衛(wèi)生用熱風(fēng)非織造材料的發(fā)展方向

張靜峰 北京大源非織造股份有限公司

近年來，熱風(fēng)非織造材料在個(gè)人衛(wèi)生護(hù)理用品領(lǐng)域廣受歡迎，特別是衛(wèi)生巾、護(hù)墊、夜安褲、嬰兒紙尿褲和嬰兒拉拉褲等產(chǎn)品。熱風(fēng)布以其柔軟的手感、蓬松的外觀和易于后加工造型的特點(diǎn)，受到行業(yè)的廣泛關(guān)注并廣為應(yīng)用。

表1 熱風(fēng)非織造材料在個(gè)人衛(wèi)生護(hù)理用品中的應(yīng)用

1 熱風(fēng)非織造材料介紹

熱風(fēng)非織造材料屬于短纖維梳理成網(wǎng)，經(jīng)熱空氣加固工藝而形成的干法非織造布。它使用雙組分纖維，當(dāng)經(jīng)過梳理后的纖維網(wǎng)通過熱風(fēng)爐時(shí)，纖網(wǎng)兩側(cè)的空氣壓力差使熱空氣穿透纖網(wǎng)，而進(jìn)行加熱，熱熔纖維中的低熔點(diǎn)組分熔融，而高熔點(diǎn)組分未發(fā)生變化。由于纖網(wǎng)中的纖維是隨機(jī)排列的，呈現(xiàn)出三維各向異性結(jié)構(gòu)，纖維之間相互搭接，沒有特定的規(guī)律。在纖維之間的搭接點(diǎn)上，熔融的組分發(fā)生流動(dòng)和擴(kuò)散，相互焊接在一起。一定的風(fēng)壓和輥壓作用使纖網(wǎng)的粘合效果得到加強(qiáng)，最后經(jīng)過冷卻定型，形成熱風(fēng)非織造布。

圖1 熱風(fēng)非織造布的SEM照片

正是由于熱風(fēng)非織造布特殊的纖維及工藝，使得它具有其他非織造布不可比擬的特點(diǎn)。它具有良好的空間結(jié)構(gòu)，纖維之間的空隙很大，在相同定量條件下，熱風(fēng)非織造布的厚度是熱軋、紡粘、熔噴等材料的3～5倍。圖1是熱風(fēng)非織造布的SEM照片，可以看出，低熔點(diǎn)組分在纖維的交叉點(diǎn)上形成熔融粘著，而冷卻后，非交叉點(diǎn)上的纖維仍保持原來的狀態(tài)。這是一種“點(diǎn)狀粘合”，而不是“區(qū)粘合”的形式，因而產(chǎn)品具有蓬松性、柔軟性和較高的彈性。

表2 熱風(fēng)非織造布特性的影響因素

2 熱風(fēng)非織造材料的發(fā)展趨勢

復(fù)合纖維和熱風(fēng)非織造材料的生產(chǎn)技術(shù)已日趨成熟，消費(fèi)者提出了更高的期待和要求，因而產(chǎn)品的開發(fā)向著差異化、多元化的方向發(fā)展。

2.1 現(xiàn)有纖維材料的細(xì)化

沒有最細(xì)，只有更細(xì)。在國內(nèi)，客戶對面層熱風(fēng)材料的需求從2.0D到1.5D，從2018年初又流行起天鵝絨般手感的1.2D纖維材料。特別是嬰兒紙尿褲的底層，使用1.2D纖維的熱風(fēng)非織造布，賦予了產(chǎn)品奢華、高端的觸感，受到媽媽們的喜愛?，F(xiàn)在纖維廠商在積極開發(fā)可以量產(chǎn)和易于梳理的1.0D和0.8D的復(fù)合纖維。這可能是今后超高端衛(wèi)生用品的選擇之一。

