導(dǎo)槽技術(shù)在一次性衛(wèi)生用品中的應(yīng)用

沈嘉俊,鐘 磊,白 鑫,陳 昶

(杭州豪悅護(hù)理用品股份有限公司,浙江 杭州311115)

目前中國一次性衛(wèi)生用品市場的發(fā)展穩(wěn)定,且呈穩(wěn)步上升的趨勢。一次性衛(wèi)生用品主要包含嬰兒紙尿褲、女性衛(wèi)生用品、護(hù)墊和成人失禁用品,其根本是一種具備吸液、導(dǎo)流擴(kuò)散作用,利用纖維的芯吸效應(yīng)以及高吸水性樹脂(SAP)的吸液特性,可以快速擴(kuò)散吸收液體,并具有鎖住和儲(chǔ)存功能的液體吸控結(jié)構(gòu)。以嬰兒紙尿褲為例,紙尿褲是由面層、導(dǎo)流層、吸收芯體和底膜構(gòu)成的多結(jié)構(gòu)、多層次的復(fù)合體。其中導(dǎo)流層是一種有助于液體透過面層后迅速擴(kuò)散并有效被芯體吸收,提升吸收芯體利用率的非織造材料[1]。近年來有不少關(guān)于導(dǎo)流層的研究,鄭蕾等[2]研究制備了一種新型的3層復(fù)合結(jié)構(gòu)導(dǎo)流層,該導(dǎo)流層由上下2層普通的平面結(jié)構(gòu)非織造纖網(wǎng)和中間1層經(jīng)熱風(fēng)預(yù)黏合且具有橫向波浪形結(jié)構(gòu)的非織造材料通過烘箱熱風(fēng)穿透黏合而成,在3層結(jié)構(gòu)的纖維規(guī)格都較為合適時(shí),導(dǎo)流層的液體穿透時(shí)間、吸液率、持液率和液體縱向擴(kuò)散長度均有較明顯的提升。專利CN201910805075.X[3]發(fā)明了一種“草坪結(jié)構(gòu)”的三維立體導(dǎo)流層,通過靜電植入的方式將一層垂直排列的低密度超短纖維固定在基布上,該蓬松結(jié)構(gòu)有利于液體的迅速下滲并起到一定的液體暫存和擴(kuò)散作用,提高SAP利用率的同時(shí)減少反滲。

根據(jù)以上研究可以看出,導(dǎo)流層所起到的作用在一次性衛(wèi)生用品中是必不可少的,但導(dǎo)流效果好、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的導(dǎo)流層面臨的問題便是生產(chǎn)成本較高,很難有效提升市場競爭力。因此,本文提出了一種在吸收芯體的熱風(fēng)棉中設(shè)置導(dǎo)槽的方法以替代導(dǎo)流層,并通過紙尿褲生產(chǎn)線的加工復(fù)合制備了3種試樣,比較了熱風(fēng)棉導(dǎo)槽與導(dǎo)流層分別對(duì)紙尿褲吸液速率、飽和吸水量、鎖水量、回滲量和液體擴(kuò)散長度的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

熱風(fēng)棉(PE/PP)(45 g/m2),4種不同的SAP,導(dǎo)流層(PE/PP)(35 g/m2)。

1.2 儀器及試劑

JM-A5002電子天平,PCE-E6000 自動(dòng)吸水倍率升降儀,JJ5000型離心脫水機(jī),秒表,刻度尺,0.9%的NaCl溶液,藍(lán)墨水。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)方案

根據(jù)紙尿褲試樣中是否含有導(dǎo)流層和熱風(fēng)棉導(dǎo)槽設(shè)計(jì)了3種不同的試樣,試樣編號(hào)如表1所示。

表1 不同導(dǎo)流方式的試樣

1.3.2 試樣制備

3種紙尿褲試樣的制備流程如圖1所示。首先將熱風(fēng)棉鋪在芯體底層上,然后在熱風(fēng)棉中依次按SAP1、SAP2、SAP3 和SAP4 的 順 序 進(jìn) 行SAP 的 鋪設(shè),因此3種紙尿褲試樣中的SAP 均為4層結(jié)構(gòu),其中1#和2#試樣的各層SAP都均勻鋪設(shè),3#試樣的第2、3層中間不鋪設(shè)SAP以形成一條寬約2 cm 的導(dǎo)槽。接著以包覆層噴膠折疊的方式制作成復(fù)合芯體,其中在2#試樣上復(fù)合導(dǎo)流層和面層,1#和3#試樣直接復(fù)合面層,最后經(jīng)過相同的紙尿褲后道加工工序完成試樣的制備。

