纸尿裤用导流层材料的结构与性能研究.pdf

2 0 0 9 中国医疗卫生用纺织品创新发展论坛 纸尿裤用导流层材料的结构与性能研究 千欢1 靳向煜1 唐守星2 东华大学非织造材料研发中心绍兴县庄洁无纺材料有限公司 摘要非织造导流层材抖日有散地引导屎涟往纸尿裤组向升靠 从m 提高 屎裤整体的吸液量 同时改善其舒适性 井广泛地应用于纸尿裤和 牛m 产 中 本文霍点对熟风粘台非织造导流层材料的结构与性能进行了分析 关键词 纸尿裤 导 腥 结构 性能 通常高分子吸收树J l 目 S A P 与木浆纤维组成的吸收芯体在超薄纸屎裤中的应用 极大地提高了纸尿裤 的吸液能力 缩小了纸尿裤体积 减少了对木浆的使用最 纸屎裤应用S A P 吸收芯体 须确保被俘获的液 体能以足够高的速率进入吸收芯体 以避免漏液问题 与此同时 非织造导流层材料将使液体能充分往纵 向扩散 虬便于最大限度地利用吸被芯体D I 所以导流层材料在纸尿裤产品中扮演着非常重要的角色 但 是国内外对导流层的研究较少 本文旨在研究热枯合型非织遗导流层材料结构与性能的关系及其影响因 素 1 导流层 导流层是置于表面层和吸收芯体之间的层特殊的非织选材料 如图1 它能有效地帮助液体从表面 层包覆材料向内快速传导并使液体往纵向扩散分布 从而使液体很快离开使用者的肌肤 并进入S A P 吸收 芯体 尿陵 矾一 兰兰二 0 导流屡扩散 0 0 0 0 0 0 s 蕃 一墨墨墨狂罡 s P o 体 图1 纸尿裤结构 图2 导流原理 婴儿将尿液捧泄到体外 首先由纸尿裤的表面层接收并向下渗透屎液t 然后由导流层接收表面层渗透 下来的尿液 其中一部分尿液顺着空隙直接被S A P 吸收芯体吸收 其余部分液体沿着导流层的纵向传导井 扩散 扩大了S A P 吸收苍体的吸收面积 最后沿着导流层纵向扩散后的屎液渗透下去被S A P 吸收芯体均 匀地吸收 见圈2 导流层的主要功能是引导由表层渗透下来的尿液沿着纸尿裤纵向传导井扩散 使尿沛 较均匀地被吸收芯体吸收 不致纸屎裤由于集中吸液而导致局部变厚 阻碍后续屎液被吸收芯体吸收 2 0 0 9 中国医疗卫生用纺织品创新发展论坛 2 导流层的扩散现象 从化学组成和分子结构分析可知 S A P 是分子中含有亲水性摹团和疏水性基团的交联型高分子电解 质 当亲水性基团与水分子接触时会相互作用形成各种水台状态 疏水基部分园疏水作用而易于折向内侧 形成局部不溶性的微粒结构 使进 网格的水分子由于极性作用而局部冻结 失去活动性 形成 伪冰 结构吐纸屎裤中吸液井锁住液体主要靠S A P 与术浆 但S A P 的溶胀部分会限 4 随后而来的液体进入 这就会大大降低纸尿裤的总的有效吸收容量 且增加了泄漏的可能性 因此 如果吸收芯体中的S A P 的溶 胀速度放慢或延缓的话 那么纸尿裤整体吸液性能将得以改善 在纸厨之裤中增加导流层 可有效地使液体 在导流层中扩散井分布 同时使液体缓慢而均匀地被S A P 吸收 大大改善了纸尿裤吸渡的性能 研究认为 导流层应用于纸屎裤 其特点肯F 面儿方面 其加快液体在纵向吸收速度 可有效防止 纸尿裤侧漏发生 其二能有救地传导尿液 d m 变大 增大吸渡面积A 更好地发挥吸收芯体的作用 其 三均匀吸收 避免了过去困局部吸收达到的饱和现象 同时纸屎裤回渗量减少 使皮肤保持干爽 另外可 以使纸屎裤做得更薄 即使减少S A P 古量也能获得与不带导流层的纸尿裤一样的干爽性 使得减少S A P 的使用量 使用和不使用导流层的纸屎裤尿液扩散情况对比如图3 S A P 吸收芯体的吸液部分主要集中于椭圆部 分 从网中可以明显看出 使刚导流层的纸尿裤的吸液面积A 2 要远远大于不使用导流层的纸尿裤的吸液 面积A 1 其中吸液面秘A 可以用公式近似计算 研究认为 导流层的平面导流实际的吸波面积可以近似 地以椭圆面积代替 d m 为尿坡的纵向扩散长度 记为椭圆长轴直径 d c 为尿液的横向扩散长度 记为椭 圆短轴直径 因此 导流层的平面实际的吸液面积可以近似地以式2 l 表不 A 三幽 d e 2 4 f 钔不带导流层 C o 带导流层 图3 纸尿裤尿液扩散情况对比 2 0 0 