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為什麼衛生棉可以做到「超乾爽不外漏」?

李赫
・2019/01/18 ・1905字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 535 ・七年級

熟睡的女性要的就是能在生理期好好地睡一覺。圖/pexels

為什麼衛生棉可以「超乾爽不外漏」?

衛生棉是女性的生活必需品,大家一定對「 超強吸水、十倍吸收、超乾爽」這樣的廣告詞耳熟能詳!衛生棉廣告中,也常出現一個橋段──將水直接倒在衛生棉上──用以證明其有超強吸收及保水能力。

圖/pexels

事實上這一點都不誇張,因為在衛生棉內層當中具有極高吸水能力的「吸水性高分子」。吸水性高分子可吸收本身重量 500 倍(本身體積 30-60 倍)含量的水,當然可以超乾爽不外漏。

吸水性高分子本身不溶於水,且具有很高的保水能力。我們印象中的吸水材料如棉、紙、海綿等,是利用毛細管現象將水吸收於材的間隙;與吸水性高分子相較,其吸水能力低、保水能力也不好──受到壓力水就會流出。所以對於衛生棉、紙尿褲而言,尚且不足以把水分鎖住,並不適合作為吸水層主要材料。

「吸水性高分子」除了吸水還有什麼功能?

衛生棉的設計發想源自於土壤保水率材料的研究。圖/pexels

一個能夠用於衛生棉內的吸水材料,不但要有吸水能力,同時還要有保水能力。過去對於吸水能力的產生往往是因為水與纖維質孔隙之分子有作用力而使液體流動,但是如果要使液體不流動,就要想辦法讓水被抓住、被固定住,那麼在材料選擇的思維就不同了。

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而這類吸水性高分子最早並非使用於衛生用品當中。在 1960 年代早期,美國農業部進行改善土壤保水率材料的研究,開發了能夠吸收本身重量 400 多倍水的高分子化合物,而且這類材料不會像纖維基吸收材料那樣釋放水。後來美國農業部將這項技術移轉給一些美國公司,進行進一步開發,逐漸被改良及應用於衛生用品中。

鎖住水分的保水能力,怎麼辦到的?

吸水性高分子最重要的特性是保水性。一個分子要如何擁有保水能力?

就是要有「抓」水的能力。

首先,先來介紹一下化學的基本觀念。水本身是一個分子,它是由氫原子以及氧原子所組成,分子式為 H2O (如下圖(B)所示)。由於氫原子以及氧原子周圍都有電子存在,然而原子本身對於電子的喜好程度不同,形成化學鍵結後,會產生電荷分布不均的現象,並產生所謂的極性(如下圖(A) 所示 )。

氧原子本身對於電子的喜好程度較高,因而較能吸引電子(喜好電子的程度在專業領域上稱之為陰電性);氫原子本身對於電子的喜好程度則較低。當兩者形成化學鍵結合時,會引起電子的局部流動──氧原子的周圍被較多的電子圍繞,氫原子的電子局部流失,形成了帶有正/負兩極的極性狀態(如下圖 (B) 所示)。

所以水本身就是有極性的。那要如何能夠抓住水分子呢?這個答案就很明顯了,就是找一個也有極性的分子, 因為正/負會相吸的簡單原理,就會把水吸引住,水就被「抓」住了。

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(A)水的電子局部流動分佈 (B)水的極性。圖/作者提供

也就是說,如果我們能夠將具有極性特質的分子,固定於在衛生棉材料中,就能有效地將水抓住;而這類分子又不能被水給溶解出,那麼最好的選擇莫過於吸水性高分子了。

聚丙烯酸鈉上之-COO- 與水具有極性吸引力。圖/Edgar181 [Public domain], from wikimedia commons

在此以常用的吸水性高分子聚丙烯酸鈉 (Sodium polyacrylate)來說明:

聚丙烯酸鈉分子式為 [-CH2-CH(COONa)-],而高分子在吸水前,分子的長鏈相互交纏,形成三維度的網目構造,類似交纏的毛線球。由於分子鏈段上的 -COONa 易解離(於水中分解成 –COO 與 Na+ 離子),所以 –COO本身會有極性,會與水分子的極性互相吸引,而將水「抓」住,(如 上圖所示)。

由於 –COO本身帶負電,互相排斥之下,高分子網目擴大,吸水量隨之增加,換句話說,保水性也就提高了!如上面影片,我們可以觀察到其體積的膨脹,吸水前後體積有偌大的差異。

