成人紙尿褲使用性能研究

葉文婷 王榮武

東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海201620

近年來，隨著我國人口老齡化程度的不斷加深，成人紙尿褲的需求量迅速增加。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計，2018年，我國65歲以上人口達(dá)1.67億人，占總?cè)丝跀?shù)的11.90%，失能和半失能老人超過4 000萬人，成人失禁用品消耗量猛增[1]。有關(guān)資料顯示，我國成人紙尿褲制造業(yè)的產(chǎn)銷率在2018年高達(dá)98.33%，工廠銷售量達(dá)44.74億片[2]?？梢?，我國成人紙尿褲的市場應(yīng)用前景非常廣闊。

成人紙尿褲不僅可用于因各種傷病導(dǎo)致的癱瘓、失禁或行動不便的成人群體，也可用于因長時間工作或被困于擁堵的高速路上的人群。隨著生活水平的提高，人們對成人紙尿褲的功能及舒適性有了更高的要求[3-8]。目前市場上的成人紙尿褲的質(zhì)量良莠不齊，材料較為單一，部分紙尿褲在使用性能上還存在某些短板，因此，對成人紙尿褲使用性能的研究意義深遠(yuǎn)。

本研究在參考大量相關(guān)文獻(xiàn)及市場調(diào)研的基礎(chǔ)上，對從市場上選購的5種品牌的成人紙尿褲進(jìn)行拆解，對其結(jié)構(gòu)和應(yīng)用性能進(jìn)行主客觀評價。其中，客觀評價包括吸液倍率、液體多次滲透的下滲時間、擴(kuò)散長度和回滲量的測試。主觀評價通過真人試穿的評價方法來實現(xiàn)。通過試驗，探索國內(nèi)市場上成人紙尿褲的結(jié)構(gòu)、使用性能與舒適性間的關(guān)系，為后續(xù)相關(guān)研究提供借鑒。

1 試驗部分

1.1 材料

試樣：網(wǎng)絡(luò)購物平臺上選購的5種不同品牌的成人紙尿褲，基本信息如表1所示。

表1 5種品牌成人紙尿褲基本信息

試劑：去離子水，人工尿液(由97.09% 去離子水，0.80% NaCl，1.94%尿素，0.06% CaCl2和0.11% MgSO4·7H2O組成)，紅墨水(得力集團(tuán)有限公司)。

1.2 試驗方法與表征

1.2.1 吸液倍率

參照GB/T 8939—2008《衛(wèi)生巾(含衛(wèi)生護(hù)墊)》[9]，將已知質(zhì)量的紙尿褲試樣浸沒于人工尿液一定時間后稱重，按式(1)計算得到試樣的吸液倍率P。每個試樣測試5組數(shù)據(jù)后記錄平均值。

式中：P——吸液倍率；

M0——紙尿褲吸液前的質(zhì)量，g；

M1—— 紙尿褲吸液后的質(zhì)量，g。

1.2.2 下滲時間

參照GB/T 24218.13—2010《紡織品 非織造布試驗方法 第13部分: 液體多次穿透時間》[10]，將定量人工尿液以一定速度流到紙尿褲試樣表面，用電測法測量全部液體滲透到紙尿褲所需的時間，記為下滲時間。每個試樣測試5組數(shù)據(jù)后記錄平均值。

1.2.3 擴(kuò)散長度

參照GB/T 28004—2011《紙尿褲(片、墊)》[11]，將紅墨水滴入人工尿液中，然后在紙尿褲試樣的同一位置每隔一定時間以一定速度倒入定量含有紅墨水的人工尿液，滲透一定時間后測量其在紙尿褲試樣縱向擴(kuò)散的最大長度，即擴(kuò)散長度。每個試樣測試5組數(shù)據(jù)后記錄平均值。

1.2.4 回滲量

參照GB/T 28004—2011的要求，向紙尿褲試樣表面倒入定量人工尿液，滲透一定時間后，在試樣表面放置一個標(biāo)準(zhǔn)壓塊，加壓一定時間后測量返回試樣面層的人工尿液量，即回滲量。每個試樣測試5組數(shù)據(jù)后記錄平均值。

1.2.5 真人試穿主觀評價

主觀評價所用工具為一個四級連續(xù)型標(biāo)尺[12]，該標(biāo)尺的量程為0～3，0為不舒適，3為舒適，最小刻度值為0.1(圖1)。試驗對象在相同的溫濕度環(huán)境中試穿紙尿褲試樣一定時間后，根據(jù)自身感受從該標(biāo)尺上選擇一個數(shù)值作為評價結(jié)果。

