高性能纸尿裤的设计理念

2017-09-19DrNorbertHerfert巴斯夫

生活用纸 2017年9期

关键词：芯体吸收量织造布

Dr.Norbert Herfert 李乐巴斯夫

高性能纸尿裤的设计理念

High Performance Diaper Design

Dr.Norbert Herfert 李乐巴斯夫

1 终端消费者需求

图1 终端消费者对纸尿裤的需求

我们进行了全球不同区域的纸尿裤市场的研究，如图1，消费者最重要的三个需求分别是希望纸尿裤能够有效地防止渗漏，对皮肤有保护作用，以及穿着舒适。其中对于皮肤的保护就必须要做到保证皮肤的干爽。本报告将着重讲述怎样防止渗漏和保持皮肤干爽，这取决于吸收芯体的设计。

2 全球纸尿裤芯体的设计

全球不同区域的纸尿裤芯体的设计不同。第一种是传统的绒毛浆结构，由高吸收性树脂（SAP）颗粒分散在绒毛浆纤维中组成的，这种芯体是全球范围最普遍采用的。

图2 传统SAP/绒毛浆芯体的生产流程示意图

如图2所示，成卷的绒毛浆开卷后被送到粉碎机进行粉碎，开解成纤维，绒毛浆纤维和SAP颗粒在真空成型鼓进行混合成型，然后进入下一步制作工艺。

这种结构的芯体吸收速度快并具有较好的防反渗性能，但是SAP和绒毛浆的混合均匀度会影响到最终纸尿裤的效果。在这种芯体中绒毛浆的存在可以为纸尿裤提供一个暂时的液体存储空间，有助于快速吸收液体。绒毛浆提供了非常好的导流效应，使芯体具有较高的利用率。但是这种结构的不足之处在于芯体比较厚，并且将绒毛浆纤维和SAP颗粒均匀地混合在一起是不容易的。所以随着SAP含量增加，SAP比例的增大，想要得到一个均匀混合芯体也变得越来越困难，整个芯体的成型和工艺过程也会相应地变得复杂和更难把控，同时，需要消耗更多的能源。

图3 超薄复合芯体的生产流程示意图

另外一种是超薄复合芯体，如图3所示，主要是在中国广泛应用的一种芯体结构，这是一种典型的“三明治”结构。中间一层非织造布（蓬松非织造布），上下是SAP和干法纸或者卫生纸等其他材料，部分SAP被粘在干法纸或者卫生纸等材料上，部分SAP会嵌在中间的（蓬松非织造布）非织造布中。这种吸水纸芯体非常薄，吸收液体后也能够保证芯体较好的整体性，并且整个工艺过程更为简单。现在有很多供应商将2个加料斗改成4个加料斗，可以将更多的不同的SAP进行混合，增大了SAP选择的灵活性，同时提升了混合均匀度。这种芯体不足之处是对液体的扩散不够充分，导致芯体的利用率较低，夜用时渗漏的机率比较高，有可能会导致皮肤红疹。另外，吸水纸芯体的纸尿裤生产过程是不连续的，芯体的生产和纸尿裤的生产过程是分离的。

另外还有其他类型的无绒毛浆芯体结构，也是三明治式的层状结构，SAP被非织造布或其他材料固定或者是SAP分散在多孔材料中。无绒毛浆芯体非常薄，比传统芯体的生产工艺更简单，并且整合在纸尿裤生产线中。这种结构的不足之处是由于不含绒毛浆导致暂时的储液量比较低，需要较厚的导流层来避免渗漏。

3 如何优化纸尿裤芯体结构

针对现在中国市场上两种主流芯体结构，一种是传统绒毛浆芯体结构，一种是超薄复合芯体结构，优化芯体结构设计。

3.1 传统绒毛浆芯体

图4 西欧和北美市场传统绒毛浆芯体结构

传统绒毛浆芯体在西方国家和亚洲都比较普遍。西欧和北美国家典型的超薄纸尿裤设计是芯体中SAP比例为50%～70%，非常薄，使用定量很高的导流层，大概在50～110g/m2。这些导流层放在加液区域，并且只在芯体的部分区域，通过导流层将液体均匀分布在吸收芯体中。高定量的导流层提供了有效的暂时存储液体的空间，使吸收速度加快。由于芯体中SAP比例较高，需要SAP具有好的胶体强度和好的通液性，避免发生胶体堵塞。