這也就能解釋為何衛生棉具有超強吸收及保水能力了!如今吸水性高分子被廣泛的應用在生活中,衛生棉、紙尿褲、土壤保水劑等都可一窺其蹤跡,具有龐大的商業價值,諸多廠商積極投入開發新材料並申請專利;但不論其結構變得多複雜,基本學理其實就是這樣簡單。

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參考文獻 :

  1. Physics LibreTests: Capacitors and Dielectrics
  2. The Wire: Why Water Along the Surface of a Tank Isn’t Like the Water Inside
  3. Polymers-Osmosis Magic
  • 文字編輯/蔡雨辰
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李赫
9 篇文章 ・ 4 位粉絲
中央大學理學博士。為熱愛傳播知識與吸收知識的 作家/教育/研究學者。 對於居家設計與生活時尚亦有高度興趣 (FB作者專頁)。

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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妳的月經褲有毒嗎?
胡中行_96
・2023/10/30 ・2799字 ・閱讀時間約 5 分鐘

「我把『發誓』絕沒穿過的 Lunapads 跟 Thinx 月經褲,寄給聖母大學(University of Notre Dame)的核能科學家 Graham Peaslee 博士。」2020 年 1 月 7 日,美國《Sierra》雜誌專欄作家 Jessian Choy 發表〈我的月經褲有毒〉一文,說 Thinx 的兩款有機月經褲,分別含有 3,264ppm 和 2,053ppm 的全氟/多氟烷化物(per- and polyfluoroalkyl substances, PFAS),並指控廠商刻意添加。[1]Jessian Choy 的說法不完全正確:那些數值其實是氟的濃度,不過的確能代表 PFAS 是否很多[2]

不明廠牌的月經褲。圖/Vulvani on Wikimedia Commons(Edited;CC BY-SA 4.0

全氟/多氟烷化物

PFAS 是一堆化學物質的總稱,其中以全氟辛烷磺酸(perfluorooctane sulfonic acid;PFOS)和全氟辛酸(perfluorooctanoic acid;PFOA)的運用最為廣泛。[3]PFAS 具有耐熱,又防油、水的特性,做出來的塗料,可見於衣物、家具、黏著劑、食物包裝、耐熱不沾黏的廚具,以及絕緣電線等產品。[4]PFOS 與 PFOA更是消防用品水成膜泡沫(Aqueous Film-Forming Foam;AFFF)的主要成份。[3][註1]PFAS 滲透土壤而汙染水源,無法於環境中分解,[4]並在野生動物與人體內累積。[3, 4]

目前 PFAS 對人類產生嚴重影響的證據有限,[3]低濃度環境暴露的傷害也尚不確定。[4]已知可能與高濃度 PFAS 相關的症狀,包括:體內膽固醇含量微升、嬰兒出生體重稍減、兒童對疫苗的反應略降、肝臟酵素和某些荷爾蒙變化,還有增加腎臟癌、睪丸癌,以及孕婦高血壓的風險等。[3, 5]

集體訴訟和解

Thinx 公司分別在麻州和加州被告,後來又整併為集體訴訟。這些健康沒有受到傷害的告訴人,指稱又叫作「永久性化學物質」(forever chemicals)的長鏈 PFAS,雖然逐漸從美國退場;但是廠商卻改用短鏈的PFAS。她們認為Thinx的網站,不該宣稱產品不含有害化學物質。[6]

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2022 年 12 月,此案於紐約達成和解。「和解不代表 Thinx 承認錯誤」,該公司的發言人表示:「我們否認訴訟中的所有指控。」儘管堅持產品的設計從來就不含 PFAS,Thinx 公司同意負擔 5 百萬美金,讓 2016年 11 月 12 日至 2022 年 11 月 28 日間,購買其產品的消費者,在 2023 年 4 月中之前,上網申請退費。每人最多 3 件,每件退美金 7 元;或領取 6.5 折,最高折抵 52.5 元的折價券一張。[6]

他們也承諾繼續確保製作過程不刻意添加 PFAS,同時照常要求原料供應商遵守此規範。另外,還會改變行銷用語,例如:寫明產品經過抗菌處理等。[6]總之,美國 Thinx 公司的事件落幕了。但是消費者從此高枕無憂了嗎?

