美國(guó)得克薩斯科技大學(xué)Ramkumar等認(rèn)為，納米材料將是非織造布生產(chǎn)中未來(lái)的熱潮，他們認(rèn)為非織造布產(chǎn)品在納米科技的發(fā)展中默默地發(fā)揮著作用。1934年纖維素醋酸纖維電子紡絲專利技術(shù)被普遍認(rèn)為是納米技術(shù)的基礎(chǔ)。
納米技術(shù)最早是在電子行業(yè)獲得應(yīng)用，紡織業(yè)采用較遲，至今大量應(yīng)用不多。Donaldson的納米過(guò)濾器材和Nano-Tex防水濺織物是少量進(jìn)入市場(chǎng)的產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品。據(jù)Donaldson人員稱，其全部產(chǎn)品中約1/3含有某種納米材料。至今全球約有100余家院校和工業(yè)研究單位正在從事有關(guān)納米纖維、紡織品和聚合物的探索，一些國(guó)家的政府大量投入資金，據(jù)美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資料，2005年在納米技術(shù)方面投入資金超過(guò)40億美元。美國(guó)、歐盟和日本在這方面走在前面，近年在纖維和紡織品納米技術(shù)方面也有一些令人感興趣的發(fā)展。
納米纖維
實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的納米級(jí)纖維產(chǎn)品，具有比表面積大、柔性、透氣性、微孔結(jié)構(gòu)、重量輕、楊氏模量高以及功能性好等優(yōu)點(diǎn)，目前已有少數(shù)成功地批量應(yīng)用。如過(guò)濾器，防化學(xué)毒性織物的襯里層，組織支架（tissue scaffold）以及一些高端工程應(yīng)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(fā)明的電子紡絲方法是今日非織造布納米纖維電子紡絲的先驅(qū)。電子紡絲是采用高壓電場(chǎng)的帶電荷噴嘴，將聚合物溶液紡絲，溶劑蒸發(fā)干燥后形成納米纖維網(wǎng)材。從嚴(yán)格意義上講，納米纖維是亞微米級(jí)纖維的非織造布網(wǎng)材。根據(jù)最終用途，各種聚合物，如天然，合成和生物可降解聚合物都可以應(yīng)用電子紡絲方便地制成納米纖維網(wǎng)材。由于Akron大學(xué)Reneker教授的著作，上世紀(jì)90年代興起了一股納米纖維紡絲的熱潮， Doshi在田納西州開(kāi)創(chuàng)了納米技術(shù)公司eSpin Technologies Inc.，用多種聚合物批量生產(chǎn)電子紡絲納米纖維。
麻省理工學(xué)院（MIT）的Rutledge集團(tuán)進(jìn)行了電子紡絲的基礎(chǔ)研究，決定了某種聚合物可紡制相應(yīng)纖維直徑的終端噴嘴口徑。
應(yīng)用于軍工
除了用于過(guò)濾器材，功能性納米纖維由于其潛在的抗御化學(xué)和生物武器的能力，在軍工研究和開(kāi)發(fā)中受到重視。為了保護(hù)戰(zhàn)士免受毒物傷害并提供必要的舒適性，納米纖維大有用武之地。納米纖維襯料防生化軍裝重量輕、透氣、功能廣、防化性能好、可以防御有毒液體、蒸氣和煙霧。
美國(guó)Natick軍人中心和政府、工業(yè)、院校協(xié)作，探索納米纖維和納米微粒材料在防護(hù)服中的實(shí)際應(yīng)用。其中有一些令人鼓舞的課題，如熱塑性彈力聚氨酯的電子紡絲織物，具有良好的性能；它彈性高，無(wú)需進(jìn)一步加工或處理，強(qiáng)度就較高。目前的試驗(yàn)和開(kāi)發(fā)集中在功能性熔噴和電子紡絲；混入納米級(jí)鋁、鈦料制成網(wǎng)材，再配以其它方法，將反應(yīng)性化合物加到織物中，獲得自去污性能。
添加有其它材料的功能性納米纖維網(wǎng)材可提高其應(yīng)用價(jià)值。埋有金屬氧化物的納米纖維可以催化有機(jī)磷化學(xué)武器藥劑。最近，得克薩斯理工大學(xué)成功地將氧化鎂（MgO）埋于聚合物纖維中，仔細(xì)地控制該過(guò)程，可以把納米顆粒沉積于纖維表面，使其具有最大的化學(xué)反應(yīng)性，提供較好的防毒功能。電子紡絲技術(shù)可以有效地用來(lái)開(kāi)發(fā)蜂窩式filter-in-filter聚氨酯納米網(wǎng)材。這些過(guò)濾器材由于納米級(jí)網(wǎng)眼更好地捕捉顆粒，可提供過(guò)濾能力。
新加坡國(guó)立大學(xué)Ramakrishna集團(tuán)和國(guó)防科技局（DSTA）協(xié)作，開(kāi)發(fā)了納米纖維防生化面罩，可以用納米纖維網(wǎng)材替代活性炭來(lái)捕截空氣中的毒物，他們將納米金屬材料和環(huán)糊精埋入納米纖維來(lái)分解化學(xué)毒物。用化學(xué)武器模仿劑（simulants）“對(duì)氧磷”作初步試驗(yàn)取得成功。最終目標(biāo)是要開(kāi)發(fā)可以洗滌和耐久性的納米纖維軍服。