如果芯体中SAP比例非常高并使用低定量的导流层，由于缺少了有效的暂时储液空间，就要求SAP必须在多次加液时仍然具有非常快的吸收速度。

图5 亚太市场传统绒毛浆芯体结构

亚太市场上典型的传统绒毛浆芯体结构，通常SAP添加比例较低，在50%以下，导流层定量也比较低，或者是为了成本考虑，不添加任何导流层。这种减少了成本并且也简化了纸尿裤的工艺过程，提高了纸尿裤的柔软度。通常情况下，上面有一层完全覆盖芯体的3D压花非织造布面层，提高柔软度和帮助液体在芯体中扩散。这种芯体结构提供有效的暂时储液空间和良好的液体传导能力，SAP可以抓住绒毛浆中的液体并且永久地锁住液体。因此对SAP的吸收速度要求比较低，但是要求其具有高保水量和好的胶体强度，使纸尿裤更加干爽并具有快速有效的吸收性能。

案例分析一

图6 亚洲绒毛浆结构芯体优化案例

图6 所示的芯体案例，SAP比例在46%左右，并且搭配了定量为35g/m2的导流层和18g/m2的3D压花表层。用两种不同的SAP分别制成纸尿裤，一种是HySorb®N7059，具有高保水和在压力下锁水效果非常好；另一种是市场上的低保水量、0.3PSI压力下低吸收量的SAP。

图7 两种SAP制成的纸尿裤性能测试

由图7可知，HySorb®N7059在标准的平板穿渗实验中表现出了低反渗和更好的干爽性，还有高的吸收量和保水量的优势。这些优势使得整个纸尿裤也表现出了干爽和高保水量的优势。

除了正确选择SAP的类型，还有一些其他的提高绒毛浆结构芯体性能的方案。SAP和绒毛浆的均匀混合是影响芯体性能的关键，芯体的均匀度会影响反渗和多次加液后芯体的整体性。

均匀度越高防反渗性能越好，芯体的利用率越高。很多纸尿裤生产厂通过将SAP吹入绒毛浆纤维流中来提高混合的均匀度，需要注意的是在混合过程中要避免对SAP颗粒造成损害。因为SAP的颗粒结构是内部低交联达到高吸收能力和表面高交联达到高胶体强度。颗粒被破坏之后，胶体强度就会降低，加压下的吸收能力就会减弱，通液性也会降低，就会表现出更多的胶体堵塞和较差的吸收性能。

巴斯夫提供了一种非常专业的SAP投料系统，提高SAP和绒毛浆的混合效果，可应用在不同的芯体制作工艺中，如新生儿纸尿裤，传统婴儿纸尿裤，甚至是成人纸尿裤。该系统可以更好地控制芯体成型工艺、提高SAP添加位置的准确率和利用率、保证每片纸尿裤的稳定性、降低对SAP颗粒的损害。

3.2 超薄复合芯体

怎样将最终消费者的需求转化为纸尿裤的测试指标？怎样将这个测试指标与SAP的某项指标建立联系？我们在实验室进行了全方位的研究。消费者要求的干爽度可以用纸尿裤的反渗量来表示，高吸收量，可以用纸尿裤30min吸收量和一天保水量来表示，这两个要求都与SAP的离心保水量和0.3PSI压强下的加压吸收量有关。

纸尿裤的防漏性能可以用加压下的平板穿渗时间表示，纸尿裤的持续吸液能力可以用泼水实验和短时间的干爽测试来表示，这两个指标与SAP的吸收速度、离心保水量以及0.3PSI压强下加压吸收量有关。

总的来说，不是单单一个参数就可以决定最终纸尿裤的某一项性能。当SAP的吸收速度可以快到来满足防止漏尿的性能要求时，其吸收能力和好的胶体强度也就是离心保水量和 0.3PSI压强下加压吸收量就变成了对超薄纸尿裤复合芯体非常重要的指标了。这个结果可能会令人有些惊讶，因为我们之前总是认为SAP的吸收速度才是最重要的指标。

传统的SAP吸收速度测试方法，如漩涡法测自由吸收速度或者是1min吸收量，SAP颗粒是在自由状态下吸收液体，没有任何压力。但是在超薄复合芯体中，SAP的吸收会受到胶粘剂和非织造布的阻碍，这就意味着SAP是在压力下吸收液体。那么0.3PSI压强下的加压吸收量可以有效地模拟SAP在芯体中吸收的情形，所以说在SAP已经具有了有效的吸收速度时，保水量和胶体强度同样是SAP在超薄吸水纸复合芯体纸尿裤中非常重要的两个指标。

案例分析二

HySorb®6830是一款具有综合性能的SAP，将其与市场上的4种SAP分别做成相同结构的超薄复合芯体纸尿裤，不使用导流层，搭配常见的20g/m2定量的3D压花面层。对这5种纸尿裤进行悬挂U型测试。U型测试可以很好地模拟婴儿穿着纸尿裤时的状态。在第三次吸液后，添加HySorb®6830的纸尿裤表现出非常快的吸收速度，并且反渗量最低。