熱風非織造布對紙尿褲吸液性能的影響

施純秒

福建冠泓工業有限公司(中國)

據預測，2020年全球紙尿褲市場規模將超過750億美元，年復合增長率達5%。亞太地區是全球紙尿褲三大市場之一，屆時其紙尿褲市場規模將達280億美元，年復合增長率超過10%。中國“二孩政策”的實施也將給紙尿褲行業的發展帶來新的動力[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注。其中，紙尿褲的吸液性能如穿透、反滲等指標影響產品的使用性能，并直接決定紙尿褲質量。本文從紙尿褲的吸液機理出發，探究熱風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，按照其具體結構可分為表面面層、吸收芯層、底膜、隔邊和導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吸液的過程。當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散，然后液體穿透面層流向導流層材料，最后被吸收芯層中的吸水高分子吸收。常規吸收芯體由絨毛漿和吸水高分子復合組成，高分子分散在絨毛漿上。人工尿液進入吸收層后，接觸絨毛漿，絨毛漿通過其毛細管的作用將尿液迅速吸收、擴散。接著芯體內高分子將吸收由絨毛漿傳遞來的人工尿液，絨毛漿重新恢復到干燥狀態后進行下一次吸液。當人工尿液繼續向深層擴散達到底膜層時，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散，此時防側漏邊材料的拒水作用將阻礙液體進一步擴散，防側漏隔邊材料需要一定的耐靜水壓才能防止液體溢出而發生側漏現象[2]。

面層作為紙尿褲實現吸液的第一層，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構。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行嚴格控制，否則容易使嬰幼兒產生濕疹等癥狀。隨著消費者對產品吸液性能和手感要求的提高，熱風非織造布因其蓬松、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意義。熱風非織造布生產工藝為纖維開松，梳理成網，再經過熱空氣加熱、加固，形成干法非織造布。由此形成的熱風非織造布具有較好的空間立體結構，具有貫通孔多，密度小，結構疏松的特點，能夠暫存自身質量約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，通過調整纖維鋪網的纖維排列結構，可賦予非織造布更好導流性能。

熱風非織造布材料的原料性能、非織造布厚度及其結構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生毛細管效應，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或紡黏非織造材料，熱風非織造材料因具有良好的空間結構，液體可通過多數孔隙曲折迂回穿透織物。其中熱風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，良好的空間結構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、梳理機多輥梳理混合、上下道夫成網鋪網、5節烘箱逐級加熱、燙平加熱、冷卻機冷卻、卷繞成卷布后，分切成熱風平紋非織造布，如圖1a)所示。然后對熱風平紋非織造布進行不同方式的后加工，制備熱風打孔成品，最后采用小型噴膠機設備制成紙尿褲試樣。制備型號為L碼的紙尿褲試樣，如圖1b)所示，模擬實際大貨生產產品。將不同性能的熱風非織造布材料加工到相同芯體與底膜復合膜上，采用相同的熱熔膠及加工工藝參數，探究熱風非織造布各項性能指標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、烘箱加熱、燙平加熱、冷卻機冷卻、卷繞成卷布、分切成非織造布的生產流程，制備熱風平紋非織造布。再采用相同的噴膠工藝及相同的產品結構，通過噴膠機設備將不同親水性纖維的熱風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2.0、 1.5和1.2 D)的纖維按照開松、梳理、成網、烘箱加熱、燙平加熱、冷卻機冷卻、卷繞成卷布、分切成非織造布的生產流程，制備不同熱風平紋非織造布。再采用相同的噴膠工藝及相同的產品結構，通過噴膠機設備將不同纖維線密度熱風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構的熱風非織造布紙尿褲

采用相同的纖維，按照開松、梳理、成網、烘箱加熱、燙平加熱、冷卻機冷卻、卷繞成卷布、分切成非織造布的生產流程，制備不同熱風平紋非織造布。在生產過程中，分別調整道夫與集棉輥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，以改變纖維在網面的不同排列方式。再通過噴膠機設備將不同結構類型熱風平紋非織造布，采用相同的噴膠工藝及相同的產品結構制成紙尿褲試樣。

1.1.4 制備不同厚度的熱風非織造布紙尿褲

采用相同的纖維按照開松、梳理、成網、烘箱加熱、燙平加熱、冷卻機冷卻、卷繞成卷布、分切成非織造布的生產流程，制備不同的熱風平紋非織造布。在生產過程中，通過調整熱風烘箱風量和溫度，以及燙平機壓力制成厚度分別為1.0 mm和0.7 mm的熱風平紋非織造布。再采用相同的噴膠工藝及相同的產品結構，通過噴膠機設備將不同厚度熱風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非織造布紙尿褲

采用相同的纖維按照開松、梳理、成網、烘箱加熱、燙平加熱、冷卻機冷卻、卷繞成卷布、分切成非織造布的生產流程工藝制成不同的熱風平紋非織造布。再通過選擇不同孔型打孔機對所得熱風非織造布進行打孔加工成打穿型非織造布和非打穿型非織造布產品。最后將打穿和非打穿熱風平紋非織造布通過噴膠機設備，采用相同的噴膠工藝及相同的產品結構制成紙尿褲試樣。