同時(shí)，MIT的Rutledge教授及其助手開(kāi)發(fā)超級(jí)疏水性電子紡絲納米材料織物，它受纖維表面化學(xué)性和形態(tài)特性的影響，這些拒水性納米網(wǎng)材在防護(hù)服和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面具有寬廣的最終用途。
田納西州大學(xué)TANDEC等，在非織造布中加入納米相Mn (VⅡ)氧化錳（M-7-0劑）作防御材料。M-7-0劑是環(huán)境友好材料，屬于路易斯強(qiáng)酸氧化劑。據(jù)稱這類(lèi)非織造布布的主要優(yōu)點(diǎn)是可以安全運(yùn)輸，可根據(jù)最終用途制成不同形狀、靈活性好、去除化學(xué)武器藥劑污物和工業(yè)毒性的材料。
應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)
康乃爾大學(xué)Freg教授及其助手們開(kāi)發(fā)了生物可降解聚合物高比表面積和親水性材料，可用于藥物輸送和殺蟲(chóng)劑輸送的生物感受器（biosensor）。Freg稱，納米纖維的高比面積，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(wǎng)材生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用中走在前面，從事納米纖維業(yè)務(wù)已有20余年。1981年，其Ultra Web納米纖維過(guò)濾器材產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，并已拓展到新的應(yīng)用范圍，如納米纖維細(xì)胞培養(yǎng)材料和阻隔煙霧服裝。2002年，Donaldson又建立了一個(gè)新的小組，重點(diǎn)研究納米纖維新的應(yīng)用領(lǐng)域，并激勵(lì)合作研究伙伴，合資擴(kuò)大批量應(yīng)用；最近開(kāi)發(fā)三維細(xì)胞培養(yǎng)介質(zhì)，模擬體內(nèi)細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）。生物可降解納米網(wǎng)材，由于其和細(xì)胞外基質(zhì)相似，可以作組織支架（tissue scaffold）。這類(lèi)支架使細(xì)胞相互緊密靠近，而成長(zhǎng)為三維組織機(jī)構(gòu)。其關(guān)鍵因素是機(jī)械穩(wěn)定性、生物配伍性、細(xì)胞增殖能力和細(xì)胞—基質(zhì)互動(dòng)性。這些決定著納米纖維在生物醫(yī)學(xué)中應(yīng)用。
最新進(jìn)展
近來(lái)對(duì)納米級(jí)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(zhì)熔紡纖維。據(jù)其稱，纖維強(qiáng)度可達(dá)到3克/旦，且可卷繞供下游工序進(jìn)一步加工，Hills已開(kāi)發(fā)出2-0.3微米級(jí)海—島纖維的紡粘織物；亦成功地用島—海方法制成300納米直徑的納米管，壁厚50-100納米，已申請(qǐng)專利。Hills的納米管纖維可用于防御化學(xué)武器，藥物釋放，微米級(jí)過(guò)濾和微米級(jí)水力學(xué)器材（液壓裝置）。
日本電力公司（NEC）實(shí)驗(yàn)室Sumio Ijima（純夫居島）于1991年開(kāi)發(fā)了多層碳納米管，其特點(diǎn)是重量輕，強(qiáng)度高、電性能和耐熱性好。美國(guó)Dallas得克薩斯大學(xué)（UTD）NanoTech研究所的科學(xué)家和澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）協(xié)作，在紡制多層碳質(zhì)納米管紗線技術(shù)方面有很大突破，該產(chǎn)品強(qiáng)度高、韌性好、極其柔軟、導(dǎo)電傳熱，可做成“智能化”服裝，儲(chǔ)電能、防彈、調(diào)溫、多孔，穿著非常舒適。
非織造布中應(yīng)用前景巨大
電子紡絲技術(shù)未能普及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化，其原因之一可能是尚難以買(mǎi)到工業(yè)規(guī)模的機(jī)器設(shè)備。俄亥俄州的NanoStatics公司已開(kāi)發(fā)了達(dá)到產(chǎn)業(yè)化規(guī)模高產(chǎn)量的納米纖維和含納米材料的電子紡絲機(jī)械制造技術(shù)。NanoStatics電子紡絲技術(shù)可正常生產(chǎn)50-100納米直徑的纖維，其納米網(wǎng)材厚度可做到100納米-200微米范圍，具備投資生產(chǎn)條件。
蘇黎世科學(xué)經(jīng)營(yíng)咨詢公司ACON，AG公司估計(jì)，2015年全球納米技術(shù)市場(chǎng)將達(dá)到900億美元。大量采用納米纖維非織造布產(chǎn)品后，將有利于非織造布生產(chǎn)和紡織業(yè)開(kāi)拓各種各樣的高附加值應(yīng)用領(lǐng)域，利用納米科學(xué)擴(kuò)大其市場(chǎng)份額。基礎(chǔ)事業(yè)和工業(yè)界協(xié)作研究，將使非織造布致力于未來(lái)分子級(jí)技術(shù)取得雙贏。（《紡織服裝周刊》） |