美国得克萨斯科技大学Ramkumar等认为,纳米材料将是非织造布生产中未来的热潮,他们认为非织造布产品在纳米科技的发展中默默地发挥着作用。1934年纤维素醋酸纤维电子纺丝专利技术被普遍认为是纳米技术的基础。
纳米技术最早是在电子行业获得应用,纺织业采用较迟,至今大量应用不多。Donaldson的纳米过滤器材和Nano-Tex防水溅织物是少量进入市场的产业化产品。据Donaldson人员称,其全部产品中约1/3含有某种纳米材料。至今全球约有100余家院校和工业研究单位正在从事有关纳米纤维、纺织品和聚合物的探索,一些国家的政府大量投入资金,据美国国家科学基金会资料,2005年在纳米技术方面投入资金超过40亿美元。美国、欧盟和日本在这方面走在前面,近年在纤维和纺织品纳米技术方面也有一些令人感兴趣的发展。
纳米纤维
实验室开发的纳米级纤维产品,具有比表面积大、柔性、透气性、微孔结构、重量轻、杨氏模量高以及功能性好等优点,目前已有少数成功地批量应用。如过滤器,防化学毒性织物的衬里层,组织支架(tissuescaffold)以及一些高端工程应用。一般把直径为100-500纳米的纤维视作纳米纤维。
1934年AntonFormhals发明的电子纺丝方法是今日非织造布纳米纤维电子纺丝的先驱。电子纺丝是采用高压电场的带电荷喷嘴,将聚合物溶液纺丝,溶剂蒸发干燥后形成纳米纤维网材。从严格意义上讲,纳米纤维是亚微米级纤维的非织造布网材。根据最终用途,各种聚合物,如天然,合成和生物可降解聚合物都可以应用电子纺丝方便地制成纳米纤维网材。由于Akron大学Reneker教授的著作,上世纪90年代兴起了一股纳米纤维纺丝的热潮,Doshi在田纳西州开创了纳米技术公司eSpinTechnologiesInc.,用多种聚合物批量生产电子纺丝纳米纤维。
麻省理工学院(MIT)的Rutledge集团进行了电子纺丝的基础研究,决定了某种聚合物可纺制相应纤维直径的终端喷嘴口径。
最新进展
近来对纳米级纺熔纤维的兴趣巨大,Hills公司用海?岛方法已研究成功直径250纳米的匀质熔纺纤维。据其称,纤维强度可达到3克/旦,且可卷绕供下游工序进一步加工,Hills已开发出2-0.3微米级海?岛纤维的纺粘织物;亦成功地用岛?海方法制成300纳米直径的纳米管,壁厚50-100纳米,已申请专利。Hills的纳米管纤维可用于防御化学武器,药物释放,微米级过滤和微米级水力学器材(液压装置)。
日本电力公司(NEC)实验室SumioIjima(纯夫居岛)于1991年开发了多层碳纳米管,其特点是重量轻,强度高、电性能和耐热性好。美国Dallas得克萨斯大学(UTD)NanoTech研究所的科学家和澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)协作,在纺制多层碳质纳米管纱线技术方面有很大突破,该产品强度高、韧性好、极其柔软、导电传热,可做成“智能化”服装,储电能、防弹、调温、多孔,穿着非常舒适。
非织造布中应用前景巨大
电子纺丝技术未能普及应用产业化,其原因之一可能是尚难以买到工业规模的机器设备。
俄亥俄州的NanoStatics公司已开发了达到产业化规模高产量的纳米纤维和含纳米材料的电子纺丝机械制造技术。NanoStatics电子纺丝技术可正常生产50-100纳米直径的纤维,其纳米网材厚度可做到100纳米-200微米范围,具备投资生产条件。
苏黎世科学经营咨询公司ACON,AG公司估计,2015年全球纳米技术市场将达到900亿美元。大量采用纳米纤维非织造布产品后,将有利于非织造布生产和纺织业开拓各种各样的高附加值应用领域,利用纳米科学扩大其市场份额。基础事业和工业界协作研究,将使非织造布致力于未来分子级技术取得双赢。