Transcript 鳳梨纖維應用_農委會.ppt

鳳梨纖維處理
及應用技術
朝陽科技大學 應用化學系
石燕鳳 教授
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大綱
植物纖維補強複合材料之研發重點
鳳梨葉纖維處理方法
聚乳酸介紹
綠色複合材料未來發展趨勢
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 菠蘿宣又名鳳梨宣，又名鳳髓宣
 中興大學張豐吉教授於1970年代創製
 以鳳梨纖維為主要材料
 菠蘿宣具有紙面光滑細緻易於控制筆墨，紙力強適宜
多次渲染，紙質潔白不易變色及紙質不易劣化紙張壽
命長等優點
 適合書畫及裱褙
 張大千試用後,認為可比乾隆內府所製,因鳳梨又名菠
蘿而親自命名為菠蘿宣, 他盛讚菠蘿宣的特色「滑能
駐毫、凝能發墨....」
3
 長春棉紙廠表示，有鑑於國內宣紙原料的樹皮均仰賴
國外進口，及國內生產的宣紙用快速處理原料的方法
來生產，容易影響紙質，導致紙張易變色也不易保存
，加上國內每年又有數量相當多的鳳梨葉廢棄於農地
未加利用，與中興大學教授張豐吉合作研發取得鳳梨
葉內部纖維製紙
 鳳梨纖維經過蒸煮、漂白後進行抄紙，鳳梨纖維比現
有的麻、雁皮、楮皮細，且不同的配方、厚度都可能
影響紙張品質，抄紙時需要花更多心力，才能製成高
品質宣紙
 業者表示，「菠蘿宣」的紙質潔白，不易變色，紙張
壽命長，經過日照四十小時比較，鳳梨紙的白度不變
，雁皮紙則從七十四％降到五十％，更適合做為書畫
、裱褙用紙。
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造紙製作流程
宣紙的主要原料：青檀皮、蕘花、鳳梨葉、草木灰、
竹子、馬拉巴、稻草、栗樹糊等
 取鳳梨葉、雁皮等樹皮，搗 碎，加入草木灰等蒸煮
 將蒸煮過的樹皮等原材料放於山坡上，日曬雨淋，
使之自然煉白
 將樹皮等原料碾碎、浸泡、發酵、打漿、加入樹糊後
調和成紙漿
 用抄紙器將搗好的紙漿手工抄制成紙張
 將竹簾上的紙置於木板上，層層相加疊積，在紙上加
木板，逐漸加壓，使水流出
 將脫過水的紙，輕輕取下，貼於焙籠或焙壁上烘乾;
亦有刷於木板上，以陽光曬乾
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 台灣由於地處亞熱帶地區擁有相當豐富的纖維植物，
如苧麻、黃麻、鳳梨纖維、香蕉纖維、藺草、竹、藤
、月桃等
 早在民國前，台灣就已有取用再來種鳳梨葉上的纖維
製成棉紗織成衣料的技術
 由於材質優良、柔軟、且耐水性強，織成的布料略帶
黃色光澤，相關的生產、紡織與輸出多集中於彰化、
南投、鳳山等地
 二水鳳梨織遠近馳名，日據時期機織業依材料的不同
，可大分「黃麻織」與「鳳梨纖維」等兩類
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 光復後鳳梨纖維甚至和棉紗一起紡製成衫，涼爽且
耐穿，同樣的也因為棉紡織業的引進而造成紡織相
關行業輝煌的時代
 民國三十二年左右，由於織布所得可比擬公務員的
工資，當時農夫多大量栽種取纖，二水地區坑內村
附近，家家戶戶，不論男女皆從事取纖織作的工作
 當時大甲、鹿港等地的老人家，尤其愛穿以鳳梨布
製成的大褂。 光復後鳳梨纖維甚至和棉紗一起紡
製成衫，涼爽且耐穿，曾流行過一陣子，後因質優
便宜的棉紗及其它纖維大量輸入後，取纖費時的鳳
梨纖維因而沒落，現今只有八卦山脈一帶有食用或
加工罐頭的南洋種鳳梨大量栽植
台中縣立文化中心編織工藝館 資料
7





