衛生用品的冷熱舒適性及案例研究

宮澤清 尤妮佳株式會社

1 身體各部位的冷熱舒適性的差異

由于人體本身會產生熱量，同時還會排出水分，所以人體會產生冷熱感和潮濕感。可以說人的舒適性主要取決于冷熱感和潮濕、悶熱感。如果水分從皮膚表面蒸發，人就會感到潮濕、悶熱。導致潮濕、悶熱感的主要原因之一，就是皮膚表面的水分蒸發量，即潮濕、悶熱感與冷熱感有著很大的關系。

全身的熱感覺點約有3萬個，冷點有25萬個左右。圖1所示為身體各部位的冷熱感覺閾值。可以看出，皮膚敏感性與熱點、冷點的分布密度大小基本上相符，比如腿、腳、肩等部位的敏感性較低，手臂和手的敏感性較高等。而且，身體不同部位的敏感性存在很大的差異，如四肢感受潮濕感的絕對溫度比軀干要低（即潮濕感的閾值很小）。

圖1 身體各部位的冷熱感覺閾值

本研究的目的是：通過皮膚濕潤度的指標研究身體各部位的冷熱舒適性差異，并使用實驗用的衣服控制全身或局部皮膚的濕潤度。

皮膚濕潤度ω可以用人體表面的實際蒸發熱量（實際的蒸發熱損失）與皮膚整體被汗水均勻覆蓋并全部蒸發時的蒸發熱量（最大蒸發熱損失）的比來表示。研究表明ω經常與人的溫熱舒適性聯動。

實驗時，給參與實驗人員的軀干、手臂、大腿部穿上非透氣性的衣服，給其他部位穿上透氣性的衣服。

5名參與實驗者在實驗環境條件下在椅子上坐15min，然后步行運動45min。期間，每分鐘測量8個部位皮膚的溫度，測量5個部位皮膚的表面濕度，每5min進行1次舒適度評價。結果表明，存在衣服導致的差異，且感覺不舒適時，濕潤度數值較高；感覺舒適時，皮膚濕潤度在0.2以下。

各部位均穿著非透氣性衣服時，皮膚濕潤度顯示高值。雖然不同部位存在差異，但基本上感覺不舒適時，數據顯示局部皮膚濕潤度升高；感覺舒適時，皮膚濕潤度數據基本保持在一定的數值附近。與手臂、大腿相比，軀干的皮膚濕潤度對應的冷熱舒適性的極限值較高。

對上述內容進行總結，可知：

● 身體不同部位的冷熱舒適感不同；

● 不同部位舒適感的閾值為：軀干為ω=0.20、手臂為ω=0.13、大腿為ω=0.11；手臂和大腿的閾值較低；

● 皮膚濕潤度的微小變動就可導致手臂與大腿的冷熱舒適感的變化。

2 紙尿褲內環境的控制——使用氣體追蹤法測量紙尿褲透氣性能

穿上紙尿褲后，由于排尿的影響，紙尿褲內處于高溫高濕的狀態。為了解決這種情況，需要考慮紙尿褲內的熱量傳遞。首先，會出現圖2中①所示那樣的厚度方向上的、伴隨水分的熱量傳遞。但是，迄今為止都是通過讓底膜具備透氣性來改善水分和熱量傳遞的，在實際使用時還沒有達到能完全控制紙尿褲內環境的水平。

圖2 紙尿褲內環境

然后，也可通過圖2中②所示那樣的縫隙進行透氣來促進熱量傳遞。

雖然我們認為穿戴者活動時帶來的腰部和大腿根褶皺部的透氣效果可以給紙尿褲內環境控制帶來很大的影響，但并未觀察到實際形態，所以現在還不確定通過活動能帶來的透氣效果到底有多大。

衣物的熱量及水分傳遞方式：一是衣物的煙囪效應，通過衣服內的空氣流動來促進散熱；二是風箱作用，通過穿著者的活動提高散熱效果。風箱作用，是指人體與衣服的相對運動造成強制性的空氣流動，使衣物散熱。

本研究的目的是開發可定量測量風箱作用對衣物散熱性能影響的裝置，即透氣測量裝置。

圖3 透氣測量裝置的基本結構

從穿著紙尿褲的人偶內向紙尿褲注入CO2氣體，測量因步行動作而泄漏到外部空氣中的CO2的量，以測量透氣性能。實驗結果用時間常數來表示，時間常數越小通風速度越快。實際上，時間常數表示的是啟動和響應的效率，是CO2濃度達到穩定值的約63%所用的時間。

將人偶分別穿著4種市售紙尿褲，靜止和步行時進行檢測，結果見圖4，明顯看出，步行狀態時間常數更小，通風速度更快，透氣性更好。

圖4 4種市售紙尿褲的實驗結果

紙尿褲的種類不同，時間常數有所差異。與靜止時相比，步行時的時間常數減小，減小程度因紙尿褲的種類不同而有所差異。可以看出，紙尿褲的種類不同，透氣的響應速度有所差異。

今后可以進一步研究紙尿褲的結構，應用風箱作用，使其在嬰幼兒活動時產生透氣效果，改善舒適性。

3 成人紙尿褲的熱量傳遞等物性與生理、心理舒適性

這項研究的目的在于，構建與人體反應有關的新的監測系統，用以替代人對紙尿褲的主觀評價和物理數據。

3.1 成人紙尿褲的物理性能實驗

我們進行了耐滲透實驗、熱水分傳遞實驗和濕潤變冷、濕潤擴散實驗，使用的樣品分別為添加高吸收性樹脂（SAP）的紙尿褲和不添加SAP的紙尿褲。

● 耐滲透實驗

圖5 耐滲透實驗的裝置和結果

耐滲透實驗的方法為：在蒸餾水的上方放置紙尿褲樣品，紙尿褲樣品上方放置醋酸鉀，測定15min后從蒸餾水傳遞到醋酸鉀中的水分的量。實驗結果可以看出，含有SAP的紙尿褲和排尿狀態的紙尿褲更容易出現水分傳遞。

