成人失禁褲/墊芯的制備與性能研究

胡 杰 徐熊耀2 吳海波

1. 東華大學(xué)紡織學(xué)院,上海 201620；2. 浙江王金非織造布有限公司,浙江 湖州 313104

如今，失禁是一種常見的病征。全球有數(shù)百萬的成年人因各種因素(如懷孕、分娩、糖尿病、前列腺問題、老齡化等)罹患失禁病征[1-3]。失禁不僅出現(xiàn)在老年人身上，在上班族中也越來越常見。無論是男性還是女性，都有可能出現(xiàn)這種情況。目前，我國65歲以上需要長期護(hù)理的老年人數(shù)約3 750萬，65歲以下的癱瘓和半癱瘓病人約200萬，再加上其他失禁病人，保守估計(jì)全國需要使用成人失禁用品的總?cè)藬?shù)近4 000萬，成人失禁用品市場(chǎng)前景非常廣闊。2017年，全球的成人失禁用品市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到約632億美元[4]。其中，成人失禁褲/墊作為成人失禁用品中的一員，受到了失禁病人的青睞，其為他們的正常社交生活帶來了極大的便利。

成人失禁褲/墊一般由面層、導(dǎo)流層、吸收芯層、防漏底層組成，其中吸收芯層在整個(gè)系統(tǒng)中起著關(guān)鍵性作用。市面上的成人失禁褲/墊芯主要由高吸水樹脂(Super Absorbent Polymer，SAP)和絨毛漿(或木漿纖維)組成，雖然能夠容納大量的液體，但SAP一旦吸水即膨脹成為水凝膠，這會(huì)降低吸收芯層的吸液能力[5]。因此，含有SAP的成人失禁褲/墊均為一次性衛(wèi)生用品。

黏膠纖維屬于纖維素纖維，具有良好的吸濕透氣性，其服用舒適性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通合成纖維，且來源廣泛，能自然降解，不會(huì)污染環(huán)境[6]。但黏膠纖維吸濕后強(qiáng)度明顯下降，其織物的尺寸穩(wěn)定性也較差[7]。丙綸的纖維強(qiáng)度高，耐磨性好，耐酸、耐腐蝕等性能優(yōu)于其他合成纖維，而且不霉不蛀，衛(wèi)生性好[8-9]。故本試驗(yàn)選擇在黏膠纖維原料中混入少量丙綸，并采用針刺和熱風(fēng)加固的非織造技術(shù)，改善黏膠纖維織物尺寸穩(wěn)定性差的情況。通過對(duì)試樣的吸液率、持液率、液體穿透時(shí)間、縱向擴(kuò)散長度、返濕量、透濕率、縮水率等進(jìn)行測(cè)試，得到制備較好吸液性能、持液性能和尺寸穩(wěn)定性的成人失禁褲/墊芯的最優(yōu)工藝參數(shù)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料

本試驗(yàn)選用黏膠纖維和丙綸為原料。黏膠纖維長度為38 mm，線密度為1.83 dtex，實(shí)際回潮率為12.97%，拉伸斷裂強(qiáng)力為3.54 cN，拉伸斷裂伸長率為16.76%；丙綸長度為40 mm，線密度為1.76 dtex，實(shí)際回潮率為1.25%，拉伸斷裂強(qiáng)力為3.94 cN，拉伸斷裂伸長率為36.63%。JSM-5600 LV掃描電子顯微鏡觀察到的兩種纖維的表面形態(tài)如圖1所示。

(a) 黏膠纖維

(b) 丙綸

1.2 儀器設(shè)備

試驗(yàn)儀器：JSM-5600 LV掃描電子顯微鏡、YG814D液體穿透儀、YG601H電腦型織物透濕儀、Y089D自動(dòng)縮水率試驗(yàn)機(jī)。

試驗(yàn)設(shè)備：BG038-100開松機(jī)、BG058-120大倉混棉箱、BG179-70氣壓棉箱、BG218A-100雙道夫雜亂梳理機(jī)、BG258-60交叉鋪網(wǎng)機(jī)、FZZ-1200預(yù)針刺機(jī)、MFC-100主針刺機(jī)、H-TS-3烘箱。

1.3 試樣制備

通過針刺和熱風(fēng)加固工藝，在不同的工藝參數(shù)條件下制備出12種非織造布試樣，其編號(hào)分別標(biāo)記為1#～12#。

試驗(yàn)共分兩個(gè)階段。

階段一：以黏膠纖維為原料，梳理交叉鋪網(wǎng)后經(jīng)針刺加固，制備出9種黏膠針刺非織造布試樣(1#～9#)，主要研究面密度、針刺密度對(duì)試樣相關(guān)性能的影響，試驗(yàn)方案如表1所示。