石油價格攀升造成人造纖維價格上漲，工業先進國家
開始考慮使用植物纖維在工業上的應用
在汽車零件業，植物纖維作為隔音、隔熱和阻尼材料
及汽車內部裝飾件已經行之有年
近年來也已開始用於汽車外部零件如擋泥板和擾流板
在建材業包括裝潢材料、合板、模板、包裝木箱、運
輸占板、地工材料等，目前也漸漸被植物纖維強化塑
膠所取代
在先進國家中綠色複材以每年13%的速度取代建材業所
使用的木材
8
 國內應用於建築方面之纖維需求超過20萬噸/年，
主要以木纖維為主。但如今因原木砍伐以及全球溫
室效應氣體減量壓力與時俱增，若將這些纖維的需
求，轉以國內豐富的植物纖維作取代，將可創造更
高之效益
 由於植物纖維具備極佳之CO2固定能力，且具有調
濕/負離子等機能，產業可以應用此可再生之植物
資源來生產具機能性的纖維材料與產品
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綠色複合材料特性






可回收、可再生
環境負擔性低
低污染、低能源消耗、生物可分解
使用之舒適性
生態資源材料
廢棄物資源化
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植物纖維補強複合材料之目標
提升材料之機械強度、耐熱性質
並可降低材料之成本
符合環保綠色複合材料之訴求
能夠承受較高之應力變化及應用於高溫環境
例如汽車內外裝材料、熱食容器、耐高溫容
器、電子光電產品外殼等，將能大幅度提高材
料的應用面及附加價值
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植物纖維的特點

天然植物纖維如黃麻、瓊麻、亞麻 、 竹子、鳳梨
葉纖維等具有相當高的強度

天然植物纖維與合成纖維之差異在於
優點：取得來源豐富、具生物分解性、
屬再生資源、低密度、無皮膚刺激性
缺點：高吸水性、品質差異度較大、熱穩定性
較差、強度沒有玻纖佳、加工溫度不能
超過350oF

近年來基於環境保護之因素，天然植物纖維補強複
合材料十分受到重視
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植物纖維綠色複合材料之優點
(Professor Heinrich Flegel, director of Production Technology at
the DaimlerChrysler Research Center in Ulm, Germany.)






重量減少 10%
與玻纖比較，重量減少 40%
減少生產過程之能源耗費量80%
與類似之玻纖複材比較，成本減少 5%
製造過程不會釋出二氧化碳
有益工作者及使用者之健康
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天然植物纖維之
主要成份
纖維素(fiber)結構
木質素(lignin)結構
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植物纖維之主要類別
 草類(Grass)
 竹類
(Bamboo)
 靭皮部(Bast)
 葉脈類(Leaf)
 其他類
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草類(Grass)

大甲藺
根部多節、淡渴色的短鱗葉包圍，由地下根莖一條條
的露出新芽為地上莖，長約一、二公尺。其型態成三角形，
古名為【三角蔥】
大甲農會資料
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竹類 (Bamboo)

台灣栽培60（品）種竹類竹子面積10萬公頃，較具
有經濟價值的主要竹種包括桂竹、孟宗竹、麻竹、
綠竹、烏腳綠竹、巨竹等
Kazuya Okubo, Toru Fujii, Yuzo Yamamoto, Composites: Part A 35 (2004) 377–383
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靭皮部(Bast)
Jute (黃麻)
 flax (亞麻)
 hemp (大麻)
 ramie (苧麻)
 kenaf (鐘麻)

亞麻
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葉脈類(Leaf)
Sisal (瓊麻)
 PALF (鳳梨葉纖維)
 Henequen (龍蛇蘭葉纖維)

瓊麻, 恆春三寶之一
Henequen leaves ready for harvesting, Mexico
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其他類
Cotton (棉花)
 Coir (椰殼纖維)

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植物纖維特性及價格
A. K. Mohanty, M. Misraa, G. Hinrichsen,Macromol. Mater. Eng. 276/277, 1–24 (2000)
21
A. K. Mohanty, M. Misraa, G. Hinrichsen,Macromol. Mater. Eng. 276/277, 1–24 (2000)
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植物纖維補強複合材料之研發重點