圖1 四級連續(xù)型標(biāo)尺

具體試驗方法：首先選10名男生和10名女生為試驗對象，年齡在20～23歲，身體狀況良好且能夠清晰地感受并表達(dá)自己的感受。接著對試驗對象進(jìn)行熱濕感覺的培訓(xùn)，即將試驗對象帶進(jìn)溫濕度可控的封閉空間進(jìn)行所需的溫濕度感覺培訓(xùn)。本試驗選擇了3種熱濕舒適性感受，分別為最舒適的熱濕感(22 ℃、50% RH)、最不舒適的悶熱感(35 ℃、95% RH)和濕冷感(15 ℃、95% RH)[13]。試驗開始前，告知試驗對象房間里具體的溫濕度及其所對應(yīng)的舒適度。試驗過程中，不斷通過言語暗示的方法來加深試驗對象感受的記憶。訓(xùn)練結(jié)束后，讓試驗對象在室溫下靜坐休息15 min。最后正式進(jìn)入主觀試驗，各試驗對象在相同的熱濕環(huán)境(26 ℃、55% RH)下試穿相同品牌的成人紙尿褲試樣3 h, 期間禁止交談，然后在四級連續(xù)型標(biāo)尺上標(biāo)記自己的熱濕舒適度作為試驗數(shù)據(jù)，同時用語言描述試穿感受。直到完成5種品牌成人紙尿褲試樣的試穿。取各試驗對象試穿熱濕舒適度的平均值作為試驗結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2.1 成人紙尿褲的結(jié)構(gòu)分析

成人紙尿褲的結(jié)構(gòu)主要由面層、導(dǎo)流層、吸收芯層和防漏底膜組成，其中吸收芯層又由上下兩層衛(wèi)生紙與絨毛漿和高吸水樹脂(SAP)的混合體構(gòu)成[14-16]。常見的成人紙尿褲的橫截面及吸液過程如圖2所示。

圖2 成人紙尿褲的橫截面結(jié)構(gòu)及吸液過程

從圖2可以看出，在整個吸液過程中，尿液先接觸紙尿褲的面層，并由面層將尿液向下輸送到導(dǎo)流層，此時的面層表面幾乎無吸液量；接著尿液在導(dǎo)流層中被快速吸收并沿紙尿褲縱向擴(kuò)散；待尿液在縱向均勻分布后，繼續(xù)向下傳遞到吸收芯層，吸收芯層中的SAP與絨毛漿迅速吸收尿液并產(chǎn)生膨脹將尿液鎖住，完成紙尿褲的整個吸液過程。

本試驗通過拆解5種品牌成人紙尿褲試樣得到其各層結(jié)構(gòu)并進(jìn)行測試分析，所得結(jié)果如表2所示。

表2 成人紙尿褲試樣各層的結(jié)構(gòu)參數(shù)

由表2可知，各成人紙尿褲試樣的面層采用拒水性的PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)及其復(fù)合纖維非織造材料為原料，從而有助于保持紙尿褲面層的干爽性。在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，5種成人紙尿褲試樣中，僅1#和2#試樣具有獨立的導(dǎo)流層結(jié)構(gòu)：1#紙尿褲的導(dǎo)流層為三層復(fù)合的PP熱風(fēng)非織造材料，孔隙多且膨松性好，可快速捕獲大量尿液；2#試樣的導(dǎo)流層為單層結(jié)構(gòu)的PE打孔膜，該膜上均勻分布著上寬下窄孔徑相同的漏斗形小孔，這一結(jié)構(gòu)可使尿液像旋渦一樣被快速導(dǎo)流至吸收芯層。各紙尿褲試樣的吸收芯層均由絨毛漿和SAP的混合體組成。其中，5#紙尿褲的SAP質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高。5種試樣的防漏底膜均采用含致孔劑CaCO3顆粒的PE透氣微孔膜，各防漏底膜的孔徑尺寸均介于水蒸氣的直徑(0.4 nm)與水滴的最小直徑(20 μm)之間[17]，因此該防漏底膜可起到防水透氣的作用。

