美國得克薩斯科技大學Ramkumar等認為,納米材料將是非織造布生產中未來的熱潮,他們認為非織造布產品在納米科技的發展中默默地發揮著作用。1934年纖維素醋酸纖維電子紡絲專利技術被普遍認為是納米技術的基礎。
納米技術最早是在電子行業獲得應用,紡織業采用較遲,至今大量應用不多。Donaldson的納米過濾器材和Nano-Tex防水濺織物是少量進入市場的產業化產品。據Donaldson人員稱,其全部產品中約1/3含有某種納米材料。至今全球約有100餘家院校和工業研究單位正在從事有關納米纖維、紡織品和聚合物的探索,一些國家的政府大量投入資金,據美國國家科學基金會資料,2005年在納米技術方麵投入資金超過40億美元。美國、歐盟和日本在這方麵走在前麵,近年在纖維和紡織品納米技術方麵也有一些令人感興趣的發展。
納米纖維
實驗室開發的納米級纖維產品,具有比表麵積大、柔性、透氣性、微孔結構、重量輕、楊氏模量高以及功能性好等優點,目前已有少數成功地批量應用。如過濾器,防化學毒性織物的襯裏層,組織支架(tissue scaffold)以及一些高端工程應用。一般把直徑為100-500納米的纖維視作納米纖維。
1934年Anton Formhals發fa明ming的de電dian子zi紡fang絲si方fang法fa是shi今jin日ri非fei織zhi造zao布bu納na米mi纖xian維wei電dian子zi紡fang絲si的de先xian驅qu。電dian子zi紡fang絲si是shi采cai用yong高gao壓ya電dian場chang的de帶dai電dian荷he噴pen嘴zui,將jiang聚ju合he物wu溶rong液ye紡fang絲si,溶rong劑ji蒸zheng發fa幹gan燥zao後hou形xing成cheng納na米mi纖xian維wei網wang材cai。從cong嚴yan格ge意yi義yi上shang講jiang,納na米mi纖xian維wei是shi亞ya微wei米mi級ji纖xian維wei的de非fei織zhi造zao布bu網wang材cai。根gen據ju最zui終zhong用yong途tu,各ge種zhong聚ju合he物wu,如ru天tian然ran,合he成cheng和he生sheng物wu可ke降jiang解jie聚ju合he物wu都dou可ke以yi應ying用yong電dian子zi紡fang絲si方fang便bian地di製zhi成cheng納na米mi纖xian維wei網wang材cai。由you於yuAkron大學Reneker教授的著作,上世紀90年代興起了一股納米纖維紡絲的熱潮, Doshi在田納西州開創了納米技術公司eSpin Technologies Inc.,用多種聚合物批量生產電子紡絲納米纖維。
麻省理工學院(MIT)的Rutledge集團進行了電子紡絲的基礎研究,決定了某種聚合物可紡製相應纖維直徑的終端噴嘴口徑。
應用於軍工
除(chu)了(le)用(yong)於(yu)過(guo)濾(lv)器(qi)材(cai),功(gong)能(neng)性(xing)納(na)米(mi)纖(xian)維(wei)由(you)於(yu)其(qi)潛(qian)在(zai)的(de)抗(kang)禦(yu)化(hua)學(xue)和(he)生(sheng)物(wu)武(wu)器(qi)的(de)能(neng)力(li),在(zai)軍(jun)工(gong)研(yan)究(jiu)和(he)開(kai)發(fa)中(zhong)受(shou)到(dao)重(zhong)視(shi)。為(wei)了(le)保(bao)護(hu)戰(zhan)士(shi)免(mian)受(shou)毒(du)物(wu)傷(shang)害(hai)並(bing)提(ti)供(gong)必(bi)要(yao)的(de)舒(shu)適(shi)性(xing),納(na)米(mi)纖(xian)維(wei)大(da)有(you)用(yong)武(wu)之(zhi)地(di)。納(na)米(mi)纖(xian)維(wei)襯(chen)料(liao)防(fang)生(sheng)化(hua)軍(jun)裝(zhuang)重(zhong)量(liang)輕(qing)、透氣、功能廣、防化性能好、可以防禦有毒液體、蒸氣和煙霧。
美國Natick軍人中心和政府、工業、院yuan校xiao協xie作zuo,探tan索suo納na米mi纖xian維wei和he納na米mi微wei粒li材cai料liao在zai防fang護hu服fu中zhong的de實shi際ji應ying用yong。其qi中zhong有you一yi些xie令ling人ren鼓gu舞wu的de課ke題ti,如ru熱re塑su性xing彈dan力li聚ju氨an酯zhi的de電dian子zi紡fang絲si織zhi物wu,具ju有you良liang好hao的de性xing能neng;它彈性高,無需進一步加工或處理,強度就較高。目前的試驗和開發集中在功能性熔噴和電子紡絲;混入納米級鋁、鈦料製成網材,再配以其它方法,將反應性化合物加到織物中,獲得自去汙性能。
添(tian)加(jia)有(you)其(qi)它(ta)材(cai)料(liao)的(de)功(gong)能(neng)性(xing)納(na)米(mi)纖(xian)維(wei)網(wang)材(cai)可(ke)提(ti)高(gao)其(qi)應(ying)用(yong)價(jia)值(zhi)。埋(mai)有(you)金(jin)屬(shu)氧(yang)化(hua)物(wu)的(de)納(na)米(mi)纖(xian)維(wei)可(ke)以(yi)催(cui)化(hua)有(you)機(ji)磷(lin)化(hua)學(xue)武(wu)器(qi)藥(yao)劑(ji)。最(zui)近(jin),得(de)克(ke)薩(sa)斯(si)理(li)工(gong)大(da)學(xue)成(cheng)功(gong)地(di)將(jiang)氧(yang)化(hua)鎂(mei)(MgO)maiyujuhewuxianweizhong,zaixidikongzhigaiguocheng,keyibanamikelichenjiyuxianweibiaomian,shiqijuyouzuidadehuaxuefanyingxing,tigongjiaohaodefangdugongneng。dianzifangsijishukeyiyouxiaodiyonglaikaifafengwoshifilter-in-filter聚氨酯納米網材。這些過濾器材由於納米級網眼更好地捕捉顆粒,可提供過濾能力。
