施純秒

福建冠泓工業(yè)有限公司(中國)

據(jù)預(yù)測，2020年全球紙尿褲市場規(guī)模將超過750億美元，年復(fù)合增長率達(dá)5%。亞太地區(qū)是全球紙尿褲三大市場之一，屆時其紙尿褲市場規(guī)模將達(dá)280億美元，年復(fù)合增長率超過10%。中國“二孩政策”的實施也將給紙尿褲行業(yè)的發(fā)展帶來新的動力[1]。紙尿褲作為一種嬰幼兒日常生活用品，其綜合性能備受消費者關(guān)注。其中，紙尿褲的吸液性能如穿透、反滲等指標(biāo)影響產(chǎn)品的使用性能，并直接決定紙尿褲質(zhì)量。本文從紙尿褲的吸液機(jī)理出發(fā)，探究熱風(fēng)非織造布作為紙尿褲面層材料對其穿透和反滲性能的影響。

紙尿褲是一種由多層非織造布材料組成的液體吸控系統(tǒng)，按照其具體結(jié)構(gòu)可分為表面面層、吸收芯層、底膜、隔邊和導(dǎo)流層這幾個主要組成部分。紙尿褲吸液原理是利用各層非織造材料的功能性搭配滿足漸進(jìn)吸液的過程。當(dāng)將人工尿液倒入紙尿褲試樣時，尿液首先會接觸表面面層材料，并沿著非織造材料分別向橫縱向擴(kuò)散，然后液體穿透面層流向?qū)Я鲗硬牧?，最后被吸收芯層中的吸水高分子吸收。常?guī)吸收芯體由絨毛漿和吸水高分子復(fù)合組成，高分子分散在絨毛漿上。人工尿液進(jìn)入吸收層后，接觸絨毛漿，絨毛漿通過其毛細(xì)管的作用將尿液迅速吸收、擴(kuò)散。接著芯體內(nèi)高分子將吸收由絨毛漿傳遞來的人工尿液，絨毛漿重新恢復(fù)到干燥狀態(tài)后進(jìn)行下一次吸液。當(dāng)人工尿液繼續(xù)向深層擴(kuò)散達(dá)到底膜層時，由于液體分子直徑大于微孔膜直徑，其被留存在紙尿褲中而不滲漏，直徑小的氣體分子則能向外界擴(kuò)散，增加紙尿褲的透氣性。若剛開始加入過多的尿液，紙尿褲無法及時吸收過多尿液而使部分尿液殘留在面層并向橫向擴(kuò)散，此時防側(cè)漏邊材料的拒水作用將阻礙液體進(jìn)一步擴(kuò)散，防側(cè)漏隔邊材料需要一定的耐靜水壓才能防止液體溢出而發(fā)生側(cè)漏現(xiàn)象[2]。

面層作為紙尿褲實現(xiàn)吸液的第一層，是整個吸液過程的開始。其主要作用是將尿液或其他液體逐漸吸收并傳遞到紙尿褲的下一層結(jié)構(gòu)。在使用過程中，其直接接觸嬰幼兒嬌嫩的皮膚，在吸收、傳遞液體的同時需確保能保持紙尿褲表面相對干燥而柔軟。紙尿褲的反滲性需進(jìn)行嚴(yán)格控制，否則容易使嬰幼兒產(chǎn)生濕疹等癥狀。隨著消費者對產(chǎn)品吸液性能和手感要求的提高，熱風(fēng)非織造布因其蓬松、柔軟等特性逐漸走上高端市場。研究熱風(fēng)非織造布性能對整個紙尿褲吸液性影響將具有很好的指導(dǎo)意義。熱風(fēng)非織造布生產(chǎn)工藝為纖維開松，梳理成網(wǎng)，再經(jīng)過熱空氣加熱、加固，形成干法非織造布。由此形成的熱風(fēng)非織造布具有較好的空間立體結(jié)構(gòu)，具有貫通孔多，密度小，結(jié)構(gòu)疏松的特點，能夠暫存自身質(zhì)量約10倍的液體。從而使人工尿液穿透時間短，有利于尿液快速傳輸。在工藝上，通過調(diào)整纖維鋪網(wǎng)的纖維排列結(jié)構(gòu)，可賦予非織造布更好導(dǎo)流性能。