植物纖維之精製
去除木質素、 分離出纖維素，尋求在不影響纖維
性質下之最佳分離條件及方法，以提取出性質較
佳之纖維
纖維之鑑定分析
基本物性、纖維組成、結晶度、機械性質等
植物纖維之改質
降低吸水性、改良與樹脂相容性及提昇其他物性
天然植物纖維補強複合材料性質評估
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目前鳳梨取纖的方法可分為
人工取纖方法
機械取纖方法
化學取纖法
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人工取纖方法:
早期的方法，先去除邊緣的刺，再壓在
長條椅子上面，用碗刮去葉面的黏液膠質，
讓纖維露出。然後再用酸粥或飯汁浸一天，
用水清洗黏液。
後來進步到用鍋煮法來取纖維，將鳳梨
葉細條放入鍋內蒸煮、煮後取出，在葉片上
覆蓋濕的草讓它發酵，發酵後刮除葉片四週
的葉肉部份、再將織維綁成一束束的予以漂
白，並以草酸液處理，經過水洗及日光曝曬
乾躁後即成鳳梨葉纖維，便可紡成紗線、織
布。
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機械取纖方法 :
鳳梨葉收割後，利用刮麻機將鳳梨葉的
葉肉膠質刮除，再將剩下纖維部分予以烘乾
或曬乾，纖維經過梳理與整理後切成一定長
度，即成鳳梨葉纖維便可紡紗。利用機械開
纖取得的纖維強度較低，無法滿足紡紗的要
求，因此以往只能將鳳梨葉纖維與其它纖維
混紡，來提升紗線強力。
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化學取纖法 :
鳳梨葉片使用化學處理(脫膠和改性)的
方法進行處理，可以提取纖維。把純鳳梨葉
纖維放在特殊油液裡浸泡予以改質，纖維經
過加工處理後，其強度比棉花高，外觀潔白，
柔軟爽滑，手感如蠶絲。
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31
纖維前處理與強度關係
250
200
10分
150
20分
100
30分
60分
50
0
2%前 2%中 3%前 3%中 5%前 5%中
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植物纖維的改質
L. A. Pothan, F. Simon, S. Spange, and S. Thomas, XPS Studies of Chemically Modified Banana
Fibers, Biomacromolecules, Vol. 7, No. 3, 893 (2006)
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SEM分析
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聚乳酸介紹
(Poly Lactic Acid, PLA)
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何謂生物可分解塑膠

在自然掩埋環境中，能夠被微生物
分解成二氧化碳和水的塑膠材料
生物分解性塑膠
分 解
Biodegradable Polymers
Green Plastics
二氧化碳
水
細菌、黴菌、藻類
腐植土
例如:聚乳酸 (Poly Lactic Acid, PLA)
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PLA的製程
澱粉(Starch)
葡萄糖
纖維素(Cellulose)
Dextrose
葡萄糖
乳酸菌
發酵
Dehydration
Lactic Acid
乳酸
Lactide
減水乳酸
減水反應
聚合反應
PLA
聚乳酸
澱粉及纖維素都可以作為PLA的原料來源!
重點是如何將澱粉或植物中的纖維素利用
最經濟的方法轉換成葡萄糖。
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PLA在堆肥環境下的分解
Hydrolysis
Lactide
減水乳酸
PLA
水解反應
Lactic Acid
乳酸
Composting
Condition
Co2+H2O
堆肥環境
40
PLA退化而成的堆肥化
5 天後
2 周後
5 周後
41
生物分解性塑膠之用途
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PLA與纖維的配對
PLA
+
合成纖維(玻纖或碳纖)
天然植物纖維
速配指數低
(天然配人工ㄟ不對味)
速配指數高
(天然配天然ㄟ尚好)
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鳳梨纖維綠色複合材料
先將纖維乾燥
利用篩網過篩
偶合劑處理
再將葉片粉碎
浸泡在鹼液中
加入樹脂中
製成複合材料
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PLA/植物纖維補強複合材料
Sample
HDT(0C)
Tensile strength
(MPa)
PLA
62.6
39.3±0.19
PLA20
130.7
53.8±0.28
PLA40
139.0
78.6±0.25
PLA60
138.9
65.1±0.42
PLA20*
55.3
46.3±0.65
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綠色複合材料未來發展趨勢
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採用天然纖維漸成趨勢
歐洲FASHION EXPRESS No.168 報導
 歐洲紗線暨纖維大展Expofil的主要參展化學
公司均表示，由於石油價格上漲，合成纖維價
格還將繼續上漲
 合成纖維的漲價，將嘉惠自然纖維，尤其目前
天然纖維價格均低的情況，對天然纖維製造商
更是有利
 業者採用天然纖維漸成趨勢
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石油價格走勢
48
汽車工業因應環保需求，紛紛開發環保概
念車-Eco Car.
耐用及使用生物燃料
以植物纖維補強生物可分解塑膠之複合材
料做為壁板
預期未來植物纖維補強複合材料以射出成
型品為主約佔32%，植物纖維補強生物可分解
塑膠之複合材料次之約佔19%，及尖端材料約
佔19%
Brouwer, R. 2003. Natural Fiber Composites--state of the art, joint
meeting of the 32nd session of the Intergovernmental group on jute,
kenaf and Allied fibers. Salvador, Brazil.
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不只有Hybrid！FORD也將
生活週遭植物塞進汽車中！
AUTONET汽車日報報導
 FORD車廠研發部門中的生物材料研究小組，成
員為六名女性研究者，開始將生活週遭的自然材
料，運用到車輛內部
 研究小組希望能採用天然纖維取代玻璃纖維
 天然纖維透過了強度的強化之後，可擁有相同於
玻璃纖維的功用
 天然纖維較玻璃纖維更低的製造成本
 重量也更加輕盈
 可降低過去玻璃纖維製造時，所產生有毒氣體對
人體的傷害
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Daimler-Chrysler 使用馬尼拉麻
Global Hemp News Wednesday, October 20, 2004
 自2004年九月起Mercedes-Benz A-Class車款
運用馬尼拉麻在備胎的外層遮蓋上
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使用植物纖維是汽車工業的新趨勢
Plastics Technology -Feature Article
By Lilli Manolis Sherman, Senior Editor


