Dr.Norbert Herfert 李 樂 巴斯夫

高性能紙尿褲的設(shè)計(jì)理念

High Performance Diaper Design

Dr.Norbert Herfert 李 樂 巴斯夫

1 終端消費(fèi)者需求

圖1 終端消費(fèi)者對(duì)紙尿褲的需求

我們進(jìn)行了全球不同區(qū)域的紙尿褲市場(chǎng)的研究，如圖1，消費(fèi)者最重要的三個(gè)需求分別是希望紙尿褲能夠有效地防止?jié)B漏，對(duì)皮膚有保護(hù)作用，以及穿著舒適。其中對(duì)于皮膚的保護(hù)就必須要做到保證皮膚的干爽。本報(bào)告將著重講述怎樣防止?jié)B漏和保持皮膚干爽，這取決于吸收芯體的設(shè)計(jì)。

2 全球紙尿褲芯體的設(shè)計(jì)

全球不同區(qū)域的紙尿褲芯體的設(shè)計(jì)不同。第一種是傳統(tǒng)的絨毛漿結(jié)構(gòu)，由高吸收性樹脂（SAP）顆粒分散在絨毛漿纖維中組成的，這種芯體是全球范圍最普遍采用的。

圖2 傳統(tǒng)SAP/絨毛漿芯體的生產(chǎn)流程示意圖

如圖2所示，成卷的絨毛漿開卷后被送到粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，開解成纖維，絨毛漿纖維和SAP顆粒在真空成型鼓進(jìn)行混合成型，然后進(jìn)入下一步制作工藝。

這種結(jié)構(gòu)的芯體吸收速度快并具有較好的防反滲性能，但是SAP和絨毛漿的混合均勻度會(huì)影響到最終紙尿褲的效果。在這種芯體中絨毛漿的存在可以為紙尿褲提供一個(gè)暫時(shí)的液體存儲(chǔ)空間，有助于快速吸收液體。絨毛漿提供了非常好的導(dǎo)流效應(yīng)，使芯體具有較高的利用率。但是這種結(jié)構(gòu)的不足之處在于芯體比較厚，并且將絨毛漿纖維和SAP顆粒均勻地混合在一起是不容易的。所以隨著SAP含量增加，SAP比例的增大，想要得到一個(gè)均勻混合芯體也變得越來(lái)越困難，整個(gè)芯體的成型和工藝過(guò)程也會(huì)相應(yīng)地變得復(fù)雜和更難把控，同時(shí)，需要消耗更多的能源。

圖3 超薄復(fù)合芯體的生產(chǎn)流程示意圖

另外一種是超薄復(fù)合芯體，如圖3所示，主要是在中國(guó)廣泛應(yīng)用的一種芯體結(jié)構(gòu)，這是一種典型的“三明治”結(jié)構(gòu)。中間一層非織造布（蓬松非織造布），上下是SAP和干法紙或者衛(wèi)生紙等其他材料，部分SAP被粘在干法紙或者衛(wèi)生紙等材料上，部分SAP會(huì)嵌在中間的（蓬松非織造布）非織造布中。這種吸水紙芯體非常薄，吸收液體后也能夠保證芯體較好的整體性，并且整個(gè)工藝過(guò)程更為簡(jiǎn)單?，F(xiàn)在有很多供應(yīng)商將2個(gè)加料斗改成4個(gè)加料斗，可以將更多的不同的SAP進(jìn)行混合，增大了SAP選擇的靈活性，同時(shí)提升了混合均勻度。這種芯體不足之處是對(duì)液體的擴(kuò)散不夠充分，導(dǎo)致芯體的利用率較低，夜用時(shí)滲漏的機(jī)率比較高，有可能會(huì)導(dǎo)致皮膚紅疹。另外，吸水紙芯體的紙尿褲生產(chǎn)過(guò)程是不連續(xù)的，芯體的生產(chǎn)和紙尿褲的生產(chǎn)過(guò)程是分離的。

另外還有其他類型的無(wú)絨毛漿芯體結(jié)構(gòu)，也是三明治式的層狀結(jié)構(gòu)，SAP被非織造布或其他材料固定或者是SAP分散在多孔材料中。無(wú)絨毛漿芯體非常薄，比傳統(tǒng)芯體的生產(chǎn)工藝更簡(jiǎn)單，并且整合在紙尿褲生產(chǎn)線中。這種結(jié)構(gòu)的不足之處是由于不含絨毛漿導(dǎo)致暫時(shí)的儲(chǔ)液量比較低，需要較厚的導(dǎo)流層來(lái)避免滲漏。

3 如何優(yōu)化紙尿褲芯體結(jié)構(gòu)

