成人纸尿裤使用性能研究

叶文婷 王荣武

东华大学纺织学院，上海201620

近年来，随着我国人口老龄化程度的不断加深，成人纸尿裤的需求量迅速增加。据相关机构统计，2018年，我国65岁以上人口达1.67亿人，占总人口数的11.90%，失能和半失能老人超过4 000万人，成人失禁用品消耗量猛增[1]。有关资料显示，我国成人纸尿裤制造业的产销率在2018年高达98.33%，工厂销售量达44.74亿片[2]。可见，我国成人纸尿裤的市场应用前景非常广阔。

成人纸尿裤不仅可用于因各种伤病导致的瘫痪、失禁或行动不便的成人群体，也可用于因长时间工作或被困于拥堵的高速路上的人群。随着生活水平的提高，人们对成人纸尿裤的功能及舒适性有了更高的要求[3-8]。目前市场上的成人纸尿裤的质量良莠不齐，材料较为单一，部分纸尿裤在使用性能上还存在某些短板，因此，对成人纸尿裤使用性能的研究意义深远。

本研究在参考大量相关文献及市场调研的基础上，对从市场上选购的5种品牌的成人纸尿裤进行拆解，对其结构和应用性能进行主客观评价。其中，客观评价包括吸液倍率、液体多次渗透的下渗时间、扩散长度和回渗量的测试。主观评价通过真人试穿的评价方法来实现。通过试验，探索国内市场上成人纸尿裤的结构、使用性能与舒适性间的关系，为后续相关研究提供借鉴。

1 试验部分

1.1 材料

试样：网络购物平台上选购的5种不同品牌的成人纸尿裤，基本信息如表1所示。

表1 5种品牌成人纸尿裤基本信息

试剂：去离子水，人工尿液(由97.09% 去离子水，0.80% NaCl，1.94%尿素，0.06% CaCl2和0.11% MgSO4·7H2O组成)，红墨水(得力集团有限公司)。

1.2 试验方法与表征

1.2.1 吸液倍率

参照GB/T 8939—2008《卫生巾(含卫生护垫)》[9]，将已知质量的纸尿裤试样浸没于人工尿液一定时间后称重，按式(1)计算得到试样的吸液倍率P。每个试样测试5组数据后记录平均值。

式中：P——吸液倍率；

M0——纸尿裤吸液前的质量，g；

M1—— 纸尿裤吸液后的质量，g。

1.2.2 下渗时间

参照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》[10]，将定量人工尿液以一定速度流到纸尿裤试样表面，用电测法测量全部液体渗透到纸尿裤所需的时间，记为下渗时间。每个试样测试5组数据后记录平均值。

1.2.3 扩散长度

参照GB/T 28004—2011《纸尿裤(片、垫)》[11]，将红墨水滴入人工尿液中，然后在纸尿裤试样的同一位置每隔一定时间以一定速度倒入定量含有红墨水的人工尿液，渗透一定时间后测量其在纸尿裤试样纵向扩散的最大长度，即扩散长度。每个试样测试5组数据后记录平均值。

1.2.4 回渗量

参照GB/T 28004—2011的要求，向纸尿裤试样表面倒入定量人工尿液，渗透一定时间后，在试样表面放置一个标准压块，加压一定时间后测量返回试样面层的人工尿液量，即回渗量。每个试样测试5组数据后记录平均值。

1.2.5 真人试穿主观评价

主观评价所用工具为一个四级连续型标尺[12]，该标尺的量程为0～3，0为不舒适，3为舒适，最小刻度值为0.1(图1)。试验对象在相同的温湿度环境中试穿纸尿裤试样一定时间后，根据自身感受从该标尺上选择一个数值作为评价结果。

图1 四级连续型标尺

具体试验方法：首先选10名男生和10名女生为试验对象，年龄在20～23岁，身体状况良好且能够清晰地感受并表达自己的感受。接着对试验对象进行热湿感觉的培训，即将试验对象带进温湿度可控的封闭空间进行所需的温湿度感觉培训。本试验选择了3种热湿舒适性感受，分别为最舒适的热湿感(22 ℃、50% RH)、最不舒适的闷热感(35 ℃、95% RH)和湿冷感(15 ℃、95% RH)[13]。试验开始前，告知试验对象房间里具体的温湿度及其所对应的舒适度。试验过程中，不断通过言语暗示的方法来加深试验对象感受的记忆。训练结束后，让试验对象在室温下静坐休息15 min。最后正式进入主观试验，各试验对象在相同的热湿环境(26 ℃、55% RH)下试穿相同品牌的成人纸尿裤试样3 h, 期间禁止交谈，然后在四级连续型标尺上标记自己的热湿舒适度作为试验数据，同时用语言描述试穿感受。直到完成5种品牌成人纸尿裤试样的试穿。取各试验对象试穿热湿舒适度的平均值作为试验结果。

