標。策略聯盟之成員從竹材前處理、炭窯建造及竹炭燒製、微粉奈米研磨、母粒製造、纖維抽絲、紗線紡製及製程技術研發等,乃至紡織品生產與市場行銷,涵蓋與竹炭纖維有關之上、中、下游產業,共計有前述2研究單位與11家廠商共同加入。根據經濟部進出口貿易統計資料顯示,2003年我國聚酯加工絲產量居世界之首,聚酯纖維與聚酯長纖維產量均居世界第二,尼龍產量則居世界第三,國內人造纖維在全球紡織業中已佔有相當重地位。而經紡織產業綜合研究所之預估,若將竹炭應用於聚酯、尼龍與其他再生纖維中開發特殊之機能性紡織品,國內紡織品產值每年可增加達百億元以上,在世界紡織市場上將可持續位居重要之領導地位。

未來展望

  複合機能竹炭纖維是竹炭與紡織產業結合之結晶,是現代科技賦予竹炭新生命之應用極佳範例,由於此類跨領域異業結合之效益,除了創造紡織產業之高產值外,也同時拓展竹炭應用之新領域,開創產業之新契機,提高竹炭產業之產值。國內竹炭產業之發展與產值得以提昇,將激勵竹炭相關產業投入更多之人力與物力進行新材料與新產品之研發,對國產竹材使用量之增加具有正面作用,除了有助於國內竹林資源之有效利用外,將可提高竹農收益,繁榮農村經濟,促進竹產業轉型與振興,提升竹產業之整體競爭力。

備註

  紡織用纖維依其長度可分為兩種,一種是像棉纖維般是有限長度者,稱為短纖維(staple fiber),或稱棉狀纖維,除棉外,另如羊毛、麻等纖維均屬之;另一種是像蠶絲般,幾乎具有無限長度的纖維,稱為長纖維(filament),或稱絲狀纖維,這種纖維常見的除蠶絲外,還有尼龍絲、多元酯絲及其它各種人造長絲纖維。這兩種纖維在製成紗線的方式與過程上並不相同,長纖維亦可被切成短纖維,然後用一般短纖維的紡紗方式將許多短纖維撚合在一起成為一條很長的紗線。長纖維可織成布料,應用範圍較短纖維大,附加產值較短纖維高。基本上,長纖維對製程技術與設備之要求較短纖維者高。

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