階段二：在階段一的基礎(chǔ)上，選取最優(yōu)面密度和最優(yōu)針刺密度作為工藝參數(shù)，并確定一定的熱風(fēng)溫度、熱風(fēng)時(shí)間，以黏膠纖維和丙綸為原料，改變兩種原料的質(zhì)量配比，梳理交叉鋪網(wǎng)后經(jīng)針刺和熱風(fēng)加固，制備出3種黏膠/丙綸針刺熱風(fēng)非織造布試樣(10#～12#)，主要研究原料的質(zhì)量配比對(duì)試樣相關(guān)性能的影響。

表1 階段一試驗(yàn)方案

表2 階段二試驗(yàn)方案

1.4 性能測(cè)試

1.4.1 表面形態(tài)

采用JSM-5600 LV型掃描電子顯微鏡，觀察12種非織造布試樣的表面形態(tài)。

1.4.2 吸液率和持液率

參照GB/T 24218.6—2010《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第6部分：吸收性的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)，稱取一定質(zhì)量(M1)的干燥試樣，試樣尺寸為100 mm×100 mm，將其浸沒在去離子水中，1 min后立即取出并垂直懸掛2 min，立即稱取此時(shí)的試樣質(zhì)量(M2)；然后，迅速地將濕態(tài)試樣放在標(biāo)準(zhǔn)吸液墊上，同時(shí)將1.2 kg的標(biāo)準(zhǔn)壓塊壓在試樣上，1 min后立即稱取此時(shí)的試樣質(zhì)量(M3)。吸液率(La)以試樣所吸收的液體質(zhì)量與試樣干燥質(zhì)量之比的百分?jǐn)?shù)表示，持液率(Lh)以試樣加壓吸收后殘留的液體質(zhì)量與試樣干燥質(zhì)量之比的百分?jǐn)?shù)表示，具體分別見式(1)、式(2)。每種試樣測(cè)5次，結(jié)果取平均值。

(1)

(2)

1.4.3 液體穿透時(shí)間

參照GB/T 24218.8—2010《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第8部分：液體穿透時(shí)間的測(cè)定(模擬尿液)》標(biāo)準(zhǔn)，在規(guī)定條件下，將5 mL模擬尿液以一定速度流到放置在標(biāo)準(zhǔn)吸液墊上的干燥試樣上，試樣尺寸為100 mm×100 mm，用電測(cè)法測(cè)量全部液體穿透試樣所需的時(shí)間，即液體穿透時(shí)間。每種試樣測(cè)10次，結(jié)果取平均值。

1.4.4 縱向擴(kuò)散長度

參照GB/T 24218.11—2012《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第11部分：溢流量的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)，將干燥試樣放置在標(biāo)準(zhǔn)吸液墊上，試樣尺寸為140 mm×280 mm，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，將25.000 g質(zhì)量濃度為9 g/L的氯化鈉溶液通過漏斗排放到試樣上，測(cè)量液體在試樣縱向擴(kuò)散的最長距離，即縱向擴(kuò)散長度。每種試樣測(cè)5次，結(jié)果取平均值。

1.4.5 返濕量

參照GB/T 24218.14—2010《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第14部分：包覆材料返濕量的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)，將干燥試樣放置在標(biāo)準(zhǔn)吸液墊上，試樣尺寸為125 mm×125 mm，再按GB/T 24218.13—2010《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第13部分：液體多次穿透時(shí)間的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)中的方法進(jìn)行3次液體穿透試驗(yàn)。在第3次液體穿透試驗(yàn)結(jié)束后，輕輕將模擬嬰兒負(fù)荷(Simulated Baby Load，SBW)放置在試樣和標(biāo)準(zhǔn)吸液墊上3 min，然后移開SBW和標(biāo)準(zhǔn)吸液墊，將質(zhì)量為m1的2層干燥的吸紙放置在試樣上，并將SBW放在吸紙上2 min，稱量此時(shí)2層吸紙的質(zhì)量(m2)。返濕量(mWB)以2層吸紙返濕前后的質(zhì)量差表示，按式(3)計(jì)算。每種試樣測(cè)3次，結(jié)果取平均值。

mWB=m2-m1

(3)