2 结果与讨论

2.1 成人纸尿裤的结构分析

成人纸尿裤的结构主要由面层、导流层、吸收芯层和防漏底膜组成，其中吸收芯层又由上下两层卫生纸与绒毛浆和高吸水树脂(SAP)的混合体构成[14-16]。常见的成人纸尿裤的横截面及吸液过程如图2所示。

图2 成人纸尿裤的横截面结构及吸液过程

从图2可以看出，在整个吸液过程中，尿液先接触纸尿裤的面层，并由面层将尿液向下输送到导流层，此时的面层表面几乎无吸液量；接着尿液在导流层中被快速吸收并沿纸尿裤纵向扩散；待尿液在纵向均匀分布后，继续向下传递到吸收芯层，吸收芯层中的SAP与绒毛浆迅速吸收尿液并产生膨胀将尿液锁住，完成纸尿裤的整个吸液过程。

本试验通过拆解5种品牌成人纸尿裤试样得到其各层结构并进行测试分析，所得结果如表2所示。

表2 成人纸尿裤试样各层的结构参数

由表2可知，各成人纸尿裤试样的面层采用拒水性的PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)及其复合纤维非织造材料为原料，从而有助于保持纸尿裤面层的干爽性。在试验过程中发现，5种成人纸尿裤试样中，仅1#和2#试样具有独立的导流层结构：1#纸尿裤的导流层为三层复合的PP热风非织造材料，孔隙多且膨松性好，可快速捕获大量尿液；2#试样的导流层为单层结构的PE打孔膜，该膜上均匀分布着上宽下窄孔径相同的漏斗形小孔，这一结构可使尿液像旋涡一样被快速导流至吸收芯层。各纸尿裤试样的吸收芯层均由绒毛浆和SAP的混合体组成。其中，5#纸尿裤的SAP质量分数最高。5种试样的防漏底膜均采用含致孔剂CaCO3颗粒的PE透气微孔膜，各防漏底膜的孔径尺寸均介于水蒸气的直径(0.4 nm)与水滴的最小直径(20 μm)之间[17]，因此该防漏底膜可起到防水透气的作用。

2.2 吸液倍率分析

从图3各品牌成人纸尿裤试样吸收人工尿液的测试结果可看出，各试样对人工尿液的吸液倍率在10.00～13.00倍之间。影响纸尿裤吸液倍率的关键结构部位是试样的吸收芯层，当SAP遇到水分子后，其三维网格结构的大分子链逐渐扩张，能够将大量水分子吸入分子链内部[18]。吸收一段时间后，大分子链的网格结构达到吸水平衡而形成水凝胶[19]，此时在SAP内部的水分子很难从吸收芯层中逃离出来，从而赋予纸尿裤优异的液体吸收性能。

图3 吸液倍率测试结果

图4和图5分别是各纸尿裤试样吸收芯层的质量、SAP质量分数与纸尿裤吸液倍率的关系。可以看出，吸收芯层中SAP的质量分数直接影响纸尿裤的吸液倍率。除2#纸尿裤试样，其他试样的吸液倍率均与SAP的质量分数呈正相关；吸收芯层的质量对纸尿裤的吸液倍率没有直接影响。这是由于SAP可吸收比自身重几百到几千倍的液体，这是提高纸尿裤吸液倍率的关键因素。2#纸尿裤试样的SAP质量分数不是最高，但其吸收性能最好，这是因为其导流层为呈漏斗状的PE打孔膜(图6)，吸液后的纸尿裤被悬挂时，该导流层能够阻碍纸尿裤中的液体从吸收芯层朝面层方向流出，且其面层为热风+部分热轧的非织造材料，具有一定的立体结构，可在一定程度上增加纸尿裤的液体储存空间。

图4 吸收芯层质量与纸尿裤吸液倍率的关系

图5 吸收芯层中SAP质量分数与纸尿裤吸液倍率的关系

图6 2#纸尿裤导流层的表观形态

2.3 下渗时间分析

由图7纸尿裤试样经不同次数人工尿液渗透下渗时间的试验结果分析可知，各试样的下渗时间与人工尿液的倒液次数呈正相关。这是由于随着倒液次数的增加，吸液后的SAP形成的凝胶体增多，芯

