一次性衛生用品用無紡布的接觸舒適性及其定量評價方法研究

何厚康

(上海德山塑料有限公司，上海　201707)

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一次性衛生用品用無紡布的接觸舒適性及其定量評價方法研究

何厚康

(上海德山塑料有限公司，上海201707)

摘要：選用市面上用于一次性衛生用品背膜的6種熱風粘合無紡布，觀察和測定了樣品的纖維截面形態、粘結點形態以及無紡布面密度、厚度、力學性能等物理性能，測定了彎曲剛度和表面粗糙度等影響無紡布接觸舒適性的客觀物理指標，并進行了無紡布接觸舒適性主觀感受評價實驗，以考察無紡布結構性能對接觸舒適性影響的規律。研究表明：相對于柔軟性，光滑性對無紡布的皮膚接觸舒適性起主導作用，適當降低粘結點密度和避免熔融的硬粘結點，以及合理控制面密度均勻性可以獲得光滑性良好的無紡布。

關鍵詞：皮芯雙組分復合纖維；熱風無紡布；接觸舒適性；柔軟性；光滑性

一次性衛生用品(absorbent disposable products)也稱吸收性用即棄產品，包括婦女衛生巾、衛生護墊、止血塞、嬰兒紙尿布、成人紙尿布和其他成人失禁用品、寵物墊等。一次性衛生用品使用過程中，產品大多與使用者皮膚直接接觸，因此，除了對產品本身應具備的衛生、安全特性以外，還應最大限度地減少由于接觸皮膚而造成使用者的不適。具體來說，需要具有透氣、滑爽、快速吸濕、透濕、防倒流性以及皮膚接觸舒適性。皮膚接觸舒適性，亦稱親膚性，是指服裝在與人體皮膚接觸時對織物的觸覺舒適感。

與天然材料相比，合成纖維無紡布材料在成本、衛生、安全性等方面均有較大優勢。傳統的熔噴、水刺等工藝生產的聚酯、聚丙烯等無紡布材料，由于其聚合物材料本身剛度較大，纖維之間的粘結點密度較高，導致無紡布材料柔軟性不足，表面摩擦系數大，皮膚接觸舒適性欠佳。以ES纖維為代表，熱風粘合成形的雙組分皮芯復合纖維無紡布，因其具備生產過程綠色環保、能量消耗低、設備投資少、生產速度高、產品手感柔軟等優點，在一次性衛生用品的無紡布包覆材料領域取得了廣泛應用[1]。但是熱風粘合無紡布結構蓬松，纖維在無壓力狀態下通過熱風穿透粘合，表面不光滑，露在表面的纖維頭會與皮膚接觸摩擦，使皮膚接觸舒適性降低[1]。本文評價了幾種市面上常見的熱風粘合無紡布，研究了其結構形態、物性與皮膚接觸舒適性的關系，為進一步改善熱風粘合無紡布的皮膚接觸舒適性提供依據。

1實驗部分

1.1樣品

熱風粘合無紡布樣品如表1所示。

表1熱風粘合無紡布樣品

樣品編號材料組成生產廠商1#PE/PET廣州藝愛絲纖維有限公司2#PE/PP江南高纖股份有限公司3#PE/PET韓國Hyosung公司4#PE/PET江南高纖股份有限公司5#PE/PET臺灣遠東公司6#PE/PET江南高纖股份有限公司

1.2測試

厚度：采用南通宏大實驗儀器有限公司YG141N型數字式織物厚度儀，按照GB/T 3820—1997規定測試。

面密度：測試樣品規格為10cm×10cm，用電子分析天平(分度值0.001g)稱量樣品質量(g)，換算成面密度(g/m2)，每個試樣選10個樣品，然后計算面密度變異系數。

線密度和力學性能：采用上海新纖儀器有限公司XQ-1型纖維強伸度儀和XD-1型細度儀聯機使用，測定同一根纖維的線密度、強力、比強度、模量和斷裂比功，拉伸速度20mm/min，預張力2.00cN，每個樣品測試30次。

表面形貌：采用上海蔡康光學儀器有限公司XP-202型光學顯微鏡觀察無紡布表面形貌和粘結點形貌。

纖維截面形貌：采用捷克FEI公司QUANTA-250型掃描電子顯微鏡觀察纖維橫截面形貌，確定皮芯層組分比。

柔軟性：采用日本KATO TECH公司KES-FB2-S型純彎曲測試儀測定無紡布樣品的彎曲剛度，樣品尺寸為10cm×10cm的正方形，試樣彎曲曲率擺動范圍為±2.5cm-1，夾持距離為1cm。

光滑性：采用日本KATO TEKKO公司KES-FB4型表面性能試驗儀測定無紡布樣品的表面粗糙度，樣品尺寸為20cm×20cm的正方形，摩擦頭壓力為50N，試樣移動速度1mm/s，試樣的初始張力為20cN/cm。

