热风非织造布对纸尿裤吸液性能的影响

施纯秒

福建冠泓工业有限公司(中国)

据预测，2020年全球纸尿裤市场规模将超过750亿美元，年复合增长率达5%。亚太地区是全球纸尿裤三大市场之一，届时其纸尿裤市场规模将达280亿美元，年复合增长率超过10%。中国“二孩政策”的实施也将给纸尿裤行业的发展带来新的动力[1]。纸尿裤作为一种婴幼儿日常生活用品，其综合性能备受消费者关注。其中，纸尿裤的吸液性能如穿透、反渗等指标影响产品的使用性能，并直接决定纸尿裤质量。本文从纸尿裤的吸液机理出发，探究热风非织造布作为纸尿裤面层材料对其穿透和反渗性能的影响。

纸尿裤是一种由多层非织造布材料组成的液体吸控系统，按照其具体结构可分为表面面层、吸收芯层、底膜、隔边和导流层这几个主要组成部分。纸尿裤吸液原理是利用各层非织造材料的功能性搭配满足渐进吸液的过程。当将人工尿液倒入纸尿裤试样时，尿液首先会接触表面面层材料，并沿着非织造材料分别向横纵向扩散，然后液体穿透面层流向导流层材料，最后被吸收芯层中的吸水高分子吸收。常规吸收芯体由绒毛浆和吸水高分子复合组成，高分子分散在绒毛浆上。人工尿液进入吸收层后，接触绒毛浆，绒毛浆通过其毛细管的作用将尿液迅速吸收、扩散。接着芯体内高分子将吸收由绒毛浆传递来的人工尿液，绒毛浆重新恢复到干燥状态后进行下一次吸液。当人工尿液继续向深层扩散达到底膜层时，由于液体分子直径大于微孔膜直径，其被留存在纸尿裤中而不渗漏，直径小的气体分子则能向外界扩散，增加纸尿裤的透气性。若刚开始加入过多的尿液，纸尿裤无法及时吸收过多尿液而使部分尿液残留在面层并向横向扩散，此时防侧漏边材料的拒水作用将阻碍液体进一步扩散，防侧漏隔边材料需要一定的耐静水压才能防止液体溢出而发生侧漏现象[2]。

面层作为纸尿裤实现吸液的第一层，是整个吸液过程的开始。其主要作用是将尿液或其他液体逐渐吸收并传递到纸尿裤的下一层结构。在使用过程中，其直接接触婴幼儿娇嫩的皮肤，在吸收、传递液体的同时需确保能保持纸尿裤表面相对干燥而柔软。纸尿裤的反渗性需进行严格控制，否则容易使婴幼儿产生湿疹等症状。随着消费者对产品吸液性能和手感要求的提高，热风非织造布因其蓬松、柔软等特性逐渐走上高端市场。研究热风非织造布性能对整个纸尿裤吸液性影响将具有很好的指导意义。热风非织造布生产工艺为纤维开松，梳理成网，再经过热空气加热、加固，形成干法非织造布。由此形成的热风非织造布具有较好的空间立体结构，具有贯通孔多，密度小，结构疏松的特点，能够暂存自身质量约10倍的液体。从而使人工尿液穿透时间短，有利于尿液快速传输。在工艺上，通过调整纤维铺网的纤维排列结构，可赋予非织造布更好导流性能。

热风非织造布材料的原料性能、非织造布厚度及其结构密实度等对面层的透水性都有重要影响。从微观角度分析，面层吸收水分子，传递人工尿液的机理主要存在3种形式：纤维对水分子的直接吸收，纤维与纤维间的间隙产生毛细管效应，以及水压迫水分子透过织物空隙作用。因要求面层保持干燥，需选择吸湿性低的合成纤维，第一种方式所起的效果较弱，而第二和第三种方式为面层主要的透水方式。目前市场上最常用的面层材料为热风或纺黏非织造材料，热风非织造材料因具有良好的空间结构，液体可通过多数孔隙曲折迂回穿透织物。其中热风非织造材料的厚度在同等面密度下是热轧、纺黏和熔喷非织造材料的3～5倍，良好的空间结构增加了纤维间的空隙，而一定的厚度和贯通孔使得液体回升通道变得复杂，一定程度上可阻止液体返渗，从而降低液体的回渗量[3]。

