新型纳米纤维开创绿色生产系统
导读:传统意义上的纳米纤维有电喷法和熔喷法两种制造方式。利用这两种方式生产出的干燥纳米长丝已在工业领域长期使用。近期美国北卡州立大学(NCSU)开发出一种被称为XanoShear的新型纳米纤维技术。据了解,该新型技术开创更多纳米终端用户的适用领域。
利用液态机理,成就固态机理
早在2000年初,北卡州立大学的生物分子学专家们就利用化学实验室内的聚合微纤胶体加工原理研发纳米纤维。赛诺菲公司已成功生产出纳米纤维无纺布,也开发出干湿法喷射生产技术。随后,他们在实践中偶然发现,纳米纤维的形成与熔喷和静电纺机理完全不同,后者的生产是基于干态的连续性纤维,而XanoShear的工艺原理则是工作环境为液态,所生产的纤维可在水中分散,并在现有的设备上成网并固化为成品。
XanoShear的其他优点还包括可伸缩、纤维的可涂层化功能加工,以及使用较少能源的封闭式绿色生产系统,不会向环境排放任何有害物。目前从研究和开发到商业化生产,赛诺菲公司可为客户提供一系列完整的半成品并成功用于医疗、过滤、吸声和节能。
这种生产方法利用了溶剂和非溶剂相结合的方法,迫使可溶性聚合物推迟分离为固态。同时它使其从液态变为固态时在拉伸过程中形成微纳米条,使其变为纤维。
用这种方法生产出来的纳米纤维具有数个优点。首先电喷长丝纤维被事先涂在表层,而XanoShear?成形纤维却分布在液态中,形成了2-D或3-D培养基,由此一种非连续式纤维材料创造出来。其应用领域从3D打印材料到食品加工,再到液态或空气过滤和离子交换色层分离法等广泛的领域。当然,这一技术并不意味着可取代纳米纤维的主要生产方法,即电喷法和熔喷法;而是表明,利用不同的方法可研发出更多不同的纳米纤维产品。当然,这类产品更适用于做3D打印材料。
独创设备:足智多谋的开发链
值得注意的是,这种材料的生产原理与设备都非常简单。XanoShear?起始于试管技术。开发人员原以为商业化后的机械设备应有一台大型洗衣机那么大,而事实上却不是这样。起初,他们在连续性液体流动状态下列举了12~13种不同的生产方法,但是,有一天他们却有了意外发现,即发觉原XanoShear?需要很大的设备才能完成的生产,用一个喷雾器大小的设备竟能完成。他们真的还做到了,即用这个喷雾器生产出纳米纤维。当然,这并不能一蹴而就,因为大规模生产需要连续性。很快,他们找到了一个相当于啤酒桶大小的容器,安装上喷嘴就开始试产。此时,戏剧性的创造发生了。一种自动化的试验设备依据纳米纤维的基本原理很快推出,且为首次推出多功能性的自动化生产设备,并且依据生产不同的材料变换更多的球形把手。由此,生产量不断扩大。它很快形成了能生产多种不同纳米纤维产品的平台雏形。该公司开发出新型纳米纤维生产的硬件系统后,很快获得美国国家科学基金支持。据了解,这种产品已于2014年2月发布。
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