2.2 粗旦纖維細(xì)化手感

這一設(shè)計(jì)理念通俗解釋就是用2D復(fù)合纖維做出的非織造布與用常規(guī)1.5D纖維做出的布手感一樣柔軟。同時(shí)，由于纖維本身細(xì)度變粗，纖維間的孔隙變大，使得液體的滲透速度有了明顯提升，纖維間的存液也會(huì)大大減少。最終賦予了面層材料柔軟的手感，良好的導(dǎo)液性能和較低的回滲量。

2.3 新型油劑處理

在纖維生產(chǎn)過程中，需要使用紡絲油劑以防止或消除靜電積累，同時(shí)賦予纖維柔軟、平滑等特性，使其順利通過后道工序。油劑一般有平滑劑、乳化劑、抗靜電劑和調(diào)整劑。在新型纖維的開發(fā)中，可以加入弱酸成分，使得最終的非織造布pH值在5.5～6.0的范圍，這和人體肌膚的平均pH值接近，對皮膚和身體小環(huán)境起到保護(hù)作用。

油劑中也可添加植物成分，這一點(diǎn)類似于化妝品。添加成分來自于植物提取物，范圍非常廣泛，如蘆薈、牛油果、橄欖、洋甘菊、玫瑰、橙花、棉籽等。植物萃取物是無色無味的，含量很低，可通過高效液相色譜儀進(jìn)行測試。

對于衛(wèi)生用品的面層材料，客戶最主要的要求是干爽。通過使用弱親水油劑，可以提升衛(wèi)生用品整體的干爽度，即降低材料回滲量，但同時(shí)滲透時(shí)間稍有增加。滲透時(shí)間和回滲量是一對矛盾體。親水性強(qiáng)，液體的滲透速度快，同時(shí)返上來的液體量也會(huì)增加。親水性弱，下滲速度慢，但返上來的液體少，被吸收芯體吸走的液體量會(huì)增加，從而表面干爽。弱親水油劑的開發(fā)，正是為了滿足客戶對干爽度的要求。

抑菌非織造布逐漸受到市場的青睞。紡織材料的抑菌機(jī)理主要是：1）影響細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)代謝酶的活性；2）阻止細(xì)菌DNA復(fù)制與合成，阻止孢子生長；3）與蛋白質(zhì)反應(yīng)，破壞細(xì)胞壁的合成。復(fù)合纖維施加抑菌油劑，是生產(chǎn)抑菌熱風(fēng)非織造布較常用且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方式。

2.4 添加天然纖維

天然纖維是消費(fèi)者非常喜愛的紡織材料，它主要分為植物纖維、動(dòng)物纖維和礦物纖維。在衛(wèi)生用品領(lǐng)域，可添加的主要是棉、麻、絲、毛。而棉纖維的添加，在熱風(fēng)非織造布領(lǐng)域很流行，添加比例一般為1%～10%，由于添加比例低，對材料的吸濕性能影響較小，但棉纖維不參與熱風(fēng)的粘合，因而材料的柔軟度會(huì)提高。

絲、麻和毛纖維在熱風(fēng)非織造布中也可少量添加，但由于梳理性、可能存在的刺癢感、成本高等原因，目前市場應(yīng)用不多。

2.5 添加特色纖維

特色纖維混合和天然纖維類似，多數(shù)是不參與粘合的，可以混合的纖維種類有聚乳酸纖維（PLA）、竹纖維、萊賽爾纖維、甲殼素纖維、海藻纖維、牛奶蛋白纖維、大豆蛋白纖維等。這些纖維可以用作水刺非織造布的原材料，可以100%使用。但在熱風(fēng)領(lǐng)域，只能部分添加。

1）聚乳酸纖維（PLA）

PLA纖維是可降解纖維，屬于聚酯類產(chǎn)品，原材料來自玉米淀粉，淀粉原料經(jīng)過發(fā)酵制成乳酸，再通過化學(xué)方法合成聚乳酸。聚乳酸是透明或淺黃色物質(zhì)，玻璃化溫度50℃～60℃，熔點(diǎn)160℃～170℃，密度為1.25g/cm3。在一定的環(huán)境下，經(jīng)過水和微生物作用，聚乳酸酯鍵斷裂發(fā)生水解，降解為乳酸，最終可分解成二氧化碳和水。PLA纖維制成的非織造布可以在堆肥條件下，2～3個(gè)月之內(nèi)降解，是今后應(yīng)對環(huán)境友好材料選擇之一。圖2是PLA纖維在不同的介質(zhì)中降解3個(gè)月的情況。在熱風(fēng)生產(chǎn)工藝中，聚乳酸纖維只能少量添加，目前還難于實(shí)現(xiàn)100%復(fù)合聚乳酸熱風(fēng)非織造布的量產(chǎn)。

