一次性卫生用品用无纺布的接触舒适性及其定量评价方法研究

何厚康

(上海德山塑料有限公司，上海　201707)



一次性卫生用品用无纺布的接触舒适性及其定量评价方法研究

何厚康

(上海德山塑料有限公司，上海201707)

摘要：选用市面上用于一次性卫生用品背膜的6种热风粘合无纺布，观察和测定了样品的纤维截面形态、粘结点形态以及无纺布面密度、厚度、力学性能等物理性能，测定了弯曲刚度和表面粗糙度等影响无纺布接触舒适性的客观物理指标，并进行了无纺布接触舒适性主观感受评价实验，以考察无纺布结构性能对接触舒适性影响的规律。研究表明：相对于柔软性，光滑性对无纺布的皮肤接触舒适性起主导作用，适当降低粘结点密度和避免熔融的硬粘结点，以及合理控制面密度均匀性可以获得光滑性良好的无纺布。

关键词：皮芯双组分复合纤维；热风无纺布；接触舒适性；柔软性；光滑性

一次性卫生用品(absorbent disposable products)也称吸收性用即弃产品，包括妇女卫生巾、卫生护垫、止血塞、婴儿纸尿布、成人纸尿布和其他成人失禁用品、宠物垫等。一次性卫生用品使用过程中，产品大多与使用者皮肤直接接触，因此，除了对产品本身应具备的卫生、安全特性以外，还应最大限度地减少由于接触皮肤而造成使用者的不适。具体来说，需要具有透气、滑爽、快速吸湿、透湿、防倒流性以及皮肤接触舒适性。皮肤接触舒适性，亦称亲肤性，是指服装在与人体皮肤接触时对织物的触觉舒适感。

与天然材料相比，合成纤维无纺布材料在成本、卫生、安全性等方面均有较大优势。传统的熔喷、水刺等工艺生产的聚酯、聚丙烯等无纺布材料，由于其聚合物材料本身刚度较大，纤维之间的粘结点密度较高，导致无纺布材料柔软性不足，表面摩擦系数大，皮肤接触舒适性欠佳。以ES纤维为代表，热风粘合成形的双组分皮芯复合纤维无纺布，因其具备生产过程绿色环保、能量消耗低、设备投资少、生产速度高、产品手感柔软等优点，在一次性卫生用品的无纺布包覆材料领域取得了广泛应用[1]。但是热风粘合无纺布结构蓬松，纤维在无压力状态下通过热风穿透粘合，表面不光滑，露在表面的纤维头会与皮肤接触摩擦，使皮肤接触舒适性降低[1]。本文评价了几种市面上常见的热风粘合无纺布，研究了其结构形态、物性与皮肤接触舒适性的关系，为进一步改善热风粘合无纺布的皮肤接触舒适性提供依据。

1实验部分

1.1样品

热风粘合无纺布样品如表1所示。

表1热风粘合无纺布样品

样品编号材料组成生产厂商1#PE/PET广州艺爱丝纤维有限公司2#PE/PP江南高纤股份有限公司3#PE/PET韩国Hyosung公司4#PE/PET江南高纤股份有限公司5#PE/PET台湾远东公司6#PE/PET江南高纤股份有限公司

1.2测试

厚度：采用南通宏大实验仪器有限公司YG141N型数字式织物厚度仪，按照GB/T 3820—1997规定测试。

面密度：测试样品规格为10cm×10cm，用电子分析天平(分度值0.001g)称量样品质量(g)，换算成面密度(g/m2)，每个试样选10个样品，然后计算面密度变异系数。

线密度和力学性能：采用上海新纤仪器有限公司XQ-1型纤维强伸度仪和XD-1型细度仪联机使用，测定同一根纤维的线密度、强力、比强度、模量和断裂比功，拉伸速度20mm/min，预张力2.00cN，每个样品测试30次。

表面形貌：采用上海蔡康光学仪器有限公司XP-202型光学显微镜观察无纺布表面形貌和粘结点形貌。

纤维截面形貌：采用捷克FEI公司QUANTA-250型扫描电子显微镜观察纤维横截面形貌，确定皮芯层组分比。

柔软性：采用日本KATO TECH公司KES-FB2-S型纯弯曲测试仪测定无纺布样品的弯曲刚度，样品尺寸为10cm×10cm的正方形，试样弯曲曲率摆动范围为±2.5cm-1，夹持距离为1cm。

光滑性：采用日本KATO TEKKO公司KES-FB4型表面性能试验仪测定无纺布样品的表面粗糙度，样品尺寸为20cm×20cm的正方形，摩擦头压力为50N，试样移动速度1mm/s，试样的初始张力为20cN/cm。