1.4.6 透濕性

參照GB/T 12704.1—2009《紡織品 織物透濕性試驗(yàn)方法 第1部分：吸濕法》標(biāo)準(zhǔn)，將試樣放置在裝有35.000 g干燥劑的透濕杯上，用墊圈、壓環(huán)、螺帽等固定，組成試驗(yàn)組合體。將試樣組合體置于溫度為38 ℃、相對(duì)濕度為90%的試驗(yàn)箱中平衡1 h，迅速蓋上透濕杯杯蓋并放在20 ℃的硅膠干燥器中平衡30 min，稱量此時(shí)透濕杯杯蓋及試驗(yàn)組合體的質(zhì)量；然后移走透濕杯杯蓋，將試驗(yàn)組合體再次放入溫度為38 ℃、相對(duì)濕度為90%的試驗(yàn)箱內(nèi)，經(jīng)1 h試驗(yàn)時(shí)間后取出，并迅速蓋上同一個(gè)透濕杯杯蓋，稱量此時(shí)透濕杯杯蓋及試驗(yàn)組合體的質(zhì)量。試樣的透濕性以單位時(shí)間內(nèi)試樣單位面積的透濕量(即“透濕率”)表示，按式(4)計(jì)算。每種試樣測(cè)3次，結(jié)果取平均值。

(4)

式中：WVT為透濕率，g/(m2·h)；Δm為透濕杯杯蓋及試樣組合體2次稱得質(zhì)量之差，g；A為試樣有效試驗(yàn)面積，0.002 83 m2；t為試驗(yàn)時(shí)間，h。

1.4.7 尺寸穩(wěn)定性

參照GB/T 8629—2001《紡織品 試驗(yàn)用家庭洗滌和干燥程序》標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合GB/T 8878—2014《棉針織內(nèi)衣》標(biāo)準(zhǔn)，選擇前者中的5A程序?qū)σ欢ǔ叽绲脑嚇舆M(jìn)行洗滌。洗滌結(jié)束后，將試樣放置在溫度為20 ℃、相對(duì)濕度為65%的環(huán)境中，采用懸掛法自然晾干。試樣的尺寸穩(wěn)定性以試樣洗滌前后的縱向、橫向尺寸變化率(即“縮水率”)表示，按式(5)計(jì)算。每種試樣測(cè)3次，結(jié)果取平均值。

(5)

式中：l1為試樣洗滌前尺寸，cm；l2為試樣洗滌后尺寸，cm。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 表面形態(tài)

圖2以11#試樣為例反映了熱風(fēng)加固前和熱風(fēng)加固后的表面形態(tài)。

(a) 熱風(fēng)加固前

(b) 熱風(fēng)加固后

由圖2(a)可見，熱風(fēng)加固前的試樣由于已受到反復(fù)針刺作用，纖維之間相互穿插糾纏，已形成三維立體網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)[9]。

由圖2(b)可見，熱風(fēng)加固后的試樣中熔點(diǎn)較低的丙綸收縮熔融產(chǎn)生了黏結(jié)點(diǎn)，纖維之間的縫隙和孔洞較熱風(fēng)加固前變大[10-11]。

2.2 吸液率和持液率

1#～9#試樣的吸液率和持液率測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

結(jié)合圖3(a)：(1)分別比較1#～3#、 4#～6#、 7#～9#試樣發(fā)現(xiàn)，在相同的面密度下，針刺密度增加會(huì)導(dǎo)致試樣的吸液率下降。當(dāng)針刺密度較小時(shí)，纖維纏結(jié)稀疏，彼此之間的孔隙大又多，故試樣能容納其自身干燥質(zhì)量數(shù)倍的液體；當(dāng)針刺密度較大時(shí)，纖維纏結(jié)變得緊密，纖維之間的孔隙小又少[12-13]，因此試樣能容納的液體質(zhì)量減少。(2)分別比較1#、 4#、 7#,2#、 5#、 8#,3#、 6#、 9#試樣發(fā)現(xiàn)，在相同的針刺密度下，試樣面密度增加，其吸液率略有提升。這是因?yàn)樵嚇訂挝幻娣e內(nèi)的纖維根數(shù)增多，試樣厚度增加[14]，故其吸液能力增強(qiáng)，但當(dāng)面密度超過200 g/m2后，吸液率提升幅度變小，如4#和7#,5#和8#,6#和9#，吸液率基本相同。

