衛生用品彈性材料的應用及其對產品性能的影響

Ulrich Hornfeck Uwe Bernhuber

衛生用品彈性材料的應用及其對產品性能的影響

Application and Influence of Elastic Material

Ulrich Hornfeck Uwe Bernhuber

衛生用品發展的主要方向是最優的性能和最佳的合身性。紙尿褲市場就是一個最好的例子，最能說明這個變化趨勢，紙尿褲產品一直在朝這個方向發展。嬰兒紙尿褲和成人失禁用品都應讓穿著者活動自如，同時要確保舒適和具有最大的護理作用。最初，生產衛生用品時不用彈性材料，手感很硬，貼身性較差。由于消費者的關注點由純功能轉向穿著舒適和使用者友好，因此使用彈性材料的技術不斷進步。對于衛生用品所使用的非織造布的性能要求，尤其是其伸長率，對成品的彈性產生了決定性影響。生產紙尿褲大耳朵和把它們固定在紙尿褲上的過程對彈性材料也有具體的要求。因此從紙尿褲所用各種材料的技術角度來看，它是一種非常復雜的產品，并不斷為非織造布生產商提出新的挑戰，同時也是新的機遇。

彈性橋接材料和彈性側邊閉合件

把彈性橋接材料應用于閉合件是使用彈性材料邁出的第一步。這種彈性橋接材料由確保拉伸性和牢固度的彈性薄膜組成，薄膜兩面都層合可橫向伸長的熱粘合非織造布。非織造布讓彈性材料具有牢固度和紡織品手感。圖1展示了紙尿褲閉合件中彈性橋接材料的結構。

圖1 紙尿褲閉合件中彈性橋接材料結構

彈性橋接材料常與別的彈性材料結合起來使用，例如紙尿褲背部的彈性腰圍。而從前這些材料主要用在紙尿褲腿圍切割的部位。

彈性材料的性能可用滯后檢驗法評定，彈性材料被反復拉伸，模擬成品紙尿褲隨著人體的活動而不斷地伸長和收縮。這項測試能證明材料的伸長率和所需的拉力。用特定的拉力拉伸材料，而后取兩個循環的檢驗數據，最常用的拉力為10N，這是紙尿褲在穿著過程中通常承受的作用力。從理論上講，拉伸曲線應盡可能平，這說明拉伸過程產生的收縮力小。此外，最后形成的兩條曲線應盡量一致，曲線高度一致表明重復拉伸沒有損害材料，仍然非常合身。這還說明，在第二次和任何增加的拉伸過程中，在一定的拉力下，材料獲得的伸長率相同。每次拉伸循環后，還要測定所謂的永久變形，永久變形表明材料恢復其原尺寸的程度。彈性材料理論上應具有低永久變形特性，圖2表明橋接材料滯后檢驗時第一和第二次拉伸循環的滯后現象以及永久變形。

圖2 彈性橋接材料滯后檢驗

圖2中的彈性材料回彈性能較好，拉伸曲線較平直，然而其拉伸幅度只有約40%，舉例來說，為了獲得10%的伸長率，就需要4N的拉力。

為了優化成人和嬰兒紙尿褲閉合件的彈性效果，人們發明了通常所說的紙尿褲大耳朵。之前的紙尿褲閉合系統由狹窄的彈性橋接材料固定在紙尿褲身上，而紙尿褲大耳朵擴大了彈性的區域，進一步提高了貼身性，因此穿著更舒適。在生產紙尿褲大耳朵過程中，彈性橋接材料的基本結構保持不變，彈性薄膜兩面都層合有非織造布。圖3表明了紙尿褲大耳朵的結構。

在這種復合材料中，使用的非織造布量更大，并且彈性薄膜和非織造布都更輕，同時對材料的要求也更高。在紙尿褲中，整個大耳朵必須承受25～30N的更大拉力，因此需要非常結實的可拉伸非織造布。一般情況下，紙尿褲生產商要負責把大耳朵緊固在紙尿褲身上，因此生產過程中的要求很嚴格：紙尿褲生產線的平均速度已經達到每分鐘約1,000片，所以在紙尿褲生產中，大耳朵要在高車速下被固定和折疊。此外，大耳朵的高牢固性是必需的。為了把大耳朵固定在褲身上以及把閉合膠帶固定在大耳朵上，大耳朵的兩側邊緣必須是不可拉伸的，并具有很高的抗張強度，即具有所謂的分區結構。圖4是含膠條的可拉伸復合材料。

