取自山林，還予大地— 從木質纖維看可再生的森林資源

2020-12-17

木材的細胞壁是由纖微素（cellulose）、半纖維素（hemicellulose）和木質素（lignin）等三大組成分所構成的可再生高分子生物材料，此三者約占細胞壁的重量95％左右。親水性的纖維素和半纖維素是由碳水化合物（單糖）為單元所構成的高分子化合物，而疏水性的木質素則是以具有芳香環的苯基丙烷為單元所組成（表一），這三者之化學特性即是賦予了木材在人類文明中可扮演重要角色的主要原因。
 
說到木材成分的利用，讀者可能會優先聯想到用來蓋房子、做家具的木材，或是自木材所分離出之纖維，可以用來抄造成紙張。可是大部分的人一定沒想過，我們穿在身上的衣服、刷牙的牙膏、添加在飲料中的增稠劑、維他命或藥丸中的賦形劑、火藥等，它們的原料都來自可再生的木材成分。
 
纖維素上的羥基同時提供了可反應的位置，藉此可製作不同的纖維素衍生物，如利用纖維材料浸入濃硝酸與濃硫酸混合液中所製得的硝化纖維素（又稱硝化棉、火棉，是為古代的炸藥），以及再生嫘（音同「雷」）縈纖維等，都是透過纖維素衍生物所生產之產品。目前纖維素的衍生物已在食品、醫藥、化工、建築、環保和石油化學等領域已廣泛的應用，其中產品的形態包括絲、膜、水凝膠、氣凝膠、生物塑料和高性能材料等。從資源的角度來看，纖維素為取之不盡、用之不竭的可再生資源，與利用化石原料為材料的合成纖維相較，纖維素材料上的羥基具有較佳的反應性，亦可依所期待的性能進行設計反應，在加工技術上天然纖維也相對簡單、成本低，所產生的污染也沒有化石原料來的多。
 
減少環境負擔的絕佳原料
 
這些天然纖維除了上述的好處外，其生物降解性也較佳，是對環境相當友善的材料，而近年奈米級纖維素的發展更是纖維素科技發展的重點。奈米纖維素具有比表面積大、抗張強度高等特點，同時奈米纖維素在生物體中尚未被發現具有排斥反應及發炎作用，故這種天然生物材料其優越的生物適應性（biocompatibility），也引起了醫學界與產業界的廣泛興趣，應可廣泛應用於日用或手術、實驗耗材，如化妝品原料、手術、組織工程、支架，甚至在生物醫學材料、生物載體、生物感應器、磁性藥物載體、無機材料生物模板等精密器材，都將是未來纖維素科技的重要領域。
     
永續經營森林學問多
 
來自森林的可再生木質纖維與人類的關係，隨著科技發展越發緊密。森林是重要的自然資源並且攸關生態品質，但面對化石原料日漸短缺的今日，應該更充分、有效地利用可再生的綠色資源。是故，人類對森林資源的利用，應重新檢討與面對未來可能造成的環境污染以及能源短缺的逆境。在臺灣，有近六成的土地被森林覆蓋，如果將原始天然林、環境保護林等去除，應該還有近40萬公頃的經濟林地可利用。正確的利用森林資源的態度是種更多的樹，以及減少使用那些不可再生的能源與材料（即化石燃料、礦物及合成高分子），而使用更多可再生的木材，如此一來才能避免從地底下釋放出更多的「碳」到生物圈中。負責任並具前瞻性的森林經營，是對於森林資源的保護、培育、開發、利用和發揮環境保護等多功能效益的經營與生產活動，如能盡量使用可再生的天生纖維，提升人類生活品質之餘，還可同時達到保護環境的目的。
 
來源出處: https://www.scimonth.com.tw/tw/article/show.aspx?num=537&root=5&page=4