婴儿纸尿裤着装下的热湿舒适性影响因素研究进展

吴黛唯，王云仪,2

(1.东华大学 服装与艺术设计学院，上海 200051；2.东华大学 现代服装设计与技术教育部重点实验室，上海 200051)

由多层非织造材料构成的婴儿纸尿裤常被视为一个液体吸控系统[1]加以研究。与传统布尿布相比，纸尿裤具有优良的液态水分管理能力[2]，主要表现在2个方面：一是尿液吸收过程中，其面层材料(纸尿裤最内层)的单向导水能力、吸收芯层的高吸水力，可确保尿液快速、及时地被吸收；二是尿液被吸收后，吸收芯层的高保水力、面层材料的防返渗性能和自身的干燥保持能力，背层材料(纸尿裤最外层)的防渗性能，可确保尿液不会回渗至人体皮肤表面，保障纸尿裤与人体皮肤接触的卫生和舒适，同时避免尿液外渗、污染外穿服装或寝具。然而，纸尿裤作为穿着于婴儿体表的一件服用产品，它与服装类似，在人体和外部环境之间担当热湿传递介质的角色。在干态条件下，婴儿的生理产热、排汗所含的热量和湿气须及时有效地通过纸尿裤传递至外部环境才能保证其热湿平衡；吸收尿液后，除了产热和排汗，婴儿尿液所含的热量和湿气仍然须及时有效地通过纸尿裤传递至外部环境才能保证其热湿平衡，否则，这些热量和湿气将在婴儿体表与纸尿裤之间的微空间内积聚，易引起贴近婴儿皮肤的温湿度、pH值上升[3]，不仅会使婴儿产生闷湿、热负荷增加等不适感，还会通过引发角质层过度水合[4-5]而导致婴儿皮肤受损。

为了提升婴儿的舒适感，缓解因纸尿裤带来的健康问题，研发人员和学者们重点关注了纸尿裤的热湿舒适性，并对其影响因素进行了挖掘和分析。总体来看，纸尿裤热湿舒适性研究经历了2个发展阶段。第1阶段，纸尿裤材料的液态水分管理能力作为保障其热湿舒适性的前提，是该阶段的主要研究对象。面层材料的网状结构[6]、凹凸状处理[7-8]、纤维卷曲度降低[9]等能够提升其导水、快干、透湿性能，减少皮肤角质层水合作用，提高婴儿皮肤的干爽度和舒适度。设置导流层的必要性得到验证，“导流层+阻尼层”双层复合结构[10]、中间层具有波浪形横向截面的3层复合导流层[11]的相继研发，可使液体在纵向扩散和竖直方向渗透2方面达到高度平衡，使尿液更加快速、有效、均匀地被吸收，该层中纤维配比[7]的调整还可增加其临时储液功能。对于吸收芯层来说，其核心材料是高吸水树脂(SAP)，然而，SAP吸液膨胀后的凝胶阻塞现象会导致纸尿裤断层、起坨、降低后续吸液能力，为此，学者们重点考虑了SAP种类及配比[12]、SAP与传统吸水材料绒毛浆的配比和混合均匀度[13]、吸收芯体的分层和分区结构[14]等解决手段，并取得了一定的成效。第2阶段，鉴于一些单方面为提升纸尿裤液态水分管理能力而采取的设计手段，如防漏底膜、封闭式结构以及SAP膨胀交联后所导致的整体材料通液性、透湿性下降等，均会在一定程度上降低其热湿舒适性[15]，因此，该阶段的研究重点为如何平衡纸尿裤液态水分管理能力与其热湿舒适性之间的关系，使纸尿裤在具有良好水分管理能力的基础上能最大程度地透过热量和湿气。其中，面层材料在粘合工艺、背层材料在膜结构、刮胶工艺等方面的改进被证实有助于提升其热舒适性、透气透湿性。如纺粘面层比热粘面层表现出更好的导热性和更为凉爽的感觉[16]，背层底膜微孔的孔径大小[17-18]经Porous透气刮涂工艺处理后[19]可具备阻碍液态水分子通过，但能使空气和水蒸气分子通过的特性，以同时满足防漏需求及透气透湿性能，这些发现均是这一阶段的主要研究成果。

