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2014-04-01從另一個R與新織品談起
532 期
Author 作者
劉廣定／臺灣大學化學系名譽教授。
今年是公元2014年，也是聯合國科教文組織所訂「永續發展十年教育」（DESD, 2005~2014）的最後一年。十年來，許多國家都積極推展，臺灣的教育界卻始終未認真將「永續發展」做一整體考量，而只在環境保護教育這一有限的範圍內打轉（請參考《科學月刊》2010年9月號頁644~645拙作）。今年新公布的《十二年國民基本教育課程總綱（草案）》更只有「積極致力於生態永續、文化發展等生生不息的共好理想」，「永續發展」一辭則已不見，難道「永續發展」對臺灣不重要嗎？還是臺灣的學生和社會已很了解「永續發展」呢？
推動「永續發展」是當代工業社會所造成種種「病症」的良藥和健康食品，不應忽視。若政府和民眾不能正確認識永續發展之意義與目標，將有礙於國家社會之順利發展和進步。以工業生產為例，化學工業先進國早有3R原則以減少廢棄物，即Recycle（循環再製）、Reduce（減用量）和Reuse（再使用）。自1980年代後期起，永續發展觀念在國際上逐漸普受重視，具實用性的永續化學研究如雨後春筍，蓬勃發展。設計新方法及新製程，除改變反應條件外，改用新原料、新試劑和新溶劑也都成為研究發展之重點（請參考《科學月刊》2012年4月號頁314~318，6月號頁474~477拙作）。Replace——「替換」可以說是追求永續發展的另一個R。
行政院環境保護署廢棄物管理處曾於今年2月13日發布新聞，說明已將《廢棄物清理法》及《資源回收再利用法》二法合為《資源循環利用法（草案）》，並函送立法院審議中。此法在傳統的3R之外，加上能源回收（Energy Recovery） 和新生土地（Land Reclamation）兩項，即納入所謂「5R」精神。但美中不足是缺少了具有研究創新精神的另一個R——「替換」，可見臺灣各界並不真正了解永續發展。本篇將以織品為例說明永續化學裏的「替換」。
棉纖維與棉纖維之強化
二十世紀中葉人造纖維織品與混合紡織品開始普遍之前，一般民眾最普遍使用的是棉織品。棉是錦葵科（Malvaceae）草棉屬（Gossypium）植物的種子纖維，花朵為乳白色，開花後凋謝，留下內含棉籽的小型蒴果，稱為棉鈴。棉鈴成熟後裂開，露出棉籽表皮所長出白色與略帶黃或紅色之柔軟纖維。含纖維素約90％，經處理後可製成棉絮、棉線、棉布和棉紙等。棉製織品與傳統的紙相似，由纖維素分子以氫鍵相接所構成（請參考《科學月刊》2012年10月號頁794~797拙作）。故吸濕性好（纖維素分子有眾多親水性官能基，圖一），不刺激皮膚，也不易產生靜電，且一般感覺舒適柔軟。棉纖維的缺點是不易乾燥，因強度不夠易起皺且不易恢復，也不耐磨損，不耐酸，又易受黴菌等微生物的侵害。織品起皺後高溫「熨燙」是很麻煩的，需要人力，也消耗能源。
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圖一：纖維素。N ≒ 5000。
為改善純棉纖維之易皺缺點，乃對棉纖維進行強化處理，使織品成為「耐熨（durable press）」、「免熨（permanent press）」，或「不皺（wrinkle-free）」。一種方式是將人造纖維與棉纖維適度混合紡織，即所謂「混紡」，常見的例如棉– 聚酯（聚對苯二甲酸乙二酯，達克綸）。唯混紡織品與純天然織品之觸感仍有些差異。另一種方式是加入「交聯劑（cross-linker）」將纖維素分子以一些化學鍵相連接，如圖二。
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圖二：交聯劑DMDHEU連接兩個纖維素分子。
圖二中的DMDHEU乃dimethylol dihydroxyethylene urea（二羥甲基二羥乙烯脲）之縮寫。它是由尿素（urea）與乙二醛（glyoxal）縮合，生成二羥乙烯脲（DHEU），再與甲醛作用而得（式1）。DMDHEU與纖維素反應，脫去水分子而交聯成強化的纖維素（式2）。實際上，1950年代DHEU也曾用為交聯劑以製免熨織品，但因本身易水解而後為DMDHEU 所代替。然而，在交聯的過程中DMDHEU也會發生如（式3~5）之反應，在織品中殘留下的甲醛（式4）很難除盡。……【更多內容請閱讀科學月刊第532期】