熱風(fēng)非織造布材料的原料性能、非織造布厚度及其結(jié)構(gòu)密實度等對面層的透水性都有重要影響。從微觀角度分析，面層吸收水分子，傳遞人工尿液的機(jī)理主要存在3種形式：纖維對水分子的直接吸收，纖維與纖維間的間隙產(chǎn)生毛細(xì)管效應(yīng)，以及水壓迫水分子透過織物空隙作用。因要求面層保持干燥，需選擇吸濕性低的合成纖維，第一種方式所起的效果較弱，而第二和第三種方式為面層主要的透水方式。目前市場上最常用的面層材料為熱風(fēng)或紡黏非織造材料，熱風(fēng)非織造材料因具有良好的空間結(jié)構(gòu)，液體可通過多數(shù)孔隙曲折迂回穿透織物。其中熱風(fēng)非織造材料的厚度在同等面密度下是熱軋、紡黏和熔噴非織造材料的3～5倍，良好的空間結(jié)構(gòu)增加了纖維間的空隙，而一定的厚度和貫通孔使得液體回升通道變得復(fù)雜，一定程度上可阻止液體返滲，從而降低液體的回滲量[3]。

1 試驗材料與測試方法

1.1 試樣制備

本文首先選擇不同性能的纖維，經(jīng)開松混合、一道精開松、二道精開松、末道棉箱、氣壓棉箱分布、梳理機(jī)多輥梳理混合、上下道夫成網(wǎng)鋪網(wǎng)、5節(jié)烘箱逐級加熱、燙平加熱、冷卻機(jī)冷卻、卷繞成卷布后，分切成熱風(fēng)平紋非織造布，如圖1a)所示。然后對熱風(fēng)平紋非織造布進(jìn)行不同方式的后加工，制備熱風(fēng)打孔成品，最后采用小型噴膠機(jī)設(shè)備制成紙尿褲試樣。制備型號為L碼的紙尿褲試樣，如圖1b)所示，模擬實際大貨生產(chǎn)產(chǎn)品。將不同性能的熱風(fēng)非織造布材料加工到相同芯體與底膜復(fù)合膜上，采用相同的熱熔膠及加工工藝參數(shù)，探究熱風(fēng)非織造布各項性能指標(biāo)對紙尿褲滲透性能的影響。具體的紙尿褲試樣制備方案如下。

a) 熱風(fēng)非織造布

b) 手工制備L碼紙尿褲

1.1.1 制備不同親水性能的熱風(fēng)非織造布紙尿褲

分別采用單親油劑纖維和多親油劑纖維按照開松、梳理、成網(wǎng)、烘箱加熱、燙平加熱、冷卻機(jī)冷卻、卷繞成卷布、分切成非織造布的生產(chǎn)流程，制備熱風(fēng)平紋非織造布。再采用相同的噴膠工藝及相同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，通過噴膠機(jī)設(shè)備將不同親水性纖維的熱風(fēng)平紋非織造布制成紙尿褲試樣。

1.1.2 制備不同線密度纖維的熱風(fēng)非織造布紙尿褲

采用線密度分別為0.22、 0.17和0.13 tex(分別對應(yīng)2.0、 1.5和1.2 D)的纖維按照開松、梳理、成網(wǎng)、烘箱加熱、燙平加熱、冷卻機(jī)冷卻、卷繞成卷布、分切成非織造布的生產(chǎn)流程，制備不同熱風(fēng)平紋非織造布。再采用相同的噴膠工藝及相同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，通過噴膠機(jī)設(shè)備將不同纖維線密度熱風(fēng)平紋非織造布制成紙尿褲試樣。