图7 各纸尿裤试样经不同次数人工尿液渗透的下渗时间对比

层的空隙容积减少，吸液速率降低。纸尿裤的下渗时间越短，人体在穿着过程中与纸尿裤接触的部位则能在更短的时间内变得干爽。3#试样因其面层厚度较小，表面有菱形状及条状深沟壑(图8)，使其表面呈凹凸立体结构，停留在纸尿裤表面的液体可迅速从纸尿裤的凸起部位流向凹陷处，而在试验中所用的渗透盘与纸尿裤的接触点和人体在穿着过程中与纸尿裤的接触点一致，均为纸尿裤表面的凸起部位，所以3#试样的下渗速度最快。5#试样的下渗时间最长，这是因为其面层结构为紧密的热轧非织造材料且面密度较大，第1次倒液时液体下渗速度最慢，且由于其吸收芯层中SAP质量分数最高，SAP在吸液后迅速膨胀，造成液体下渗困难。通过试验数据可发现，各纸尿裤试样经第3次人工尿液渗透后的下渗时间均在30 s以上，其穿着舒适性极大地降低。

图8 3#纸尿裤试样的表面形态

2.4 扩散长度分析

图9和图10分别为各试样经不同次数人工尿液渗透后的表面与背面扩散长度的试验结果。

图9 纸尿裤试样经多次人工尿液渗透后的表面扩散长度

图10 纸尿裤试样经多次人工尿液渗透后的背面扩散长度

从图9和图10可以观察到，随着人工尿液渗透次数的增加，最初吸液部位达到饱和状态后会逐渐通过毛细管的芯吸作用将液体沿其他未吸液部位进行扩散，使得各纸尿裤的表面和背面扩散长度均逐渐增大。由图11各纸尿裤试样背面扩散长度与表面扩散长度比值(以k表示)可知，2#、3#和4#试样的k值均大于1.0，说明这些纸尿裤试样纵向的扩散性好。

图11 纸尿裤试样背面扩散长度与表面扩散长度的比值

其中，4#试样的面层采用热风非织造材料，相比于热轧非织造材料更有利于液体的渗透，所以其在经不同次数的人工尿液渗透后，k值仍较大。1#纸尿裤的k值小于1.0，说明其纵向导流性能好，这与其具有热轧非织造导流层密切相关。而5#试样经前2次 人工尿液渗透后的k值小于1.0，但在经第3次和4次 人工尿液渗透后的k值大于1.0，这是因为在经少次的人工尿液渗透时，其表面的条状沟壑具有导流作用，使得表面扩散长度大于背面扩散长度，但在经多次人工尿液渗透后，人工尿液开始向吸收芯层渗透，并在吸收芯层的纵向进行扩散，使其表面扩散长度小于背面扩散长度。

2.5 回渗量分析

从图12各纸尿裤试样经不同次数人工尿液渗透的回渗量的试验结果发现，各试样的液体回渗量均随人工尿液渗透次数的增加而增加，经2次人工尿液渗透后，各试样的回渗量均小于7.5 g, 符合标准规定(≤10.0 g)。其中，1#试样的导流层采用结构蓬松的热风非织造材料，人工尿液的回升通道较为复杂，其能在一定程度上阻止人工尿液的反向渗透，从而提高试样的抗回渗性能，所以少次试验测得的回渗量最小；但因其尺寸最小，在经4次人工尿液渗透后纸尿裤整体吸液量已达饱和，反渗量增大。在试验过程中，2#纸尿裤在压块的作用下，其导流层中呈漏斗状的孔的下端口张大，使得液体的回升通道变宽，从而造成在经前2次人工尿液渗透后的回渗量比无配置导流层的试样的回渗量大；但其在经第3次和4次人工尿液渗透后的抗回渗性能变好，这与其具有良好的液体吸收性能有关。

图12 试样经不同次数人工尿液渗透后的回渗量对比

在无独立导流层结构的纸尿裤中，4#试样有经热风加固的非织造面层，SAP颗粒在吸收芯层的底部均匀分布，液体被牢牢锁在芯层底部，使得其回渗量最小。5#试样因其吸收芯层容易形成凝胶，致使液体下渗困难而不能被充分吸收，从而造成较大的回渗量，但在第4次倒液时，随着同一倒液位置吸液量趋于饱和，部分人工尿液将沿着纸尿裤表面的纵向浅沟壑流动，使吸收芯层未吸液部分得到充分利用，因此第4次人工尿液渗透测试后的回渗量较小。

