卫生用品的冷热舒适性及案例研究

宫泽清 尤妮佳株式会社

1 身体各部位的冷热舒适性的差异

由于人体本身会产生热量，同时还会排出水分，所以人体会产生冷热感和潮湿感。可以说人的舒适性主要取决于冷热感和潮湿、闷热感。如果水分从皮肤表面蒸发，人就会感到潮湿、闷热。导致潮湿、闷热感的主要原因之一，就是皮肤表面的水分蒸发量，即潮湿、闷热感与冷热感有着很大的关系。

全身的热感觉点约有3万个，冷点有25万个左右。图1所示为身体各部位的冷热感觉阈值。可以看出，皮肤敏感性与热点、冷点的分布密度大小基本上相符，比如腿、脚、肩等部位的敏感性较低，手臂和手的敏感性较高等。而且，身体不同部位的敏感性存在很大的差异，如四肢感受潮湿感的绝对温度比躯干要低（即潮湿感的阈值很小）。

图1 身体各部位的冷热感觉阈值

本研究的目的是：通过皮肤湿润度的指标研究身体各部位的冷热舒适性差异，并使用实验用的衣服控制全身或局部皮肤的湿润度。

皮肤湿润度ω可以用人体表面的实际蒸发热量（实际的蒸发热损失）与皮肤整体被汗水均匀覆盖并全部蒸发时的蒸发热量（最大蒸发热损失）的比来表示。研究表明ω经常与人的温热舒适性联动。

实验时，给参与实验人员的躯干、手臂、大腿部穿上非透气性的衣服，给其他部位穿上透气性的衣服。

5名参与实验者在实验环境条件下在椅子上坐15min，然后步行运动45min。期间，每分钟测量8个部位皮肤的温度，测量5个部位皮肤的表面湿度，每5min进行1次舒适度评价。结果表明，存在衣服导致的差异，且感觉不舒适时，湿润度数值较高；感觉舒适时，皮肤湿润度在0.2以下。

各部位均穿着非透气性衣服时，皮肤湿润度显示高值。虽然不同部位存在差异，但基本上感觉不舒适时，数据显示局部皮肤湿润度升高；感觉舒适时，皮肤湿润度数据基本保持在一定的数值附近。与手臂、大腿相比，躯干的皮肤湿润度对应的冷热舒适性的极限值较高。

对上述内容进行总结，可知：

● 身体不同部位的冷热舒适感不同；

● 不同部位舒适感的阈值为：躯干为ω=0.20、手臂为ω=0.13、大腿为ω=0.11；手臂和大腿的阈值较低；

● 皮肤湿润度的微小变动就可导致手臂与大腿的冷热舒适感的变化。

2 纸尿裤内环境的控制——使用气体追踪法测量纸尿裤透气性能

穿上纸尿裤后，由于排尿的影响，纸尿裤内处于高温高湿的状态。为了解决这种情况，需要考虑纸尿裤内的热量传递。首先，会出现图2中①所示那样的厚度方向上的、伴随水分的热量传递。但是，迄今为止都是通过让底膜具备透气性来改善水分和热量传递的，在实际使用时还没有达到能完全控制纸尿裤内环境的水平。

图2 纸尿裤内环境

然后，也可通过图2中②所示那样的缝隙进行透气来促进热量传递。

虽然我们认为穿戴者活动时带来的腰部和大腿根褶皱部的透气效果可以给纸尿裤内环境控制带来很大的影响，但并未观察到实际形态，所以现在还不确定通过活动能带来的透气效果到底有多大。

衣物的热量及水分传递方式：一是衣物的烟囱效应，通过衣服内的空气流动来促进散热；二是风箱作用，通过穿着者的活动提高散热效果。风箱作用，是指人体与衣服的相对运动造成强制性的空气流动，使衣物散热。

本研究的目的是开发可定量测量风箱作用对衣物散热性能影响的装置，即透气测量装置。

图3 透气测量装置的基本结构

从穿着纸尿裤的人偶内向纸尿裤注入CO2气体，测量因步行动作而泄漏到外部空气中的CO2的量，以测量透气性能。实验结果用时间常数来表示，时间常数越小通风速度越快。实际上，时间常数表示的是启动和响应的效率，是CO2浓度达到稳定值的约63%所用的时间。

将人偶分别穿着4种市售纸尿裤，静止和步行时进行检测，结果见图4，明显看出，步行状态时间常数更小，通风速度更快，透气性更好。

图4 4种市售纸尿裤的实验结果

纸尿裤的种类不同，时间常数有所差异。与静止时相比，步行时的时间常数减小，减小程度因纸尿裤的种类不同而有所差异。可以看出，纸尿裤的种类不同，透气的响应速度有所差异。

今后可以进一步研究纸尿裤的结构，应用风箱作用，使其在婴幼儿活动时产生透气效果，改善舒适性。

3 成人纸尿裤的热量传递等物性与生理、心理舒适性

这项研究的目的在于，构建与人体反应有关的新的监测系统，用以替代人对纸尿裤的主观评价和物理数据。

3.1 成人纸尿裤的物理性能实验

我们进行了耐渗透实验、热水分传递实验和湿润变冷、湿润扩散实验，使用的样品分别为添加高吸收性树脂（SAP）的纸尿裤和不添加SAP的纸尿裤。

● 耐渗透实验

图5 耐渗透实验的装置和结果

耐渗透实验的方法为：在蒸馏水的上方放置纸尿裤样品，纸尿裤样品上方放置醋酸钾，测定15min后从蒸馏水传递到醋酸钾中的水分的量。实验结果可以看出，含有SAP的纸尿裤和排尿状态的纸尿裤更容易出现水分传递。