9 中国医疗卫生用纺织品创新发展论坛 3 导流层材料结构与性能分析 3 1 测试项目 3 1 1 液体穿透时间 液体穿透时间是指以一定数量人工尿液按规定方法通过带有电磁阀的漏斗和穿透盘 流到平铺在标准 吸水纸上的材料试样上 用电测法测量全部液体穿透材料试样所需的时间t 推荐每个试样测试1 5 次 分别 记录每次试验的穿透时间为t l t 2 t 3 t 1 5 穿透时间t 用式3 1 表示 t 1 2 垒 鱼 3 1 1 5 3 1 2 吸液率 吸液率是指在标准时间内或材料完全润湿所需要的时间内 每单位质量的吸收体吸收液体的量 常用 百分比表示 推荐每个试样测试5 次 分别记录下每次试验的干重和湿重 计算出5 次试验的平均干重 M 1 和湿重M 2 则吸湿率L a 见式3 2 L oM 2 M 1 0 0 3 2 朋l 3 1 3 持液率 持液率是指在一定压力条件下对完全润湿的材料作用一定时间 每单位质量的材料保留液体的量 常 用百分比表示 首先测出5 块试样质量平均干重M 然后待试样完全吸湿后 用天平称量一定压力条件下 试样的质量 并算出5 次试验的平均质量瞒 则持液率厶 见式3 3 厶 学 1 0 0 3 3 3 1 4 纵向扩散长度 纵向扩散长度是指在测试材料滑渗量时 液体在标准吸收纸纵向扩散的最长距离 推荐每个试样测试 5 次 分别记录每次试验的纵向扩散长度为L l L 2 L 3 L 4 和L 5 纵向扩散长度L 用式3 4 表示 三 刍 刍生 刍 5 3 4 3 1 5 湿态压缩弹性率 湿态压缩弹性率指完全润湿材料经压缩变形后 压缩变形回复量对压缩变形量的百分率 推荐每个试 样测试5 次 分别计算5 次试验的平均表观厚度T 0 平均恢复厚度T r 平均重压厚度T n l 湿态压缩弹性率 R 可用式3 5 表示 R 堡二型 1 0 0 3 5 瓦一乙 3 1 6 M D C D 值 M D C D 值表征非织造材料中纤维在纤网中的排列取向情况 M D 为平行于纤网输出方向 C D 为 垂直于纤网输出方向 推荐每个试样测试5 次 分别计算5 次试验的试样的平均纵向断裂强力T 和平均横 2 0 0 9 中国医疗卫生用纺织品创新发展论坛 向断裂强力T h M D C D 值可用式3 6 表示 M D C D 鲁 3 6 3 2 测试材料 热风导流层材料和普通热风非织造材料 3 3 结果分析 分别对热风导流层材料和普通热风非织造材料的穿透时 日I 吸液率 持液率 纵向扩散长度 湿态压 缩弹性率和导流层材料的纵横向强力比M D C D 值等性能进行测试 测试结果如表 表1 测试结果 经过研究发现 1 热风导流层材料的穿透时间要短于普通热风非织造材料 熟风导流层材料所选用的原料都是经过 持久亲水处理的纤维 这类纤维的接触角较小 纤维的吸液速度快 纤维的亲水性是影响导流层材料的液 体穿适时间的主要因素 2 热风导流层材料的吸液能力要强于普通热风非织造材料 热风非织遣材料的特点就是蓬松性好 热风导流层材料的蓬松性更好 吸液能力更强 f 3 热风导流层材料的持液能力要弱于普通热风非织造材料 这主要是热风导流层材料选用的纤维原 料通常为吸液能力强 持液能力较差的纤维 这样材料既可以贮存丈量液体 也可以释放所吸收的液体 很好地将液体输送到吸液芯层中 为下一次导流做好准备 4 热风导流层材料的纵向扩散长度要大于普通热风非织造材料 热风导流层材料纤网的M D C D 值 为65 2 纵向纤维排列较多 这样的结构使液体容易沿导流层纵向扩散 普通热风1 F 织造材料M D C D 值 为4 0 2 纵横向纤维排列较均匀 这样的结构使液体向下垂直渗透 M D C D 值大的定向纤网结构和M D C D 值小的杂乱纤网结构分别如图4 5 图4M D C D 值大的定向纤网结构图5M D C D 值小的杂乱纤网结构 2 0 9 中国医疗卫生用纺织品创新发展论坛 5 热风导流层材料的湿态压缩弹性率要大干普通热风非织造材料 热风导流层材料所选用的原料是 湿态模量较大和弹性较好的纤维 用这类纤维制成的蓬松的热风导流层材料的湿态结构稳定性较好 6 