1 试验材料与测试方法

1.1 试样制备

本文首先选择不同性能的纤维，经开松混合、一道精开松、二道精开松、末道棉箱、气压棉箱分布、梳理机多辊梳理混合、上下道夫成网铺网、5节烘箱逐级加热、烫平加热、冷却机冷却、卷绕成卷布后，分切成热风平纹非织造布，如图1a)所示。然后对热风平纹非织造布进行不同方式的后加工，制备热风打孔成品，最后采用小型喷胶机设备制成纸尿裤试样。制备型号为L码的纸尿裤试样，如图1b)所示，模拟实际大货生产产品。将不同性能的热风非织造布材料加工到相同芯体与底膜复合膜上，采用相同的热熔胶及加工工艺参数，探究热风非织造布各项性能指标对纸尿裤渗透性能的影响。具体的纸尿裤试样制备方案如下。

a) 热风非织造布

b) 手工制备L码纸尿裤

1.1.1 制备不同亲水性能的热风非织造布纸尿裤

分别采用单亲油剂纤维和多亲油剂纤维按照开松、梳理、成网、烘箱加热、烫平加热、冷却机冷却、卷绕成卷布、分切成非织造布的生产流程，制备热风平纹非织造布。再采用相同的喷胶工艺及相同的产品结构，通过喷胶机设备将不同亲水性纤维的热风平纹非织造布制成纸尿裤试样。

1.1.2 制备不同线密度纤维的热风非织造布纸尿裤

采用线密度分别为0.22、 0.17和0.13 tex(分别对应2.0、 1.5和1.2 D)的纤维按照开松、梳理、成网、烘箱加热、烫平加热、冷却机冷却、卷绕成卷布、分切成非织造布的生产流程，制备不同热风平纹非织造布。再采用相同的喷胶工艺及相同的产品结构，通过喷胶机设备将不同纤维线密度热风平纹非织造布制成纸尿裤试样。

1.1.3 制备不同纤维排列结构的热风非织造布纸尿裤

采用相同的纤维，按照开松、梳理、成网、烘箱加热、烫平加热、冷却机冷却、卷绕成卷布、分切成非织造布的生产流程，制备不同热风平纹非织造布。在生产过程中，分别调整道夫与集棉辊1，集棉辊1与集棉辊2的速度比为1.00∶1.15和 1.00∶1.10；调整道夫与集棉辊1，集棉辊1与集棉辊2的速度比分别为1.00∶1.35和1.00∶1.15，以改变纤维在网面的不同排列方式。再通过喷胶机设备将不同结构类型热风平纹非织造布，采用相同的喷胶工艺及相同的产品结构制成纸尿裤试样。

1.1.4 制备不同厚度的热风非织造布纸尿裤

采用相同的纤维按照开松、梳理、成网、烘箱加热、烫平加热、冷却机冷却、卷绕成卷布、分切成非织造布的生产流程，制备不同的热风平纹非织造布。在生产过程中，通过调整热风烘箱风量和温度，以及烫平机压力制成厚度分别为1.0 mm和0.7 mm的热风平纹非织造布。再采用相同的喷胶工艺及相同的产品结构，通过喷胶机设备将不同厚度热风平纹非织造布制成纸尿裤试样。

1.1.5 制备不同后加工方式的热风非织造布纸尿裤

采用相同的纤维按照开松、梳理、成网、烘箱加热、烫平加热、冷却机冷却、卷绕成卷布、分切成非织造布的生产流程工艺制成不同的热风平纹非织造布。再通过选择不同孔型打孔机对所得热风非织造布进行打孔加工成打穿型非织造布和非打穿型非织造布产品。最后将打穿和非打穿热风平纹非织造布通过喷胶机设备，采用相同的喷胶工艺及相同的产品结构制成纸尿裤试样。

1.1.6 制备具有不同结构的纸尿裤

采用纤维线密度为0.22 tex(2.0 D)的多亲纤维制备热风平纹非织造布，再通过喷胶机设备采用相同的喷胶工艺制成纸尿裤试样。制备过程中微调纸尿裤结构，分别制备含有面层、导流层、芯体和底膜的纸尿裤及面层、芯体和底膜的纸尿裤。

1.2 试验器材及试剂

1.2.1 试验器材

采用150 mL标准分液漏斗，80 mL标准加液漏斗、砝码，滤纸，秒表，有机玻璃板(长×宽=10 cm×10 cm，质量为50 g)、适量卫生纸对纸尿裤进行反渗性能和二次加液性能测试。

1.2.2 试剂

采用质量分数为0.9%的生理盐水模拟人工尿液进行纸尿裤的吸液性能测试。

1.3 性能测试

采用常规国标测试方法[4]和行业普遍使用的二次加液测试方法对纸尿裤的吸液性能进行测试。通过国标测试方法可测试回渗量。通过二次加液测试方法可获得第1次加液渗透时间、第2次加液渗透时间、回渗量及扩散长度等测试参数的测试结果。