1.1.3 制備不同纖維排列結(jié)構(gòu)的熱風(fēng)非織造布紙尿褲

采用相同的纖維，按照開松、梳理、成網(wǎng)、烘箱加熱、燙平加熱、冷卻機(jī)冷卻、卷繞成卷布、分切成非織造布的生產(chǎn)流程，制備不同熱風(fēng)平紋非織造布。在生產(chǎn)過程中，分別調(diào)整道夫與集棉輥1，集棉輥1與集棉輥2的速度比為1.00∶1.15和 1.00∶1.10；調(diào)整道夫與集棉輥1，集棉輥1與集棉輥2的速度比分別為1.00∶1.35和1.00∶1.15，以改變纖維在網(wǎng)面的不同排列方式。再通過噴膠機(jī)設(shè)備將不同結(jié)構(gòu)類型熱風(fēng)平紋非織造布，采用相同的噴膠工藝及相同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)制成紙尿褲試樣。

1.1.4 制備不同厚度的熱風(fēng)非織造布紙尿褲

采用相同的纖維按照開松、梳理、成網(wǎng)、烘箱加熱、燙平加熱、冷卻機(jī)冷卻、卷繞成卷布、分切成非織造布的生產(chǎn)流程，制備不同的熱風(fēng)平紋非織造布。在生產(chǎn)過程中，通過調(diào)整熱風(fēng)烘箱風(fēng)量和溫度，以及燙平機(jī)壓力制成厚度分別為1.0 mm和0.7 mm的熱風(fēng)平紋非織造布。再采用相同的噴膠工藝及相同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，通過噴膠機(jī)設(shè)備將不同厚度熱風(fēng)平紋非織造布制成紙尿褲試樣。

1.1.5 制備不同后加工方式的熱風(fēng)非織造布紙尿褲

采用相同的纖維按照開松、梳理、成網(wǎng)、烘箱加熱、燙平加熱、冷卻機(jī)冷卻、卷繞成卷布、分切成非織造布的生產(chǎn)流程工藝制成不同的熱風(fēng)平紋非織造布。再通過選擇不同孔型打孔機(jī)對所得熱風(fēng)非織造布進(jìn)行打孔加工成打穿型非織造布和非打穿型非織造布產(chǎn)品。最后將打穿和非打穿熱風(fēng)平紋非織造布通過噴膠機(jī)設(shè)備，采用相同的噴膠工藝及相同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)制成紙尿褲試樣。

1.1.6 制備具有不同結(jié)構(gòu)的紙尿褲

采用纖維線密度為0.22 tex(2.0 D)的多親纖維制備熱風(fēng)平紋非織造布，再通過噴膠機(jī)設(shè)備采用相同的噴膠工藝制成紙尿褲試樣。制備過程中微調(diào)紙尿褲結(jié)構(gòu)，分別制備含有面層、導(dǎo)流層、芯體和底膜的紙尿褲及面層、芯體和底膜的紙尿褲。

1.2 試驗器材及試劑

1.2.1 試驗器材

采用150 mL標(biāo)準(zhǔn)分液漏斗，80 mL標(biāo)準(zhǔn)加液漏斗、砝碼，濾紙，秒表，有機(jī)玻璃板(長×寬=10 cm×10 cm，質(zhì)量為50 g)、適量衛(wèi)生紙對紙尿褲進(jìn)行反滲性能和二次加液性能測試。

1.2.2 試劑

采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%的生理鹽水模擬人工尿液進(jìn)行紙尿褲的吸液性能測試。

1.3 性能測試

采用常規(guī)國標(biāo)測試方法[4]和行業(yè)普遍使用的二次加液測試方法對紙尿褲的吸液性能進(jìn)行測試。通過國標(biāo)測試方法可測試回滲量。通過二次加液測試方法可獲得第1次加液滲透時間、第2次加液滲透時間、回滲量及擴(kuò)散長度等測試參數(shù)的測試結(jié)果。