圖3 紙尿褲彈性耳朵結構

圖4 帶有膠條的彈性復合材料

通過確定材料的應力—應變曲線來檢驗非織造布材料的彈力拉伸性。將非織造布兩端夾住，使勁拉伸直至扯斷，然后測定伸長率和所需的拉力。非織造布彈性材料理論上應在較小的拉力下有較大的拉伸性。

圖5所示彈性熱合非織造布的拉伸幅度高達160%，但要獲得這一伸長率需要高達7N的拉力。因此，為了確保最佳彈力拉伸性，所用的非織造布通常是被活化的，也就是說要預拉伸。活化非織造布辦法很多，通常所說的環壓是最常用的辦法之一。環壓的過程中，紙尿褲大耳朵被導引到兩根裝有大圓環的輥子中間，這兩個圓環上下交替拉扯非織造布。然而，紙尿褲的生產方法通常是取得專利的，生產商為了獲得最佳可拉伸性而優化生產工藝的空間不大。

圖5 用作彈性材料的熱合及水刺非織造布應力-應變曲線

活化可拉伸非織造布的其他辦法包括遞增拉伸或自由拉伸。但在自由拉伸時，由于非織造布結構不規則，往往會被拉破。因此，使用熱熔膠條可使預定的拉伸區域形成一個整體。

彈性材料的活化會增加生產成本，消耗更多的時間。因此，紙尿褲彈性閉合件的進一步發展應著眼于在不需要活化過程的前提下獲得拉伸性最大化。

改進的彈性材料：彈性更高，活化需求更低

用于衛生用品的經過進一步改進的可拉伸非織造布采用彈力拉伸性較高的超薄熱粘合材料，因此活化需求較低。含有彈性薄膜的大耳朵結構證明了其作用，因此成為了彈性結構的基礎。圖5顯示了用作彈性材料的改進的熱粘合非織造布應力—應變曲線。

這種非織造布拉破前具有高達250%的伸長率，同時以5～6N的更小拉力就可獲得這一伸長率。實際上，只有在使非織造布具有活性，提高其加工性能的時候，才需要超過200%的高伸長率。由于這種材料自身的性質無需太大的活性，因此不用使伸長率達到最大值就可滿足需求。

伸長率和牢度更高的水刺非織造布

衛生用品彈性材料的進一步發展是開始使用水刺非織造布。由于生產技術獨特，水刺非織造布的伸長率高，同時抗張強度也較高。以較小的拉力就可獲得高伸長率，讓紙尿褲使用更方便，穿著更舒適。

圖5所示的這種水刺非織造布伸長率高達100%，這是紙尿褲大耳朵使用的伸長率范圍。用不足2N的相當小拉力就能拉伸水刺非織造布。非常平的曲線走向表示滯后曲線同樣平直，因此拉伸時產生的收縮力很小。在伸長率達到100%后，取得更高的伸長率所需的拉力呈幾何級數增加，因此說明彈性性能降低。這種曲線是水刺非織造布特有的，并有助于大耳朵發揮所謂的防紙尿褲滑脫功能。熱粘合可拉伸非織造布不具備這樣的特性，它會在均勻增加的拉力下伸長，在一定的拉力下破損時沒有任何征兆，無法確認非織造布達到了最大伸長率。

圖5表明了不同非織造布材料具有的應力—應變行為的伸長范圍。不同的非織造布具有不同的最大伸長率，且所需拉力也不同：熱粘合非織造布在比較小的拉力下具有較高伸長率，改進的熱粘合非織造布伸長率更高，而水刺非織造布的伸長率較前兩者都高，這更有益于提高大耳朵防止紙尿褲滑脫的功能。水刺非織造布適用于各種紙尿褲的彈性材料。