● 热水分传递实验

图6中右侧照片所示为实验装置，左上方图示的是皮肤模拟装置。在有无排尿（测量条件）、不感蒸发及发汗状态下实施了实验。

图6 热水分传递实验的装置

图7 热水分传递实验的结果

可以看出，含有SAP的纸尿裤更容易出现水分传递；另外，在不感蒸发和发汗状态下，发汗更容易出现水分传递。

● 湿冷和湿润扩散实验

实验装置如图8左侧照片所示，向样品中注入蒸馏水20mL，然后使用热成像仪测量湿润扩散和表层及底膜的温度，通过检测湿润变冷情况和样本质量求出蒸发速度。

图8 与湿润导致的变冷和扩散有关的实验

右侧的照片，是注入蒸馏水后用热成像仪对含有和不含SAP的样品表面进行跟踪拍摄得到的。

随着时间的推移，观察湿润面积的变化，图9可以看出添加SAP的纸尿裤不会出现湿润扩散。

图9 湿润面积随时间的变化

图10显示，不同的纸尿裤样本，底膜的表面温度存在差异，但接触皮肤的表层温度基本相同。

图10 纸尿裤表层和底膜的温度变化

图11为各纸尿裤样本质量随时间变化情况，不含SAP的纸尿裤蒸发速度较快，样本质量变化较大，含有SAP的纸尿裤则蒸发较慢。

图11 各纸尿裤样本质量的变化情况

图12有无SAP对纸尿裤物性的影响，可以看出，在耐渗透实验中，添加SAP的纸尿裤水分传递较快，从纸尿裤排放的湿气几乎为0。此外还可以看出，在热水分的传递实验中，不含SAP的纸尿裤的水分传递较快；另外在湿润扩散实验中，在计算整体的水分传递量时，必须考虑从纸尿裤排放出的湿气的量m2。

图12 有无SAP对纸尿裤物性的影响

3.2 成人纸尿裤的心理生理评估实验

下面，对有无SAP导致的物性变化对穿着时的生理及心理评价产生的影响进行实验评估。

实验概要如图13所示，静坐状态下，向足浴盆注入热水以模拟拉伸、轻松运动状态，或者向纸尿裤内注入热水，模拟排尿状态等进行实验，并进行物理评价、心理评价和生理评价。物理评价，测量衣服内的上腹部和腰部的温湿度；心理评价，实施了冷热感等的主观评价；生理评价，测量脑电波、唾液淀粉酶浓度和心跳次数。

图13 实验概要

图14显示纸尿裤内温度的相对变化，在足浴、排尿前，纸尿裤内温度上升；排尿后，不含SAP的纸尿裤的尿液扩散到后部，温度降低了。

图14 纸尿裤内温度的相对变化

图15显示纸尿裤内的湿度变化情况，不含SAP的纸尿裤尿液扩散到后部，湿度升高了。

图15 纸尿裤内的湿度变化

图16所示的是心理评价中的舒适性的相对变化量，样品之间未发现显著差异，但不含SAP的纸尿裤会令人感觉舒适性稍差。

图16 心理评价中的舒适性的相对变化量

图17所示的是含有和不含SAP的纸尿裤内的上腹部和腰部的温度与湿度测量结果，同时还用不同颜色标注了此时的舒适感变化情况。从结果可以看出，与普通衣服的舒适性不同，由于测试的纸尿裤是用来吸收含水排泄物的，所以人们的容许范围较宽，舒适区域扩大了。

图17 纸尿裤内温度和湿度及其与舒适性的关系

图18所示的是生理评价中的脑电波测量结果，即α波含有率的变化情况。排尿刚结束时，不含SAP的纸尿裤明显令人感觉不舒适。

图18 脑电波测量结果

图19所示，唾液淀粉酶浓度的相对变化情况。从结果可以看出，不含SAP的纸尿裤令人感到压力的时间来的更早。

图19 唾液淀粉酶浓度的相对变化情况

图20所示为通过心跳次数反映出的交感神经的相对变化情况。从结果可以看出，随着足浴时间的延长，不含SAP的纸尿裤明显令人感觉不舒适。

图20 交感神经的相对变化

表1总结上述生理评价与心理评价的结果。从结果可以看出，电极部位C的β/α的值较大，与舒适感的相关性较大，可以此作为评价指标。

表1 心理评估与生理评估的相关性

图21所示的是测量部位C的β/α值与舒适感的关系。β/α的值越大，舒适感越高。

图21 测量部位C的β/α值与舒适感的关系

综上，在实验中，成人纸尿裤的物性有明显的差异，但在主观方面，各样品间的差异尚不明确。而在α波与交感神经指标方面，不同的样本表现出明显的差异，这表明还需要做主观以外的评价。因此，可以监测穿戴者的排尿时间等数据，作为身体功能指标加以应用，但是，应用脑电波进行监测的难度较大。