1.3.1 渗透性能测试

用生理盐水润洗标准分液漏斗2遍并固定在支架上，待用，漏斗下口开口面向操作者。将纸尿裤黏贴在有机板上，取尿裤中心为加液点，并使漏斗下口中点到试样间的垂直距离为5～10 mm。采用80 mL标准加液漏斗在分液漏斗中加入80 mL生理盐水(大号L码纸尿裤的标准吸液量为80 mL)，并迅速将分液漏斗阀门打开至最大，使溶液自由地流到试样表面并同时开始计时。自计时开始，5 min后按照同样操作流程再次注入同等生理盐水，使溶液自由地流到试样的表面。自计时开始10 min后，迅速将直径为110 cm的已知质量的若干层滤纸(以最上层滤纸无吸液为止)放到试样的表面上，同时将1.2 kg的砝码压于滤纸上，加压1 min后将砝码移去，用天平称量滤纸的质量。回渗量以滤纸试验前后的质量差来表示。

1.3.2 二次加液测试

用生理盐水润洗标准分液漏斗2遍并固定在支架上，待用，漏斗下口开口面向操作者。将纸尿裤黏贴在有机板上，取尿裤中心为加液点，在纸尿裤正中央放置专用加液漏斗，将分液漏斗置于加液漏斗上方。采用80 mL标准加液漏斗在分液漏斗中加入80 mL 生理盐水，迅速打开分液漏斗阀门至最大并开始计时。记录纸尿裤吸收溶液的时间作为第1次加液渗透时间；自计时开始第10 min时，再次加入80 mL生理盐水，迅速打开分液漏斗阀门至最大并记录纸尿裤吸收溶液的时间，作为第2次加液渗透时间。自计时开始第15 min 时，加压有机西主板30 s测试回渗量(短时间)。自计时开始第25 min时加压3.5 kg 砝码3 min测试回渗量(长时间)，并同时测量扩散长度。

2 结果与分析

2.1 亲水性纤维原料对纸尿裤性能的影响

多亲油剂纤维和单亲油剂纤维制备的纸尿裤的性能测试结果如表1所示。通过对试验数据的分析可得，多亲油剂纤维与单亲油剂纤维制备的纸尿裤国标回渗接近，但多亲油剂纤维制备的纸尿裤的二次加液溶液的渗透透时间更短，下渗速度更快，回渗量更低，扩散长度越快。主要原因是国标测试为初始一次下渗速度，因单亲油剂和多亲油剂纤维第一次吸液速度接近，所以其测试的国标回渗量数值接近。而二次加液测试过程中，因纤维亲水性能差异，单亲油剂纤维纸尿裤第一次下渗速度快，第二次下渗慢；多亲油剂纤维纸尿裤第一、二次下渗速度正常。因此单亲油剂纤维纸尿裤二次加液液体不容易下渗，液体易积累在热风纤维面层孔隙，无法及时下渗被芯体所吸收，导致面层在一定压力下其面层储存液体快速析出表面，造成短时间回渗量及长时间回渗量较大，扩散长度变短。

表1 多亲、单亲油剂纤维纸尿裤性能测试结果

2.2 纤维原料线密度对纸尿裤性能的影响

不同线密度(0.22、 0.17和0.13 tex)的纤维所制备的纸尿裤性能测试结果如表2所示。通过试验数据分析可得，线密度为0.22 tex和0.17 tex的纤维相比线密度为0.13 tex的纤维，所制备的纸尿裤的溶液加液时间短，下渗快，反渗低，扩散长度长。这主要是因为热风非织造布具有空间立体结构，且当中的贯通孔多，密度小，结构疏松。纤维线密度在一定范围内降低可增加非织造布的孔隙率，而纤维线密度降低超过一定范围时，非织造布的孔隙率反而降低，纤维间紧密堆砌使其间隙大幅减少，液体向深层扩散的阻力增大，尤其是表面致密性变高，导致溶液不易下渗，非织造布表面张力急剧增大。因此当纤维线密度降低至0.13 tex时，反渗、回渗明显增大。吸液通过纤维之间毛细管效应下渗至低层，最终被芯体吸收。因纤维线密度过小，纤维之间孔隙过小，液体无法及时下渗被吸收，过多液体残留堆积在非织造布表面。在一定外界压力下，液体容易被析出从而反渗。而作为面层材料，因需直接与婴儿皮肤接触，对手感要求较高，故不采用太粗的纤维作对比。

表2 不同线密度纤维纸尿裤的性能测试结果

2.3 纤维排列结构对纸尿裤性能的影响

采用不同纵横向纤维排列的热风非织造布制备的纸尿裤性能测试结果如表3所示。通过试验数据分析可得，纤维纵横向排列比为1.00∶1.15的纸尿裤比纤维纵横向排列比为1.00∶1.35的纸尿裤的溶液加液时间短，下渗快，反渗低，扩散长度长。其主要原因是溶液下渗通过纤维毛细管及水压迫水分子透过织物空隙进行的，在纵向排列的纤维更多的情况下，非织造布具有导流性能，溶液更容易沿着纤维方向下渗，从而减少了溶液在下渗过程中因孔隙较小或孔隙已积累较多水分而无法下渗的概率。因此纤维纵横向排列比为1.00∶1.15的纸尿裤中，溶液更容易被下层芯体所吸收，下渗速度快，反渗及回渗较低，扩散长度长。