综上可知，大多数学者着眼于探究纸尿裤各层材料的物性、结构、内含物质/纤维配比、生产工艺等因素对其热湿舒适性的影响，而对纸尿裤穿戴使用时的影响因素，如纸尿裤整体及局部结构、婴儿姿势/活动、照顾者穿戴习惯、环境因素等少有提及和探索，而这些因素恰恰是纸尿裤穿着状态下能够影响其热湿传递表现的可变因素，因此，本文根据纸尿裤在服用性能上与常规服装的相似点和不同点，从着装角度出发，梳理当前婴儿纸尿裤热湿舒适性的影响因素研究进展，总结和分析其中值得进一步探索的关键问题和未来的研究趋势，以期为婴儿纸尿裤热湿舒适性的理论研究深化和产品功能优化提供有价值的参考。

1 纸尿裤着装下的热湿传递机制

纸尿裤着装下的热湿传递过程见图1。由图可知，纸尿裤的热湿传递过程与常规服装有诸多差异。

图1 纸尿裤着装下的热湿传递过程Fig.1 Heat and moisture transfer process in t wearing state of diapers.(a) Before urination;(b) After urination

在婴儿尿湿前的干燥状态下，纸尿裤较厚的多层结构、与皮肤之间形成的相对封闭空间、以及具有防渗功能的背层底膜均不可避免地会对婴儿热量、湿气的传递产生一定的阻碍作用，使得热湿传递过程比常规服装更加缓慢地进行，此时的纸尿裤相当于一件透气透湿性较差的服装，因此，对干态条件下的纸尿裤来说，如何在不影响其防渗漏能力的前提下尽可能提高透气透湿性能是改善纸尿裤热湿舒适性的研究重点。

在婴儿尿湿后，纸尿裤吸液区中的多层材料整体上会有2类变化：一方面，吸收芯层中的SAP颗粒会与尿液中的水分子形成各种水合状态，因水的导热系数大于非织造材料，因此含水的吸收芯层会增加材料的导热率近1.4 倍[20]，从而增强其传导散热作用；另一方面，SAP颗粒具有吸水膨胀特性，这将在短时间内迅速增加纸尿裤吸液区材料体积，不仅会压缩纸尿裤微空间[21]，使得原本不透气的封闭空间内水蒸气压升高，还会使SAP颗粒之间碰撞而产生的自由水分子因背层的低渗透性朝微空间释放，增加微空间内的湿度和pH值，降低其热湿舒适性。由此可见，纸尿裤与常规服装不同的是，其吸液后材料的物理性质、体积形态在热湿耦合的作用下均会发生变化，从而影响纸尿裤整体的热湿传递过程。对湿态条件下的纸尿裤来说，如何调整纸尿裤微空间内的热湿状态至人体舒适范围或接近人体舒适状态，是尿湿阶段改善纸尿裤热湿舒适性的重点。

基于纸尿裤与常规服装在热湿传递机制上的共同点和差异，可从纸尿裤与人体之间的交互作用、与外部环境之间的交互作用2方面对纸尿裤着装下热湿舒适性的影响进行梳理和分析。

2 纸尿裤与人体间的交互作用

纸尿裤与人体间的交互较为复杂，该人体不仅包括纸尿裤的使用人婴儿，也包括纸尿裤穿戴时的操作人婴儿照顾者。本文分别从纸尿裤穿戴方法以及纸尿裤吸液前后的状态等方面分析纸尿裤与人体间的交互作用对其热湿舒适性产生的影响。

2.1 穿着过程中纸尿裤与人体间的交互

由于婴儿无法自主穿戴纸尿裤，因此婴儿照顾者成为穿脱纸尿裤的操作人。一般来说，纸尿裤具有腰贴连接件、弹性松紧带等为适应婴儿体型而设计的调节装置，这种调节程度无规定标准可依，不可否认地会受到照顾者穿戴习惯的影响。其中，纸尿裤前后片的高度、腰贴的角度/位置、对称性、以及左右腰贴之间的距离对纸尿裤合体性及穿着形态有一定程度的影响。然而，大多数对婴儿照顾者习惯的研究[22-24]大都集中在更换纸尿裤时的清洁方式、更换次数等对尿布疹患病率和患病程度的影响，却少有探讨照顾者更换纸尿裤时的操作习惯是否会对婴儿穿着纸尿裤时的整体形态、热湿状态以及尿布疹发生率产生影响。纸尿裤的2种穿戴方法(斜位黏贴法和水平位黏贴法)见图2。

