高性能紙尿褲的設計理念

Dr.Norbert Herfert 李 樂 巴斯夫

高性能紙尿褲的設計理念

High Performance Diaper Design

Dr.Norbert Herfert 李 樂 巴斯夫

1 終端消費者需求

圖1 終端消費者對紙尿褲的需求

我們進行了全球不同區域的紙尿褲市場的研究，如圖1，消費者最重要的三個需求分別是希望紙尿褲能夠有效地防止滲漏，對皮膚有保護作用，以及穿著舒適。其中對于皮膚的保護就必須要做到保證皮膚的干爽。本報告將著重講述怎樣防止滲漏和保持皮膚干爽，這取決于吸收芯體的設計。

2 全球紙尿褲芯體的設計

全球不同區域的紙尿褲芯體的設計不同。第一種是傳統的絨毛漿結構，由高吸收性樹脂（SAP）顆粒分散在絨毛漿纖維中組成的，這種芯體是全球范圍最普遍采用的。

圖2 傳統SAP/絨毛漿芯體的生產流程示意圖

如圖2所示，成卷的絨毛漿開卷后被送到粉碎機進行粉碎，開解成纖維，絨毛漿纖維和SAP顆粒在真空成型鼓進行混合成型，然后進入下一步制作工藝。

這種結構的芯體吸收速度快并具有較好的防反滲性能，但是SAP和絨毛漿的混合均勻度會影響到最終紙尿褲的效果。在這種芯體中絨毛漿的存在可以為紙尿褲提供一個暫時的液體存儲空間，有助于快速吸收液體。絨毛漿提供了非常好的導流效應，使芯體具有較高的利用率。但是這種結構的不足之處在于芯體比較厚，并且將絨毛漿纖維和SAP顆粒均勻地混合在一起是不容易的。所以隨著SAP含量增加，SAP比例的增大，想要得到一個均勻混合芯體也變得越來越困難，整個芯體的成型和工藝過程也會相應地變得復雜和更難把控，同時，需要消耗更多的能源。

圖3 超薄復合芯體的生產流程示意圖

另外一種是超薄復合芯體，如圖3所示，主要是在中國廣泛應用的一種芯體結構，這是一種典型的“三明治”結構。中間一層非織造布（蓬松非織造布），上下是SAP和干法紙或者衛生紙等其他材料，部分SAP被粘在干法紙或者衛生紙等材料上，部分SAP會嵌在中間的（蓬松非織造布）非織造布中。這種吸水紙芯體非常薄，吸收液體后也能夠保證芯體較好的整體性，并且整個工藝過程更為簡單。現在有很多供應商將2個加料斗改成4個加料斗，可以將更多的不同的SAP進行混合，增大了SAP選擇的靈活性，同時提升了混合均勻度。這種芯體不足之處是對液體的擴散不夠充分，導致芯體的利用率較低，夜用時滲漏的機率比較高，有可能會導致皮膚紅疹。另外，吸水紙芯體的紙尿褲生產過程是不連續的，芯體的生產和紙尿褲的生產過程是分離的。

另外還有其他類型的無絨毛漿芯體結構，也是三明治式的層狀結構，SAP被非織造布或其他材料固定或者是SAP分散在多孔材料中。無絨毛漿芯體非常薄，比傳統芯體的生產工藝更簡單，并且整合在紙尿褲生產線中。這種結構的不足之處是由于不含絨毛漿導致暫時的儲液量比較低，需要較厚的導流層來避免滲漏。

3 如何優化紙尿褲芯體結構

針對現在中國市場上兩種主流芯體結構，一種是傳統絨毛漿芯體結構，一種是超薄復合芯體結構，優化芯體結構設計。

3.1 傳統絨毛漿芯體

圖4 西歐和北美市場傳統絨毛漿芯體結構

傳統絨毛漿芯體在西方國家和亞洲都比較普遍。西歐和北美國家典型的超薄紙尿褲設計是芯體中SAP比例為50%～70%，非常薄，使用定量很高的導流層，大概在50～110g/m2。這些導流層放在加液區域，并且只在芯體的部分區域，通過導流層將液體均勻分布在吸收芯體中。高定量的導流層提供了有效的暫時存儲液體的空間，使吸收速度加快。由于芯體中SAP比例較高，需要SAP具有好的膠體強度和好的通液性，避免發生膠體堵塞。

如果芯體中SAP比例非常高并使用低定量的導流層，由于缺少了有效的暫時儲液空間，就要求SAP必須在多次加液時仍然具有非常快的吸收速度。

圖5 亞太市場傳統絨毛漿芯體結構

亞太市場上典型的傳統絨毛漿芯體結構，通常SAP添加比例較低，在50%以下，導流層定量也比較低，或者是為了成本考慮，不添加任何導流層。這種減少了成本并且也簡化了紙尿褲的工藝過程，提高了紙尿褲的柔軟度。通常情況下，上面有一層完全覆蓋芯體的3D壓花非織造布面層，提高柔軟度和幫助液體在芯體中擴散。這種芯體結構提供有效的暫時儲液空間和良好的液體傳導能力，SAP可以抓住絨毛漿中的液體并且永久地鎖住液體。因此對SAP的吸收速度要求比較低，但是要求其具有高保水量和好的膠體強度，使紙尿褲更加干爽并具有快速有效的吸收性能。