新加坡國立大學Ramakrishna集團和國防科技局(DSTA)協(xie)作(zuo),開(kai)發(fa)了(le)納(na)米(mi)纖(xian)維(wei)防(fang)生(sheng)化(hua)麵(mian)罩(zhao),可(ke)以(yi)用(yong)納(na)米(mi)纖(xian)維(wei)網(wang)材(cai)替(ti)代(dai)活(huo)性(xing)炭(tan)來(lai)捕(bu)截(jie)空(kong)氣(qi)中(zhong)的(de)毒(du)物(wu),他(ta)們(men)將(jiang)納(na)米(mi)金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)和(he)環(huan)糊(hu)精(jing)埋(mai)入(ru)納(na)米(mi)纖(xian)維(wei)來(lai)分(fen)解(jie)化(hua)學(xue)毒(du)物(wu)。用(yong)化(hua)學(xue)武(wu)器(qi)模(mo)仿(fang)劑(ji)(simulants)“對氧磷”作初步試驗取得成功。最終目標是要開發可以洗滌和耐久性的納米纖維軍服。
同時,MIT的Rutledge教jiao授shou及ji其qi助zhu手shou開kai發fa超chao級ji疏shu水shui性xing電dian子zi紡fang絲si納na米mi材cai料liao織zhi物wu,它ta受shou纖xian維wei表biao麵mian化hua學xue性xing和he形xing態tai特te性xing的de影ying響xiang,這zhe些xie拒ju水shui性xing納na米mi網wang材cai在zai防fang護hu服fu和he生sheng物wu醫yi學xue應ying用yong方fang麵mian具ju有you寬kuan廣guang的de最zui終zhong用yong途tu。
田納西州大學TANDEC等,在非織造布中加入納米相Mn (VⅡ)氧化錳(M-7-0劑)作防禦材料。M-7-0劑是環境友好材料,屬於路易斯強酸氧化劑。據稱這類非織造布布的主要優點是可以安全運輸,可根據最終用途製成不同形狀、靈活性好、去除化學武器藥劑汙物和工業毒性的材料。
應用於生物醫學
康乃爾大學Freg教授及其助手們開發了生物可降解聚合物高比表麵積和親水性材料,可用於藥物輸送和殺蟲劑輸送的生物感受器(biosensor)。Freg稱,納米纖維的高比麵積,在小體積纖維中感受器活性部位較多。
Donaldson公司在納米纖維網材生物醫學領域的應用中走在前麵,從事納米纖維業務已有20餘年。1981年,其Ultra Web納米纖維過濾器材產業化生產,並已拓展到新的應用範圍,如納米纖維細胞培養材料和阻隔煙霧服裝。2002年,Donaldson又建立了一個新的小組,重點研究納米纖維新的應用領域,並激勵合作研究夥伴,合資擴大批量應用;最近開發三維細胞培養介質,模擬體內細胞外基質(ECM)。生物可降解納米網材,由於其和細胞外基質相似,可以作組織支架(tissue scaffold)。這類支架使細胞相互緊密靠近,而成長為三維組織機構。其關鍵因素是機械穩定性、生物配伍性、細胞增殖能力和細胞―基質互動性。這些決定著納米纖維在生物醫學中應用。
最新進展
近來對納米級紡熔纖維的興趣巨大,Hills公司用海―島方法已研究成功直徑250納米的勻質熔紡纖維。據其稱,纖維強度可達到3克/旦,且可卷繞供下遊工序進一步加工,Hills已開發出2-0.3微米級海―島纖維的紡粘織物;亦成功地用島―海方法製成300納米直徑的納米管,壁厚50-100納米,已申請專利。Hills的納米管纖維可用於防禦化學武器,藥物釋放,微米級過濾和微米級水力學器材(液壓裝置)。
日本電力公司(NEC)實驗室Sumio Ijima(純夫居島)於1991年開發了多層碳納米管,其特點是重量輕,強度高、電性能和耐熱性好。美國Dallas得克薩斯大學(UTD)NanoTech研究所的科學家和澳大利亞聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)協作,在紡製多層碳質納米管紗線技術方麵有很大突破,該產品強度高、韌性好、極其柔軟、導電傳熱,可做成“智能化”服裝,儲電能、防彈、調溫、多孔,穿著非常舒適。
非織造布中應用前景巨大
電子紡絲技術未能普及應用產業化,其原因之一可能是尚難以買到工業規模的機器設備。俄亥俄州的NanoStatics公司已開發了達到產業化規模高產量的納米纖維和含納米材料的電子紡絲機械製造技術。NanoStatics電子紡絲技術可正常生產50-100納米直徑的纖維,其納米網材厚度可做到100納米-200微米範圍,具備投資生產條件。
蘇黎世科學經營谘詢公司ACON,AG公司估計,2015年全球納米技術市場將達到900yimeiyuan。daliangcaiyongnamixianweifeizhizaobuchanpinhou,jiangyouliyufeizhizaobushengchanhefangzhiyekaituogezhonggeyangdegaofujiazhiyingyonglingyu,liyongnamikexuekuodaqishichangfene。jichushiyehegongyejiexiezuoyanjiu,jiangshifeizhizaobuzhiliyuweilaifenzijijishuqudeshuangying。 |