圖1 紙尿褲試樣的制備流程圖

1.4 試樣吸液性能測試

1.4.1 試樣片重

每種試樣各取5片,用電子天平稱取每片的質(zhì)量,取平均值并記錄數(shù)據(jù)。

1.4.2 吸液速率、擴(kuò)散長度和回滲量

每種紙尿褲試樣取5片并分別將其展開鋪平且拉直,將吸液性能加壓法測試裝置放置于試樣吸收面層的正中心,用量筒準(zhǔn)確量取80 ml的0.9%氯化鈉溶液并用1～2滴藍(lán)墨水染色,然后將其倒入測試裝置中。與此同時(shí)開始計(jì)時(shí),當(dāng)試樣完全吸收氯化鈉溶液后停止計(jì)時(shí)并將測試裝置移開,記錄第一次吸液時(shí)間為T1,同時(shí)量取試樣縱向的擴(kuò)散長度L1;過3 min后重復(fù)前面測試步驟并記錄第二次吸液時(shí)間為T2,同時(shí)量取試樣縱向的擴(kuò)散長度L2;過5 min后稱取一定重量的衛(wèi)生紙m1,將其放置在試樣的加液處并用2.4 kg的壓塊壓在衛(wèi)生紙上1 min,1 min后將壓塊移去,稱量衛(wèi)生紙重量為m2,回滲量M 計(jì)算公式如式(1)所示。對(duì)其余4片試樣進(jìn)行相同的步驟操作,計(jì)算平均值并記錄。

1.4.3 飽和吸水量及鎖水量

配置0.9%氯化鈉溶液8 000 ml模擬人工尿液,稱測試樣品的重量為M0,將測試樣品浸在測試液里10 min。將浸好的樣品放在控水架上晾10 min,晾過10 min后稱樣品的重量為M1,將樣品放入離心脫水機(jī)中甩1.5 min后稱樣品的重量為M2。飽和吸水量MX和鎖水量MS計(jì)算公式如式(2)和式(3)所示,每種樣品測試5片,計(jì)算平均值并記錄。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同導(dǎo)流方式的試樣片重

不同導(dǎo)流方式的3種試樣片重如圖2所示。

圖2 紙尿褲試樣片重

由圖2可以發(fā)現(xiàn)3種試樣的片重相差不大,最大相差在0.5 g左右,其中2#試樣由于添加了導(dǎo)流層,片重最大;1#和3#試樣中不含導(dǎo)流層,因此片重相對(duì)較低。由此可以得到在相同的工藝條件下,1#和3#試樣的生產(chǎn)成本略低于2#試樣。

2.2 不同導(dǎo)流方式對(duì)試樣吸液速率的影響

3種不同導(dǎo)流方式下紙尿褲試樣的多次吸液速率如圖3所示。

圖3 不同導(dǎo)流方式對(duì)試樣多次吸液速率的影響

從圖3可以看出,所有試樣的第一次吸液速率均比第二次吸液速率快,這是由于高吸水性樹脂是一種高分子電解質(zhì),含有大量的可電離水解的羧酸鹽基團(tuán)[4];當(dāng)SAP顆粒和氯化鈉溶液接觸后,水分子立馬和其中的親水性基團(tuán)產(chǎn)生水合作用,隨著高分子電解質(zhì)的不斷水解,樹脂網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的-COO-不斷離解,由于離子間同種電荷相互排斥作用,SAP 顆粒原先的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[5]隨著離子鍵網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)張,其交聯(lián)結(jié)構(gòu)的彈性收縮力不斷增加,水分子可以快速地進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但由于交聯(lián)劑以及分子內(nèi)氫鍵的作用,SAP 在吸水后交聯(lián)點(diǎn)之間的彈性收縮距離是有限的,因此SAP在吸收一段時(shí)間溶液后會(huì)形成一種動(dòng)態(tài)平衡[6],而在形成這個(gè)動(dòng)態(tài)平衡之前水分子會(huì)不斷進(jìn)入這個(gè)空間結(jié)構(gòu),所以試驗(yàn)中紙尿褲試樣第一次吸液時(shí)表層的SAP顆粒還未達(dá)到吸液動(dòng)態(tài)平衡,水分子因樹脂內(nèi)的吸水滲透壓能夠快速進(jìn)入其交聯(lián)結(jié)構(gòu)之中,吸液速率較快;而在第二次吸液時(shí)表層SAP顆粒大多已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài),液體無法被快速吸收,主要依靠表面擴(kuò)散及下滲來繼續(xù)吸收液體,因此第二次吸液速率相對(duì)緩慢。