送驗更多產品

《紐約時報》(The New York Times)旗下的商品評測網站「剪線鉗」(Wirecutter),曾經推薦過 Thinx 的月經褲,所以大概覺得欠讀者一個交代。2023 年,他們一口氣寄了各品牌的衛生棉、衛生棉條、月亮杯、月經褲、失禁褲和漏尿墊等,總共 44 種產品去聖母大學。[2]

那位曾捲入 Thinx 月經褲風波的 Graham Peaslee 博士,這回跟研究生 Alyssa Wicks 等人,針對產品鉅細靡遺地做了超過 200 次氟濃度的檢測。比方說,Wicks 把棉條給支解成棉條本體、繩子、導管和包裝紙;月經褲的布料分層拆開;還從衛生棉的雙面與外包膜取樣,通通分別檢驗。[2]

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結果全部產品都至少有微量的氟:近半應該是受到汙染(> 50 ppm),而其中 8 件則為刻意添加(> 300 ppm)Thinx 的產品在送驗的 10 件月經褲裡,含量最低,只有 26 ppm。另外有個號稱絕對沒有 PFOA 和 PFOS 的廠牌,卻高達兩萬多 ppm。至於多數的衛生棉皆有汙染的現象,而醫療級矽膠月亮杯和棉條的含量則非常低。[2]

月亮杯。圖/Marketing City to Sea on Unsplash

下個月怎麼辦?

不是每個人都喜歡用月亮杯或棉條,更何況臺灣買得到的,未必是那些在美國驗過的廠牌。如果已經習慣了環保又方便的月經褲,下次生理期怎麼辦?「我自己就有還沒扔掉的 Thinx」,加州大學舊金山分校的婦科教授 Marya Zlatnik 說。[2, 7]既然環境裡到處是 PFAS,「對我而言,這不是最重要的一個。」[2]

要是做不到如此灑脫呢?事實上 Thinx、Modibodi、Aisle、Bambody、Selenacare 和 Chantelle 等品牌的月經褲,都持有 OEKO-TEX 認證;[8-10]而臺灣廠牌月亮褲®的產品,則通過 SGS 檢驗。[11]兩者檢測的項目,均包含 PFOS 跟 PFOA 在內的諸多 PFAS。[11-13][註2]如果依然擔心有微量汙染,根據美國化學學會(American Chemical Society)《環境科學及科技》(Environmental Science & Technology)期刊的論文,衣物水洗、晾乾後,PFAS 的濃度會降低。[14]因此,請記得月經褲買來,第一次穿著前一定先要清洗乾淨。

  

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備註

  1. 根據環保團體「看守台灣」的報導,環保署已將 PFOA 和 PFOS 列管,2022 年 12 月 31 日後不得用於消防泡沫中。[15]
  2. 本文列舉的品牌,大概都可以在臺灣的店面或從網購買到。根據《紐約時報》「剪線鉗」網站報導,Thinx 的所有產品都具 OEKO-TEX 認證,[8]但是不曉得有無涵蓋外銷及聯名的部份。筆者發現 Thinx 與 Kotex(靠得住)合作的月經褲,紐澳版盒底確實有註明。不過,類似的商品在臺灣康是美的網站上,似乎沒有特別標榜,[16]還請讀者選購時自行確認。其他像是 Chantelle 和 Selenacare,在臺灣的銷售網站,有提及 OEKO-TEX 認證;[9, 10]月亮褲®則是公佈 SGS 的檢驗報告。[11]
  1. Choy J. (07 JAN 2020) ‘My Menstrual Underwear Has Toxic Chemicals in It’. Sierra.
  2. Redd N. (10 AUG 2023) ‘We Had 44 Period and Incontinence Products Tested for Forever Chemicals. Many Were Contaminated.’ Wirecutter, The New York Times.
  3. PFAS Health Study’. Australian National University. (Accessed on 18 OCT 2023)
  4. U.S. Centers for Disease Control and Prevention. (02 MAY 2022) ‘Per- and Polyfluorinated Substances (PFAS) Factsheet’. U.S. National Biomonitoring Program.
  5. What are the health effects of PFAS?’. (01 NOV 2022) Agency for Toxic Substances and Disease Registry, U.S.
  6. Treisman R. (19 JAN 2023) ‘Thinx settled a lawsuit over chemicals in its period underwear. Here’s what to know’. National Public Radio, U.S.
  7. Marya Zlatnik, MD’. UCSF Profiles, U.S. (Accessed on 19 OCT 2023)
  8. Redd N. (11 AUG 2023) ‘The Best Period Underwear’. Wirecutter, The New York Times.
  9. 【Period Panty】 仙黛爾集團創新女性衛生用品」(27 APR 2023)Chantelle
  10. 奧地利SELENACARE月亮可兒-機能經期褲(月經褲)-動感活力款」PChome24h(Accessed on 19 OCT 2023)
  11. 嘉曜醫材有限公司(23 FEB 2023)「【公告:月亮褲®️產品通過 PFAS 檢驗】」月亮褲®
  12. OEKO-TEX® New regulations 2023 press release’. (10 JAN 2023) OEKO-TEX.
  13. OEKO-TEX® Standard 100’. (04 JAN 2023) OEKO-TEX.
  14. van der Veen I, Schellenberger S, Hanning AC, et al. (2022) ‘Fate of Per- and Polyfluoroalkyl Substances from Durable Water-Repellent Clothing during Use’. Environmental Science & Technology, 3;56(9):5886-5897.
  15. 林奕均(10 JAN 2022)〈不沾鍋、消防泡沫和速食包裝袋的祕密〉看守台灣
  16. Kotex靠得住 月經褲M號(包裝隨機出貨)」康是美COSMED(Accessed on 18 OCT 2023)
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胡中行_96
169 篇文章 ・ 67 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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穿著人造皮革才是環保時尚人?從電影《時尚惡女:庫伊拉》看人造皮革對環境的危害
ffr_96
・2021/06/23 ・2661字 ・閱讀時間約 5 分鐘