● 熱水分傳遞實驗

圖6中右側照片所示為實驗裝置，左上方圖示的是皮膚模擬裝置。在有無排尿（測量條件）、不感蒸發及發汗狀態下實施了實驗。

圖6 熱水分傳遞實驗的裝置

圖7 熱水分傳遞實驗的結果

可以看出，含有SAP的紙尿褲更容易出現水分傳遞；另外，在不感蒸發和發汗狀態下，發汗更容易出現水分傳遞。

● 濕冷和濕潤擴散實驗

實驗裝置如圖8左側照片所示，向樣品中注入蒸餾水20mL，然后使用熱成像儀測量濕潤擴散和表層及底膜的溫度，通過檢測濕潤變冷情況和樣本質量求出蒸發速度。

圖8 與濕潤導致的變冷和擴散有關的實驗

右側的照片，是注入蒸餾水后用熱成像儀對含有和不含SAP的樣品表面進行跟蹤拍攝得到的。

隨著時間的推移，觀察濕潤面積的變化，圖9可以看出添加SAP的紙尿褲不會出現濕潤擴散。

圖9 濕潤面積隨時間的變化

圖10顯示，不同的紙尿褲樣本，底膜的表面溫度存在差異，但接觸皮膚的表層溫度基本相同。

圖10 紙尿褲表層和底膜的溫度變化

圖11為各紙尿褲樣本質量隨時間變化情況，不含SAP的紙尿褲蒸發速度較快，樣本質量變化較大，含有SAP的紙尿褲則蒸發較慢。

圖11 各紙尿褲樣本質量的變化情況

圖12有無SAP對紙尿褲物性的影響，可以看出，在耐滲透實驗中，添加SAP的紙尿褲水分傳遞較快，從紙尿褲排放的濕氣幾乎為0。此外還可以看出，在熱水分的傳遞實驗中，不含SAP的紙尿褲的水分傳遞較快；另外在濕潤擴散實驗中，在計算整體的水分傳遞量時，必須考慮從紙尿褲排放出的濕氣的量m2。

圖12 有無SAP對紙尿褲物性的影響

3.2 成人紙尿褲的心理生理評估實驗

下面，對有無SAP導致的物性變化對穿著時的生理及心理評價產生的影響進行實驗評估。

實驗概要如圖13所示，靜坐狀態下，向足浴盆注入熱水以模擬拉伸、輕松運動狀態，或者向紙尿褲內注入熱水，模擬排尿狀態等進行實驗，并進行物理評價、心理評價和生理評價。物理評價，測量衣服內的上腹部和腰部的溫濕度；心理評價，實施了冷熱感等的主觀評價；生理評價，測量腦電波、唾液淀粉酶濃度和心跳次數。

圖13 實驗概要

圖14顯示紙尿褲內溫度的相對變化，在足浴、排尿前，紙尿褲內溫度上升；排尿后，不含SAP的紙尿褲的尿液擴散到后部，溫度降低了。

圖14 紙尿褲內溫度的相對變化

圖15顯示紙尿褲內的濕度變化情況，不含SAP的紙尿褲尿液擴散到后部，濕度升高了。

圖15 紙尿褲內的濕度變化

圖16所示的是心理評價中的舒適性的相對變化量，樣品之間未發現顯著差異，但不含SAP的紙尿褲會令人感覺舒適性稍差。

圖16 心理評價中的舒適性的相對變化量

圖17所示的是含有和不含SAP的紙尿褲內的上腹部和腰部的溫度與濕度測量結果，同時還用不同顏色標注了此時的舒適感變化情況。從結果可以看出，與普通衣服的舒適性不同，由于測試的紙尿褲是用來吸收含水排泄物的，所以人們的容許范圍較寬，舒適區域擴大了。

圖17 紙尿褲內溫度和濕度及其與舒適性的關系

圖18所示的是生理評價中的腦電波測量結果，即α波含有率的變化情況。排尿剛結束時，不含SAP的紙尿褲明顯令人感覺不舒適。

圖18 腦電波測量結果

圖19所示，唾液淀粉酶濃度的相對變化情況。從結果可以看出，不含SAP的紙尿褲令人感到壓力的時間來的更早。

圖19 唾液淀粉酶濃度的相對變化情況

圖20所示為通過心跳次數反映出的交感神經的相對變化情況。從結果可以看出，隨著足浴時間的延長，不含SAP的紙尿褲明顯令人感覺不舒適。

圖20 交感神經的相對變化

表1總結上述生理評價與心理評價的結果。從結果可以看出，電極部位C的β/α的值較大，與舒適感的相關性較大，可以此作為評價指標。

表1 心理評估與生理評估的相關性

圖21所示的是測量部位C的β/α值與舒適感的關系。β/α的值越大，舒適感越高。

圖21 測量部位C的β/α值與舒適感的關系

綜上，在實驗中，成人紙尿褲的物性有明顯的差異，但在主觀方面，各樣品間的差異尚不明確。而在α波與交感神經指標方面，不同的樣本表現出明顯的差異，這表明還需要做主觀以外的評價。因此，可以監測穿戴者的排尿時間等數據，作為身體功能指標加以應用，但是，應用腦電波進行監測的難度較大。