1.1.6 制備具有不同結構的紙尿褲

采用纖維線密度為0.22 tex(2.0 D)的多親纖維制備熱風平紋非織造布，再通過噴膠機設備采用相同的噴膠工藝制成紙尿褲試樣。制備過程中微調紙尿褲結構，分別制備含有面層、導流層、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標準分液漏斗，80 mL標準加液漏斗、砝碼，濾紙，秒表，有機玻璃板(長×寬=10 cm×10 cm，質量為50 g)、適量衛生紙對紙尿褲進行反滲性能和二次加液性能測試。

1.2.2 試劑

采用質量分數為0.9%的生理鹽水模擬人工尿液進行紙尿褲的吸液性能測試。

1.3 性能測試

采用常規國標測試方法[4]和行業普遍使用的二次加液測試方法對紙尿褲的吸液性能進行測試。通過國標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、回滲量及擴散長度等測試參數的測試結果。

1.3.1 滲透性能測試

用生理鹽水潤洗標準分液漏斗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標準加液漏斗在分液漏斗中加入80 mL生理鹽水(大號L碼紙尿褲的標準吸液量為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量。回滲量以濾紙試驗前后的質量差來表示。

1.3.2 二次加液測試

用生理鹽水潤洗標準分液漏斗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標準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)，并同時測量擴散長度。

2 結果與分析

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果如表1所示。通過對試驗數據的分析可得，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，擴散長度越快。主要原因是國標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，所以其測試的國標回滲量數值接近。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，液體易積累在熱風纖維面層孔隙，無法及時下滲被芯體所吸收，導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，擴散長度變短。

表1 多親、單親油劑纖維紙尿褲性能測試結果

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果如表2所示。通過試驗數據分析可得，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，擴散長度長。這主要是因為熱風非織造布具有空間立體結構，且當中的貫通孔多，密度小，結構疏松。纖維線密度在一定范圍內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，液體向深層擴散的阻力增大，尤其是表面致密性變高，導致溶液不易下滲，非織造布表面張力急劇增大。因此當纖維線密度降低至0.13 tex時，反滲、回滲明顯增大。吸液通過纖維之間毛細管效應下滲至低層，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果

2.3 纖維排列結構對紙尿褲性能的影響

采用不同縱橫向纖維排列的熱風非織造布制備的紙尿褲性能測試結果如表3所示。通過試驗數據分析可得，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，擴散長度長。其主要原因是溶液下滲通過纖維毛細管及水壓迫水分子透過織物空隙進行的，在縱向排列的纖維更多的情況下，非織造布具有導流性能，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，擴散長度長。

表3 不同纖維排列結構的非織造布制備的紙尿褲的性能測試結果

2.4 熱風非織造布厚度對紙尿褲性能的影響

采用不同厚度熱風非織造布制備的紙尿褲的性能測試結果如表4所示。通過試驗數據分析可得，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、擴散長度長。厚1.0 mm的非織造布雖具有更多的纖維結構孔隙，短時間內可存儲溶液的能力更強，但紙尿褲面層所需主要性能為傳導性而非吸液性。織物厚度減小，纖維間的堆砌會更為緊密，從而使織物內部間隙大幅減小。液體向深層擴散的阻力加大，在毛細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，導致其加液下滲時間增加，下滲慢，反滲高，擴散長度短。

表4 不同厚度非織造布制備的紙尿褲的性能測試結果

2.5 后加工工藝對熱風非織造布紙尿褲性能的影響

采用相同的熱風非織造布，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果如表5所示。其中，打穿型加工工藝指熱風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

通過試驗數據的分析可得，打穿型熱風非織造布相比非打穿型熱風非織造布，其溶液加液時間短、下滲快、反滲接近、擴散長度長。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，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，雖然材料的凹凸結構可以使液體沿著“凹槽”擴散，但因其還需克服孔隙之間的阻力而下滲，因此非打穿型熱風非織造布溶液的加液時間長，下滲慢，反滲高，擴散長度短。

2.6 導流層對紙尿褲性能的影響

采用相同的熱風非織造布分別制備含有導流層和不含導流層的紙尿褲，并對其性能進行測試，測試結果如表6所示。通過試驗數據的分析可得，含導流層紙尿褲相比不含導流層的紙尿褲，其溶液加液時間短，下滲快，反滲低，擴散長度長。主要原因是導流層有助于水分在紙尿褲表面擴散，有利于下層芯體高分子充分吸收液體。產品結構含導流層，液體可經面層吸收傳遞再進入導流層，導流層通過暫存液體延緩液體下滲，而液體則可通過導流層內縱向排列的纖維向底部擴散。溶液被導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生局部凝膠阻塞現象。

表6 導流層對紙尿褲性能影響測試結果

3 結論

熱風非織造布吸液性能受纖維原料性能，非織造布結構，以及是否有導流層影響。通過對比熱風非織造布采用的纖維材料性能、纖維排列結構、后加工方式及是否含有導流層，對制備的紙尿褲的吸液性能進行數據分析，可得出以下結論。

——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，國標反滲接近，但二次加液溶液加液時間長，下滲慢，反滲高，擴散長度短。

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

——纖維縱向排列越多，則溶液加液時間短，下滲快，反滲低，擴散長度長。

——熱風非織造布厚度小，其溶液加液時間短，下滲快，反滲低，擴散長度長。

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

——增加導流層結構可使熱風非織造布的溶液加液時間短，下滲快，反滲低，擴散長度長。熱風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雜的“滲透-擴散-吸收”系統，每一層的結構與性能都影響該系統，因此還應對紙尿褲進行更加完善的設計以進一步提高其吸液性能。