(a) 吸液率

(b) 持液率

由圖3(b)可發(fā)現(xiàn)，9種試樣的持液率的變化趨勢(shì)與吸液率基本一致，這可能是因?yàn)轲つz纖維既具備一定的親水性能，又具備一定的保水性能。但9種試樣的持液率的差異較小，基本保持在550%～650%。在持液率測(cè)試過程中，試樣會(huì)受到標(biāo)準(zhǔn)壓塊的擠壓。當(dāng)面密度相同時(shí)，吸液率主要取決于試樣內(nèi)孔隙的大小與多少，而孔隙所容納的液體很容易被擠出，故各試樣間的持液率變化不明顯；當(dāng)針刺密度相同時(shí)，吸液率主要取決于試樣包含的纖維根數(shù)，雖然黏膠纖維既有親水性能又有保水性能，但保水性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如親水性能，試樣受到一定質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)壓塊的擠壓后，其內(nèi)部能夠留存的液體并不多，故持液率變化不大。

綜合圖3可知，7#試樣的吸液率和持液率均為最大，而4#試樣的吸液率與7#試樣差異很小，持液率稍低于7#試樣。故綜合原料成本、加工成本等因素，確定選取4#試樣的工藝參數(shù)即面密度200 g/m2和針刺密度1 000刺/cm2作為最優(yōu)工藝參數(shù)，并運(yùn)用到階段二的試樣制備中。

10#～12#試樣的吸液率、持液率測(cè)試結(jié)果見表3。比較10#～12#試樣發(fā)現(xiàn)，隨著黏膠纖維質(zhì)量配比的增加，試樣的吸液率和持液率逐漸增大。黏膠纖維具有較強(qiáng)的吸水能力，因此其質(zhì)量配比越大，試樣的吸液率越高。同時(shí)，黏膠纖維還具有一定的保水性能，在一定壓力作用下仍然能保存部分液體，因此其質(zhì)量比越大，試樣的持液率越高。故10#試樣的吸液性能和持液性能較優(yōu)。

表3 10#～12#試樣的吸液率、持液率測(cè)試結(jié)果

2.3 液體穿透時(shí)間

表4所示為10#～12#試樣的液體穿透時(shí)間測(cè)試結(jié)果，可以看到，隨著黏膠纖維質(zhì)量配比的增加，液體穿透時(shí)間減少。一方面，黏膠纖維具有較強(qiáng)的吸濕性能，能快速吸收液體，液體在其自重及黏膠纖維較強(qiáng)的吸收作用下，下滲速度迅速提高，因此黏膠纖維質(zhì)量配比越大，液體穿透時(shí)間越短；另一方面，雖然丙綸的吸濕性不如黏膠纖維，但隨著丙綸質(zhì)量配比的增加，更多的丙綸由于熱風(fēng)作用會(huì)熔融在黏膠纖維上，黏結(jié)點(diǎn)數(shù)增加，纖維與纖維之間的孔隙增大，這也有利于液體快速穿透試樣[15]。但前者對(duì)液體穿透時(shí)間的影響更大，因此10#試樣的液體穿透時(shí)間最短。

表4 10#～12#試樣的液體穿透時(shí)間測(cè)試結(jié)果

2.4 縱向擴(kuò)散長度

通常采用滑滲量來表征液體沿試樣縱向擴(kuò)散的能力。但在本試驗(yàn)中，由于試樣采用質(zhì)量配比較大的親水性黏膠纖維制備而成，液體能夠被試樣完全吸收，沒有外溢，故采用縱向擴(kuò)散長度來表征液體沿試樣縱向的擴(kuò)散能力。如表5所示，12#試樣的縱向擴(kuò)散長度最長。黏膠纖維的吸濕性能較強(qiáng)，其在迅速吸收液體的同時(shí)會(huì)阻礙液體擴(kuò)散，因此黏膠纖維質(zhì)量配比越大，液體的縱向擴(kuò)散長度越短。

表5 10#～12#試樣的縱向擴(kuò)散長度測(cè)試結(jié)果

2.5 返濕量

如表6所示，12#試樣的返濕量最小，其在潮濕環(huán)境中，皮膚舒適感好，不易出現(xiàn)紅疹等現(xiàn)象。一方面，黏膠纖維是親水性纖維，其保水性較好，有利于返濕，因此黏膠纖維的質(zhì)量配比越小，返濕量越??；另一方面，雖然丙綸的吸濕性不如黏膠纖維，但隨著丙綸質(zhì)量配比的增加，更多的丙綸會(huì)由于熱風(fēng)作用受熱熔融，試樣內(nèi)的黏結(jié)點(diǎn)數(shù)增多，纖維間的孔隙變大，在外力作用下，液體大部分被放置在試樣下方的標(biāo)準(zhǔn)吸液墊吸收，這使得被2層吸紙吸收的液體質(zhì)量較小，即返濕量低。

