嬰兒紙尿褲著裝下的熱濕舒適性影響因素研究進展

吳黛唯，王云儀,2

(1.東華大學 服裝與藝術設計學院，上海 200051；2.東華大學 現代服裝設計與技術教育部重點實驗室，上海 200051)

由多層非織造材料構成的嬰兒紙尿褲常被視為一個液體吸控系統[1]加以研究。與傳統布尿布相比，紙尿褲具有優良的液態水分管理能力[2]，主要表現在2個方面：一是尿液吸收過程中，其面層材料(紙尿褲最內層)的單向導水能力、吸收芯層的高吸水力，可確保尿液快速、及時地被吸收；二是尿液被吸收后，吸收芯層的高保水力、面層材料的防返滲性能和自身的干燥保持能力，背層材料(紙尿褲最外層)的防滲性能，可確保尿液不會回滲至人體皮膚表面，保障紙尿褲與人體皮膚接觸的衛生和舒適，同時避免尿液外滲、污染外穿服裝或寢具。然而，紙尿褲作為穿著于嬰兒體表的一件服用產品，它與服裝類似，在人體和外部環境之間擔當熱濕傳遞介質的角色。在干態條件下，嬰兒的生理產熱、排汗所含的熱量和濕氣須及時有效地通過紙尿褲傳遞至外部環境才能保證其熱濕平衡；吸收尿液后，除了產熱和排汗，嬰兒尿液所含的熱量和濕氣仍然須及時有效地通過紙尿褲傳遞至外部環境才能保證其熱濕平衡，否則，這些熱量和濕氣將在嬰兒體表與紙尿褲之間的微空間內積聚，易引起貼近嬰兒皮膚的溫濕度、pH值上升[3]，不僅會使嬰兒產生悶濕、熱負荷增加等不適感，還會通過引發角質層過度水合[4-5]而導致嬰兒皮膚受損。

為了提升嬰兒的舒適感，緩解因紙尿褲帶來的健康問題，研發人員和學者們重點關注了紙尿褲的熱濕舒適性，并對其影響因素進行了挖掘和分析?？傮w來看，紙尿褲熱濕舒適性研究經歷了2個發展階段。第1階段，紙尿褲材料的液態水分管理能力作為保障其熱濕舒適性的前提，是該階段的主要研究對象。面層材料的網狀結構[6]、凹凸狀處理[7-8]、纖維卷曲度降低[9]等能夠提升其導水、快干、透濕性能，減少皮膚角質層水合作用，提高嬰兒皮膚的干爽度和舒適度。設置導流層的必要性得到驗證，“導流層+阻尼層”雙層復合結構[10]、中間層具有波浪形橫向截面的3層復合導流層[11]的相繼研發，可使液體在縱向擴散和豎直方向滲透2方面達到高度平衡，使尿液更加快速、有效、均勻地被吸收，該層中纖維配比[7]的調整還可增加其臨時儲液功能。對于吸收芯層來說，其核心材料是高吸水樹脂(SAP)，然而，SAP吸液膨脹后的凝膠阻塞現象會導致紙尿褲斷層、起坨、降低后續吸液能力，為此，學者們重點考慮了SAP種類及配比[12]、SAP與傳統吸水材料絨毛漿的配比和混合均勻度[13]、吸收芯體的分層和分區結構[14]等解決手段，并取得了一定的成效。第2階段，鑒于一些單方面為提升紙尿褲液態水分管理能力而采取的設計手段，如防漏底膜、封閉式結構以及SAP膨脹交聯后所導致的整體材料通液性、透濕性下降等，均會在一定程度上降低其熱濕舒適性[15]，因此，該階段的研究重點為如何平衡紙尿褲液態水分管理能力與其熱濕舒適性之間的關系，使紙尿褲在具有良好水分管理能力的基礎上能最大程度地透過熱量和濕氣。其中，面層材料在粘合工藝、背層材料在膜結構、刮膠工藝等方面的改進被證實有助于提升其熱舒適性、透氣透濕性。如紡粘面層比熱粘面層表現出更好的導熱性和更為涼爽的感覺[16]，背層底膜微孔的孔徑大小[17-18]經Porous透氣刮涂工藝處理后[19]可具備阻礙液態水分子通過，但能使空氣和水蒸氣分子通過的特性，以同時滿足防漏需求及透氣透濕性能，這些發現均是這一階段的主要研究成果。