主观评价：采用秩位法[2]进行主观评价。将试样在20℃/65%RH环境下调制24h后，10位检测人员通过手感对1#—6#样品的皮肤接触舒适性进行感官比较排序赋予秩位数。评价结果的一致程度由秩位一致性系数W进行检验。W越接近1，表示评定结果越一致。

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

(1)

式中：S是各个样品总秩位数Ti(i=1，2，3，4，5，6)与所有样品总秩位数平均值之差的平方和；m为检验人员数；n为试样数。

2结果与讨论

2.1皮芯复合纤维及其热风粘合无纺布的基本物理性能

皮芯复合纤维及其热风粘合无纺布的基本物性见表2和表3。1#和3#样品面密度较大，其余样品基本一致。4#、5#、6#面密度偏差(面密度CV值)较大，其余样品的面密度均匀性相对良好。

表2热风粘合无纺布的基本物性

项目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皮芯双组分纤维的基本物性

项目1#2#3#4#5#6#纤度/dtex1.941.771.731.531.621.65初始模量/(cN·dtex-1)21.1922.9220.8123.8123.2522.00断裂强度/(cN·dtex-1)2.954.023.884.733.844.20断裂伸长率/%142.4143.747.335.341.047.0断裂比功/(cN·dtex-1)0.981.241.260.851.091.25皮层比/vol%55.548.653.360.460.954.8

从表3中可以看出，6种皮芯复合纤维的纤度、初始模量相差不大。2#样品由于芯层为PP组分，纤维密度较小，断裂强度和断裂比功较其余样品的平均水平均略大。此外，1#、2#样品的断裂伸长率较大。

2.2热风无纺布的形态结构

2.2.1皮芯双组分纤维的形态结构

从图1中可以看出6种样品均为皮芯复合纤维，皮层和芯层均为接近的同心圆形态。2#皮芯层之间的边界模糊，因为PE、PP同为聚烯烃，二者之间的相容性比较好，是纺丝成形过程中两相界面之间相互融合所致。根据纤维截面照片测定的皮层所占整个纤维的体积比如表3所示。从图1和表3中可以看出，除了2#样品皮层较薄，不足50%以外，其余样品皮层体积将近占据了纤维体积的60%。此外，1#、3#、4#芯层二氧化钛含量比2#、5#、6#芯层的高，二氧化钛起到消光作用。

图1　皮芯双组分纤维的横截面SEM照片

2.2.2无纺布的形态结构

在放大倍数为40倍的光学显微镜下观察热风无纺布的表面，得到了图2所示的一组光学显微镜照片。从图2中可以看出各个样品中纤维均呈无序排列，没有热轧点，为热风粘合。1#、3#、4#无纺布孔隙小，粘结点密度较大，质地比较致密；2#、5#、6#无纺布孔隙大，粘结点密度较低，质地比较丰盈。另外，2#无纺布粘结点与其余明显不同，呈现明显的凸起状“硬”粘结点。2#样品的两相组分均为聚烯烃，熔点较低，而热风粘合时温度可能偏高，导致纤维较大程度熔融并粘合形成牢固的粘结点。图3是局部观察粘结点的显微镜照片。从图中可以清晰地看出，2#完全熔融粘合，而其余样品则相对松散。

图2　热风粘合无纺布表面的光学显微镜照片(放大倍数：40×)

图3　热风无纺布粘结点的光学显微镜照片(放大倍数：400×)

2.3热风粘合无纺布的皮肤接触舒适性

2.3.1柔软性和光滑性及其影响因素

无纺布的皮肤接触舒适性可以从柔软性和光滑性等方面进行客观考察[1]。弯曲刚度是指在外力作用下抵抗弯曲变形的能力。织物的弯曲刚度与构成纤维的形态、初始模量和纤度等有关[3]。纤维的初始模量大，则织物比较挺括；反之，则比较柔软。另外，织物弯曲刚度与其厚度或织物密度成正相关，随厚度或织物密度的增加而显著提高。为此，定义相对弯曲刚度为单位面密度的弯曲刚度。

从表4可以看出，6个样品中1#样品的弯曲刚度和相对弯曲刚度均相对较小，柔软性最佳，4#、5#、6#样品次之，2#、3#样品的柔软性较差。从无纺布的粘结点形态来看，2#粘结点是深度粘合，粘结点密度大，因此抗弯曲能力大。2#为PE/PP复合纤维，密度较小，2#纤度比较大，则意味着纤维直径比较粗，这也是2#抗弯曲能力大的原因之一。