從圖3還可以發(fā)現(xiàn)1#試樣的吸液速率最慢,3#試樣的吸液速率最快。由于2#試樣使用的導(dǎo)流層是一種粗旦雙組份纖維的熱風(fēng)非織造布,具有一定的蓬松度,有許多孔隙,當(dāng)液體被面層捕捉后在氣-液交界處形成一定的壓差,液體快速下滲進(jìn)入導(dǎo)流層,在孔隙中短暫性地儲(chǔ)存一部分液體后通過芯吸作用[7]下滲到吸收芯體中被SAP吸收,因此吸液速率相對(duì)于不含導(dǎo)流層且其余條件相同的1#試樣更快。而3#試樣由于其芯體中設(shè)有導(dǎo)槽,且導(dǎo)槽上方只有一層SAP,當(dāng)液體接觸吸收芯體時(shí)表層的SAP 能快速捕獲液體且由于SAP 數(shù)量不多,吸液后產(chǎn)生的凝膠阻塞現(xiàn)象不明顯,因此液體能夠快速進(jìn)入并填充整個(gè)導(dǎo)槽,從而液體能增大與4層SAP的接觸面積,有效提高芯體利用率和吸液速率。此外,1#和2#試樣的多次吸液速率相差較大,3#試樣相差較小,由此也可以得到1#和2#試樣吸液后SAP 因黏連而產(chǎn)生的凝膠阻塞現(xiàn)象更嚴(yán)重,對(duì)吸液速率影響更大,而3#試樣的導(dǎo)槽能很好地解決上述問題,使試樣的二次吸液速率比含導(dǎo)流層的2#試樣提升近50%。

2.3 不同導(dǎo)流方式對(duì)試樣擴(kuò)散長度的影響

3種不同導(dǎo)流方式下紙尿褲試樣的多次擴(kuò)散長度如圖4所示。

由圖4可以看到2#試樣擴(kuò)散長度最短,3#試樣擴(kuò)散長度最長,且所有試樣的第二次擴(kuò)散長度均大于第一次擴(kuò)散長度。首先第一次吸液時(shí)表層的大多數(shù)SAP未達(dá)到吸液動(dòng)態(tài)平衡,液體下滲及吸收的速率較大,因此沿縱向擴(kuò)散的液體較少,擴(kuò)散長度較小;第二次吸液時(shí)由于表層的SAP 多數(shù)已經(jīng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡的飽和狀態(tài),再加上存在一定的凝膠阻塞現(xiàn)象,從而抑制了內(nèi)部結(jié)構(gòu)中多孔通道的毛細(xì)作用,阻礙水分子的滲入,導(dǎo)致液體無法快速下滲吸收而沿縱向擴(kuò)散,因此第二次吸液后擴(kuò)散長度比第一次長[8]。由于2#試樣有導(dǎo)流層,當(dāng)吸收液體時(shí)導(dǎo)流層中的纖維空隙能及時(shí)儲(chǔ)存液體并通過毛細(xì)作用[9]將液體快速沿纖維排列的方向擴(kuò)散,但是導(dǎo)流層本身就具有一定的吸液和儲(chǔ)液能力,會(huì)將部分液體儲(chǔ)存在其中,因此液體沒有完全被吸收芯體所吸收,從而吸液后的擴(kuò)散長度比沒有導(dǎo)流層的1#試樣擴(kuò)散長度小約5～10 mm。而3#試樣由于其開設(shè)了導(dǎo)槽,液體接觸芯體后快速下滲并開始在導(dǎo)槽內(nèi)沿縱向流動(dòng),與芯體內(nèi)的SAP 接觸面積增大,吸收更加快速且充分,因此該試樣的擴(kuò)散長度比前兩者更長。

