成人失禁裤/垫芯的制备与性能研究

胡 杰 徐熊耀2 吴海波

1. 东华大学纺织学院,上海 201620；2. 浙江王金非织造布有限公司,浙江 湖州 313104

如今，失禁是一种常见的病征。全球有数百万的成年人因各种因素(如怀孕、分娩、糖尿病、前列腺问题、老龄化等)罹患失禁病征[1-3]。失禁不仅出现在老年人身上，在上班族中也越来越常见。无论是男性还是女性，都有可能出现这种情况。目前，我国65岁以上需要长期护理的老年人数约3 750万，65岁以下的瘫痪和半瘫痪病人约200万，再加上其他失禁病人，保守估计全国需要使用成人失禁用品的总人数近4 000万，成人失禁用品市场前景非常广阔。2017年，全球的成人失禁用品市场规模达到约632亿美元[4]。其中，成人失禁裤/垫作为成人失禁用品中的一员，受到了失禁病人的青睐，其为他们的正常社交生活带来了极大的便利。

成人失禁裤/垫一般由面层、导流层、吸收芯层、防漏底层组成，其中吸收芯层在整个系统中起着关键性作用。市面上的成人失禁裤/垫芯主要由高吸水树脂(Super Absorbent Polymer，SAP)和绒毛浆(或木浆纤维)组成，虽然能够容纳大量的液体，但SAP一旦吸水即膨胀成为水凝胶，这会降低吸收芯层的吸液能力[5]。因此，含有SAP的成人失禁裤/垫均为一次性卫生用品。

黏胶纤维属于纤维素纤维，具有良好的吸湿透气性，其服用舒适性远远优于普通合成纤维，且来源广泛，能自然降解，不会污染环境[6]。但黏胶纤维吸湿后强度明显下降，其织物的尺寸稳定性也较差[7]。丙纶的纤维强度高，耐磨性好，耐酸、耐腐蚀等性能优于其他合成纤维，而且不霉不蛀，卫生性好[8-9]。故本试验选择在黏胶纤维原料中混入少量丙纶，并采用针刺和热风加固的非织造技术，改善黏胶纤维织物尺寸稳定性差的情况。通过对试样的吸液率、持液率、液体穿透时间、纵向扩散长度、返湿量、透湿率、缩水率等进行测试，得到制备较好吸液性能、持液性能和尺寸稳定性的成人失禁裤/垫芯的最优工艺参数。

1 试验部分

1.1 原料

本试验选用黏胶纤维和丙纶为原料。黏胶纤维长度为38 mm，线密度为1.83 dtex，实际回潮率为12.97%，拉伸断裂强力为3.54 cN，拉伸断裂伸长率为16.76%；丙纶长度为40 mm，线密度为1.76 dtex，实际回潮率为1.25%，拉伸断裂强力为3.94 cN，拉伸断裂伸长率为36.63%。JSM-5600 LV扫描电子显微镜观察到的两种纤维的表面形态如图1所示。

(a) 黏胶纤维

(b) 丙纶

1.2 仪器设备

试验仪器：JSM-5600 LV扫描电子显微镜、YG814D液体穿透仪、YG601H电脑型织物透湿仪、Y089D自动缩水率试验机。

试验设备：BG038-100开松机、BG058-120大仓混棉箱、BG179-70气压棉箱、BG218A-100双道夫杂乱梳理机、BG258-60交叉铺网机、FZZ-1200预针刺机、MFC-100主针刺机、H-TS-3烘箱。

1.3 试样制备

通过针刺和热风加固工艺，在不同的工艺参数条件下制备出12种非织造布试样，其编号分别标记为1#～12#。

试验共分两个阶段。

阶段一：以黏胶纤维为原料，梳理交叉铺网后经针刺加固，制备出9种黏胶针刺非织造布试样(1#～9#)，主要研究面密度、针刺密度对试样相关性能的影响，试验方案如表1所示。

阶段二：在阶段一的基础上，选取最优面密度和最优针刺密度作为工艺参数，并确定一定的热风温度、热风时间，以黏胶纤维和丙纶为原料，改变两种原料的质量配比，梳理交叉铺网后经针刺和热风加固，制备出3种黏胶/丙纶针刺热风非织造布试样(10#～12#)，主要研究原料的质量配比对试样相关性能的影响。