2.2 吸液倍率分析

從圖3各品牌成人紙尿褲試樣吸收人工尿液的測試結(jié)果可看出，各試樣對人工尿液的吸液倍率在10.00～13.00倍之間。影響紙尿褲吸液倍率的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位是試樣的吸收芯層，當(dāng)SAP遇到水分子后，其三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的大分子鏈逐漸擴(kuò)張，能夠?qū)⒋罅克肿游敕肿渔渻?nèi)部[18]。吸收一段時間后，大分子鏈的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)達(dá)到吸水平衡而形成水凝膠[19]，此時在SAP內(nèi)部的水分子很難從吸收芯層中逃離出來，從而賦予紙尿褲優(yōu)異的液體吸收性能。

圖3 吸液倍率測試結(jié)果

圖4和圖5分別是各紙尿褲試樣吸收芯層的質(zhì)量、SAP質(zhì)量分?jǐn)?shù)與紙尿褲吸液倍率的關(guān)系?？梢钥闯觯招緦又蠸AP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)直接影響紙尿褲的吸液倍率。除2#紙尿褲試樣，其他試樣的吸液倍率均與SAP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)；吸收芯層的質(zhì)量對紙尿褲的吸液倍率沒有直接影響。這是由于SAP可吸收比自身重幾百到幾千倍的液體，這是提高紙尿褲吸液倍率的關(guān)鍵因素。2#紙尿褲試樣的SAP質(zhì)量分?jǐn)?shù)不是最高，但其吸收性能最好，這是因為其導(dǎo)流層為呈漏斗狀的PE打孔膜(圖6)，吸液后的紙尿褲被懸掛時，該導(dǎo)流層能夠阻礙紙尿褲中的液體從吸收芯層朝面層方向流出，且其面層為熱風(fēng)+部分熱軋的非織造材料，具有一定的立體結(jié)構(gòu)，可在一定程度上增加紙尿褲的液體儲存空間。

圖4 吸收芯層質(zhì)量與紙尿褲吸液倍率的關(guān)系

圖5 吸收芯層中SAP質(zhì)量分?jǐn)?shù)與紙尿褲吸液倍率的關(guān)系

圖6 2#紙尿褲導(dǎo)流層的表觀形態(tài)

2.3 下滲時間分析

由圖7紙尿褲試樣經(jīng)不同次數(shù)人工尿液滲透下滲時間的試驗結(jié)果分析可知，各試樣的下滲時間與人工尿液的倒液次數(shù)呈正相關(guān)。這是由于隨著倒液次數(shù)的增加，吸液后的SAP形成的凝膠體增多，芯

圖7 各紙尿褲試樣經(jīng)不同次數(shù)人工尿液滲透的下滲時間對比

層的空隙容積減少，吸液速率降低。紙尿褲的下滲時間越短，人體在穿著過程中與紙尿褲接觸的部位則能在更短的時間內(nèi)變得干爽。3#試樣因其面層厚度較小，表面有菱形狀及條狀深溝壑(圖8)，使其表面呈凹凸立體結(jié)構(gòu)，停留在紙尿褲表面的液體可迅速從紙尿褲的凸起部位流向凹陷處，而在試驗中所用的滲透盤與紙尿褲的接觸點和人體在穿著過程中與紙尿褲的接觸點一致，均為紙尿褲表面的凸起部位，所以3#試樣的下滲速度最快。5#試樣的下滲時間最長，這是因為其面層結(jié)構(gòu)為緊密的熱軋非織造材料且面密度較大，第1次倒液時液體下滲速度最慢，且由于其吸收芯層中SAP質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，SAP在吸液后迅速膨脹，造成液體下滲困難。通過試驗數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，各紙尿褲試樣經(jīng)第3次人工尿液滲透后的下滲時間均在30 s以上，其穿著舒適性極大地降低。

圖8 3#紙尿褲試樣的表面形態(tài)

2.4 擴(kuò)散長度分析

圖9和圖10分別為各試樣經(jīng)不同次數(shù)人工尿液滲透后的表面與背面擴(kuò)散長度的試驗結(jié)果。

圖9 紙尿褲試樣經(jīng)多次人工尿液滲透后的表面擴(kuò)散長度

圖10 紙尿褲試樣經(jīng)多次人工尿液滲透后的背面擴(kuò)散長度

從圖9和圖10可以觀察到，隨著人工尿液滲透次數(shù)的增加，最初吸液部位達(dá)到飽和狀態(tài)后會逐漸通過毛細(xì)管的芯吸作用將液體沿其他未吸液部位進(jìn)行擴(kuò)散，使得各紙尿褲的表面和背面擴(kuò)散長度均逐漸增大。由圖11各紙尿褲試樣背面擴(kuò)散長度與表面擴(kuò)散長度比值(以k表示)可知，2#、3#和4#試樣的k值均大于1.0，說明這些紙尿褲試樣縱向的擴(kuò)散性好。