圖4 不同導(dǎo)流方式對(duì)試樣多次擴(kuò)散長度的影響

2.4 不同導(dǎo)流方式對(duì)試樣回滲量的影響

3種不同導(dǎo)流方式下紙尿褲試樣的回滲量如圖5所示。

圖5 不同導(dǎo)流方式對(duì)試樣回滲量的影響

回滲量是指檢測紙尿褲試樣表面吸收生理鹽水后,在加壓狀態(tài)下反滲到試樣上表面的液體重量。回滲量的多少由未被芯體中SAP 吸收的液體量所決定且直接影響紙尿褲穿戴的舒適性,量越少試樣表面越干爽,舒適性越高。從圖5中可以發(fā)現(xiàn)含有導(dǎo)流層的2#試樣回滲量最高,達(dá)到約1.2 g,3#試樣回滲量最少,只有0.3 g左右。由于前面所提到的導(dǎo)流層具有一定的儲(chǔ)液能力,且回滲量的測試需要在試樣表面加壓狀態(tài)下進(jìn)行,因此導(dǎo)流層中儲(chǔ)存的部分未被芯體吸收的液體會(huì)在加壓時(shí)回滲至試樣表面,導(dǎo)致試樣的回滲量增加。而3#試樣中的導(dǎo)槽起到了很好的液體擴(kuò)散作用,使SAP對(duì)液體的吸收面更廣,吸收更完全,因此該試樣的回滲量少。

2.5 不同導(dǎo)流方式對(duì)試樣飽和吸水量及鎖水量的影響

3種不同導(dǎo)流方式下紙尿褲試樣的飽和吸水量及鎖水量如圖6所示。

圖6 不同導(dǎo)流方式對(duì)試樣飽和吸水量和鎖水量的影響

從圖6可以看到3種試樣的飽和吸水量和鎖水量沒有明顯的差別,飽和吸水量基本都在550 g左右,而鎖水量大約在400 g,說明在離心力作用下試樣中的SAP能夠鎖住70%以上的水分。這是由于SAP顆粒具有一種三維交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),該分子結(jié)構(gòu)的主鏈和側(cè)鏈上擁有許多如羥基、羧基和羰基一樣的強(qiáng)親水性基團(tuán),當(dāng)水分子進(jìn)入交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中后能快速和這些基團(tuán)形成氫鍵從而提供一定的強(qiáng)力將水分子牢牢鎖住,即使受到外力的擠壓,水分子也很難從該結(jié)構(gòu)中逃離[10]。因此試樣的飽和吸水量和鎖水量主要還是由試樣內(nèi)的SAP總量所決定,3種不同試樣的SAP添加量相同從而飽和吸水量及鎖水量也相近。

3 結(jié)論

通過改變紙尿褲的液體導(dǎo)流方式制備了3種不同的試樣,比較了3種試樣的片重、吸液速率、液體擴(kuò)散長度、回滲量、飽和吸水量及鎖水量等性能差異,分析了導(dǎo)槽技術(shù)替代導(dǎo)流層的可行性并得出以下結(jié)論:

(1)在相同的工藝條件下,使用導(dǎo)槽技術(shù)的紙尿褲因不含導(dǎo)流層,生產(chǎn)成本更低。

(2)使用導(dǎo)槽技術(shù)的紙尿褲多次吸液速率均比含導(dǎo)流層的紙尿褲快,其中第二次吸液速率提升近50%,且其多次吸液速率受凝膠阻塞的影響較小。

(3)使用導(dǎo)槽技術(shù)的紙尿褲多次液體擴(kuò)散長度均比含導(dǎo)流層的紙尿褲長,且相比之下回滲量明顯更低。

(4)飽和吸水量和鎖水量主要由SAP 含量所決定,所有試樣添加的SAP 數(shù)量相等,因此數(shù)據(jù)相差不大。

紙尿褲導(dǎo)槽技術(shù)在某種程度上可以替代導(dǎo)流層,并且在紙尿褲吸液性能方面表現(xiàn)更加優(yōu)異且成本相對(duì)更低,因此優(yōu)化紙尿褲導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)以及提升相關(guān)技術(shù)水平是進(jìn)一步提高紙尿褲吸液性能的重要方向之一。