表4热风粘合无纺布的柔软性和光滑性表征结果

项目1#2#3#4#5#6#弯曲刚度/(cN·cm2·cm-1)0.01230.02080.02390.01540.01190.0125相对弯曲刚度/(cN·cm3·g-1)0.04180.09610.09190.06750.05490.0579表面粗糙度/mm2.254.012.293.083.082.74

3#样品皮层PE含量较少，芯层PET含量较多。常规的取向PET纤维弯曲模量约为720MPa[4]，而PE纤维的弯曲模量则约为170MPa[5]。因此在所有的PE/PET复合纤维无纺布中，3#样品的弯曲刚度最大。

织物的粗糙感与表面形貌有密切关系，而表面形貌主要指织物表面凸起波动情况。纤维自身的结构、非织造布面密度波动情况和表面结构的不同都会导致非织造布表面形貌的不同[6]。从表4可以看出，2#样品的表面粗糙度最大，1#、3#较小。前已述及，2#为聚烯烃双组分复合纤维，热风粘合成形过程中，形成了凸起状牢固的粘结点，纤维之间很难在承受外力作用下产生滑移，使无纺布表面不光滑，粗糙度大。此外，无纺布均匀性也影响其粗糙度。4#、5#、6#相对1#和3#，面密度变异系数较大，均匀性较差，表面粗糙度也较大。

2.3.2综合主观评价

表5汇总了10名测试者对6种无纺布样品的皮肤接触舒适性的主观感受评价所给出的秩位数。

表5皮肤接触舒适性的主观评定结果

人员编号1#2#3#4#5#6#16153242625314361543246153245615432661543276154328615432961543210615423Ti601150372527

皮肤接触舒适性主观感受评价是一种感官比较排序的方法，根据舒适性的主观感受赋予秩位数，舒适性好则秩位数大。主观评价得到的无纺布样品的皮肤接触舒适性从优到劣的顺序为1#>3#>4#>6#>5#>2#。根据表5和式(1)计算出秩位一致性系数W=0.9109，评定结果一致性好。可以认为，样品总秩位数的排序基本能够反映各个样品皮肤接触舒适性的优劣程度。表4中相对弯曲刚度所表征的皮肤接触舒适性排序为1#>5#>6#>4#>3#>2#，而表面粗糙度所表征的排序则为1#>3#>4#>5#>6#>2#。二者与主观评定的排序情况存在一定的偏差，相对弯曲刚度仅能确定最优(1#)和最劣(2#)的序列，而表面粗糙度所表征的排序则相对精度较高。因此，相对于弯曲刚度，无纺布材料的表面粗糙度对于皮肤接触舒适性的影响更大。

3结论

a)热风无纺布纤维之间的粘结点形态影响无纺布柔软性和光滑性。为了获得较好的柔软性和光滑性，应该合理设定热风粘合工艺，尽量降低粘结点密度，并避免完全熔融而形成牢固的硬粘结点。

b)复合纤维中皮层PE含量影响无纺布柔软性。提高表层PE的含量，可以提高柔软性。

c)无纺布面密度均匀性影响其光滑性，提高面密度均匀性有利于提高表面光滑性。

d)结合主观评定结果分析，发现光滑性对无纺布的皮肤接触舒适性起主导作用。

致谢

本研究得到东华大学材料科学与工程学院陈龙研究员和孙朝续硕士的大力支持，在此深表谢意。

参考文献：

[1] 池玲晨.PE/PP复合纺粘非织造布结构性能及纸尿裤应用研究[D].上海：东华大学,2007.

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[3] 杨萍,于伟东.纱线和织物的弯曲刚度[J].毛纺科技,2002(1):8-12.

[4] BRANDRUP J, IMMERGUT E H, GRULKE E A, et al. Polymer Handbook[M]. 4th ed. New York: John Wiley & Sons,1999,V116.

[5] ARRAKHIZ F Z, EL ACHABY M, MALHA M, et al. Mechanical and thermal properties of natural fibers reinforced polymer composites: Doum/low density polyethylene[J]. Materials & Design,2013,43:200-205.

[6] 游锦璋,靳向煜,吴海波.PE/PET双组分纺粘法非织造布性能研究[J].产业用纺织品,2007(7):12-15.

(责任编辑：唐志荣)

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

作者简介：何厚康(1976-)，男，湖南汨罗人，工学博士，从事一次性卫生用品原材料的生产和研发工作。

中图分类号：TS176.4

文献标志码：A

文章编号：1009-265X(2016)04-0051-05