图2 纸尿裤的2种穿戴方法Fig.2 Two methods of wearing diapers.(a) Oblique pasting;(b) Horizontal pasting

图2示出了纸尿裤穿戴方法之间的微小差异，有研究[25]证实改良后的斜位黏贴法优化了纸尿裤前片位置及腰贴角度，可缩短新生儿脐部愈合时间、有效防止感染，并能够在一定程度上改变纸尿裤与婴儿局部皮肤之间的接触情况，进而影响纸尿裤局部空间内的热湿传递过程，最终作用于纸尿裤微空间内的热湿状态以及婴儿的热湿感觉。

为此，未来研究可对照顾者为婴儿穿戴纸尿裤的不同方法进行分类和变量的提取，以探索不同穿戴方法对纸尿裤着装下热湿舒适性的影响，从热湿舒适的角度指导照顾者如何正确地为婴儿穿戴纸尿裤。

2.2 未吸液状态下纸尿裤与人体间的交互

在婴儿排尿前的干燥条件下，纸尿裤相当于一件较厚服装，它与婴儿身体之间的贴合程度，即适体性影响着纸尿裤微空间的大小。在服装热湿舒适性研究中，一些学者通过号型或局部松量的设置量化了衣下空气层厚度[26]、体积[27-28]与服装热湿阻之间的关系，表明服装的适体性能够影响衣下空气层的形态特征，从而间接作用于服装热湿舒适性，因此，纸尿裤的适体性也能够在一定程度上对其热湿舒适性产生影响。

但与服装不同的是，纸尿裤微空间的分布在各区域间严重不均。一方面，纸尿裤腰围处设计的弹性松紧便于婴儿穿着不松垮、且可调节以适合婴儿体型，因此腰部区域的微空间几乎为0；另一方面，考虑尿液吸收后的膨胀，设计者会在纸尿裤裆部预留较大的空间，因此，对于纸尿裤来说，其适体性主要影响裆部微空间的大小。然而，目前的纸尿裤产品仅以体重分码，可见相关标准GB/T 33280—2016《纸尿裤规格与尺寸》。这将会导致一些问题，如体重相同的婴儿穿着同一尺码的纸尿裤，大有可能因身长或体型的不同引起裆部微空间大小的差异。同一体重不同体型的婴儿穿着同一款纸尿裤的差异见图3。

图3 同一体重不同体型的婴儿穿着同一款纸尿裤的差异Fig.3 Difference between babies of same weight and different body types wearing same diaper. (a) Tall and thin;(b) Short and plump

图3示出了二者裆部微空间的差别。与高瘦体型相比，矮胖体型会导致婴儿腰围更大、进而拉伸纸尿裤的腰围w，使得w2>w1(注：w1、w2分别为同一款纸尿裤穿着在高瘦型和矮胖型婴儿上时拉伸后的腰围)，此时，无论哪种体型的婴儿，其腰部与纸尿裤均处于贴合状态，仅松紧度存在差异，因此二者的腰部微空间大小基本都为0；同时，矮胖体型会缩短婴儿的股上长，即腰围线至会阴点的距离，而纸尿裤的直裆深l并未改变，导致矮胖型婴儿的裆部微空间更大，进而引起婴儿裆部热湿舒适感的变化。可见，当前婴儿纸尿裤的适体性问题，若要将热湿舒适性也考虑在内，则需在适用体重的基础上加入身长和腰围等变量进行进一步细分，以同时满足适体与热湿舒适的需求，这在之前的研究中也得到过验证[29]。

除了婴儿的个体差异会引起纸尿裤裆部微空间的变化进而影响其热湿舒适性以外，纸尿裤款式、形状的不同亦会引起微空间内热湿状态的差异，导致婴儿热湿舒适感的变化。与繁多的服装款式相比，纸尿裤的款式仅有2类—腰贴型和裤型，2类纸尿裤整体结构的区别见图4。

图4 两类纸尿裤整体结构的区别Fig.4 Difference between overall structure of two types of diapers.(a) Tape type;(b) Pant type