表6 10#～12#試樣的返濕量測(cè)試結(jié)果

2.6 透濕率

如表7所示，10#試樣的透濕率最大。一方面，黏膠纖維為親水性纖維，吸濕效果明顯，有助于水氣傳遞。另一方面，丙綸的透濕性高于黏膠纖維，隨著丙綸質(zhì)量配比增加，試樣的透濕性提高；同時(shí)試樣內(nèi)的黏結(jié)點(diǎn)數(shù)增多，纖維間孔隙變大，液體傳遞阻力降低，這也有利于透濕率提高。但前者對(duì)透濕率的影響更大，因此10#試樣的透濕率最大。

表7 10#～12#試樣的透濕率測(cè)試結(jié)果

2.7 縮水率

10#～12#試樣的縮水率測(cè)試結(jié)果見表8。

表8 10#～12#試樣的縮水率測(cè)試結(jié)果

由表8可知，隨著黏膠纖維質(zhì)量配比的增加，試樣的縱向、橫向縮水率均上升。黏膠纖維吸水后其橫向發(fā)生溶脹，纖維直徑增大，濕強(qiáng)大大降低，使得由黏膠纖維制成的試樣在水洗過程中容易產(chǎn)生變形損傷，尺寸穩(wěn)定性差。將黏膠纖維和丙綸結(jié)合，能夠明顯改善黏膠纖維制成的試樣的縮水情況。經(jīng)熱風(fēng)加固后，丙綸發(fā)生熔融而在試樣上產(chǎn)生黏結(jié)點(diǎn)，使得纖維與纖維之間結(jié)合緊密，試樣在洗滌干燥后不容易發(fā)生尺寸變化，故12#試樣的縮水率最低，表明其尺寸穩(wěn)定性最好。另外，隨著洗滌次數(shù)的增加，試樣的縮水率越來越大，即尺寸穩(wěn)定性越來越差?？傮w上，試樣縱向縮水率始終低于橫向縮水率，原因與本試驗(yàn)采用交叉鋪網(wǎng)技術(shù)形成纖網(wǎng)有關(guān)。試樣中的纖維主要沿縱向排列，因此試樣的縱向尺寸穩(wěn)定性更好。

3 結(jié)論

(1) 通過對(duì)黏膠針刺非織造布的吸液率、持液率的測(cè)試分析，選取面密度200 g/m2、針刺密度1 000刺/cm2作為最優(yōu)工藝參數(shù)，并運(yùn)用到黏膠/丙綸針刺熱風(fēng)非織造布的制備中。

(2) 通過對(duì)黏膠/丙綸針刺熱風(fēng)非織造布的吸液率、持液率的測(cè)試分析可知，當(dāng)黏膠纖維/丙綸質(zhì)量配比為95/5時(shí)，試樣的吸液率、持液率最高。

(3) 通過對(duì)黏膠/丙綸針刺熱風(fēng)非織造布的液體穿透時(shí)間的測(cè)試分析可知，當(dāng)黏膠纖維/丙綸質(zhì)量配比為95/5時(shí)，試樣的液體穿透時(shí)間最短。

(4) 通過對(duì)黏膠/丙綸針刺熱風(fēng)非織造布的縱向擴(kuò)散長度的測(cè)試分析可知，當(dāng)黏膠纖維/丙綸質(zhì)量配比為85/15時(shí)，試樣的縱向擴(kuò)散長度最長。

(5) 通過對(duì)黏膠/丙綸針刺熱風(fēng)非織造布的返濕量的測(cè)試分析可知，當(dāng)黏膠纖維/丙綸質(zhì)量配比為85/15時(shí)，試樣的返濕量最低。

(6) 通過對(duì)黏膠/丙綸針刺熱風(fēng)非織造布的透濕率的測(cè)試分析可知，當(dāng)黏膠纖維/丙綸質(zhì)量配比為95/5時(shí)，試樣的透濕率最高。

(7) 通過對(duì)黏膠/丙綸針刺熱風(fēng)非織造布的縮水率的測(cè)試分析可知，當(dāng)黏膠纖維/丙綸質(zhì)量配比為85/15時(shí)，試樣的縮水率最低，尺寸穩(wěn)定性最好。

綜合成人失禁褲/墊芯上述各性能的測(cè)試分析結(jié)果，得到最優(yōu)工藝參數(shù)組合：當(dāng)面密度為200 g/m2、針刺密度為1 000刺/cm2時(shí)，黏膠纖維/丙綸質(zhì)量配比為95/5的試樣的吸液率、持液率、透濕率最高，液體穿透時(shí)間最短；黏膠纖維/丙綸質(zhì)量配比為85/15的試樣的縱向擴(kuò)散長度最長，返濕量最低，尺寸穩(wěn)定性最好。