電影中的庫伊拉,穿著厚重白色皮草,踩著紅色高跟鞋,盛氣凌人的模樣令人印象深刻。在電影《101 忠狗》中,他居然提議要收購 15 隻剛出生的小狗並做成狗皮大衣!

在如今動物保護意識高漲的社會氛圍中,許多時尚品牌都拒絕使用天然皮草作為服飾和配件的原料。除此之外,許多新聞媒體報導,飼養場裡的水獺、銀貂、兔子等動物被豢養在非常惡劣的環境。空間極為狹小,導致四肢無法正常伸展而變形、排泄物都堆積在籠子下方,惡臭無比、長期累積的恐懼讓動物們只要看見有人靠近,便會退縮到角落。

以誇張皮草著稱的迪士尼角色庫伊拉。圖/giphy.com

除此之外,殘忍的取皮過程也讓人頭皮發麻(上網 Google 就知道了,超可怕!晚上會做惡夢!),諸如此類的場景被社會大眾看見後, 便更加鼓吹天然皮草的不正當性,甚至有時尚名模為此喊出「I’d Rather Go Naked Than Wear Fur 」 的口號。逐漸地,隨著時代的推進和觀念的轉變,取而代之的是人造皮革的起飛。

雖然人造皮革的耐用性不比天然皮革,但是仍擁有許多天然皮革沒有的優點,例如:重量較輕、價格便宜、品質均一、花紋以及樣式較為多元等等,讓人造皮革逐漸的在時尚產業佔有一席之地。

人造皮革的發明減少了動物的苦楚,人類的文明也有了一大躍進,似乎解決解決了一大問題。但我們很可能忽略了人造皮革帶來的危害。

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人造皮革是什麼?

人造皮革是一種「高分子材料」,在某些產品的包裝,我們會看到成分標示上寫著「聚 XXXXX」的成分,這些「聚 XXXXX」的成分都能統稱為高分子材料。

從微觀角度來看,高分子(polymer)是非常多個單體(monomer)透過化學反應,聚合在一起所形成的巨大分子。例如,葡萄糖是單體,而澱粉是高分子。葡萄糖透過化學反應形成鍵結,將葡萄糖分子串聯在一起,並形成澱粉。所以,如果把澱粉顆粒放大來看,會發現裡面聚集非常多長鍊的葡萄糖。

高分子材料的分子量可介於幾千到幾百萬,不同原料和不同分子量的高分子在機械性質(例如:硬度、彈性)或者應用範疇上會有所差異。市場上最常見的兩種人工皮革材料,是聚氨脂PU)以及聚氯乙烯PVC)。聚氨脂(PU)的機械強度高、耐磨損性佳,因此經常使用在輪胎、鞋底。而聚氯乙烯(PVC)由於便宜且易於加工,因此產品種類非常多,從保鮮膜、水管、玩具等等都可以藉由聚氯乙烯(PVC)生產而得。透過製程的設計,這兩種原料所合成的皮革,觸感和真皮最為相似,因此被廣泛使用。

用 PVC 材質製作的黑色皮褲。圖/wikimedia

在工業上,單體(monomer)原本是粉末的型態,必須透過一連串的化學反應,才能把單體一個一個串聯起來,把原本粉末的狀態轉變成人造皮革上的樹酯層。工人會將粉末倒入鍋爐、加入化學溶劑,並且根據最終產品的需求,例如:觸感、柔軟度、光澤等等,加入不同的添加劑,形成高分子溶液(樹脂層凝固前的前身),最後再藉由自動化設備進行一連串的製程,完成皮革的製作。而這些添加物與化學溶劑,正是危害環境和人體的主要原因。

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怎麼做出人造皮革?

