日本岐阜大学成功开发出具有多种功能的纳米多孔纤维


来源:日经技术在线

中国粉体网讯  日本岐阜大学和岐阜县内企业等组成的研究小组*1开发出了具有多种功能的“纳米多孔纤维”,并在“MesseNagoya2014”(2014年11月5~8日)上展出了使用该纤维制造的布料及纺织品等试制品。这些功能按照以往的方法很难实现。

  纳米多孔纤维由岐阜大学、岐阜县产业技术中心(岐阜县笠松町)、神谷材料岐阜公司(总部:岐阜市)、MIWAMASA 公司(总部:岐阜县各务原市)、旭织物公司(总部:岐阜市)、东洋纤维公司(总部:岐阜县关市)、八木熊公司(总部:福井市)组成的“岐阜大学纳米多孔纤维实用化研究会”与Nac(总部:岐阜县关市)及AICELLO(总部:爱知县丰桥市)等联合研发。

  这种纤维为利用“裂纹处理”法打出无数个纳米尺寸微细孔穴的多孔结构。其特点是无需高温处理,可用于保存易挥发且耐热性较低的药剂(酶等),并且由于可将药剂密封在孔中,药效持续时间较长(耐久性较高)。

  利用温度控制孔径

  要想利用纳米多孔纤维保存药剂,首先要将纤维浸泡在药剂溶液中。然后,药剂会在表面张力的作用下进入孔中。

  在此状态下,对含浸药剂的纳米多孔纤维进行加热。多孔结构在加热后,数十nm的孔径会缩至10nm,也即开口部缩小,这样就可以将药剂物理性密封在孔中。

  孔径开始缩小的温度较低,仅为60℃左右。这样的温度,对于那些以前很难保存的易挥发且耐热性低的药剂也可保存。比如,可以用来保存具有抗菌性的4-异丙基环庚二烯酚酮及分解类脂的酶(脂酶),使得材料具有抗菌性及抗污性。过去也有利用涂层的方式涂抹混有酶等的药剂进行保存的方法。但由于容易分离,耐久性较差。

  这种纤维的原料,目前采用聚丙烯(PP)。研究小组表示,原料本身具有疏水性,水性药剂很难渗透到纤维中,但通过改进侵入方法可以使其渗入。

    对薄膜进行裂纹处理

  形成纳米多孔结构的裂纹处理工艺,具体是指通过弯折树脂,生成名为“裂纹”的细小裂缝。裂纹中,树脂的纤维束会聚在一起,它们之间的空隙就是孔穴。弯折树脂后会变白就是因为这些裂纹将光线散射的结果。

  此次并没有对纤维直接进行裂纹处理,而是对薄膜进行了裂纹处理,通过将带有裂纹的薄膜做细长分割,最终形成纤维状*2。之所以这样做是因为,利用薄膜制作纳米多孔纤维可提高量产性。

  薄膜可以制成多种厚度,比如,切割厚度为60μm的薄膜制作纤维后,可变成115D(旦尼尔)左右的细度。旦尼尔是线密度单位(丝线和纤维的细度单位),表示9000m长的纤维的重量克数。

  通常情况下,合成纤维具有分子沿长轴方向排列(分子配向)的结构。裂纹虽然具有易与分子配向平行生成的特点,但很难将细长纤维沿长轴方向弯折。

  另外,由于薄膜为平面形状,可与分子配向平行弯折。但在制造带子一样的长薄膜时,分子配向一般会沿着长轴方向。与纤维相比虽说容易一些,但沿着薄膜长轴方向连续且明显生成折痕的效率较差。因此,研究小组开发出了分子沿薄膜宽轴方向进行配向的薄膜,从而解决了这一问题。

  该研究小组开发出了通过向薄膜原料——树脂添加针状成核剂,垂直于传送方向控制薄膜配向性的技术。通过将该成核剂混在树脂中形成薄膜,成核剂会与传送方向平行排列,多数结晶会从成核剂的侧面垂直生长。最终,结晶会垂直于成核剂(传送方向)生长,因此可将分子配向进行90°调整。

  如果使用该薄膜,沿宽轴方向生成折痕,则可进行裂纹处理。据研究小组表示,因为可以在普通的薄膜制造工艺中轻松追加弯折工艺,因此可大幅削减成本。通过将裂纹处理后的薄膜沿着传送方向细长分割,便可制作出垂直于长轴方向生成裂纹的纤维。

  实施裂纹处理要采用以下装置(图3)。该装置通过将垂直于传送方向配置的刀刃压在施加了张力的薄膜上,弯折薄膜。在这种状态下,传送薄膜,刀刃压着的位置就会断断续续产生裂纹。据研究小组表示,采用这种方法制作的纳米多孔纤维与普通合成纤维相比,单价虽然是其10倍左右,但这是可以实现实用化的价格。

  目前,参加研究小组的企业等正在设法让该纤维制品达到实用水平。将于2015年1~3月开始受理订单,预定2015年内开始销售。
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