聚酯與尼龍同為石化產品,但相較於尼龍,聚酯(PET)的回收通常很簡單,這一方面要歸功於聚酯本身的成分單純,另方面也在於PET寶特瓶有完整的回收系統。
尼龍家族分支龐雜
反觀尼龍,由於消費後尼龍廢料的回收系統尚未建立,目前供應商多使用後工業/消費前原料作為回收尼龍,也就是蒐集紡紗或注塑過程殘留的廢料回收再生。同時因為工業後/消費前尼龍原料通常不會被其他材料污染,因此處理相對單純,可以傳統的機械回收進行。
但對於廣大的消費後尼龍,一方面尼龍的家族龐大,包括Nylon 6、66、10.10…,然而標示方式多以Nylon或Polyamide統稱,肉眼難以外表分辨,若在回收時混雜處理,可能導致回收材的品質降低;另方面尼龍多已製造成混紡織品或還有其他後加工殘留物,通常也不適用於傳統的機械回收,但目前已經有新興的化學回收技術提供去除殘留物和回復原始品質的可能性。
本屆PERFORMANCE DAY機能布料展深入探討尼龍的環保解決方案,從回收廢棄物到推出生質原料,包括將可生物降解的尼龍(biodegradable nylon),從海洋垃圾的廢舊浮標回收後再製,或是將回收的汽車輪胎和電腦碎片製成的再生尼龍(如BASF),都是很好的解決方案。使用植物(蓖麻油或椰子殼)作為基底製作生質尼龍,甚至還在可以不使用離子(ions)的情況下增強抗菌效果;或是運用牛奶酪蛋白可以使織物觸感更柔軟。
消費後尼龍的新發展
為了終結塑料性產品的浪費,目前業界正積極尋找消費後尼龍的循環方案。
不幸的是,尼龍的結構成分複雜,與雙單體Nylon 6.6相比,Nylon 6因為成分相對單純(只有一種單體),回收性較好,也因此目前的消費後尼龍的回收多屬Nylon 6。
消費後尼龍回收中最著名的案例就是義大利Nylon 6製造商Aquafil與工業地毯用戶、The Healthy Seas(健康海洋組織)和養魚場合作,收集廢棄地毯與漁網,生產的再生尼龍Econy®。
台灣化學纖維股份有限公司(Formosa Chemicals)也使用化學回收技術來處理廢棄的漁網,他們從智利和越南的水產養殖場收購廢棄漁網,與美國著名戶外品牌簽訂獨家銷售協議,並希望能儘快向公眾開放。
回收廢棄漁網的想法得到了越來越多的支持者,台灣尼龍紡紗專家集盛實業公司(Zig Sheng)透過紡絲廠自有下腳絲及收購廢棄漁網經過再生工序,投入生產,不但能順應客戶要求環保產品的趨勢,且可提高產品附加價值。
巴斯夫(BASF)則是成立化學循環(ChemCycling™)平台,收集城市垃圾和廢棄汽車輪胎的混合塑料。這些廢棄物可透過BASF合作的Pyrum(專門從事廢輪胎熱解的科技公司),以化學方法回收成熱解油( pyrolysis oil),以替代石化原油,並經由認證的碳平衡方法分配到產品中。目前廢輪胎熱解工廠的年加工量約1萬噸,2021年已有首批紡織產品投入市場,且產品質量與傳統Nylon 6.0相同。
儘管我們現在在合成材料的回收上已有進展,但也不能忽視從材料生命週期開端的源頭規劃。事實上,避免困難比解決困難更加容易,這就是為什麼我們要研究可再生材料的重要原因。
生物塑料不等同生物可分解
與石化基材料相比,生物塑料(bioplastic)是指全部或部分以天然可再生資源(職務或植物衍生物)為原料的塑膠,由於生長過程可以吸收二氧化碳,具有低碳排放量、低能源消耗、永續性原料等環境友善優點。
不過,以生物基為原料並不代表這種塑膠在末端可以生物分解,即使可分解,目前號稱生物可分解的塑膠超過20種,每一種的來源、化學結構和物理特性都不盡相同,每一種材料做到完全生物可分解所需要的環境和時間也不一樣。
由於尚缺乏嚴謹的分類,現今我們對於下列各項都廣泛稱為生物塑料(bioplastic):
• 生物基Biobased—可再生天然原料
• 生物聚合物Biopolymer—部分或完全生物基的原料,例如PA 4.10、PA 10.10
• 生物塑料Bioplastic—生物聚合物Biopolymer+添加劑(通常指硬塑料)
• 生物合成Biosynthetic—生物聚合物Biopolymer+添加劑(通常指紡織品)
傳統的生物塑料包括醋酸纖維素(Cellulose Acetate)、天然橡膠等,這類生物塑料可以分解,同時不易以石化原料仿製(或在成本上不具有競爭力)。
不過新型態的生物塑膠就複雜了,它們可能一部分是生物塑膠,以澱粉或糖為原料化學合成,或以石油副產品為原料化學合成,形成新型的生物塑膠。甚至可以由生物細菌方式合成,這通常是利用微生物的醱酵系統代謝培養基的營養源,轉換成生質塑膠相關高分子儲存在細胞內。
以尼龍家族為例,如將PA 6和PA 6.6視為原生父母,PA 4.10、PA 6.10、PA 5.10、PA 10.10、PA 11,和Bio-PA 6、Bio-PA 6.6都是家族成員。