綜上可知，大多數學者著眼于探究紙尿褲各層材料的物性、結構、內含物質/纖維配比、生產工藝等因素對其熱濕舒適性的影響，而對紙尿褲穿戴使用時的影響因素，如紙尿褲整體及局部結構、嬰兒姿勢/活動、照顧者穿戴習慣、環境因素等少有提及和探索，而這些因素恰恰是紙尿褲穿著狀態下能夠影響其熱濕傳遞表現的可變因素，因此，本文根據紙尿褲在服用性能上與常規服裝的相似點和不同點，從著裝角度出發，梳理當前嬰兒紙尿褲熱濕舒適性的影響因素研究進展，總結和分析其中值得進一步探索的關鍵問題和未來的研究趨勢，以期為嬰兒紙尿褲熱濕舒適性的理論研究深化和產品功能優化提供有價值的參考。

1 紙尿褲著裝下的熱濕傳遞機制

紙尿褲著裝下的熱濕傳遞過程見圖1。由圖可知，紙尿褲的熱濕傳遞過程與常規服裝有諸多差異。

圖1 紙尿褲著裝下的熱濕傳遞過程Fig.1 Heat and moisture transfer process in t wearing state of diapers.(a) Before urination;(b) After urination

在嬰兒尿濕前的干燥狀態下，紙尿褲較厚的多層結構、與皮膚之間形成的相對封閉空間、以及具有防滲功能的背層底膜均不可避免地會對嬰兒熱量、濕氣的傳遞產生一定的阻礙作用，使得熱濕傳遞過程比常規服裝更加緩慢地進行，此時的紙尿褲相當于一件透氣透濕性較差的服裝，因此，對干態條件下的紙尿褲來說，如何在不影響其防滲漏能力的前提下盡可能提高透氣透濕性能是改善紙尿褲熱濕舒適性的研究重點。

在嬰兒尿濕后，紙尿褲吸液區中的多層材料整體上會有2類變化：一方面，吸收芯層中的SAP顆粒會與尿液中的水分子形成各種水合狀態，因水的導熱系數大于非織造材料，因此含水的吸收芯層會增加材料的導熱率近1.4 倍[20]，從而增強其傳導散熱作用；另一方面，SAP顆粒具有吸水膨脹特性，這將在短時間內迅速增加紙尿褲吸液區材料體積，不僅會壓縮紙尿褲微空間[21]，使得原本不透氣的封閉空間內水蒸氣壓升高，還會使SAP顆粒之間碰撞而產生的自由水分子因背層的低滲透性朝微空間釋放，增加微空間內的濕度和pH值，降低其熱濕舒適性。由此可見，紙尿褲與常規服裝不同的是，其吸液后材料的物理性質、體積形態在熱濕耦合的作用下均會發生變化，從而影響紙尿褲整體的熱濕傳遞過程。對濕態條件下的紙尿褲來說，如何調整紙尿褲微空間內的熱濕狀態至人體舒適范圍或接近人體舒適狀態，是尿濕階段改善紙尿褲熱濕舒適性的重點。

基于紙尿褲與常規服裝在熱濕傳遞機制上的共同點和差異，可從紙尿褲與人體之間的交互作用、與外部環境之間的交互作用2方面對紙尿褲著裝下熱濕舒適性的影響進行梳理和分析。

2 紙尿褲與人體間的交互作用

紙尿褲與人體間的交互較為復雜，該人體不僅包括紙尿褲的使用人嬰兒，也包括紙尿褲穿戴時的操作人嬰兒照顧者。本文分別從紙尿褲穿戴方法以及紙尿褲吸液前后的狀態等方面分析紙尿褲與人體間的交互作用對其熱濕舒適性產生的影響。

2.1 穿著過程中紙尿褲與人體間的交互

由于嬰兒無法自主穿戴紙尿褲，因此嬰兒照顧者成為穿脫紙尿褲的操作人。一般來說，紙尿褲具有腰貼連接件、彈性松緊帶等為適應嬰兒體型而設計的調節裝置，這種調節程度無規定標準可依，不可否認地會受到照顧者穿戴習慣的影響。其中，紙尿褲前后片的高度、腰貼的角度/位置、對稱性、以及左右腰貼之間的距離對紙尿褲合體性及穿著形態有一定程度的影響。然而，大多數對嬰兒照顧者習慣的研究[22-24]大都集中在更換紙尿褲時的清潔方式、更換次數等對尿布疹患病率和患病程度的影響，卻少有探討照顧者更換紙尿褲時的操作習慣是否會對嬰兒穿著紙尿褲時的整體形態、熱濕狀態以及尿布疹發生率產生影響。紙尿褲的2種穿戴方法(斜位黏貼法和水平位黏貼法)見圖2。