圖2 PLA纖維在不同的介質(zhì)中降解3個(gè)月的情況

2）竹纖維、萊賽爾纖維

這些纖維都是來自于竹漿、木漿的人造纖維，由于原材料或制造工藝與化學(xué)纖維不同，而賦予了材料特殊的性能特點(diǎn)，受到消費(fèi)者的喜愛，在熱風(fēng)工藝中，可以少量添加。

3）牛奶蛋白纖維、大豆蛋白纖維

牛奶蛋白纖維就是將液體狀牛奶去水、脫脂、加上揉合劑制成牛奶漿，再經(jīng)濕紡工藝及技術(shù)處理成牛奶絲。在聚丙烯腈大分子側(cè)鏈上嫁接蛋白分子，同時(shí)改變了纖維的回潮率，使牛奶蛋白纖維的回潮率達(dá)到4.6%。牛奶蛋白纖維含有17種對人體有益的氨基酸，pH值為6.8，為弱酸性，與皮膚親和性好。

圖3 牛奶蛋白纖維的生產(chǎn)工藝流程

通常所說的大豆蛋白纖維是由大豆蛋白質(zhì)和聚乙烯醇制成。它采用化學(xué)和生物方法，從榨掉油脂的大豆豆渣中提取球狀蛋白質(zhì)，通過添加功能性助劑，改變蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)，經(jīng)濕法紡絲而成。纖維在手感和吸濕透氣方面可媲美蠶絲。

4）甲殼素纖維、海藻纖維

甲殼素纖維來自于蝦殼和蟹殼，既有抗菌作用，又具有環(huán)境友好性。海藻纖維技術(shù)是近年來開發(fā)的新技術(shù)，海藻纖維同樣有抗菌作用。

5）植物來源的復(fù)合纖維

熱風(fēng)非織造布使用的復(fù)合纖維，基本來自于石油。石油資源總有枯竭的一天，現(xiàn)在材料行業(yè)在積極開發(fā)來自于生物質(zhì)的纖維材料。其中PET的原材料PTA和EG均可以從玉米桿、稻桿等植物中獲得。這項(xiàng)技術(shù)已小規(guī)模使用在飲料瓶等領(lǐng)域，大規(guī)模纖維的商業(yè)化仍在研究中，相信不遠(yuǎn)的未來，我們就可以用到生物質(zhì)的纖維材料。

2.6 熱風(fēng)非織造布的后道加工技術(shù)

后道加工是為了讓非織造材料展現(xiàn)出精美的外觀，體現(xiàn)透氣、柔軟、蓬松的特點(diǎn)，與皮膚接觸點(diǎn)變少，從而主觀感覺舒適。實(shí)現(xiàn)上述特色的方法有很多種，包括打孔、壓花、層壓復(fù)合、涂布等。

1）打孔

通過孔型設(shè)計(jì)，呈現(xiàn)出帶孔的花紋，使得衛(wèi)生用品的表層或底層更加美觀。一般通過加熱的針輥孔輥實(shí)現(xiàn)。

圖4 不同孔型的打孔非織造布

圖5是3種20g/m2熱風(fēng)非織造布厚度和透氣量對比，1.5D熱風(fēng)白布、2.0D熱風(fēng)白布、2.0D熱風(fēng)打孔布。透氣量測試試驗(yàn)壓差125Pa，孔板面積38cm2。

圖5 3種熱風(fēng)非織造布厚度和透氣量對比

2）壓花

通過平輥和花輥的加熱加壓，使得熱風(fēng)非織造布表面呈現(xiàn)出暗花紋，用于衛(wèi)生巾面層、護(hù)翼或紙尿褲面層，體現(xiàn)出產(chǎn)品的高端感。