植物纖維如kenaf, hemp, flax,
jute, sisal 已普遍用於汽車組件
如車門壁板、 座椅靠背、收納箱、
儀表板
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纖維水泥Fiber cement
最早於1980年由James Hardie開發出纖維
水泥
近年來纖維水泥材料應用於住宅建材成長
快速
纖維水泥成品廣泛應用於建築物內外，如
牆板、 地板、內襯、 屋頂、磚塊、圍牆、
圍牆、裝潢材料等
纖維水泥也應用於水壩、橋墩、人行道、
路面等
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市場潛力分析



綠色短纖複材可應用於汽車燈罩、後視鏡，及其他射出
或熱壓成型的產品。因採用熱塑性塑膠所以可完全回收。
綠色長纖複材可應用於擋泥板與擾流板
在汽車零組件產業上，估計台灣每年生產40萬輛汽車，
參考德國每輛使用15公斤綠色複材，則綠色複材汽車零
件的產值，每年約有新台幣30億元
在民生工業上，我國每年進口新台幣400億以上的木材，
大部份用於建築、裝璜、包裝、運輸，如果這個領域四
分之一的木材改使用短纖或長纖綠色複材，則將可減少
新100億的外匯支出，可能10萬公噸無法應付需要進一
步開發國內的植物纖維
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生質材料也可是耐用材料
日本應用PLA及其他生物高分子於汽車內
裝、行動電話及電腦外殼
Mazda Motor Corp.使用來自玉米88%及來
自石油12%之混成PLA於汽車材料上
Fujitsu companies開發PLA/PC混摻物做
為筆記型電腦外殼
http://www.plasticengr.com/what's_new.htm
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LAPTOP MADE FROM CORN
• Fujitsu
• PLA
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最新研發成果
植物纖維僅需添加百分之十(重量百分比)以內，就能
夠有效提升高分子材料的耐熱性及機械性質
加入聚乳酸當中，其熱變形溫度更可自62.6℃最高提
高至139℃，提升幅度超過100%，抗張強度則自39.3
MPa最高提高至78.6 MPa，提升幅度達100%
除可補強材料之機械強度，並可降低材料之成本，且
符合環保綠色複合材料之訴求
進一步能夠承受較高之應力變化及應用於高溫環境，
例如汽車內外裝材料、熱食容器、耐高溫容器、電子光
電產品外殼等，將能大幅度提高材料的應用面及附加價
值
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結論




農業廢棄資源之應用漸受重視
由於石油及自然資源逐漸耗盡，再生資源的
應用會更為重要
天然纖維結構之複雜性，需投注更多之研究，
以確保產品性質之穩定性
可預期植纖複材及生物可分解複材的運用將
更廣，並可能成為傳統玻纖複合材料及塑膠
的替代材料
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自然科學博物館-鳳梨特展
59
謝謝 聆聽
朝陽科技大學 應用化學系
綠色複材研究室
製作
指導老師: 石燕鳳
教授
敬請 指教
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