圖2 紙尿褲的2種穿戴方法Fig.2 Two methods of wearing diapers.(a) Oblique pasting;(b) Horizontal pasting

圖2示出了紙尿褲穿戴方法之間的微小差異，有研究[25]證實改良后的斜位黏貼法優化了紙尿褲前片位置及腰貼角度，可縮短新生兒臍部愈合時間、有效防止感染，并能夠在一定程度上改變紙尿褲與嬰兒局部皮膚之間的接觸情況，進而影響紙尿褲局部空間內的熱濕傳遞過程，最終作用于紙尿褲微空間內的熱濕狀態以及嬰兒的熱濕感覺。

為此，未來研究可對照顧者為嬰兒穿戴紙尿褲的不同方法進行分類和變量的提取，以探索不同穿戴方法對紙尿褲著裝下熱濕舒適性的影響，從熱濕舒適的角度指導照顧者如何正確地為嬰兒穿戴紙尿褲。

2.2 未吸液狀態下紙尿褲與人體間的交互

在嬰兒排尿前的干燥條件下，紙尿褲相當于一件較厚服裝，它與嬰兒身體之間的貼合程度，即適體性影響著紙尿褲微空間的大小。在服裝熱濕舒適性研究中，一些學者通過號型或局部松量的設置量化了衣下空氣層厚度[26]、體積[27-28]與服裝熱濕阻之間的關系，表明服裝的適體性能夠影響衣下空氣層的形態特征，從而間接作用于服裝熱濕舒適性，因此，紙尿褲的適體性也能夠在一定程度上對其熱濕舒適性產生影響。

但與服裝不同的是，紙尿褲微空間的分布在各區域間嚴重不均。一方面，紙尿褲腰圍處設計的彈性松緊便于嬰兒穿著不松垮、且可調節以適合嬰兒體型，因此腰部區域的微空間幾乎為0；另一方面，考慮尿液吸收后的膨脹，設計者會在紙尿褲襠部預留較大的空間，因此，對于紙尿褲來說，其適體性主要影響襠部微空間的大小。然而，目前的紙尿褲產品僅以體重分碼，可見相關標準GB/T 33280—2016《紙尿褲規格與尺寸》。這將會導致一些問題，如體重相同的嬰兒穿著同一尺碼的紙尿褲，大有可能因身長或體型的不同引起襠部微空間大小的差異。同一體重不同體型的嬰兒穿著同一款紙尿褲的差異見圖3。

圖3 同一體重不同體型的嬰兒穿著同一款紙尿褲的差異Fig.3 Difference between babies of same weight and different body types wearing same diaper. (a) Tall and thin;(b) Short and plump

圖3示出了二者襠部微空間的差別。與高瘦體型相比，矮胖體型會導致嬰兒腰圍更大、進而拉伸紙尿褲的腰圍w，使得w2>w1(注：w1、w2分別為同一款紙尿褲穿著在高瘦型和矮胖型嬰兒上時拉伸后的腰圍)，此時，無論哪種體型的嬰兒，其腰部與紙尿褲均處于貼合狀態，僅松緊度存在差異，因此二者的腰部微空間大小基本都為0；同時，矮胖體型會縮短嬰兒的股上長，即腰圍線至會陰點的距離，而紙尿褲的直襠深l并未改變，導致矮胖型嬰兒的襠部微空間更大，進而引起嬰兒襠部熱濕舒適感的變化。可見，當前嬰兒紙尿褲的適體性問題，若要將熱濕舒適性也考慮在內，則需在適用體重的基礎上加入身長和腰圍等變量進行進一步細分，以同時滿足適體與熱濕舒適的需求，這在之前的研究中也得到過驗證[29]。

除了嬰兒的個體差異會引起紙尿褲襠部微空間的變化進而影響其熱濕舒適性以外，紙尿褲款式、形狀的不同亦會引起微空間內熱濕狀態的差異，導致嬰兒熱濕舒適感的變化。與繁多的服裝款式相比，紙尿褲的款式僅有2類—腰貼型和褲型，2類紙尿褲整體結構的區別見圖4。

圖4 兩類紙尿褲整體結構的區別Fig.4 Difference between overall structure of two types of diapers.(a) Tape type;(b) Pant type