圖6 不同壓花圖案的熱風(fēng)非織造布

3）層壓復(fù)合

采用熱壓或超聲波粘合的方式，將兩層材料貼合在一起，并進(jìn)行打孔、壓花，或?qū)⑦@些工藝結(jié)合使用，使材料呈現(xiàn)出3D立體效果。材料的選擇可以是熱風(fēng)+熱風(fēng)，熱風(fēng)+紡粘，熱風(fēng)+膜等多種形式。

圖7 層壓復(fù)合材料的3D立體效果

4）涂布

在材料的表面噴涂或刮涂親水劑、潤膚油、香料等，賦予材料特殊的性能，如親膚、柔軟、香氣等。

3 結(jié)語

隨著非織造布行業(yè)技術(shù)的發(fā)展和消費(fèi)者不同層次需求的增加，小而美的創(chuàng)新會(huì)層出不窮，從油劑、纖維生產(chǎn)、熱風(fēng)工藝和后加工等各個(gè)方面，不斷推出新的產(chǎn)品以及各種非織造工藝的組合產(chǎn)品，為衛(wèi)生用品提供多種多樣的材料選擇。

Q&A問答

1.棉、麻、竹等天然纖維在熱風(fēng)布中添加的最大比例是多少？

答：由于棉、麻、竹纖維沒有熔點(diǎn)，不參與粘合，添加的比例最大20%，否則非織造布粘合不充分，手感特別軟，沒有筋骨，起毛情況也會(huì)比較嚴(yán)重。

2.添加天然纖維對熱風(fēng)布本身的性能和后加工有什么影響嗎？

答：由于天然纖維添加的比例不大，對梳理的過程影響比較小。如果天然纖維添加量在5%以內(nèi)，對非織造布的性能和后加工打孔、壓花等都不會(huì)有影響。如果比例在10%～20%，對喂料設(shè)備有一定要求，需要纖維混合均勻，否則在有些部位，天然纖維比較多，粘合不好，會(huì)出現(xiàn)局部起毛嚴(yán)重的問題。但目前實(shí)際應(yīng)用情況是，天然纖維的比例都在5%以內(nèi)。

3.熱風(fēng)布要求回滲小、干爽，親水油劑是添加在原料纖維中，還是在熱風(fēng)布生產(chǎn)過程中單獨(dú)添加，哪種方式回滲小？

答：目前一般都在纖維生產(chǎn)的過程中添加了干爽型油劑，這樣的材料性能最穩(wěn)定、成本更低、非織造布的生產(chǎn)過程也最容易控制。在熱風(fēng)布生產(chǎn)過程中是不進(jìn)行添加的，如果要在熱風(fēng)工序中噴涂各種油劑，需要配置烘干設(shè)備，會(huì)增加制造難度，增加成本，也可能由于再次烘燥，會(huì)損失熱風(fēng)布的柔軟度。

4.熱風(fēng)布柔軟度有沒有評判標(biāo)準(zhǔn)，如何有效地給客戶傳遞不同熱風(fēng)布柔軟度的差異。

答：對于熱風(fēng)布，沒有國家或國際專門設(shè)計(jì)的儀器和測試方法去衡量柔軟指標(biāo)。各個(gè)企業(yè)大多是借用織物硬挺度儀或者紙張柔軟度測試儀。其原理是測試一定寬度試樣，在受到重力或壓力下的彎折程度。但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)測試數(shù)據(jù)指標(biāo)柔軟的材料，摸起來手感卻不如測試指標(biāo)差的材料。目前最有效的方法是感官評價(jià)為主，柔軟度測試數(shù)據(jù)為輔，兩者相結(jié)合的方式。對比法是最直觀的展示熱風(fēng)布柔軟度差異的方法，用幾塊不同纖度或不同風(fēng)格的熱風(fēng)布做對比，說明柔軟程度的差異。