表1 阶段一试验方案

表2 阶段二试验方案

1.4 性能测试

1.4.1 表面形态

采用JSM-5600 LV型扫描电子显微镜，观察12种非织造布试样的表面形态。

1.4.2 吸液率和持液率

参照GB/T 24218.6—2010《纺织品 非织造布试验方法 第6部分：吸收性的测定》标准，称取一定质量(M1)的干燥试样，试样尺寸为100 mm×100 mm，将其浸没在去离子水中，1 min后立即取出并垂直悬挂2 min，立即称取此时的试样质量(M2)；然后，迅速地将湿态试样放在标准吸液垫上，同时将1.2 kg的标准压块压在试样上，1 min后立即称取此时的试样质量(M3)。吸液率(La)以试样所吸收的液体质量与试样干燥质量之比的百分数表示，持液率(Lh)以试样加压吸收后残留的液体质量与试样干燥质量之比的百分数表示，具体分别见式(1)、式(2)。每种试样测5次，结果取平均值。

(1)

(2)

1.4.3 液体穿透时间

参照GB/T 24218.8—2010《纺织品 非织造布试验方法 第8部分：液体穿透时间的测定(模拟尿液)》标准，在规定条件下，将5 mL模拟尿液以一定速度流到放置在标准吸液垫上的干燥试样上，试样尺寸为100 mm×100 mm，用电测法测量全部液体穿透试样所需的时间，即液体穿透时间。每种试样测10次，结果取平均值。

1.4.4 纵向扩散长度

参照GB/T 24218.11—2012《纺织品 非织造布试验方法 第11部分：溢流量的测定》标准，将干燥试样放置在标准吸液垫上，试样尺寸为140 mm×280 mm，在规定时间内，将25.000 g质量浓度为9 g/L的氯化钠溶液通过漏斗排放到试样上，测量液体在试样纵向扩散的最长距离，即纵向扩散长度。每种试样测5次，结果取平均值。

1.4.5 返湿量

参照GB/T 24218.14—2010《纺织品 非织造布试验方法 第14部分：包覆材料返湿量的测定》标准，将干燥试样放置在标准吸液垫上，试样尺寸为125 mm×125 mm，再按GB/T 24218.13—2010《纺织品 非织造布试验方法 第13部分：液体多次穿透时间的测定》标准中的方法进行3次液体穿透试验。在第3次液体穿透试验结束后，轻轻将模拟婴儿负荷(Simulated Baby Load，SBW)放置在试样和标准吸液垫上3 min，然后移开SBW和标准吸液垫，将质量为m1的2层干燥的吸纸放置在试样上，并将SBW放在吸纸上2 min，称量此时2层吸纸的质量(m2)。返湿量(mWB)以2层吸纸返湿前后的质量差表示，按式(3)计算。每种试样测3次，结果取平均值。

mWB=m2-m1

(3)

1.4.6 透湿性

参照GB/T 12704.1—2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第1部分：吸湿法》标准，将试样放置在装有35.000 g干燥剂的透湿杯上，用垫圈、压环、螺帽等固定，组成试验组合体。将试样组合体置于温度为38 ℃、相对湿度为90%的试验箱中平衡1 h，迅速盖上透湿杯杯盖并放在20 ℃的硅胶干燥器中平衡30 min，称量此时透湿杯杯盖及试验组合体的质量；然后移走透湿杯杯盖，将试验组合体再次放入温度为38 ℃、相对湿度为90%的试验箱内，经1 h试验时间后取出，并迅速盖上同一个透湿杯杯盖，称量此时透湿杯杯盖及试验组合体的质量。试样的透湿性以单位时间内试样单位面积的透湿量(即“透湿率”)表示，按式(4)计算。每种试样测3次，结果取平均值。

(4)

式中：WVT为透湿率，g/(m2·h)；Δm为透湿杯杯盖及试样组合体2次称得质量之差，g；A为试样有效试验面积，0.002 83 m2；t为试验时间，h。

1.4.7 尺寸稳定性

参照GB/T 8629—2001《纺织品 试验用家庭洗涤和干燥程序》标准，并结合GB/T 8878—2014《棉针织内衣》标准，选择前者中的5A程序对一定尺寸的试样进行洗涤。洗涤结束后，将试样放置在温度为20 ℃、相对湿度为65%的环境中，采用悬挂法自然晾干。试样的尺寸稳定性以试样洗涤前后的纵向、横向尺寸变化率(即“缩水率”)表示，按式(5)计算。每种试样测3次，结果取平均值。

(5)