案例分析一

圖6 亞洲絨毛漿結構芯體優化案例

圖6 所示的芯體案例，SAP比例在46%左右，并且搭配了定量為35g/m2的導流層和18g/m2的3D壓花表層。用兩種不同的SAP分別制成紙尿褲，一種是HySorb?N7059，具有高保水和在壓力下鎖水效果非常好；另一種是市場上的低保水量、0.3PSI壓力下低吸收量的SAP。

圖7 兩種SAP制成的紙尿褲性能測試

由圖7可知，HySorb?N7059在標準的平板穿滲實驗中表現出了低反滲和更好的干爽性，還有高的吸收量和保水量的優勢。這些優勢使得整個紙尿褲也表現出了干爽和高保水量的優勢。

除了正確選擇SAP的類型，還有一些其他的提高絨毛漿結構芯體性能的方案。SAP和絨毛漿的均勻混合是影響芯體性能的關鍵，芯體的均勻度會影響反滲和多次加液后芯體的整體性。

均勻度越高防反滲性能越好，芯體的利用率越高。很多紙尿褲生產廠通過將SAP吹入絨毛漿纖維流中來提高混合的均勻度，需要注意的是在混合過程中要避免對SAP顆粒造成損害。因為SAP的顆粒結構是內部低交聯達到高吸收能力和表面高交聯達到高膠體強度。顆粒被破壞之后，膠體強度就會降低，加壓下的吸收能力就會減弱，通液性也會降低，就會表現出更多的膠體堵塞和較差的吸收性能。

巴斯夫提供了一種非常專業的SAP投料系統，提高SAP和絨毛漿的混合效果，可應用在不同的芯體制作工藝中，如新生兒紙尿褲，傳統嬰兒紙尿褲，甚至是成人紙尿褲。該系統可以更好地控制芯體成型工藝、提高SAP添加位置的準確率和利用率、保證每片紙尿褲的穩定性、降低對SAP顆粒的損害。

3.2 超薄復合芯體

怎樣將最終消費者的需求轉化為紙尿褲的測試指標？怎樣將這個測試指標與SAP的某項指標建立聯系？我們在實驗室進行了全方位的研究。消費者要求的干爽度可以用紙尿褲的反滲量來表示，高吸收量，可以用紙尿褲30min吸收量和一天保水量來表示，這兩個要求都與SAP的離心保水量和0.3PSI壓強下的加壓吸收量有關。

紙尿褲的防漏性能可以用加壓下的平板穿滲時間表示，紙尿褲的持續吸液能力可以用潑水實驗和短時間的干爽測試來表示，這兩個指標與SAP的吸收速度、離心保水量以及0.3PSI壓強下加壓吸收量有關。

總的來說，不是單單一個參數就可以決定最終紙尿褲的某一項性能。當SAP的吸收速度可以快到來滿足防止漏尿的性能要求時，其吸收能力和好的膠體強度也就是離心保水量和 0.3PSI壓強下加壓吸收量就變成了對超薄紙尿褲復合芯體非常重要的指標了。這個結果可能會令人有些驚訝，因為我們之前總是認為SAP的吸收速度才是最重要的指標。

傳統的SAP吸收速度測試方法，如漩渦法測自由吸收速度或者是1min吸收量，SAP顆粒是在自由狀態下吸收液體，沒有任何壓力。但是在超薄復合芯體中，SAP的吸收會受到膠粘劑和非織造布的阻礙，這就意味著SAP是在壓力下吸收液體。那么0.3PSI壓強下的加壓吸收量可以有效地模擬SAP在芯體中吸收的情形，所以說在SAP已經具有了有效的吸收速度時，保水量和膠體強度同樣是SAP在超薄吸水紙復合芯體紙尿褲中非常重要的兩個指標。

案例分析二

HySorb?6830是一款具有綜合性能的SAP，將其與市場上的4種SAP分別做成相同結構的超薄復合芯體紙尿褲，不使用導流層，搭配常見的20g/m2定量的3D壓花面層。對這5種紙尿褲進行懸掛U型測試。U型測試可以很好地模擬嬰兒穿著紙尿褲時的狀態。在第三次吸液后，添加HySorb?6830的紙尿褲表現出非常快的吸收速度，并且反滲量最低。

圖8 紙尿褲U型測試結果

HySorb?6830 紙尿褲在潑水實驗中也表現出較好的吸收性能和較低的反滲量。

4 結論

不同的區域采用不同的紙尿褲芯體設計，以滿足不同的終端消費者需求。如針對消費者保護皮膚的需求，可以通過不同的芯體設計，最終以降低紙尿褲的反滲量從而提升干爽度來實現。

SAP性能必須配合紙尿褲芯體設計并且和其他材料搭配得宜，從而實現最佳性能。

應用于中國的傳統芯體紙尿褲需要SAP具有高吸收能力和良好膠體強度，但是對SAP吸收速度要求較低。

超薄復合芯體紙尿褲需要SAP吸收速度快，具有高離心保水量CRC和良好的膠體強度(AAP 0.3 PSI)。

（孫靜整理）