表3 不同纤维排列结构的非织造布制备的纸尿裤的性能测试结果

2.4 热风非织造布厚度对纸尿裤性能的影响

采用不同厚度热风非织造布制备的纸尿裤的性能测试结果如表4所示。通过试验数据分析可得，厚0.7 mm的非织造布与厚1.0 mm的非织造相比，其溶液加液时间短、下渗快、反渗低、扩散长度长。厚1.0 mm的非织造布虽具有更多的纤维结构孔隙，短时间内可存储溶液的能力更强，但纸尿裤面层所需主要性能为传导性而非吸液性。织物厚度减小，纤维间的堆砌会更为紧密，从而使织物内部间隙大幅减小。液体向深层扩散的阻力加大，在毛细管作用或水压迫作用的下渗过程中，会遇到更多折回，下渗阻力增大，导致其加液下渗时间增加，下渗慢，反渗高，扩散长度短。

表4 不同厚度非织造布制备的纸尿裤的性能测试结果

2.5 后加工工艺对热风非织造布纸尿裤性能的影响

采用相同的热风非织造布，采用不同打孔工艺(打穿及非打穿型)制备的纸尿裤的性能测试结果如表5所示。其中，打穿型加工工艺指热风非织造布制备过程中轧点直接将其穿透，非打穿型加工工艺指热风非织造布制备过程中轧点未将其穿透。

表5 不同后加工工艺非织造布所制备的纸尿裤性能测试表

通过试验数据的分析可得，打穿型热风非织造布相比非打穿型热风非织造布，其溶液加液时间短、下渗快、反渗接近、扩散长度长。主要原因是人工尿液可直接穿透打穿型非织造布至其下层，无需通过非织造布内部曲折迂回的孔隙即贯通孔，此过程无液体阻力。而非打穿型非织造布具有上凸下凹的表面形态，溶液先集聚至某个凹点，然后才可以快速下渗，液体流到材料表面时，虽然材料的凹凸结构可以使液体沿着“凹槽”扩散，但因其还需克服孔隙之间的阻力而下渗，因此非打穿型热风非织造布溶液的加液时间长，下渗慢，反渗高，扩散长度短。

2.6 导流层对纸尿裤性能的影响

采用相同的热风非织造布分别制备含有导流层和不含导流层的纸尿裤，并对其性能进行测试，测试结果如表6所示。通过试验数据的分析可得，含导流层纸尿裤相比不含导流层的纸尿裤，其溶液加液时间短，下渗快，反渗低，扩散长度长。主要原因是导流层有助于水分在纸尿裤表面扩散，有利于下层芯体高分子充分吸收液体。产品结构含导流层，液体可经面层吸收传递再进入导流层，导流层通过暂存液体延缓液体下渗，而液体则可通过导流层内纵向排列的纤维向底部扩散。溶液被导流层材料充分吸收后，不易在纸尿裤面层表面形成堆积，从而有利于降低回渗。而由于导流层延缓了液体下渗，芯层可以有更多的时间和吸收面积吸收液体，从而有效防止大量液体瞬间被吸收而发生局部凝胶阻塞现象。

表6 导流层对纸尿裤性能影响测试结果

3 结论

热风非织造布吸液性能受纤维原料性能，非织造布结构，以及是否有导流层影响。通过对比热风非织造布采用的纤维材料性能、纤维排列结构、后加工方式及是否含有导流层，对制备的纸尿裤的吸液性能进行数据分析，可得出以下结论。

——采用单亲油剂纤维制备的纸尿裤与采用多亲油剂纤维制备的纸尿裤相比，国标反渗接近，但二次加液溶液加液时间长，下渗慢，反渗高，扩散长度短。

——在一定的线密度范围内，随着纤维线密度增大，溶液加液时间短，下渗快，反渗低，扩散长度长。

——纤维纵向排列越多，则溶液加液时间短，下渗快，反渗低，扩散长度长。

——热风非织造布厚度小，其溶液加液时间短，下渗快，反渗低，扩散长度长。

——采用打穿型热风非织造布相比非打穿型热风非织造布制备的纸尿裤，其溶液加液时间短，下渗快，反渗低，扩散长度长。

——增加导流层结构可使热风非织造布的溶液加液时间短，下渗快，反渗低，扩散长度长。热风非织造材料作为第一层与皮肤接触的吸液表面，其综合性能对纸尿裤吸液性能影响较大。

纸尿裤吸液性能是一个复杂的“渗透-扩散-吸收”系统，每一层的结构与性能都影响该系统，因此还应对纸尿裤进行更加完善的设计以进一步提高其吸液性能。