纳米纤维的新路径

纳米纤维传统上主要有两种制造方法，即电喷法和熔喷法。这两种方法可生产出干燥的纳米长丝，已在工业领域长期使用。美国北卡州立大学 (NCSU)近期开发出另一种生产纳米纤维的技术，被称为 XanoShear? ，他们在与美国赛诺菲（Xanofi）公司协作下共同完成。据称，这种技术开创了更多纳米终端用户的适用领域。该公司还称，他们开发出世界上第一台高效率，以液体为基础平台的纳米纤维生产装置，目前正在进行优化改进，以提高产量。
　　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。
　　商业模式：与搭档共享成就
　　尽管消息爆出后，该公司获得大量的订单，但他们没有销售机器设备和纳米纤维产品，而是打算采取商业化模式，寻找商业搭档，以利于自身能开发更多产品。他们不想把自己变为设备供应商，更不想把自身变为纳米纤维产品的“沃尔玛”；若这样，就意味着他们需要巨资修建基础设施。他们应做的是以商业化的价格出售专利，为这种材料找到更多的新型应用领域。原因在于他们拥有自己的无与伦比的开发平台。他们所期望的是，完成80%～98%的终端生产，然后经另一简单生产环节既能直接进入市场。他们都拥有知识产权，唯一需要的是商业销售搭档。这种产品已于2014年2月发布。
　　新型纳米纤维的首推产品
　　据 此 开 发 的 第 一 件 纳 米 纤 维 产 品 名 叫XanoMATRIX?，即一种完全拥有独立路径的3D纳米蜂窝形生产框架，这种设备可依据需求自动伸缩和变形。在与北卡州立大学的配合下，他们又与伦敦大学和剑桥大学合作，开发出类似的其他产品。
　　赛诺菲公司开发的另一件产品是一种称为6C链式氟化品，这是一种添加剂，主要用于改善纤维的疏水性。因其疏水性少于30%，它通过化学修正，可使纤维重获80%的疏水性。C6化学添加剂生产流程简单。若与另一添加剂结合，C6则可以重获95%的功效，而价格却十分低廉。其他相关产品也在研发中，包括食品加工的玉米蛋白，称其为生命科学产品。它采取亲和色谱法进行开发。