圖11 紙尿褲試樣背面擴(kuò)散長度與表面擴(kuò)散長度的比值

其中，4#試樣的面層采用熱風(fēng)非織造材料，相比于熱軋非織造材料更有利于液體的滲透，所以其在經(jīng)不同次數(shù)的人工尿液滲透后，k值仍較大。1#紙尿褲的k值小于1.0，說明其縱向?qū)Я餍阅芎?，這與其具有熱軋非織造導(dǎo)流層密切相關(guān)。而5#試樣經(jīng)前2次 人工尿液滲透后的k值小于1.0，但在經(jīng)第3次和4次 人工尿液滲透后的k值大于1.0，這是因為在經(jīng)少次的人工尿液滲透時，其表面的條狀溝壑具有導(dǎo)流作用，使得表面擴(kuò)散長度大于背面擴(kuò)散長度，但在經(jīng)多次人工尿液滲透后，人工尿液開始向吸收芯層滲透，并在吸收芯層的縱向進(jìn)行擴(kuò)散，使其表面擴(kuò)散長度小于背面擴(kuò)散長度。

2.5 回滲量分析

從圖12各紙尿褲試樣經(jīng)不同次數(shù)人工尿液滲透的回滲量的試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各試樣的液體回滲量均隨人工尿液滲透次數(shù)的增加而增加，經(jīng)2次人工尿液滲透后，各試樣的回滲量均小于7.5 g, 符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(≤10.0 g)。其中，1#試樣的導(dǎo)流層采用結(jié)構(gòu)蓬松的熱風(fēng)非織造材料，人工尿液的回升通道較為復(fù)雜，其能在一定程度上阻止人工尿液的反向滲透，從而提高試樣的抗回滲性能，所以少次試驗測得的回滲量最??；但因其尺寸最小，在經(jīng)4次人工尿液滲透后紙尿褲整體吸液量已達(dá)飽和，反滲量增大。在試驗過程中，2#紙尿褲在壓塊的作用下，其導(dǎo)流層中呈漏斗狀的孔的下端口張大，使得液體的回升通道變寬，從而造成在經(jīng)前2次人工尿液滲透后的回滲量比無配置導(dǎo)流層的試樣的回滲量大；但其在經(jīng)第3次和4次人工尿液滲透后的抗回滲性能變好，這與其具有良好的液體吸收性能有關(guān)。

圖12 試樣經(jīng)不同次數(shù)人工尿液滲透后的回滲量對比

在無獨立導(dǎo)流層結(jié)構(gòu)的紙尿褲中，4#試樣有經(jīng)熱風(fēng)加固的非織造面層，SAP顆粒在吸收芯層的底部均勻分布，液體被牢牢鎖在芯層底部，使得其回滲量最小。5#試樣因其吸收芯層容易形成凝膠，致使液體下滲困難而不能被充分吸收，從而造成較大的回滲量，但在第4次倒液時，隨著同一倒液位置吸液量趨于飽和，部分人工尿液將沿著紙尿褲表面的縱向淺溝壑流動，使吸收芯層未吸液部分得到充分利用，因此第4次人工尿液滲透測試后的回滲量較小。

2.6 真人試穿主觀評價分析

由表3各品牌成人紙尿褲試樣真人試穿主觀評價的試驗結(jié)果可知，1#紙尿褲的穿著舒適度最高。這是因為1#紙尿褲具有最佳的導(dǎo)流性能和抗回滲性能，且最輕薄，面層在使用過程中可長時間保持干爽，其優(yōu)異的擴(kuò)散性能可避免尿液在同一部位的聚集，從而提高了紙尿褲的穿著舒適性。2#紙尿褲的舒適度因其具有較大的吸液倍率而僅次于1#紙尿褲，但主觀評價試驗時間較短，紙尿褲未多次吸液，致使吸收性能對舒適度的影響被弱化，且該紙尿褲厚度較大，舒適性有所下降。5#紙尿褲的穿著舒適度最差，這是由于該試樣較為厚重，吸液性能和抗回滲性能較差。3#試樣的液體多次下滲速度最快，但其不具有良好的舒適性，主要原因是各試樣間下滲時間的差值與紙尿褲的使用時間相比較小，液體下滲時間對舒適度的影響較小。由此可以得出，成人紙尿褲在短時間內(nèi)進(jìn)行1次或2次吸液的過程中，其穿著舒適性主要取決于紙尿褲的擴(kuò)散性及回滲量這兩個性能指標(biāo)，輕薄型成人紙尿褲可提高使用者的穿著舒適度。