針對(duì)現(xiàn)在中國(guó)市場(chǎng)上兩種主流芯體結(jié)構(gòu)，一種是傳統(tǒng)絨毛漿芯體結(jié)構(gòu)，一種是超薄復(fù)合芯體結(jié)構(gòu)，優(yōu)化芯體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.1 傳統(tǒng)絨毛漿芯體

圖4 西歐和北美市場(chǎng)傳統(tǒng)絨毛漿芯體結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)絨毛漿芯體在西方國(guó)家和亞洲都比較普遍。西歐和北美國(guó)家典型的超薄紙尿褲設(shè)計(jì)是芯體中SAP比例為50%～70%，非常薄，使用定量很高的導(dǎo)流層，大概在50～110g/m2。這些導(dǎo)流層放在加液區(qū)域，并且只在芯體的部分區(qū)域，通過(guò)導(dǎo)流層將液體均勻分布在吸收芯體中。高定量的導(dǎo)流層提供了有效的暫時(shí)存儲(chǔ)液體的空間，使吸收速度加快。由于芯體中SAP比例較高，需要SAP具有好的膠體強(qiáng)度和好的通液性，避免發(fā)生膠體堵塞。

如果芯體中SAP比例非常高并使用低定量的導(dǎo)流層，由于缺少了有效的暫時(shí)儲(chǔ)液空間，就要求SAP必須在多次加液時(shí)仍然具有非?？斓奈账俣?。

圖5 亞太市場(chǎng)傳統(tǒng)絨毛漿芯體結(jié)構(gòu)

亞太市場(chǎng)上典型的傳統(tǒng)絨毛漿芯體結(jié)構(gòu)，通常SAP添加比例較低，在50%以下，導(dǎo)流層定量也比較低，或者是為了成本考慮，不添加任何導(dǎo)流層。這種減少了成本并且也簡(jiǎn)化了紙尿褲的工藝過(guò)程，提高了紙尿褲的柔軟度。通常情況下，上面有一層完全覆蓋芯體的3D壓花非織造布面層，提高柔軟度和幫助液體在芯體中擴(kuò)散。這種芯體結(jié)構(gòu)提供有效的暫時(shí)儲(chǔ)液空間和良好的液體傳導(dǎo)能力，SAP可以抓住絨毛漿中的液體并且永久地鎖住液體。因此對(duì)SAP的吸收速度要求比較低，但是要求其具有高保水量和好的膠體強(qiáng)度，使紙尿褲更加干爽并具有快速有效的吸收性能。

案例分析一

圖6 亞洲絨毛漿結(jié)構(gòu)芯體優(yōu)化案例

圖6 所示的芯體案例，SAP比例在46%左右，并且搭配了定量為35g/m2的導(dǎo)流層和18g/m2的3D壓花表層。用兩種不同的SAP分別制成紙尿褲，一種是HySorb?N7059，具有高保水和在壓力下鎖水效果非常好；另一種是市場(chǎng)上的低保水量、0.3PSI壓力下低吸收量的SAP。

圖7 兩種SAP制成的紙尿褲性能測(cè)試

由圖7可知，HySorb?N7059在標(biāo)準(zhǔn)的平板穿滲實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出了低反滲和更好的干爽性，還有高的吸收量和保水量的優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)使得整個(gè)紙尿褲也表現(xiàn)出了干爽和高保水量的優(yōu)勢(shì)。

除了正確選擇SAP的類型，還有一些其他的提高絨毛漿結(jié)構(gòu)芯體性能的方案。SAP和絨毛漿的均勻混合是影響芯體性能的關(guān)鍵，芯體的均勻度會(huì)影響反滲和多次加液后芯體的整體性。

均勻度越高防反滲性能越好，芯體的利用率越高。很多紙尿褲生產(chǎn)廠通過(guò)將SAP吹入絨毛漿纖維流中來(lái)提高混合的均勻度，需要注意的是在混合過(guò)程中要避免對(duì)SAP顆粒造成損害。因?yàn)镾AP的顆粒結(jié)構(gòu)是內(nèi)部低交聯(lián)達(dá)到高吸收能力和表面高交聯(lián)達(dá)到高膠體強(qiáng)度。顆粒被破壞之后，膠體強(qiáng)度就會(huì)降低，加壓下的吸收能力就會(huì)減弱，通液性也會(huì)降低，就會(huì)表現(xiàn)出更多的膠體堵塞和較差的吸收性能。