1.3.1 滲透性能測試

用生理鹽水潤洗標(biāo)準(zhǔn)分液漏斗2遍并固定在支架上，待用，漏斗下口開口面向操作者。將紙尿褲黏貼在有機(jī)板上，取尿褲中心為加液點，并使漏斗下口中點到試樣間的垂直距離為5～10 mm。采用80 mL標(biāo)準(zhǔn)加液漏斗在分液漏斗中加入80 mL生理鹽水(大號L碼紙尿褲的標(biāo)準(zhǔn)吸液量為80 mL)，并迅速將分液漏斗閥門打開至最大，使溶液自由地流到試樣表面并同時開始計時。自計時開始，5 min后按照同樣操作流程再次注入同等生理鹽水，使溶液自由地流到試樣的表面。自計時開始10 min后，迅速將直徑為110 cm的已知質(zhì)量的若干層濾紙(以最上層濾紙無吸液為止)放到試樣的表面上，同時將1.2 kg的砝碼壓于濾紙上，加壓1 min后將砝碼移去，用天平稱量濾紙的質(zhì)量。回滲量以濾紙試驗前后的質(zhì)量差來表示。

1.3.2 二次加液測試

用生理鹽水潤洗標(biāo)準(zhǔn)分液漏斗2遍并固定在支架上，待用，漏斗下口開口面向操作者。將紙尿褲黏貼在有機(jī)板上，取尿褲中心為加液點，在紙尿褲正中央放置專用加液漏斗，將分液漏斗置于加液漏斗上方。采用80 mL標(biāo)準(zhǔn)加液漏斗在分液漏斗中加入80 mL 生理鹽水，迅速打開分液漏斗閥門至最大并開始計時。記錄紙尿褲吸收溶液的時間作為第1次加液滲透時間；自計時開始第10 min時，再次加入80 mL生理鹽水，迅速打開分液漏斗閥門至最大并記錄紙尿褲吸收溶液的時間，作為第2次加液滲透時間。自計時開始第15 min 時，加壓有機(jī)西主板30 s測試回滲量(短時間)。自計時開始第25 min時加壓3.5 kg 砝碼3 min測試回滲量(長時間)，并同時測量擴(kuò)散長度。

2 結(jié)果與分析

2.1 親水性纖維原料對紙尿褲性能的影響

多親油劑纖維和單親油劑纖維制備的紙尿褲的性能測試結(jié)果如表1所示。通過對試驗數(shù)據(jù)的分析可得，多親油劑纖維與單親油劑纖維制備的紙尿褲國標(biāo)回滲接近，但多親油劑纖維制備的紙尿褲的二次加液溶液的滲透透時間更短，下滲速度更快，回滲量更低，擴(kuò)散長度越快。主要原因是國標(biāo)測試為初始一次下滲速度，因單親油劑和多親油劑纖維第一次吸液速度接近，所以其測試的國標(biāo)回滲量數(shù)值接近。而二次加液測試過程中，因纖維親水性能差異，單親油劑纖維紙尿褲第一次下滲速度快，第二次下滲慢；多親油劑纖維紙尿褲第一、二次下滲速度正常。因此單親油劑纖維紙尿褲二次加液液體不容易下滲，液體易積累在熱風(fēng)纖維面層孔隙，無法及時下滲被芯體所吸收，導(dǎo)致面層在一定壓力下其面層儲存液體快速析出表面，造成短時間回滲量及長時間回滲量較大，擴(kuò)散長度變短。