与其他工艺生产的非织造材料不同的是 热风材料的纤维之间的不规则孔隙大而多 能容纳自身重 量几倍 甚至几十倍的液体量 如果纤维之间孔隙大 则可以容纳较多液体 孔睬小容纳的液体也少 由此 可以分析出 同等面密度的热风非织造材料 密度低 蓬松的材料比密度高 板实的材料吸纳的液体多 4 1 因此 同等面密度的热风非织造材料 由粗日纤维制得的非织造材料要比由细纤维制得的非织造材料 的空隙要大 能够吸纳较多的液体 笔者研究发现 目前市场上几太品牌纸尿裤所用的导流层材料所用的 纤维细度太都为6 旦左右 7 纤维长度对导流层材料的影响主要体现到对液体的引导上面 长度长的纤维和后面要讲述的导流 层的定向结构共同起作用 引导液体沿着导流层材料纵方向扩散 起到导流作用 因此 纤维长度越长越 有利于纤维引导液体纵向扩散 但是纤维长度过长 不利于热风工艺中梳理工序的进行 目前 市场上导 流层材料的生产厂家大都采用的纤维长度为5 l 蛐左右 4 导流性能的影响因素 通过以上的研究 导流层导流性能主要取决于以下两个因素 纤维性质和导流层材料的结构 4 l 纤维性质 4 1 1 亲求性 生产导流层材料的纤维原料太都为化学纤维 化学纤维本身一般不吸湿 必须要在纤维表面添加表面 活性剂来降低纤维的接触角o 从而加速屎涟吸收和扩散 接触角0 是指气 液 固三相交界处的气 液界面和固 液界面之间的夹角o 如图6 是润湿程度的量度 图6 接触角定义 若o 9 0 则固体是 憎液的 即液体不润湿固体 容易在表面上移动 不能进入毛细孔 因此 导流层材料所用的纤维必须添 加表面活性剂 使它的接触角oq 9 0 同时也要要求所添加的表面活性卉玎具有良好持久亲水性和较弱的 液体持液能力 使导流层材料能够多次持久导流 4L 2 模量 导流层材料的结构稳定性尤其是湿态结构稳定性对其性能的影响也根重要 湿态的材料在压力条件 下 材料容易压扁 不利于材料的液体吸收性能和导漉性能 因此 导流层材料所用的纤维原料必须具有 较高的模量 制成的导流层材料能够抵抗外来的压力 保持材料的结构稳定性 有资料显示 有些导流层 四盆 2 0 0 9 中国医疗卫生用纺织品创新发展论坛 材料以中空纤维为原料 制成的导流层材料的结构稳定性较好 4 2 导流层材料结构 4 2 1 导流层纤网的排列取向 人体的特殊构造要求纸尿裤在纵方向的长度要长于横方向的宽度 这就需要导流层引导尿液沿着纵方 向扩散 使整个纸尿裤能较均匀地吸收尿液 根据非织造成网工艺的特点 对导流层材料进行定性分析 引用纵横向强力比的理论 分析纤维在纤网中的排列 M D C D 值大的纤网表明纤网中顺着机器输出方向 的纤维要多于垂直于机器输出方向排列的纤维 这样的纤网结构能使尿液沿着导流层的纵方向扩散 本研 究的热粘合非织造导流层材料的纤网M D C D 值为6 5 2 导流层材料理想的结构模型见图7 在此结构模型中 绝大部分纤维都是顺着机器输出方向排列 极 小部分纤维沿着垂直于机器输出方向排列 这种导流层纤网的结构决定了绝大部分的流体沿着导流层材料 的纵向流动 极少部分流体沿着其横向的 小支流 流动 本研究的热粘合非织造导流层材料的结构模型 见图8 在此结构模型中 纤网的M D C D 为6 5 2 这样的导流层纤网结构决定了大部分流体沿着导流层 材料的纵向流动 但是在流体流动过程中 流体受到横向排列的纤维的阻隔 流速减慢 并将一部分流体 分流到导流层材料的横向方向 纵向 流体 j i i 体 图7 导流层材料理想结构模型 4 2 2 蓬松性 导流层材料的蓬松性不仅影响材料的液体吸收能力 而且还能影响液体的吸液速度 据F i b e rv i s i o n 公司的研究 非织造材料的蓬松度与液体的吸液速度的关系如图9 To I T l 1 l T l 2 0 0 9 中国医疗卫生用纺织品创新发展论坛 蓬 f j 度 e r a 3 g 图9 吸液速度与蓬松度的关系 从图9 可以看出 随着蓬松度的增加 材料的吸液速度也增大 因此 导流层材料的结构必须具有蓬 松性 这样既可以增加了液体总的吸收量 而且还能加快液体的吸收速度 参考文献 l 唐其铮 采用增强的纤维素纤维作