纸尿裤新型结构性能与工艺技术优化

纸尿裤是一种可以吸收人们排泄物的一次性卫生用品，有成人纸尿裤和婴儿纸尿裤两种。它是一个多层结构材料的组合体，主要由面层、导流层、吸收层及防漏底层、防侧漏和弹性腰围等组成。其结构示意图如图4-18所示。

纸尿裤一般可以吸收其自身重量10～13倍的人工尿液，经多次渗透后，希望其仍然保持吸收量大、反渗量小、吸收速度快、扩散佳等性能。而防止渗漏和侧漏、吸收能力、舒适性、保持皮肤干爽等性能，则是消费者在购买纸尿裤时首先考虑的因素。纸尿裤的性能是各层材料的综合表现。换句话说，纸尿裤的部位不同，所要求的性能指标不同，所用非织造材料也就不一样。纸尿裤的面层、防漏底层、腰围材料及吸水芯体包裹材料等，一般都使用单位面积质量为8～23 g/m2的SS、SSS、SSSS型聚丙烯纺粘非织造材料。近几年来，热风非织造材料在面层和导流层等部位得到了很好应用。这些材料具有触感好、对皮肤无刺激、摩擦系数小等优点。下面分别介绍各层材料的特性和研究现状。

图4-18　纸尿裤结构示意图

1—面层 2—导流层3—吸收芯层 4—防漏底层5—腿口防侧漏隔边6—弹性腰围 7—魔术贴

4.4.2.1　面层

纸尿裤面层直接接触婴儿皮肤，要求触感柔软、细腻、光滑。同时，面层与皮肤之间形成的微气候温湿度决定了人体感觉的舒适性。纸尿裤面层主要作用是快速吸收液体并有效阻止回渗，透气、透湿，维持纸尿裤面层的干爽舒适。评价面层材料性能的指标主要有尿液穿透时间、回渗量、透气率、透湿率等。

最早的纸尿裤面层多为丙纶短纤维热风非织造材料和聚丙烯纺粘非织造材料。热风非织造材料具有手感柔软蓬松、富有弹性等特点，但缺点是强度低，易变形。同时，由短纤维梳理成网的非织造材料，其表面毛羽对皮肤有一定的刺激。薄型纺粘非织造材料生产流程短，生产成本低，其纤维是长丝，成品具有不掉屑、表面无毛羽等优点，但是纯聚丙烯纺粘非织造材料的手感较硬。短纤维热风、短纤维热轧和纺粘非织造材料在纸尿裤面层的应用对比见表4-2。

表4-2　三种非织造材料在纸尿裤面层的应用性能对比

随着非织造材料成形工艺技术的发展，以聚乙烯为皮层的皮芯型双组分纤维非织造材料，包括PE/PP（或PET）双组分短纤热风非织造材料和PP/PE双组分纺粘非织造材料两种，由于具有手感柔软、表面无毛羽等优点，在纸尿裤面层得到了广泛应用。其中，双组分短纤维热风非织造材料在热风加固时，低熔点的纤维皮层先熔化，在纤维之间的接触点和交叉点相互黏合。而芯层组分熔点较高，不发生熔融，起到骨架作用，从而赋予热风非织造材料一定的强力和更好的柔软蓬松性。双组分纤维克服了传统热风非织造材料出现的表面毛羽问题，赋予材料表面爽滑的特性。其蓬松结构可以缩短尿液穿透时间，有利于快速渗透，赋予面层更好的干爽舒适性。目前，纸尿裤面层大多采用低熔点双组分纤维热风非织造材料，单位面积质量为18～30g/m2，厚度大多不超过0.5mm。表4-3是不同纸尿裤面层材料的种类及特性。

表4-3　纸尿裤面层材料和种类及特性

如果纸尿裤面层的干爽性不够，容易引起婴儿皮肤发红甚至出现过敏现象，即“红屁股”，严重影响婴儿健康。使非织造材料表面形成花纹结构，减少面层材料与皮肤接触的面积，在接收尿液时可以缩短其下渗时间，是一种透气性能良好且更加舒适的纸尿裤面层材料。因此，目前纸尿裤面层材料基本上是凹凸立体花纹结构，代表性的珍珠纹立体结构如图4-19所示。