人造皮革主要是由三個部分組成:基底層、黏著劑以及樹脂層(PU 以及 PVC 等)。工廠所製造的 PU 以及 PVC 是人造皮革的最外層。

在製程的一開始,我們在機台上進行「塗布」,作為皮革的基底層。烘乾後,在基底層上方「上糊」,意即把高分子溶液(單體粉末、化學溶劑、可塑劑(plasticizer)、穩定劑(stabilizer)和黏著劑的混合溶液 )塗在基底層上方,形成皮革最主要的樹脂層,此時的皮革已經完成了大半。接下來,陸續進行再次「烘乾」、「印刷」以及「押花揉紋」等等程序,就完成了人造皮革。在這裡要特別注意的是,幾乎每個步驟都會產生有毒氣體以及殘留有害物質在皮革當中。

那些生產過程中,不可忽視的毒害

舉例來說,無論是濕式或是乾式製程,高分子溶液最常使用的溶劑是二甲基甲醯胺N,N Dimethylformamide, DMF)。對於大量暴露在 DMF 溶劑下的工人來說,可能會造成頭暈、嘔吐等等身體不適的症狀。而且,根據台灣及韓國的學術機構研究,在濕式合成革廠中,有超過三成的工人體內 DMF 的含量是超過法令規範,對於勞工安全造成非常大的威脅。除此之外,極性高的特性使得它難以揮發,必須用大量的清水進行清洗,造成能源的消耗以及廢水的排放,對環境的傷害不可忽視。

另外,可塑劑plasticizer)的添加把原本 PU 和 PVC 從又脆又硬的塑膠轉變成了柔軟的皮革。常見的可塑劑有鄰苯二甲酸二(2 – 乙基己基)酯(Di(2 – ethylhexyl)phthalate, DEHP),許多研究都指出高劑量的 DEHP 對人體的肝臟等器官造成危害。美國衛生與健康服務部(Department  of Health and Human Services, DHHS)也建議 DEHP 可被歸類為人類致癌物質。

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人造皮革的誕生雖然減少了動物的苦痛,卻也衍生出對人體及環境的危害問題。圖/Pexels

在 PVC 皮革中,由於單體的不穩定性,因此必須添加穩定劑stabilizer)來防止皮革受到光線照射後釋出氯自由基,造成皮革的崩解。而常見的穩定劑有鉛、鋅等等的重金屬,對於環境和人體都有一定的影響。最後,當大量 PVC 皮革進入焚化爐,會產生大量 HCl 氣體和戴奧辛(Dioxins),這些物質都會對呼吸道系統等產生一定的傷害。以上提到許多皮革製程對於人體以及環境的威脅,除此之外,PVC 和 PU 等高分子也屬於石化產業,在眼下,如果繼續使用石化原料做為皮革的來源,在未來的日子,當石油能源枯竭後,產業是否受到影響?

人造皮革的利與弊,該如何取捨?

雖然,科技的進步讓皮革的製作成本大幅下降,而且讓動物們免於不人道的虐待,但是,工業的製程卻讓人體和環境暴露在有害物質當中。雖然目前,工業上已推出汙染較低的的製程,但是生產工藝和設備還不夠普及,仍然無法完全取代傳統的生產模式。

在高度工業化的 21 世紀,要讓生產效率、成本、利潤以及人類福祉達到平衡確實是件不容易的任務。希望在未來,工廠所採用的製程把對工人、消費者和環境的傷害降到最低,在這之前,除了企業要秉持社會責任,避免出售有害物質超標的商品,政府機關更應該為民眾嚴格把關。

  1. PU、PVC 對人體的威脅
  2. DEHP 應列為致癌物質
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ffr_96
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從小吃貢丸米粉長大,大學以火雞肉飯為主食。過了四年,乘著風回到北部。現在是中央化學所碩一生,喜歡花花草草,期許自己能將生活中的化學介紹給大家。 個人IG連結:https://www.instagram.com/ffrliterature/