5.現(xiàn)在很多廠家主打細(xì)旦纖維，有些企業(yè)已經(jīng)做到0.8D，但是應(yīng)用在衛(wèi)生巾面層上，雖然解決了柔軟性能，但是下滲速度很慢，表層有殘留，反滲量大。如何在解決下滲速度、表層殘留問題的同時(shí)保證柔軟？

答：細(xì)旦纖維，甚至0.8D纖維，比較適合于做紙尿褲底層、拉拉褲腰圍、衛(wèi)生巾側(cè)邊等拒水材料。0.8D纖維非常細(xì)，在非織造布生產(chǎn)過程中，極易產(chǎn)生棉結(jié)和梳理不暢的情況，生產(chǎn)速度和效率極低。作為親水面層，雖然其親膚、柔軟的感覺很好，但是一旦有液體，勢必會(huì)潮濕、不易下滲造成表面有殘留。為了兼顧生產(chǎn)性、實(shí)用性和柔軟度，基本的做法是用0.8～1.2D的纖維與1.5D或2D的纖維混合搭配使用。

6.如何解決熱風(fēng)布的干爽性？

答：熱風(fēng)布本身的干爽性與纖維細(xì)度和油劑選配有關(guān)。同時(shí)和整個(gè)紙尿褲或衛(wèi)生巾的導(dǎo)流層、吸收體搭配有關(guān)。針對面層熱風(fēng)布，要想干爽，一般選用2D～2.6D的纖維，這個(gè)纖度的纖維，單位面積上的根數(shù)適宜，有較大的孔隙，利于液體下滲，柔軟度也能符合面層的要求。油劑的選擇一般是永久親水，且親水性稍弱，即弱親，液體滲透不是立刻下滲，而是有1～2s的緩沖，隨后下滲，并被吸收體快速吸收。由于弱的親水性，液體返滲量也相應(yīng)減少。

7.添加聚乳酸纖維的熱風(fēng)布已經(jīng)量產(chǎn)了嗎？它與普通的熱風(fēng)布有差別嗎？是否可應(yīng)用于紙尿褲面層或者底層？

答：聚乳酸（PLA）單組分纖維應(yīng)用在熱風(fēng)布中不能參與粘合，因?yàn)榫廴樗崂w維的熔融溫度在160～170℃之間。雙組分的PLA高低熔點(diǎn)纖維已經(jīng)開發(fā)出來，還沒有大規(guī)模生產(chǎn)。雙組分PLA的熱風(fēng)布手感相對于現(xiàn)有PET/PE熱風(fēng)布來說稍硬挺，類似于PP纖維產(chǎn)品，不夠蓬松柔軟，這和PLA本身的特性有關(guān)。應(yīng)用于需要蓬松柔軟的紙尿褲面層，還需要進(jìn)行研究和開發(fā)。

8.歐美導(dǎo)流層比較偏厚偏硬，但國內(nèi)導(dǎo)流層趨向軟和蓬松，二者對最終產(chǎn)品性能的影響如何？有何差異？

答：歐美的導(dǎo)流層是厚實(shí)偏硬。因?yàn)闅W美消費(fèi)者對于紙尿褲整體厚實(shí)能吸是有需求的，對紙尿褲本身柔軟度的要求不強(qiáng)烈。歐美的導(dǎo)流層定量一般為50～150g/m2，蓬松硬挺的多孔隙結(jié)構(gòu)，有利于液體沿著不規(guī)則的纖維縫隙滲透，降低吸收體中SAP結(jié)塊的風(fēng)險(xiǎn)，防止紙尿褲吸收體斷裂。

國內(nèi)的紙尿褲需求是超薄柔軟，因此導(dǎo)流層定量不能高，且要求蓬松柔軟，一般30～40g/m2，纖維都是4～6D，比較粗，厚度不高，因而孔隙結(jié)構(gòu)不如厚實(shí)的導(dǎo)流層充分。但我們的紙尿褲一般使用復(fù)合芯體，結(jié)構(gòu)與歐洲的不同，這樣的導(dǎo)流層可以滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)和測試要求。