日本尤妮佳公司研发出一种由ES纤维网与PP长丝组成的凹凸面层材料，将PP长丝沿机器输出方向紧密平行排列在热黏合非织造材料上，再经过有凹凸花纹的热压装置，从而在面层材料的表面形成三维波浪花纹，该花纹能够减少面层材料与皮肤之间的接触面积，提高面层的舒适性，平行排列的单丝引导液体方向性流动，将液体扩散。表面的凹点能够将液体快速渗透到下一层结构中，并能够阻碍液体反渗。

有人从市面上收集了六种品牌的纸尿裤，通过电镜扫描，其面层结构如图4-20和表4-4所示。

图4-19　珍珠纹立体结构纸尿裤面层

图4-20　六种纸尿裤面层扫描电镜图

表4-4　常见纸尿裤面层结构

续表

随着一次性卫生用品市场的快速发展，消费者对一次性卫生用品面层材料的要求越来越高。为了提升自身的市场竞争力，企业需要不断研发，使面层材料更加功能多样、舒适。

最近两年，偏芯或并列型结构双组分纤维成为行业重点关注的技术，它可以形成永久性三维卷曲形态，在保证产品蓬松度和弹性良好的前提下，使生产成本更低，触感和亲肤性也更好，在纸尿裤领域的应用前景良好。另外，将棉纤维水刺非织造材料进行疏水整理后，采用激光打孔方式制备的大网孔超疏水全棉水刺非织造材料，在保证表面干爽性的同时，还具有绿色可降解等优点，在纸尿裤面层领域的应用前景良好。

4.4.2.2　导流层

导流层位于纸尿裤面层和吸收芯层之间，其主要功能是快速捕获纸尿裤面层渗透的尿液，引导尿液沿着纸尿裤长度方向快速扩散，提高有效吸收面积，并迅速将尿液扩散导入吸收芯层，以提高吸收芯层的利用率。导流层不仅需要在短时间内俘获大量尿液，而且需要在俘获尿液的同时引导尿液纵向扩散，增大吸收芯层的吸收面积，达到减轻尿液回渗的效果，从而保持纸尿裤面层干爽舒适。导流层的扩散效果如图4-21所示（彩图见插页），从图中可见，右面材料具有更好的导流效果。

导流层需要具备临时储液能力，为液体在导流层内的扩散提供条件。而储液能力依赖于材料的蓬松性。热风非织造材料具有蓬松多孔结构，有利于液体在其中的扩散和渗透，容纳液体能力强，能吸收大于自身重量10倍以上的液体，是导流层常用材料。在纤维铺网过程中进一步使纤维沿着导流层长度方向取向排列，能实现更好的定向导液功能。(www.xing528.com)

有人从市面上购买了六种纸尿裤，其导流层结构性能见表4-5。从表4-5可见，导流层的单位面积质量大多为30～45g/m2，宽度为7～9cm，长度为16～24cm，厚度为0.5～1mm。大多采用双组分纤维（纤维直径26～31μm，大约4旦），经热风加固成形，还有少数采用化学黏合加固。

图4-21　水流在不同纸尿裤上的扩散效果

表4-5　常见纸尿裤导流层结构

导流层一般位于纸尿裤中部偏前位置，以单层局部结构为主。研究发现，双层结构导流层有助于缩短液体下渗时间，赋予纸尿裤更好的干爽舒适性。上层为粗旦纤维高取向高速梳理成网，定向导流速度快。下层为细旦纤维杂乱+凝聚成网的阻尼扩散层，防止尿液在局部大量渗透。尿液在上层扩散后再通过下层渗透，从而实现快速导流和反渗透扩散。据研究，该材料的纵向导流效果是普通材料的3.5倍。其成形工艺如图4-22所示。

图4-22　双层结构导流层成形工艺示意图

另外，该双层结构导流层可以通过平网热风穿透方式复合加固，以消除成网过程中因圆网曲率造成的结构缺陷。导流层纤网电镜照片如图4-23所示。

为增强液体扩散差异性，有人制备了梯度结构的涤纶/黏胶纤维热风非织造材料，将细度差异显著的黏胶纤维、双组分纤维和涤纶短纤维采用预针刺和热风复合的加固方法，形成上层（蓬松舒适层）疏松多孔、下层（致密分流层）致密的双层梯度结构。进一步研究发现，随着致密导流层中黏胶纤维含量从50%增加到80%，其上下两面对水的扩散面积比值从1.39增大到1.93，说明可以通过调控梯度结构来控制上下层的液体扩散面积，进而扩大液体的非对称传输特性，实现导流功能，提高纸尿裤的表面干爽性。