由图4可知，其区别主要在于腰部结构：腰贴型通过左右腰贴与前腰的黏扣带黏合；裤型则通过弹性腰围来实现稳定穿着和腰围调节。相比之下，腰贴型更多地适用于肢体脆弱的新生婴儿，方便照顾者为其穿脱；裤型则更利于大月龄婴儿活动，弹性可自主调节的腰部也更为舒适。一项探究成人纸尿裤热湿舒适性的真人穿戴实验[30]表明，在人体慢走过程中，腰贴型比裤型表现得更为透气和不闷热、且主观热湿舒适感更好，这对于婴儿纸尿裤来说也具有启发性；另一项采用示踪气体法考察婴儿纸尿裤内部通风量的实验[31]证明腰贴型纸尿裤的内部通风量更易受婴儿动作幅度的影响；还有实验[21]证明安装有弹性腰围的腰贴型纸尿裤在婴儿尿湿后，其微空间的水蒸气压明显高于无弹性腰围的样本，以上研究均说明纸尿裤局部的结构变化能够改变局部空间的大小和封闭程度，使得微空间内的热湿传递方式也随之发生变化，影响空间内的热湿状态。另外，有学者[32]发现纸尿裤平面形状的差异能够影响婴儿下肢的自发运动，进而通过运动姿势、角度、频率的不同间接作用于微空间的动态变化模式，影响微空间内的热湿传递过程。在人体姿势对常规服装热湿舒适性的影响研究中，有学者[33-34]探讨了姿势对服装隔热性能的影响，表明坐姿下的服装总热阻明显低于立姿，且越厚实的服装受姿势变化的影响程度越大。同样，婴儿穿戴纸尿裤时的姿势不一，也会影响臀部与纸尿裤内表面的接触情况以及腿部的开合形态，进而改变纸尿裤微空间形态、影响其热湿舒适性。有学者[35-36]针对婴儿仰卧时腿部打开的基本姿势，根据纸样结构、材料特性以及婴儿体型采用显式有限元法模拟并预测了纸尿裤穿着时的形态及空气层厚度分布。然而，该研究仅将其应用于纸尿裤的平面纸样设计，并未基于纸尿裤微空间形态的相关预测结果进行着装热湿舒适性的研究，也并未考虑婴儿处于其他身体姿势的情形，因此，针对婴儿姿势引起的纸尿裤热湿舒适性变化的研究，还具有较大的拓展空间。

2.3 吸液状态下纸尿裤与人体间的交互

纸尿裤的吸液持液功能在婴儿排尿后发挥作用，此时，纸尿裤相当于一件可以吸水和储水的服装。在尿湿后的潮湿条件下，纸尿裤吸液区内除了材料因吸水而导致的物性变化，如存液能力下降[37]、导热能力上升[38]等，还会因SAP颗粒吸水膨胀而引起微空间形态的改变。

在分析纸尿裤微空间的形态变化时，需考虑多方面因素，包括吸液材料本身的硬挺度、悬垂性、体积膨胀率、尿液的质量、尿湿位置以及婴儿姿态。婴儿站姿下纸尿裤吸液后的裆部受力情况见图5。

图5 婴儿站姿下纸尿裤吸液后的裆部受力情况Fig.5 Force on crotch of diaper after absorption when a baby is standing

由图5可知，纸尿裤裆部材料会因吸液产生向人体方向的膨胀力F1，同时也会因尿液重力G以及向地面方向的膨胀力F2而下坠，2类相反方向的力相互制约，其综合作用力引起微空间形态的变化。而对于坐姿、仰姿等婴儿排尿时存在承托物的姿态，纸尿裤的某些区域会因婴儿重力几乎贴紧该局部皮肤，此时须考虑因婴儿性别[39]所引起的尿湿位置差异，男宝偏裆前部、女宝偏臀后部。若尿湿位置与贴紧区域有重叠，则会因吸液膨胀导致纸尿裤面层更加贴紧婴儿皮肤并对其施压，不但增加了尿液返渗的风险，还会引起接触不适；若尿湿位置远离贴紧部位，其微空间形态的变化还会受二者之间的相对位置关系、尿液吸收后扩散方向的影响。有学者[40]单独测定了SAP颗粒的体积膨胀率，但并未进一步对含SAP的纸尿裤材料在穿着状态下的体积膨胀率进行测定。也有研究探讨了排尿量[41]、尿湿次数[42]对微空间内温湿度变化趋势的影响，但分析中并未考虑这些因素还会改变相对封闭的微空间大小，进而引起微空间内热湿状态的变化，因此，在婴儿排尿后，纸尿裤热湿舒适性受到除了材料本身的热湿传递性能影响外，还与影响其微空间大小的多项因素相关，这些因素能够通过改变纸尿裤材料在吸液后的微空间分布而引起各局部区域的热湿状态差异。