表1 多親、單親油劑纖維紙尿褲性能測試結(jié)果

2.2 纖維原料線密度對紙尿褲性能的影響

不同線密度(0.22、 0.17和0.13 tex)的纖維所制備的紙尿褲性能測試結(jié)果如表2所示。通過試驗數(shù)據(jù)分析可得，線密度為0.22 tex和0.17 tex的纖維相比線密度為0.13 tex的纖維，所制備的紙尿褲的溶液加液時間短，下滲快，反滲低，擴(kuò)散長度長。這主要是因為熱風(fēng)非織造布具有空間立體結(jié)構(gòu)，且當(dāng)中的貫通孔多，密度小，結(jié)構(gòu)疏松。纖維線密度在一定范圍內(nèi)降低可增加非織造布的孔隙率，而纖維線密度降低超過一定范圍時，非織造布的孔隙率反而降低，纖維間緊密堆砌使其間隙大幅減少，液體向深層擴(kuò)散的阻力增大，尤其是表面致密性變高，導(dǎo)致溶液不易下滲，非織造布表面張力急劇增大。因此當(dāng)纖維線密度降低至0.13 tex時，反滲、回滲明顯增大。吸液通過纖維之間毛細(xì)管效應(yīng)下滲至低層，最終被芯體吸收。因纖維線密度過小，纖維之間孔隙過小，液體無法及時下滲被吸收，過多液體殘留堆積在非織造布表面。在一定外界壓力下，液體容易被析出從而反滲。而作為面層材料，因需直接與嬰兒皮膚接觸，對手感要求較高，故不采用太粗的纖維作對比。

表2 不同線密度纖維紙尿褲的性能測試結(jié)果

2.3 纖維排列結(jié)構(gòu)對紙尿褲性能的影響

采用不同縱橫向纖維排列的熱風(fēng)非織造布制備的紙尿褲性能測試結(jié)果如表3所示。通過試驗數(shù)據(jù)分析可得，纖維縱橫向排列比為1.00∶1.15的紙尿褲比纖維縱橫向排列比為1.00∶1.35的紙尿褲的溶液加液時間短，下滲快，反滲低，擴(kuò)散長度長。其主要原因是溶液下滲通過纖維毛細(xì)管及水壓迫水分子透過織物空隙進(jìn)行的，在縱向排列的纖維更多的情況下，非織造布具有導(dǎo)流性能，溶液更容易沿著纖維方向下滲，從而減少了溶液在下滲過程中因孔隙較小或孔隙已積累較多水分而無法下滲的概率。因此纖維縱橫向排列比為1.00∶1.15的紙尿褲中，溶液更容易被下層芯體所吸收，下滲速度快，反滲及回滲較低，擴(kuò)散長度長。

表3 不同纖維排列結(jié)構(gòu)的非織造布制備的紙尿褲的性能測試結(jié)果

2.4 熱風(fēng)非織造布厚度對紙尿褲性能的影響

采用不同厚度熱風(fēng)非織造布制備的紙尿褲的性能測試結(jié)果如表4所示。通過試驗數(shù)據(jù)分析可得，厚0.7 mm的非織造布與厚1.0 mm的非織造相比，其溶液加液時間短、下滲快、反滲低、擴(kuò)散長度長。厚1.0 mm的非織造布雖具有更多的纖維結(jié)構(gòu)孔隙，短時間內(nèi)可存儲溶液的能力更強(qiáng)，但紙尿褲面層所需主要性能為傳導(dǎo)性而非吸液性?？椢锖穸葴p小，纖維間的堆砌會更為緊密，從而使織物內(nèi)部間隙大幅減小。液體向深層擴(kuò)散的阻力加大，在毛細(xì)管作用或水壓迫作用的下滲過程中，會遇到更多折回，下滲阻力增大，導(dǎo)致其加液下滲時間增加，下滲慢，反滲高，擴(kuò)散長度短。

表4 不同厚度非織造布制備的紙尿褲的性能測試結(jié)果

2.5 后加工工藝對熱風(fēng)非織造布紙尿褲性能的影響

采用相同的熱風(fēng)非織造布，采用不同打孔工藝(打穿及非打穿型)制備的紙尿褲的性能測試結(jié)果如表5所示。其中，打穿型加工工藝指熱風(fēng)非織造布制備過程中軋點直接將其穿透，非打穿型加工工藝指熱風(fēng)非織造布制備過程中軋點未將其穿透。