盡管如此，水刺非織造布并不提供紙尿褲用彈性材料所需的真正彈性。水刺非織造布的滯后曲線與一個用于優質紙尿褲上成品大耳朵的檢驗結果對比表明了這種材料的性質：

使用相對較小的拉力，紙尿褲大耳朵的伸長率可達到約130%，拉伸后，它幾乎縮回到原有的尺寸，說明其永久變形小。第二次拉伸時，獲得了相似的伸長率和同樣小的永久變形。這一應力-應變性能可作為彈性非織造布材料的標準。

尚未活化處理的水刺非織造布的應力-應變性能非常接近于大耳朵成品第一次拉伸時的應力-應變性能。以非常小的拉力就可獲得很高的伸長率，而不必先將其活化。

此外，由于水刺非織造布具有較大的抗張強度，因此可使用較低定量的薄膜提供拉伸功能。從而使原料用量減少，用后廢棄物量也相應地減少。水刺非織造布還能使紙尿褲大耳朵更蓬松，有更像紡織品的手感，并向生產商提供了更多可供選擇的原料。不僅可以選用普遍使用的聚丙烯，還有聚酯，以及聚酯與聚丙烯的混合物。考慮到可持續發展，以乳酸為原料且用可再生資源生產的聚乳酸也可推廣使用。

使用者碰到的另一個問題是閉合件粘鉤與紙尿褲大耳朵纖維的粘連。在很多情況下，粘鉤的膠膜會把纖維從非織造布中粘下來，而水刺非織造布的特性在于纖維完整性較高，因此可防止纖維被粘下來；粘鉤不會損壞紙尿褲大耳朵。總之，用作彈性材料的水刺非織造布比以前使用的材料性能更好。此外，水刺非織造布在較小拉力下較高的可拉伸性使生產商能夠縮小紙尿褲大耳朵的尺寸、降低成本以及保護資源。

在紙尿褲大耳朵的一些具體使用中，水刺非織造布用作彈性材料有很多優點：在復合的彈性材料中，彈性薄膜層在外端和與褲身相連的里端都可以縮短尺寸，因為在這些地方對拉伸性沒有要求。在此情況下，產品使用時所需的穩固性只能由非織造布來提供。熱粘合非織造布無法滿足這種需求，而水刺非織造布的特殊結構使其非常適合用作彈性材料。

最新的研發成果是，將可拉伸水刺非織造布與另一種非織造布層合，這可能將彈性材料提到新高度。

水刺-熔噴非織造布復合材料——以較低的成本提高價值

使用現代化的生產技術，熔噴非織造布可用作彈性材料的芯層，兩面復合水刺非織造布。

與含彈性薄膜的復合材料相比，這種使用效果類似紡織品的彈性材料是透氣的，穿著更舒適。此外，材料層合不用粘合劑，在生產過程中彼此結合在一起，因此這種非織造布是生產成人失禁用品的理想材料：其透氣性可讓穿著者忘記他們在使用失禁紙尿褲。

圖7顯示了水刺-熔噴-水刺可拉伸非織造布復合材料第二次拉伸循環滯后檢驗結果與標準滯后曲線的對比。使用時，非織造布復合材料的彈性被活化，表現出很高的彈性性能：使用較小的拉力，伸長率很高，與標準產品的伸長率接近。

圖6 用作彈性材料的水刺-熔噴-水刺非織造布

圖7 Sandler Sawasoft?彈性非織造布的滯后檢驗結果與標準產品的對比

這種復合材料目前正在研發中，準備用于其他的彈性產品，但這已說明了彈性非織造布產品組合得到了進一步擴大。然而，這種復合材料用于嬰兒紙尿褲大耳朵時，其永久變形仍然很大。圖7所示為標準產品永久變形與這種非織造布復合材料永久變形之間的差距。盡管如此，這種復合材料仍具有巨大的潛力。這進一步證明，衛生用品中彈性材料的發展遠未達到頂峰。在快速發展及不斷創新的非織造布行業中，下一項技術進步可能就在眼前。

（陳海昌編譯自Nonwovens Industry/2013年1月，王娟審校）