由圖4可知，其區別主要在于腰部結構：腰貼型通過左右腰貼與前腰的黏扣帶黏合；褲型則通過彈性腰圍來實現穩定穿著和腰圍調節。相比之下，腰貼型更多地適用于肢體脆弱的新生嬰兒，方便照顧者為其穿脫；褲型則更利于大月齡嬰兒活動，彈性可自主調節的腰部也更為舒適。一項探究成人紙尿褲熱濕舒適性的真人穿戴實驗[30]表明，在人體慢走過程中，腰貼型比褲型表現得更為透氣和不悶熱、且主觀熱濕舒適感更好，這對于嬰兒紙尿褲來說也具有啟發性；另一項采用示蹤氣體法考察嬰兒紙尿褲內部通風量的實驗[31]證明腰貼型紙尿褲的內部通風量更易受嬰兒動作幅度的影響；還有實驗[21]證明安裝有彈性腰圍的腰貼型紙尿褲在嬰兒尿濕后，其微空間的水蒸氣壓明顯高于無彈性腰圍的樣本，以上研究均說明紙尿褲局部的結構變化能夠改變局部空間的大小和封閉程度，使得微空間內的熱濕傳遞方式也隨之發生變化，影響空間內的熱濕狀態。另外，有學者[32]發現紙尿褲平面形狀的差異能夠影響嬰兒下肢的自發運動，進而通過運動姿勢、角度、頻率的不同間接作用于微空間的動態變化模式，影響微空間內的熱濕傳遞過程。在人體姿勢對常規服裝熱濕舒適性的影響研究中，有學者[33-34]探討了姿勢對服裝隔熱性能的影響，表明坐姿下的服裝總熱阻明顯低于立姿，且越厚實的服裝受姿勢變化的影響程度越大。同樣，嬰兒穿戴紙尿褲時的姿勢不一，也會影響臀部與紙尿褲內表面的接觸情況以及腿部的開合形態，進而改變紙尿褲微空間形態、影響其熱濕舒適性。有學者[35-36]針對嬰兒仰臥時腿部打開的基本姿勢，根據紙樣結構、材料特性以及嬰兒體型采用顯式有限元法模擬并預測了紙尿褲穿著時的形態及空氣層厚度分布。然而，該研究僅將其應用于紙尿褲的平面紙樣設計，并未基于紙尿褲微空間形態的相關預測結果進行著裝熱濕舒適性的研究，也并未考慮嬰兒處于其他身體姿勢的情形，因此，針對嬰兒姿勢引起的紙尿褲熱濕舒適性變化的研究，還具有較大的拓展空間。

2.3 吸液狀態下紙尿褲與人體間的交互

紙尿褲的吸液持液功能在嬰兒排尿后發揮作用，此時，紙尿褲相當于一件可以吸水和儲水的服裝。在尿濕后的潮濕條件下，紙尿褲吸液區內除了材料因吸水而導致的物性變化，如存液能力下降[37]、導熱能力上升[38]等，還會因SAP顆粒吸水膨脹而引起微空間形態的改變。

在分析紙尿褲微空間的形態變化時，需考慮多方面因素，包括吸液材料本身的硬挺度、懸垂性、體積膨脹率、尿液的質量、尿濕位置以及嬰兒姿態。嬰兒站姿下紙尿褲吸液后的襠部受力情況見圖5。

圖5 嬰兒站姿下紙尿褲吸液后的襠部受力情況Fig.5 Force on crotch of diaper after absorption when a baby is standing

由圖5可知，紙尿褲襠部材料會因吸液產生向人體方向的膨脹力F1，同時也會因尿液重力G以及向地面方向的膨脹力F2而下墜，2類相反方向的力相互制約，其綜合作用力引起微空間形態的變化。而對于坐姿、仰姿等嬰兒排尿時存在承托物的姿態，紙尿褲的某些區域會因嬰兒重力幾乎貼緊該局部皮膚，此時須考慮因嬰兒性別[39]所引起的尿濕位置差異，男寶偏襠前部、女寶偏臀后部。若尿濕位置與貼緊區域有重疊，則會因吸液膨脹導致紙尿褲面層更加貼緊嬰兒皮膚并對其施壓，不但增加了尿液返滲的風險，還會引起接觸不適；若尿濕位置遠離貼緊部位，其微空間形態的變化還會受二者之間的相對位置關系、尿液吸收后擴散方向的影響。有學者[40]單獨測定了SAP顆粒的體積膨脹率，但并未進一步對含SAP的紙尿褲材料在穿著狀態下的體積膨脹率進行測定。也有研究探討了排尿量[41]、尿濕次數[42]對微空間內溫濕度變化趨勢的影響，但分析中并未考慮這些因素還會改變相對封閉的微空間大小，進而引起微空間內熱濕狀態的變化，因此，在嬰兒排尿后，紙尿褲熱濕舒適性受到除了材料本身的熱濕傳遞性能影響外，還與影響其微空間大小的多項因素相關，這些因素能夠通過改變紙尿褲材料在吸液后的微空間分布而引起各局部區域的熱濕狀態差異。