式中：l1为试样洗涤前尺寸，cm；l2为试样洗涤后尺寸，cm。

2 试验结果与分析

2.1 表面形态

图2以11#试样为例反映了热风加固前和热风加固后的表面形态。

(a) 热风加固前

(b) 热风加固后

由图2(a)可见，热风加固前的试样由于已受到反复针刺作用，纤维之间相互穿插纠缠，已形成三维立体网状多孔结构[9]。

由图2(b)可见，热风加固后的试样中熔点较低的丙纶收缩熔融产生了黏结点，纤维之间的缝隙和孔洞较热风加固前变大[10-11]。

2.2 吸液率和持液率

1#～9#试样的吸液率和持液率测试结果如图3所示。

结合图3(a)：(1)分别比较1#～3#、 4#～6#、 7#～9#试样发现，在相同的面密度下，针刺密度增加会导致试样的吸液率下降。当针刺密度较小时，纤维缠结稀疏，彼此之间的孔隙大又多，故试样能容纳其自身干燥质量数倍的液体；当针刺密度较大时，纤维缠结变得紧密，纤维之间的孔隙小又少[12-13]，因此试样能容纳的液体质量减少。(2)分别比较1#、 4#、 7#,2#、 5#、 8#,3#、 6#、 9#试样发现，在相同的针刺密度下，试样面密度增加，其吸液率略有提升。这是因为试样单位面积内的纤维根数增多，试样厚度增加[14]，故其吸液能力增强，但当面密度超过200 g/m2后，吸液率提升幅度变小，如4#和7#,5#和8#,6#和9#，吸液率基本相同。

(a) 吸液率

(b) 持液率

由图3(b)可发现，9种试样的持液率的变化趋势与吸液率基本一致，这可能是因为黏胶纤维既具备一定的亲水性能，又具备一定的保水性能。但9种试样的持液率的差异较小，基本保持在550%～650%。在持液率测试过程中，试样会受到标准压块的挤压。当面密度相同时，吸液率主要取决于试样内孔隙的大小与多少，而孔隙所容纳的液体很容易被挤出，故各试样间的持液率变化不明显；当针刺密度相同时，吸液率主要取决于试样包含的纤维根数，虽然黏胶纤维既有亲水性能又有保水性能，但保水性能远远不如亲水性能，试样受到一定质量的标准压块的挤压后，其内部能够留存的液体并不多，故持液率变化不大。

综合图3可知，7#试样的吸液率和持液率均为最大，而4#试样的吸液率与7#试样差异很小，持液率稍低于7#试样。故综合原料成本、加工成本等因素，确定选取4#试样的工艺参数即面密度200 g/m2和针刺密度1 000刺/cm2作为最优工艺参数，并运用到阶段二的试样制备中。

10#～12#试样的吸液率、持液率测试结果见表3。比较10#～12#试样发现，随着黏胶纤维质量配比的增加，试样的吸液率和持液率逐渐增大。黏胶纤维具有较强的吸水能力，因此其质量配比越大，试样的吸液率越高。同时，黏胶纤维还具有一定的保水性能，在一定压力作用下仍然能保存部分液体，因此其质量比越大，试样的持液率越高。故10#试样的吸液性能和持液性能较优。

表3 10#～12#试样的吸液率、持液率测试结果

2.3 液体穿透时间

表4所示为10#～12#试样的液体穿透时间测试结果，可以看到，随着黏胶纤维质量配比的增加，液体穿透时间减少。一方面，黏胶纤维具有较强的吸湿性能，能快速吸收液体，液体在其自重及黏胶纤维较强的吸收作用下，下渗速度迅速提高，因此黏胶纤维质量配比越大，液体穿透时间越短；另一方面，虽然丙纶的吸湿性不如黏胶纤维，但随着丙纶质量配比的增加，更多的丙纶由于热风作用会熔融在黏胶纤维上，黏结点数增加，纤维与纤维之间的孔隙增大，这也有利于液体快速穿透试样[15]。但前者对液体穿透时间的影响更大，因此10#试样的液体穿透时间最短。

表4 10#～12#试样的液体穿透时间测试结果

2.4 纵向扩散长度

通常采用滑渗量来表征液体沿试样纵向扩散的能力。但在本试验中，由于试样采用质量配比较大的亲水性黏胶纤维制备而成，液体能够被试样完全吸收，没有外溢，故采用纵向扩散长度来表征液体沿试样纵向的扩散能力。如表5所示，12#试样的纵向扩散长度最长。黏胶纤维的吸湿性能较强，其在迅速吸收液体的同时会阻碍液体扩散，因此黏胶纤维质量配比越大，液体的纵向扩散长度越短。