主觀評價：采用秩位法[2]進行主觀評價。將試樣在20℃/65%RH環境下調制24h后，10位檢測人員通過手感對1#—6#樣品的皮膚接觸舒適性進行感官比較排序賦予秩位數。評價結果的一致程度由秩位一致性系數W進行檢驗。W越接近1，表示評定結果越一致。

W=12S/[m2(n3-n)]

(1)

式中：S是各個樣品總秩位數Ti(i=1，2，3，4，5，6)與所有樣品總秩位數平均值之差的平方和；m為檢驗人員數；n為試樣數。

2結果與討論

2.1皮芯復合纖維及其熱風粘合無紡布的基本物理性能

皮芯復合纖維及其熱風粘合無紡布的基本物性見表2和表3。1#和3#樣品面密度較大，其余樣品基本一致。4#、5#、6#面密度偏差(面密度CV值)較大，其余樣品的面密度均勻性相對良好。

表2熱風粘合無紡布的基本物性

項目1#2#3#4#5#6#厚度/cm0.110.100.160.150.150.14面密度/(g·m-2)29.321.626.022.821.621.5面密度CV值/%7.819.76.033.639.613.6

表3皮芯雙組分纖維的基本物性

項目1#2#3#4#5#6#纖度/dtex1.941.771.731.531.621.65初始模量/(cN·dtex-1)21.1922.9220.8123.8123.2522.00斷裂強度/(cN·dtex-1)2.954.023.884.733.844.20斷裂伸長率/%142.4143.747.335.341.047.0斷裂比功/(cN·dtex-1)0.981.241.260.851.091.25皮層比/vol%55.548.653.360.460.954.8

從表3中可以看出，6種皮芯復合纖維的纖度、初始模量相差不大。2#樣品由于芯層為PP組分，纖維密度較小，斷裂強度和斷裂比功較其余樣品的平均水平均略大。此外，1#、2#樣品的斷裂伸長率較大。

2.2熱風無紡布的形態結構

2.2.1皮芯雙組分纖維的形態結構

從圖1中可以看出6種樣品均為皮芯復合纖維，皮層和芯層均為接近的同心圓形態。2#皮芯層之間的邊界模糊，因為PE、PP同為聚烯烴，二者之間的相容性比較好，是紡絲成形過程中兩相界面之間相互融合所致。根據纖維截面照片測定的皮層所占整個纖維的體積比如表3所示。從圖1和表3中可以看出，除了2#樣品皮層較薄，不足50%以外，其余樣品皮層體積將近占據了纖維體積的60%。此外，1#、3#、4#芯層二氧化鈦含量比2#、5#、6#芯層的高，二氧化鈦起到消光作用。

圖1　皮芯雙組分纖維的橫截面SEM照片

2.2.2無紡布的形態結構

在放大倍數為40倍的光學顯微鏡下觀察熱風無紡布的表面，得到了圖2所示的一組光學顯微鏡照片。從圖2中可以看出各個樣品中纖維均呈無序排列，沒有熱軋點，為熱風粘合。1#、3#、4#無紡布孔隙小，粘結點密度較大，質地比較致密；2#、5#、6#無紡布孔隙大，粘結點密度較低，質地比較豐盈。另外，2#無紡布粘結點與其余明顯不同，呈現明顯的凸起狀“硬”粘結點。2#樣品的兩相組分均為聚烯烴，熔點較低，而熱風粘合時溫度可能偏高，導致纖維較大程度熔融并粘合形成牢固的粘結點。圖3是局部觀察粘結點的顯微鏡照片。從圖中可以清晰地看出，2#完全熔融粘合，而其余樣品則相對松散。

圖2　熱風粘合無紡布表面的光學顯微鏡照片(放大倍數：40×)

圖3　熱風無紡布粘結點的光學顯微鏡照片(放大倍數：400×)

2.3熱風粘合無紡布的皮膚接觸舒適性

2.3.1柔軟性和光滑性及其影響因素

無紡布的皮膚接觸舒適性可以從柔軟性和光滑性等方面進行客觀考察[1]。彎曲剛度是指在外力作用下抵抗彎曲變形的能力。織物的彎曲剛度與構成纖維的形態、初始模量和纖度等有關[3]。纖維的初始模量大，則織物比較挺括；反之，則比較柔軟。另外，織物彎曲剛度與其厚度或織物密度成正相關，隨厚度或織物密度的增加而顯著提高。為此，定義相對彎曲剛度為單位面密度的彎曲剛度。

從表4可以看出，6個樣品中1#樣品的彎曲剛度和相對彎曲剛度均相對較小，柔軟性最佳，4#、5#、6#樣品次之，2#、3#樣品的柔軟性較差。從無紡布的粘結點形態來看，2#粘結點是深度粘合，粘結點密度大，因此抗彎曲能力大。2#為PE/PP復合纖維，密度較小，2#纖度比較大，則意味著纖維直徑比較粗，這也是2#抗彎曲能力大的原因之一。