3 紙尿褲與外部環境間的交互作用

對于常規服裝來說，外部環境對人體著裝熱濕舒適性的影響顯而易見，當人體—服裝—環境系統處于熱平衡狀態時，外部環境溫濕度的變化會打破這種平衡，導致人體的熱濕不適；而當該系統未達熱平衡狀態，外部環境溫濕度的積極調節作用則會提升人體的熱濕舒適感。

然而，由于紙尿褲自身結構的復雜性、吸收芯層的存在導致其熱濕傳遞的動力因素比服裝復雜[1]，且紙尿褲穿戴后會與嬰兒皮膚之間形成相對閉塞的微氣候[43]，該微氣候變化受外環境影響較小。另外，鑒于嬰兒多處于相對穩定而適宜的室內環境，因此在紙尿褲熱濕舒適性影響因素研究及相關測評標準中，環境因素的影響常常被忽略，默認為處于舒適環境范圍。如標準中常涉及到的環境條件為：溫度(23±2)℃，相對濕度(50±5)%(不同標準間的標準差可能有所不同)，即測評結果僅反映了材料在特定環境下的性能特點，環境條件的影響并未被納入考慮。

嬰幼兒、老年人、殘障者等群體屬于對環境舒適性具有高期望或有特殊要求的Ⅰ類人群。ISO 17772-1—2017《建筑物的能源性能 室內環境質量 第一部分：建筑能源性能設計和評價的室內環境輸入參數》針對Ⅰ類人群的室內環境參數見表1。表中示出了該群體在久坐和站立行走這2種活動水平下住宅區室內溫度的范圍標準。顯然，該標準所建議的舒適環境是一個較為寬泛的區域，且因人體活動水平改變而不同，并與采暖/制冷模式有關?？梢姡雎原h境因素的影響，將導致針對紙尿褲熱濕性能的研究具有局限性。

表1 ISO 標準針對Ⅰ類人群的室內環境參數Tab.1 Indoor environmental parameters specified by ISO standard for Class I group

雖然嬰兒所處的外部環境相對穩定，離皮膚最近的紙尿褲微氣候受外部環境因素的影響也相對較小，但有學者[42]針對外部環境溫濕度及空氣流速等參數的變化對紙尿褲微氣候的影響程度進行了量化和討論。該研究表明即使在室溫恒定為20 ℃的密閉實驗室里進行紙尿褲著裝實驗，室外陰雨天氣下測得的紙尿褲微氣候濕度都比晴天時高5%左右，這說明外部環境濕度的增加會改變紙尿褲內外環境的水蒸氣壓差，使得一些水分子緩慢通過紙尿褲多層材料而增加紙尿褲微空間中的濕氣，盡管這種影響程度在某些情況下可以忽略。因此，紙尿褲著裝下的熱濕舒適性研究，有必要關注外環境條件的影響，并置于多種實際著裝環境的模擬條件下進行，才能提升實驗結果的有效性和針對性。

4 結束語

嬰兒紙尿褲作為一件具有吸水功能的“特殊”服裝，其熱濕傳遞過程較常規服裝更為復雜，因此其著裝下的熱濕舒適性亦受多重因素的影響。本文從穿著角度，梳理并分析了目前紙尿褲熱濕舒適性的影響因素研究進展，總結得出以下值得深入探究的問題：

①穿著紙尿褲時，紙尿褲與嬰兒皮膚之間所形成的微空間是提升其熱濕舒適性的關鍵研究對象，相關影響因素的挖掘可從微空間大小和氣候的變化角度入手。

②紙尿褲熱濕舒適性的影響因素除了材料本身的水分管理能力與熱濕傳遞性能外，還包括尿濕前紙尿褲款式結構、嬰兒體型以及照顧者穿戴習慣等因素共同導致的適體性差異，尿濕后材料的力學性能、尿液質量、尿濕位置、嬰兒姿勢等因素共同引起的微空間形態差異。

③與常規服裝相比，紙尿褲熱濕舒適性受外部環境因素的影響相對較小，但不能忽略。