表5 不同后加工工藝非織造布所制備的紙尿褲性能測試表

通過試驗數(shù)據(jù)的分析可得，打穿型熱風(fēng)非織造布相比非打穿型熱風(fēng)非織造布，其溶液加液時間短、下滲快、反滲接近、擴(kuò)散長度長。主要原因是人工尿液可直接穿透打穿型非織造布至其下層，無需通過非織造布內(nèi)部曲折迂回的孔隙即貫通孔，此過程無液體阻力。而非打穿型非織造布具有上凸下凹的表面形態(tài)，溶液先集聚至某個凹點，然后才可以快速下滲，液體流到材料表面時，雖然材料的凹凸結(jié)構(gòu)可以使液體沿著“凹槽”擴(kuò)散，但因其還需克服孔隙之間的阻力而下滲，因此非打穿型熱風(fēng)非織造布溶液的加液時間長，下滲慢，反滲高，擴(kuò)散長度短。

2.6 導(dǎo)流層對紙尿褲性能的影響

采用相同的熱風(fēng)非織造布分別制備含有導(dǎo)流層和不含導(dǎo)流層的紙尿褲，并對其性能進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表6所示。通過試驗數(shù)據(jù)的分析可得，含導(dǎo)流層紙尿褲相比不含導(dǎo)流層的紙尿褲，其溶液加液時間短，下滲快，反滲低，擴(kuò)散長度長。主要原因是導(dǎo)流層有助于水分在紙尿褲表面擴(kuò)散，有利于下層芯體高分子充分吸收液體。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)含導(dǎo)流層，液體可經(jīng)面層吸收傳遞再進(jìn)入導(dǎo)流層，導(dǎo)流層通過暫存液體延緩液體下滲，而液體則可通過導(dǎo)流層內(nèi)縱向排列的纖維向底部擴(kuò)散。溶液被導(dǎo)流層材料充分吸收后，不易在紙尿褲面層表面形成堆積，從而有利于降低回滲。而由于導(dǎo)流層延緩了液體下滲，芯層可以有更多的時間和吸收面積吸收液體，從而有效防止大量液體瞬間被吸收而發(fā)生局部凝膠阻塞現(xiàn)象。

表6 導(dǎo)流層對紙尿褲性能影響測試結(jié)果

3 結(jié)論

熱風(fēng)非織造布吸液性能受纖維原料性能，非織造布結(jié)構(gòu)，以及是否有導(dǎo)流層影響。通過對比熱風(fēng)非織造布采用的纖維材料性能、纖維排列結(jié)構(gòu)、后加工方式及是否含有導(dǎo)流層，對制備的紙尿褲的吸液性能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，可得出以下結(jié)論。

——采用單親油劑纖維制備的紙尿褲與采用多親油劑纖維制備的紙尿褲相比，國標(biāo)反滲接近，但二次加液溶液加液時間長，下滲慢，反滲高，擴(kuò)散長度短。

——在一定的線密度范圍內(nèi)，隨著纖維線密度增大，溶液加液時間短，下滲快，反滲低，擴(kuò)散長度長。

——纖維縱向排列越多，則溶液加液時間短，下滲快，反滲低，擴(kuò)散長度長。

——熱風(fēng)非織造布厚度小，其溶液加液時間短，下滲快，反滲低，擴(kuò)散長度長。

——采用打穿型熱風(fēng)非織造布相比非打穿型熱風(fēng)非織造布制備的紙尿褲，其溶液加液時間短，下滲快，反滲低，擴(kuò)散長度長。

——增加導(dǎo)流層結(jié)構(gòu)可使熱風(fēng)非織造布的溶液加液時間短，下滲快，反滲低，擴(kuò)散長度長。熱風(fēng)非織造材料作為第一層與皮膚接觸的吸液表面，其綜合性能對紙尿褲吸液性能影響較大。

紙尿褲吸液性能是一個復(fù)雜的“滲透-擴(kuò)散-吸收”系統(tǒng)，每一層的結(jié)構(gòu)與性能都影響該系統(tǒng)，因此還應(yīng)對紙尿褲進(jìn)行更加完善的設(shè)計以進(jìn)一步提高其吸液性能。