生質尼龍的最新發展案例
生物基尼龍所需的原料有:碳水化合物(簡稱醣類)、木質素、蛋白質、脂質,我們可以在任何植物中找到這些成分,只不過不同種類的植物有的碳水化合物含量較高、有的木質素含量更高。
而目前的生物基尼龍,多是從蓖麻油(一種非可食用植物)中提取癸二酸,取代碳氫化合物,作為生物基聚合物的必需天然原料。
值得注意的是,生物基尼龍仍然是一個利基市場,儘管有幾種生物基尼龍顆粒已經可商購取得,但擠型和進一步加工處理成紡織紗線仍然存在一些困難。生物基尼龍的困難點不在於聚合物的生物基來源,而是在於製造商不熟悉不同的化學結構和材料特性,此外,這些尼龍的價格高昂,也是目前推廣不易的主因。
目前關於生物基尼龍的重要進展有:
由歐盟 Horizon 2020 BBI JU(生物基產業聯盟)資助的多方利益相關者項目EFFECTIVE,目標利用甜菜等可持續植物醣資源開發尼龍6。
該項目始於2018年,計畫於2023年完成。將植物性醣轉化為化學構建的技術來自聖地亞哥的生物技術公司Genomatica。其發酵製程被《時代》雜誌列為2019年最佳發明之一。
2021年8月,加拿大運動服公司lululemon宣布與Genomatica建立合作夥伴關係,將生質尼龍帶入產品線,替代傳統化石材料。
尼龍和大多數塑膠一樣,存在塑膠微粒的爭議。Rhodia-Solvay集團的Amni Soul Eco®可厭氧生物降解紗,號稱是世界上第一種可以在垃圾填埋場處理後快速分解的可生物降解Nylon 6.6紗線。
一般來說,合成纖維的化學結構無法讓細菌滲透,因而使得降解過程複雜而緩慢。Amni Soul Eco®是使用增強型聚醯胺(enhanced polyamide)生產的,在垃圾填埋場條件下,它有利於細菌獲取和消化廢物,從而加速生物降解過程。如果在無氧垃圾填埋場中進行正確處理,填埋後可轉化為有機物和沼氣,並在大約5年內生物降解,而一般的尼龍材料通常需要50年。
另一個例子是Nilit公司新發布的Sensil® Biocare紗線,因為加入了一種不會磨損或洗脫,也不會干擾其他性能添加劑、整理劑或染料的特殊技術,可以加速纖維在海洋和垃圾填埋場中的分解速度,降低了紡織品對生態系統的影響。
政策利多和預期需求暴增都牽動著產業佈局。只不過作為新興材料,無論是產業發展、應用或是相對應的後端處理,生物可分解塑膠都面臨幾個懸而未決的問題:
1. 成本和生物原料:生物可分解塑膠的成本比傳統石化塑膠至少高一倍,降低成本的技術壁壘仍然存在。生物製品的一大成本是原料,目前近三分之一的生物可分解塑膠使用石油副產品為原料,三分之二使用生質原料(玉米、木薯和蔗糖等),且整體產業往再生的生質原料發展。
2. 性能和化學添加劑:為了增加生物可分解塑膠產品的機械性能(如強度、彈性),使用多種化學添加劑是常見做法。然而添加的化學品為何、這些化學品會不會有負面的健康和環境影響、含有化學品的生物可分解塑膠是否還能稱之「綠色環保」,勢必也將成為未來討論的焦點。
3. 分解性和垃圾處理設施:雖然稱為「生物可分解」,但生物可分解塑膠的完全分解沒有那麼簡單。市場上的生物可分解塑膠定義不清楚、標識不統一、消費者認識不清、垃圾分類處理不完善、產品宣傳不實,導致生物可分解塑膠的品質參差不齊,市場監管困難,也是生物可分解塑膠近年來產業發展緩慢的一大原因。
而為了避免不肖業者魚目混珠,加州以法律嚴格規範可降解塑料產品的營銷和標籤,包括那些聲稱“可堆肥”或“可生物降解”的產品。無論是明示的還是暗示的行銷術語,都必須有權威和可靠性的科學證據佐證,並符合規定標準。
例如Amni Soul Eco®和Sensil® Biocare均清楚標示它們通過ASTM D5511(土壤)生物可降解性測試。Sensil® Biocare更通過ASTM D6691海洋生物降解標準。
尼龍類產品的未來展望
尼龍是運動服裝行業的基本材料,高性能特性使其適用於各種耐用產品,如服裝和背包。對於這些紡織產品,除了應盡可能延長使用壽命,增加耐用性,有利於二手轉讓及提高重複使用率(無需再注入其他能源再製)。一旦衣物不再適用,也應盡可能通過在地化的管道,進入循環回收再利用的系統。
尼龍是熱塑性材料,通常是可重新熔化的,因此也是可回收的,事實上每種尼龍類型都可以回收,但這取決於現有的回收設施和方案。
2019年,義大利高端戶外運動品牌Napapijri推出Circular 100%可回收循環服裝系列,面料採用ECONYL®可再生尼龍,填充物和飾邊為廢棄漁網回收的Nylon 6紗線。使用單一材料可以簡化回收過程,讓Circular直接進入回收系統,而不需擔心混雜的材質導致回收材的品質降低。