表3 各紙尿褲試樣的真人試穿主觀評價結(jié)果

根據(jù)測試數(shù)據(jù)，通過最小二乘法擬合得到的紙尿褲試樣的舒適度與其吸液性能的關(guān)系，經(jīng)1次液體滲透和2次液體滲透后所得的擬合方程分別如式(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——紙尿褲的穿著舒適度；

r——吸液倍率；

t——液體下滲時間，s；

k——液體滲透背面擴(kuò)散長度與表面擴(kuò)散長度的比值；

m——回滲量，g。

紙尿褲經(jīng)不同次數(shù)液體滲透后所得的擬合方程不同，一方面是因為紙尿褲試樣在干燥狀態(tài)和潤濕狀態(tài)下的表面張力不同[20]，這使得其在干、濕兩種狀態(tài)下的吸液性能有所差異；另一方面是因為紙尿褲中部分SAP在吸液后形成團(tuán)狀凝膠，影響二次吸液，致使兩次吸液過程中的各項性能發(fā)生變化。對比兩個方程發(fā)現(xiàn)，紙尿褲經(jīng)兩次液體滲透后，其吸液倍率r與液體多次下滲時間t對舒適度的影響不顯著而被剔除，原因是這兩個因素在短時間的主觀試驗中，對人體感官的刺激作用不明顯。且與第1次液體滲透相比，第二次吸液后試樣的相關(guān)性能參數(shù)(k和m)對舒適度的影響程度有所降低，回滲量的影響程度明顯降低，這是因為各紙尿褲在兩次液體滲透后的回滲量均顯著增加，導(dǎo)致該因素對舒適性的影響減弱。

由式(2)和式(3)中各自變量的系數(shù)可以看出，對紙尿褲舒適度影響最大的兩個性能指標(biāo)是擴(kuò)散性和回滲量，背面擴(kuò)散長度與表面擴(kuò)散長度的比值及回滲量越小，紙尿褲沿縱向的導(dǎo)流性能越好，其舒適性越佳。同時，隨著吸液倍率的增大，紙尿褲的舒適度也相應(yīng)增大，但其影響因子較小。而液體的下滲時間對紙尿褲舒適度的影響最小，主要原因是試驗對象對各試樣之間下滲時間的差值敏感度小。

3 結(jié)論

本試驗通過對5種品牌的成人紙尿褲進(jìn)行結(jié)構(gòu)拆解和各項使用性能的測試，得出以下結(jié)論：

(1)紙尿褲的吸液倍率與吸收芯層中SAP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)；紙尿褲的液體下滲時間、表面和背面擴(kuò)散長度及回滲量均隨人工尿液滲透次數(shù)的增加而增大。

(2)2#紙尿褲因其導(dǎo)流層采用呈漏斗狀的PE打孔膜而具有較高的吸液倍率；3#紙尿褲的液體多次滲透下滲時間最小，與其面層厚度較小且表面呈凹凸立體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)；4#紙尿褲的背面擴(kuò)散長度與表面擴(kuò)散長度的比值最大，歸因于其面層為經(jīng)熱風(fēng)加固的非織造材料且無配置導(dǎo)流層，液體沿紙尿褲縱向的滲透主要表現(xiàn)為吸收芯層的擴(kuò)散；而1#紙尿褲具有采用三層復(fù)合結(jié)構(gòu)的熱風(fēng)非織造材料的導(dǎo)流層，從而具有優(yōu)異的導(dǎo)流性能及抗回滲性。

(3)紙尿褲在短時間內(nèi)進(jìn)行1次或2次吸液的過程中，其穿著舒適性主要取決于紙尿褲的擴(kuò)散性及回滲量這兩個性能指標(biāo)，輕薄型成人紙尿褲可提高使用者的穿著舒適度。

通過上述試驗及分析總結(jié)可以得出，成人紙尿褲的各層結(jié)構(gòu)、各項吸液性能及使用舒適性之間有密不可分的關(guān)系，吸液性能受各層結(jié)構(gòu)的影響，同時，穿著舒適度取決于紙尿褲的各項吸液性能。面對成人紙尿褲需求量不斷增加的現(xiàn)狀，為使更多的成人紙尿褲使用者受益，各紙尿褲的生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)積極改進(jìn)并完善紙尿褲的結(jié)構(gòu)，從而有效提升成人紙尿褲的使用性能和舒適度。