3 纸尿裤与外部环境间的交互作用

对于常规服装来说，外部环境对人体着装热湿舒适性的影响显而易见，当人体—服装—环境系统处于热平衡状态时，外部环境温湿度的变化会打破这种平衡，导致人体的热湿不适；而当该系统未达热平衡状态，外部环境温湿度的积极调节作用则会提升人体的热湿舒适感。

然而，由于纸尿裤自身结构的复杂性、吸收芯层的存在导致其热湿传递的动力因素比服装复杂[1]，且纸尿裤穿戴后会与婴儿皮肤之间形成相对闭塞的微气候[43]，该微气候变化受外环境影响较小。另外，鉴于婴儿多处于相对稳定而适宜的室内环境，因此在纸尿裤热湿舒适性影响因素研究及相关测评标准中，环境因素的影响常常被忽略，默认为处于舒适环境范围。如标准中常涉及到的环境条件为：温度(23±2)℃，相对湿度(50±5)%(不同标准间的标准差可能有所不同)，即测评结果仅反映了材料在特定环境下的性能特点，环境条件的影响并未被纳入考虑。

婴幼儿、老年人、残障者等群体属于对环境舒适性具有高期望或有特殊要求的Ⅰ类人群。ISO 17772-1—2017《建筑物的能源性能 室内环境质量 第一部分：建筑能源性能设计和评价的室内环境输入参数》针对Ⅰ类人群的室内环境参数见表1。表中示出了该群体在久坐和站立行走这2种活动水平下住宅区室内温度的范围标准。显然，该标准所建议的舒适环境是一个较为宽泛的区域，且因人体活动水平改变而不同，并与采暖/制冷模式有关。可见，忽略环境因素的影响，将导致针对纸尿裤热湿性能的研究具有局限性。

表1 ISO 标准针对Ⅰ类人群的室内环境参数Tab.1 Indoor environmental parameters specified by ISO standard for Class I group

虽然婴儿所处的外部环境相对稳定，离皮肤最近的纸尿裤微气候受外部环境因素的影响也相对较小，但有学者[42]针对外部环境温湿度及空气流速等参数的变化对纸尿裤微气候的影响程度进行了量化和讨论。该研究表明即使在室温恒定为20 ℃的密闭实验室里进行纸尿裤着装实验，室外阴雨天气下测得的纸尿裤微气候湿度都比晴天时高5%左右，这说明外部环境湿度的增加会改变纸尿裤内外环境的水蒸气压差，使得一些水分子缓慢通过纸尿裤多层材料而增加纸尿裤微空间中的湿气，尽管这种影响程度在某些情况下可以忽略。因此，纸尿裤着装下的热湿舒适性研究，有必要关注外环境条件的影响，并置于多种实际着装环境的模拟条件下进行，才能提升实验结果的有效性和针对性。

4 结束语

婴儿纸尿裤作为一件具有吸水功能的“特殊”服装，其热湿传递过程较常规服装更为复杂，因此其着装下的热湿舒适性亦受多重因素的影响。本文从穿着角度，梳理并分析了目前纸尿裤热湿舒适性的影响因素研究进展，总结得出以下值得深入探究的问题：

①穿着纸尿裤时，纸尿裤与婴儿皮肤之间所形成的微空间是提升其热湿舒适性的关键研究对象，相关影响因素的挖掘可从微空间大小和气候的变化角度入手。

②纸尿裤热湿舒适性的影响因素除了材料本身的水分管理能力与热湿传递性能外，还包括尿湿前纸尿裤款式结构、婴儿体型以及照顾者穿戴习惯等因素共同导致的适体性差异，尿湿后材料的力学性能、尿液质量、尿湿位置、婴儿姿势等因素共同引起的微空间形态差异。

③与常规服装相比，纸尿裤热湿舒适性受外部环境因素的影响相对较小，但不能忽略。