表5 10#～12#试样的纵向扩散长度测试结果

2.5 返湿量

如表6所示，12#试样的返湿量最小，其在潮湿环境中，皮肤舒适感好，不易出现红疹等现象。一方面，黏胶纤维是亲水性纤维，其保水性较好，有利于返湿，因此黏胶纤维的质量配比越小，返湿量越小；另一方面，虽然丙纶的吸湿性不如黏胶纤维，但随着丙纶质量配比的增加，更多的丙纶会由于热风作用受热熔融，试样内的黏结点数增多，纤维间的孔隙变大，在外力作用下，液体大部分被放置在试样下方的标准吸液垫吸收，这使得被2层吸纸吸收的液体质量较小，即返湿量低。

表6 10#～12#试样的返湿量测试结果

2.6 透湿率

如表7所示，10#试样的透湿率最大。一方面，黏胶纤维为亲水性纤维，吸湿效果明显，有助于水气传递。另一方面，丙纶的透湿性高于黏胶纤维，随着丙纶质量配比增加，试样的透湿性提高；同时试样内的黏结点数增多，纤维间孔隙变大，液体传递阻力降低，这也有利于透湿率提高。但前者对透湿率的影响更大，因此10#试样的透湿率最大。

表7 10#～12#试样的透湿率测试结果

2.7 缩水率

10#～12#试样的缩水率测试结果见表8。

表8 10#～12#试样的缩水率测试结果

由表8可知，随着黏胶纤维质量配比的增加，试样的纵向、横向缩水率均上升。黏胶纤维吸水后其横向发生溶胀，纤维直径增大，湿强大大降低，使得由黏胶纤维制成的试样在水洗过程中容易产生变形损伤，尺寸稳定性差。将黏胶纤维和丙纶结合，能够明显改善黏胶纤维制成的试样的缩水情况。经热风加固后，丙纶发生熔融而在试样上产生黏结点，使得纤维与纤维之间结合紧密，试样在洗涤干燥后不容易发生尺寸变化，故12#试样的缩水率最低，表明其尺寸稳定性最好。另外，随着洗涤次数的增加，试样的缩水率越来越大，即尺寸稳定性越来越差。总体上，试样纵向缩水率始终低于横向缩水率，原因与本试验采用交叉铺网技术形成纤网有关。试样中的纤维主要沿纵向排列，因此试样的纵向尺寸稳定性更好。

3 结论

(1) 通过对黏胶针刺非织造布的吸液率、持液率的测试分析，选取面密度200 g/m2、针刺密度1 000刺/cm2作为最优工艺参数，并运用到黏胶/丙纶针刺热风非织造布的制备中。

(2) 通过对黏胶/丙纶针刺热风非织造布的吸液率、持液率的测试分析可知，当黏胶纤维/丙纶质量配比为95/5时，试样的吸液率、持液率最高。

(3) 通过对黏胶/丙纶针刺热风非织造布的液体穿透时间的测试分析可知，当黏胶纤维/丙纶质量配比为95/5时，试样的液体穿透时间最短。

(4) 通过对黏胶/丙纶针刺热风非织造布的纵向扩散长度的测试分析可知，当黏胶纤维/丙纶质量配比为85/15时，试样的纵向扩散长度最长。

(5) 通过对黏胶/丙纶针刺热风非织造布的返湿量的测试分析可知，当黏胶纤维/丙纶质量配比为85/15时，试样的返湿量最低。

(6) 通过对黏胶/丙纶针刺热风非织造布的透湿率的测试分析可知，当黏胶纤维/丙纶质量配比为95/5时，试样的透湿率最高。

(7) 通过对黏胶/丙纶针刺热风非织造布的缩水率的测试分析可知，当黏胶纤维/丙纶质量配比为85/15时，试样的缩水率最低，尺寸稳定性最好。

综合成人失禁裤/垫芯上述各性能的测试分析结果，得到最优工艺参数组合：当面密度为200 g/m2、针刺密度为1 000刺/cm2时，黏胶纤维/丙纶质量配比为95/5的试样的吸液率、持液率、透湿率最高，液体穿透时间最短；黏胶纤维/丙纶质量配比为85/15的试样的纵向扩散长度最长，返湿量最低，尺寸稳定性最好。