巴斯夫提供了一種非常專業(yè)的SAP投料系統(tǒng)，提高SAP和絨毛漿的混合效果，可應(yīng)用在不同的芯體制作工藝中，如新生兒紙尿褲，傳統(tǒng)嬰兒紙尿褲，甚至是成人紙尿褲。該系統(tǒng)可以更好地控制芯體成型工藝、提高SAP添加位置的準(zhǔn)確率和利用率、保證每片紙尿褲的穩(wěn)定性、降低對(duì)SAP顆粒的損害。

3.2 超薄復(fù)合芯體

怎樣將最終消費(fèi)者的需求轉(zhuǎn)化為紙尿褲的測(cè)試指標(biāo)？怎樣將這個(gè)測(cè)試指標(biāo)與SAP的某項(xiàng)指標(biāo)建立聯(lián)系？我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室進(jìn)行了全方位的研究。消費(fèi)者要求的干爽度可以用紙尿褲的反滲量來(lái)表示，高吸收量，可以用紙尿褲30min吸收量和一天保水量來(lái)表示，這兩個(gè)要求都與SAP的離心保水量和0.3PSI壓強(qiáng)下的加壓吸收量有關(guān)。

紙尿褲的防漏性能可以用加壓下的平板穿滲時(shí)間表示，紙尿褲的持續(xù)吸液能力可以用潑水實(shí)驗(yàn)和短時(shí)間的干爽測(cè)試來(lái)表示，這兩個(gè)指標(biāo)與SAP的吸收速度、離心保水量以及0.3PSI壓強(qiáng)下加壓吸收量有關(guān)。

總的來(lái)說(shuō)，不是單單一個(gè)參數(shù)就可以決定最終紙尿褲的某一項(xiàng)性能。當(dāng)SAP的吸收速度可以快到來(lái)滿足防止漏尿的性能要求時(shí)，其吸收能力和好的膠體強(qiáng)度也就是離心保水量和 0.3PSI壓強(qiáng)下加壓吸收量就變成了對(duì)超薄紙尿褲復(fù)合芯體非常重要的指標(biāo)了。這個(gè)結(jié)果可能會(huì)令人有些驚訝，因?yàn)槲覀冎翱偸钦J(rèn)為SAP的吸收速度才是最重要的指標(biāo)。

傳統(tǒng)的SAP吸收速度測(cè)試方法，如漩渦法測(cè)自由吸收速度或者是1min吸收量，SAP顆粒是在自由狀態(tài)下吸收液體，沒有任何壓力。但是在超薄復(fù)合芯體中，SAP的吸收會(huì)受到膠粘劑和非織造布的阻礙，這就意味著SAP是在壓力下吸收液體。那么0.3PSI壓強(qiáng)下的加壓吸收量可以有效地模擬SAP在芯體中吸收的情形，所以說(shuō)在SAP已經(jīng)具有了有效的吸收速度時(shí)，保水量和膠體強(qiáng)度同樣是SAP在超薄吸水紙復(fù)合芯體紙尿褲中非常重要的兩個(gè)指標(biāo)。

案例分析二

HySorb?6830是一款具有綜合性能的SAP，將其與市場(chǎng)上的4種SAP分別做成相同結(jié)構(gòu)的超薄復(fù)合芯體紙尿褲，不使用導(dǎo)流層，搭配常見的20g/m2定量的3D壓花面層。對(duì)這5種紙尿褲進(jìn)行懸掛U型測(cè)試。U型測(cè)試可以很好地模擬嬰兒穿著紙尿褲時(shí)的狀態(tài)。在第三次吸液后，添加HySorb?6830的紙尿褲表現(xiàn)出非?？斓奈账俣?，并且反滲量最低。

圖8 紙尿褲U型測(cè)試結(jié)果

HySorb?6830 紙尿褲在潑水實(shí)驗(yàn)中也表現(xiàn)出較好的吸收性能和較低的反滲量。

4 結(jié)論

不同的區(qū)域采用不同的紙尿褲芯體設(shè)計(jì)，以滿足不同的終端消費(fèi)者需求。如針對(duì)消費(fèi)者保護(hù)皮膚的需求，可以通過(guò)不同的芯體設(shè)計(jì)，最終以降低紙尿褲的反滲量從而提升干爽度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

SAP性能必須配合紙尿褲芯體設(shè)計(jì)并且和其他材料搭配得宜，從而實(shí)現(xiàn)最佳性能。

應(yīng)用于中國(guó)的傳統(tǒng)芯體紙尿褲需要SAP具有高吸收能力和良好膠體強(qiáng)度，但是對(duì)SAP吸收速度要求較低。

超薄復(fù)合芯體紙尿褲需要SAP吸收速度快，具有高離心保水量CRC和良好的膠體強(qiáng)度(AAP 0.3 PSI)。

（孫靜整理）