表4熱風粘合無紡布的柔軟性和光滑性表征結果

項目1#2#3#4#5#6#彎曲剛度/(cN·cm2·cm-1)0.01230.02080.02390.01540.01190.0125相對彎曲剛度/(cN·cm3·g-1)0.04180.09610.09190.06750.05490.0579表面粗糙度/mm2.254.012.293.083.082.74

3#樣品皮層PE含量較少，芯層PET含量較多。常規的取向PET纖維彎曲模量約為720MPa[4]，而PE纖維的彎曲模量則約為170MPa[5]。因此在所有的PE/PET復合纖維無紡布中，3#樣品的彎曲剛度最大。

織物的粗糙感與表面形貌有密切關系，而表面形貌主要指織物表面凸起波動情況。纖維自身的結構、非織造布面密度波動情況和表面結構的不同都會導致非織造布表面形貌的不同[6]。從表4可以看出，2#樣品的表面粗糙度最大，1#、3#較小。前已述及，2#為聚烯烴雙組分復合纖維，熱風粘合成形過程中，形成了凸起狀牢固的粘結點，纖維之間很難在承受外力作用下產生滑移，使無紡布表面不光滑，粗糙度大。此外，無紡布均勻性也影響其粗糙度。4#、5#、6#相對1#和3#，面密度變異系數較大，均勻性較差，表面粗糙度也較大。

2.3.2綜合主觀評價

表5匯總了10名測試者對6種無紡布樣品的皮膚接觸舒適性的主觀感受評價所給出的秩位數。

表5皮膚接觸舒適性的主觀評定結果

人員編號1#2#3#4#5#6#16153242625314361543246153245615432661543276154328615432961543210615423Ti601150372527

皮膚接觸舒適性主觀感受評價是一種感官比較排序的方法，根據舒適性的主觀感受賦予秩位數，舒適性好則秩位數大。主觀評價得到的無紡布樣品的皮膚接觸舒適性從優到劣的順序為1#>3#>4#>6#>5#>2#。根據表5和式(1)計算出秩位一致性系數W=0.9109，評定結果一致性好。可以認為，樣品總秩位數的排序基本能夠反映各個樣品皮膚接觸舒適性的優劣程度。表4中相對彎曲剛度所表征的皮膚接觸舒適性排序為1#>5#>6#>4#>3#>2#，而表面粗糙度所表征的排序則為1#>3#>4#>5#>6#>2#。二者與主觀評定的排序情況存在一定的偏差，相對彎曲剛度僅能確定最優(1#)和最劣(2#)的序列，而表面粗糙度所表征的排序則相對精度較高。因此，相對于彎曲剛度，無紡布材料的表面粗糙度對于皮膚接觸舒適性的影響更大。

3結論

a)熱風無紡布纖維之間的粘結點形態影響無紡布柔軟性和光滑性。為了獲得較好的柔軟性和光滑性，應該合理設定熱風粘合工藝，盡量降低粘結點密度，并避免完全熔融而形成牢固的硬粘結點。

b)復合纖維中皮層PE含量影響無紡布柔軟性。提高表層PE的含量，可以提高柔軟性。

c)無紡布面密度均勻性影響其光滑性，提高面密度均勻性有利于提高表面光滑性。

d)結合主觀評定結果分析，發現光滑性對無紡布的皮膚接觸舒適性起主導作用。

致謝

本研究得到東華大學材料科學與工程學院陳龍研究員和孫朝續碩士的大力支持，在此深表謝意。

參考文獻：

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[6] 游錦璋,靳向煜,吳海波.PE/PET雙組分紡粘法非織造布性能研究[J].產業用紡織品,2007(7):12-15.

(責任編輯：唐志榮)

Study on Comfortability of Contact and Quantitative Evaluation Method of Nonwovens for Disposable Hygiene Products

HEHoukang

(Shanghai Tokuyama Plastics Co., Ltd., Shanghai 201707, China)

Abstract：This study selects 6 commercialized products, used as top-sheets of disposable hygiene products, to investigate the structure and properties of the nonwovens, such as the cross-sections and the bonding points of the fibers, as well as basic weight, thickness and mechanical properties, measures the objective indicators of comfortability of contact, such as bending rigidness and surface roughness, and compares with the results of the sensory comparison, that is a subjective test of the comfortability of contact to probe the law of influence of the structure and material properties on the comfortability of contact. The results show that, comparing with softness, smoothness plays a dominate role to decide comfortability of contact. Well controlled processing condition is import for producing nonwovens with good smoothness, by which density of bounding point can be reduced, and molten bounding point and serious unevenness can be avoided.

Key words：sheath-core bi-component composite fibers; hot air through bounding nonwovens; comfortability of contact; softness; smoothness

收稿日期：2015-12-25

作者簡介：何厚康(1976-)，男，湖南汨羅人，工學博士，從事一次性衛生用品原材料的生產和研發工作。

中圖分類號：TS176.4

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X(2016)04-0051-05