图4-23　导流层纤网电镜图

需要注意的是，纸尿裤的反渗量、吸收和扩散速度等性能是其多层结构综合作用的效果，面层和导流层等搭配合理，才可以达到较好的综合效果。

4.4.2.3　吸收芯层

吸收芯层可以快速吸收导流层渗透的尿液并将其存储，从而防止尿液外漏污染衣物。吸收芯层的主要成分是高分子吸水树脂（简称SAP）、绒毛浆和吸水纸等，外面再包裹一层非织造包覆材料。吸收芯层中的绒毛浆具有较好的扩散尿液吸收功能，同时可以增强吸收芯层的强力。如果吸收芯层中缺少绒毛浆，当SAP树脂吸收尿液后会立即发生膨胀，形成紧密相连的凝胶结构，纸尿裤会产生起驼现象，堵塞尿液下渗，导致芯体对尿液吸收扩散不良，有漏尿风险。而由热风非织造材料、SAP和热熔胶组成的复合吸收芯体，则具有结构薄、吸收后不起驼、不断层的优点，逐渐取代绒毛浆混合SAP的传统吸收芯体结构。

复合吸收芯层包裹材料要求具有多次（持久的）亲水、透液功能，要求材料的湿强较高，纤维较细，有良好的遮蔽性，并能有效防止SAP树脂颗粒外渗，常用SS、SSS等结构的纺粘非织造材料，其单位面积质量为8～13g/m2。

有人研究了市面上六种纸尿裤吸收芯层的结构组成，结果见表4-6。从表4-6可见，吸收芯层多为卫生纸包裹绒毛浆和SAP的混合体组成，其重量为13～19g，SAP含量多在20%左右。

总之，采用立体结构面层、引导液体在纵向扩散和厚度方向的渗透达到高度平衡的导流层和吸收能力优良的吸收芯层制成的纸尿裤，可获得较佳的吸收性能，经多次尿液渗透后，依然保持吸收量大、反渗量小、吸收速度快等优点。

表4-6　常见纸尿裤吸收芯层结构

4.4.2.4　防漏底膜

防漏底膜的作用是防止尿液渗漏流出，主要是一些防水透气的聚乙烯塑料薄膜。为了提高其触感和舒适性，常常将其与非织造材料复合。表4-7是市面上收集的六种纸尿裤的防漏底膜孔径大小。

表4-7　常见纸尿裤防漏底膜孔径大小

从表4-7中可以看出，六种品牌纸尿裤底膜的最大孔径均小于4μm，小于水滴的最小直径20μm，故均具有防水透气的功能。纸尿裤复合底层要求耐摩擦、不易起毛起球，一般采用SS、SSS和SSSS聚丙烯纺粘非织造材料与防水透气膜复合，其单位面积质量通常为11～18g/m2。

目前，消费者除了关心纸尿裤的安全性外，选择纸尿裤时更多会考虑其舒适性，更担心婴儿因使用不合适纸尿裤而产生湿疹或“红屁股”等症状。许多专家认为，引起纸尿裤红疹的原因是纸尿裤与人体形成的狭小空间缺少新鲜空气，加上潮湿和排泄物的刺激。如果纸尿裤有合适的透气性，面层保持干爽，就不容易出现上述症状。而纸尿裤的透气性是各层综合作用的结果，其中防漏底膜的影响很大。因此，防漏底膜在防止尿液渗漏的同时，要尽量提高其透气透湿性。

4.4.2.5　弹性腰围和防侧漏隔边

纸尿裤的防侧漏隔边和腰围材料要求拒水、有良好的触感、对皮肤无刺激、耐摩擦、不易起毛起球。腰围材料常用SS、SSS和SSSS纺粘非织造材料，单位面积质量为11～18g/m2。防侧漏隔边要有更好的拒水性，静水压不低于150mmH2O，优选SMS、SMMS、SSMMS和SSMMMS纺熔复合非织造材料，其单位面积质量一般为13～18 g/m2。

近几年来，弹性腰围纸尿裤受到消费者的青睐。有公司推出了双向弹性非织造材料，具有柔软亲肤、轻薄、弹性好等特性，能更好地保护婴幼儿的肌肤，适用于纸尿裤、经期裤和拉拉裤的弹性腰围。