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納米纖維的新路徑

納米纖維傳統(tǒng)上主要有兩種制造方法,即電噴法和熔噴法。這兩種方法可生產(chǎn)出干燥的納米長絲,已在工業(yè)領(lǐng)域長期使用。美國北卡州立大學(xué) (NCSU)近期開發(fā)出另一種生產(chǎn)納米纖維的技術(shù),被稱為 XanoShear? ,他們在與美國賽諾菲(Xanofi)公司協(xié)作下共同完成。據(jù)稱,這種技術(shù)開創(chuàng)了更多納米終端用戶的適用領(lǐng)域。該公司還稱,他們開發(fā)出世界上第一臺高效率,以液體為基礎(chǔ)平臺的納米纖維生產(chǎn)裝置,目前正在進行優(yōu)化改進,以提高產(chǎn)量。
  利用液態(tài)機理,成就固態(tài)機理
  早在2000年初,北卡州立大學(xué)的生物分子學(xué)專家們就利用化學(xué)實驗室內(nèi)的聚合微纖膠體加工原理研發(fā)納米纖維。賽諾菲公司已成功生產(chǎn)出納米纖維無紡布,也開發(fā)出干濕法噴射生產(chǎn)技術(shù)。隨后,他們在實踐中偶然發(fā)現(xiàn),納米纖維的形成與熔噴和靜電紡機理完全不同,后者的生產(chǎn)是基于干態(tài)的連續(xù)性纖維,而XanoShear?的工藝原理則是工作環(huán)境為液態(tài),所生產(chǎn)的纖維可在水中分散,并在現(xiàn)有的設(shè)備上成網(wǎng)并固化為成品。XanoShear?的其他優(yōu)點還包括可伸縮、纖維的可涂層化功能加工,以及使用較少能源的封閉式綠色生產(chǎn)系統(tǒng),不會向環(huán)境排放任何有害物。目前從研究和開發(fā)到商業(yè)化生產(chǎn),賽諾菲公司可為客戶提供一系列完整的半成品并成功用于醫(yī)療、過濾、吸聲和節(jié)能。
  這種生產(chǎn)方法利用了溶劑和非溶劑相結(jié)合的方法,迫使可溶性聚合物推遲分離為固態(tài)。同時它使其從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)時在拉伸過程中形成微納米條,使其變?yōu)槔w維。
  用這種方法生產(chǎn)出來的納米纖維具有數(shù)個優(yōu)點。首先電噴長絲纖維被事先涂在表層,而XanoShear?成形纖維卻分布在液態(tài)中,形成了2-D或3-D培養(yǎng)基,由此一種非連續(xù)式纖維材料創(chuàng)造出來。其應(yīng)用領(lǐng)域從3D打印材料到食品加工,再到液態(tài)或空氣過濾和離子交換色層分離法等廣泛的領(lǐng)域。當然,這一技術(shù)并不意味著可取代納米纖維的主要生產(chǎn)方法,即電噴法和熔噴法;而是表明,利用不同的方法可研發(fā)出更多不同的納米纖維產(chǎn)品。當然,這類產(chǎn)品更適用于做3D打印材料。
  獨創(chuàng)設(shè)備:足智多謀的開發(fā)鏈
  值得注意的是,這種材料的生產(chǎn)原理與設(shè)備都非常簡單。XanoShear?起始于試管技術(shù)。開發(fā)人員原以為商業(yè)化后的機械設(shè)備應(yīng)有一臺大型洗衣機那么大,而事實上卻不是這樣。起初,他們在連續(xù)性液體流動狀態(tài)下列舉了12~13種不同的生產(chǎn)方法,但是,有一天他們卻有了意外發(fā)現(xiàn),即發(fā)覺原XanoShear?需要很大的設(shè)備才能完成的生產(chǎn),用一個噴霧器大小的設(shè)備竟能完成。他們真的還做到了,即用這個噴霧器生產(chǎn)出納米纖維。當然,這并不能一蹴而就,因為大規(guī)模生產(chǎn)需要連續(xù)性。很快,他們找到了一個相當于啤酒桶大小的容器,安裝上噴嘴就開始試產(chǎn)。此時,戲劇性的創(chuàng)造發(fā)生了。一種自動化的試驗設(shè)備依據(jù)納米纖維的基本原理很快推出,且為首次推出多功能性的自動化生產(chǎn)設(shè)備,并且依據(jù)生產(chǎn)不同的材料變換更多的球形把手。由此,生產(chǎn)量不斷擴大。它很快形成了能生產(chǎn)多種不同納米纖維產(chǎn)品的平臺雛形。該公司開發(fā)出新型納米纖維生產(chǎn)的硬件系統(tǒng)后,很快獲得美國國家科學(xué)基金支持。
  商業(yè)模式:與搭檔共享成就
  盡管消息爆出后,該公司獲得大量的訂單,但他們沒有銷售機器設(shè)備和納米纖維產(chǎn)品,而是打算采取商業(yè)化模式,尋找商業(yè)搭檔,以利于自身能開發(fā)更多產(chǎn)品。他們不想把自己變?yōu)樵O(shè)備供應(yīng)商,更不想把自身變?yōu)榧{米纖維產(chǎn)品的“沃爾瑪”;若這樣,就意味著他們需要巨資修建基礎(chǔ)設(shè)施。他們應(yīng)做的是以商業(yè)化的價格出售專利,為這種材料找到更多的新型應(yīng)用領(lǐng)域。原因在于他們擁有自己的無與倫比的開發(fā)平臺。他們所期望的是,完成80%~98%的終端生產(chǎn),然后經(jīng)另一簡單生產(chǎn)環(huán)節(jié)既能直接進入市場。他們都擁有知識產(chǎn)權(quán),唯一需要的是商業(yè)銷售搭檔。這種產(chǎn)品已于2014年2月發(fā)布。
  新型納米纖維的首推產(chǎn)品
  據(jù) 此 開 發(fā) 的 第 一 件 納 米 纖 維 產(chǎn) 品 名 叫XanoMATRIX?,即一種完全擁有獨立路徑的3D納米蜂窩形生產(chǎn)框架,這種設(shè)備可依據(jù)需求自動伸縮和變形。在與北卡州立大學(xué)的配合下,他們又與倫敦大學(xué)和劍橋大學(xué)合作,開發(fā)出類似的其他產(chǎn)品。
  賽諾菲公司開發(fā)的另一件產(chǎn)品是一種稱為6C鏈式氟化品,這是一種添加劑,主要用于改善纖維的疏水性。因其疏水性少于30%,它通過化學(xué)修正,可使纖維重獲80%的疏水性。C6化學(xué)添加劑生產(chǎn)流程簡單。若與另一添加劑結(jié)合,C6則可以重獲95%的功效,而價格卻十分低廉。其他相關(guān)產(chǎn)品也在研發(fā)中,包括食品加工的玉米蛋白,稱其為生命科學(xué)產(chǎn)品。它采取親和色譜法進行開發(fā)。

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