2.6 真人试穿主观评价分析

由表3各品牌成人纸尿裤试样真人试穿主观评价的试验结果可知，1#纸尿裤的穿着舒适度最高。这是因为1#纸尿裤具有最佳的导流性能和抗回渗性能，且最轻薄，面层在使用过程中可长时间保持干爽，其优异的扩散性能可避免尿液在同一部位的聚集，从而提高了纸尿裤的穿着舒适性。2#纸尿裤的舒适度因其具有较大的吸液倍率而仅次于1#纸尿裤，但主观评价试验时间较短，纸尿裤未多次吸液，致使吸收性能对舒适度的影响被弱化，且该纸尿裤厚度较大，舒适性有所下降。5#纸尿裤的穿着舒适度最差，这是由于该试样较为厚重，吸液性能和抗回渗性能较差。3#试样的液体多次下渗速度最快，但其不具有良好的舒适性，主要原因是各试样间下渗时间的差值与纸尿裤的使用时间相比较小，液体下渗时间对舒适度的影响较小。由此可以得出，成人纸尿裤在短时间内进行1次或2次吸液的过程中，其穿着舒适性主要取决于纸尿裤的扩散性及回渗量这两个性能指标，轻薄型成人纸尿裤可提高使用者的穿着舒适度。

表3 各纸尿裤试样的真人试穿主观评价结果

根据测试数据，通过最小二乘法拟合得到的纸尿裤试样的舒适度与其吸液性能的关系，经1次液体渗透和2次液体渗透后所得的拟合方程分别如式(2)和(3)所示。

Y=-0.0403+0.4186r+0.2609t-5.4169k-3.4622m

(2)

Y=7.0113-1.7653k-0.5392m

(3)

式中：Y——纸尿裤的穿着舒适度；

r——吸液倍率；

t——液体下渗时间，s；

k——液体渗透背面扩散长度与表面扩散长度的比值；

m——回渗量，g。

纸尿裤经不同次数液体渗透后所得的拟合方程不同，一方面是因为纸尿裤试样在干燥状态和润湿状态下的表面张力不同[20]，这使得其在干、湿两种状态下的吸液性能有所差异；另一方面是因为纸尿裤中部分SAP在吸液后形成团状凝胶，影响二次吸液，致使两次吸液过程中的各项性能发生变化。对比两个方程发现，纸尿裤经两次液体渗透后，其吸液倍率r与液体多次下渗时间t对舒适度的影响不显著而被剔除，原因是这两个因素在短时间的主观试验中，对人体感官的刺激作用不明显。且与第1次液体渗透相比，第二次吸液后试样的相关性能参数(k和m)对舒适度的影响程度有所降低，回渗量的影响程度明显降低，这是因为各纸尿裤在两次液体渗透后的回渗量均显著增加，导致该因素对舒适性的影响减弱。

由式(2)和式(3)中各自变量的系数可以看出，对纸尿裤舒适度影响最大的两个性能指标是扩散性和回渗量，背面扩散长度与表面扩散长度的比值及回渗量越小，纸尿裤沿纵向的导流性能越好，其舒适性越佳。同时，随着吸液倍率的增大，纸尿裤的舒适度也相应增大，但其影响因子较小。而液体的下渗时间对纸尿裤舒适度的影响最小，主要原因是试验对象对各试样之间下渗时间的差值敏感度小。

3 结论

本试验通过对5种品牌的成人纸尿裤进行结构拆解和各项使用性能的测试，得出以下结论：

(1)纸尿裤的吸液倍率与吸收芯层中SAP的质量分数呈正相关；纸尿裤的液体下渗时间、表面和背面扩散长度及回渗量均随人工尿液渗透次数的增加而增大。

(2)2#纸尿裤因其导流层采用呈漏斗状的PE打孔膜而具有较高的吸液倍率；3#纸尿裤的液体多次渗透下渗时间最小，与其面层厚度较小且表面呈凹凸立体结构密切相关；4#纸尿裤的背面扩散长度与表面扩散长度的比值最大，归因于其面层为经热风加固的非织造材料且无配置导流层，液体沿纸尿裤纵向的渗透主要表现为吸收芯层的扩散；而1#纸尿裤具有采用三层复合结构的热风非织造材料的导流层，从而具有优异的导流性能及抗回渗性。

(3)纸尿裤在短时间内进行1次或2次吸液的过程中，其穿着舒适性主要取决于纸尿裤的扩散性及回渗量这两个性能指标，轻薄型成人纸尿裤可提高使用者的穿着舒适度。

通过上述试验及分析总结可以得出，成人纸尿裤的各层结构、各项吸液性能及使用舒适性之间有密不可分的关系，吸液性能受各层结构的影响，同时，穿着舒适度取决于纸尿裤的各项吸液性能。面对成人纸尿裤需求量不断增加的现状，为使更多的成人纸尿裤使用者受益，各纸尿裤的生产企业应积极改进并完善纸尿裤的结构，从而有效提升成人纸尿裤的使用性能和舒适度。