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一次性卫生用非织造材料的研究进展

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-09-18  来源:中国纤维流行趋势  浏览次数:64
核心提示:整理自产业用纺织品教育部工程研究中心,东华大学、夏义尝,赵奕,靳向煜《一次性卫生用非织造材料的研究进展》一文,收录于《中国纤维流行趋势报告2021/2022》
       一次性卫生用品也称吸收性用即弃产品,其英文名为“Absorbent Disposable Products”或“Hygiene products”,包括女性卫生用品(卫生巾、卫生护垫、卫生栓)、婴儿纸尿裤或婴儿尿片、和成人失禁用品(成人纸尿裤、护理垫)等。一次性卫生用品是随着现代社会的不断进步和人民生活水平不断提升应运而生的产物,也是在大规模生产技术推动下的成果。一次性卫生用品的诞生和快速发展改变了无数老幼妇孺的生活,影响了整个20世纪人类文明的进程。
      近十几年来,一次性卫生用品国内市场快速发展,各类产品从无到有,生产力水平和消费水平均持续增长,市场渗透率不断上升。2019年,面对国内外风险水平提高的市场大环境,中国一次性卫生用品市场依旧保持上升趋势,总市场规模相较2018年增长了3.4%,达到约1165.3 亿元。由于我国正面临严重的人口老龄化问题,成人失禁用品作为一次性卫生用品市场中的“新星”也越来越被人们所接受,成为一次性卫生用品市场中增速最快的消费品。近五年来,成人失禁用品的复合年均增长率达到15.5%,而女性卫生用品和婴儿纸尿裤/ 垫的复合年均增长率分别约为3.1%和8.8%,意味着中国成人失禁用品市场正在迎来绝佳的发展机遇。与此同时,国内女性卫生用品和婴儿纸尿裤/垫市场趋于饱和,如何提升产品功能附加值,满足个性化、高质化需求有待进一步提高。

(图1:一次性卫生用品结构示意图a) 传统纸尿裤结构示意b) 双SAP 复合芯体纸尿裤结构示意)
      一次性卫生用品通常由表面层、导流层、吸液芯体层和底层组成,如图1所示。其中表面层、导流层一般由非织造材料构成。而吸液芯体作为一次性卫生用品的核心作用层,通常为绒毛浆纤维和高吸水树脂颗粒(如图2 所示)混合后包覆于无尘纸或薄型非织造材料而形成的复合材料。上述的各层非织造材料中所用的纤维多为合成纤维如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、双组份ES纤维、以及天然或再生纤维如棉纤维、黏胶纤维等,因而在成本、卫生性和安全性等方面均有较大优势。目前一次性卫生用品常用的非织造材料制备工艺包括纺粘、热风熔喷工艺,传统非织造成型工艺和技术能够满足当前一部分消费者对产品的需求,但大健康环境下人们生活水平日益提升,对产品的功能性和高质量的需求不断提高。

(图2:高吸水树脂颗粒电镜图)
      随着国内外非织造技术几十年以来的不断发展,一次性卫生用非织造材料升级换代,新产品层出不穷,在纤维原料、生产工艺、外观形态等方面展现出多方面的创新成果,以满足吸收性用即弃产品对材料透气、快速吸湿、透湿、防倒流性以及皮肤接触舒适性的要求。

1 一次性卫生用非织造材料的新原料与新结构

1.1 新原料
      蚕丝纤维是一种高档的纺织纤维原料,纤维平滑、细而柔软,与人体皮肤的相适性能良好,与人体皮肤的摩擦刺激系数仅为7.4%,并且具有良好的安全性和环保性,因此蚕丝用于研发一次性卫生用品的表面层非织造材料具有良好的应用潜力,可开发具有保健功能的高档纸尿裤、卫生巾和护垫等产品。王娅结合热风黏合和水刺缠结技术制备了一种满足卫生用卷材拉伸性能、透气性能、透水时间和反渗量要求的蚕丝/ES混纺非织造布,材料上层为蚕丝短纤维,下层为ES热风非织造布,两层通过水刺加固技术缠结在一起;陈晶晶在蚕丝/ ES混纺非织造布的研究基础上,改变水刺加固工艺中托网帘的目数开发出了一种具有半开孔结构的蚕丝/ES混纺非织造布,优化了材料的的拉伸性能、透气性和透水性,增加了面层非织造布材料的品种多元性。
      筛选新型纤维原料应用于非织造材料中,并选用优化的材料结构和工艺技术是提高一次性卫生用品产品性能的直接方法之一。柯俊沐以HDPE和PP为主要原料,辅以功能性原料乙烯-辛烯嵌段共聚物、二氧化钛和抗氧剂,通过共混、熔融挤出工艺制得皮层为HDPE,芯层为改性PP的皮芯型复合纤维,并结合热风非织造技术和3D立体压辊压制成具有凹凸结构的3D立体压纹热风PP/HDPE非织造材料,与平纹热风非织造材料相比,材料的纵向断裂强力提高了6.0%,横向断裂强力提高了13.0%,断裂伸长率和刚柔度有所下降,但平均吸液率、持液率、液体平面扩散性能显著提高;齐晶晶设计通过改变常规ES 纤维卷曲程度的方法制备同时具有热风和SSS纺粘非织造布特点的卫生用面层材料,实验对比证明,当纤维卷曲为8.5 个/25mm 的时候, 使用该纤维原料结合最佳工艺参数下的热风非织造技术可以制得舒适度更高的面层非织造布。
      一次性卫生用品的市场竞争中,产品的成本可以在极大程度上决定其在价格竞争中的优势。为降低一次性卫生用品的制造成本,Grace Kakonke et al,使用鸡羽毛纤维作为非织造材料生产中的廉价原料,与漂白棉纤维混纺并通过针刺加固技术制成纤维网,同时采用吸收剂作为涂层材料,增加该针刺非织造材料的液体吸收性能,与传统一次性卫生用品中吸收芯体相比,新型非织造材料吸液芯体具有更高液体吸收能力。钱程通过对非织造材料中的木浆纤维原料进行氢氧化钠处理的方式,增加了非织造布芯材的吸液量,可减少芯体材料中超吸水树脂颗粒SAP的添加量,从而降低产品制造成本。

1.2 新结构
      目前关于一次性卫生用品非织造材料结构的研究多集中在纸尿裤导流层非织造材料和吸收芯层非织造材料上。导流层位于纸尿裤面层与吸收芯层之间,起到加速液体扩散、穿透、减少液体回渗的作用,可通过控制导流层非织造布纤维的细度、卷曲度、亲水性;纤网空间的排列结构、蓬松度、加固方式等方法进行设计,以获得更优的产品性能。王欢根据导流层作用的机理分析,设计了一种复合导流层材料,包括纤维定向排列结构的常规导流层和纤维杂乱随机排列的阻尼层,常规导流层增加液体在纤网中的扩散,阻尼层具有一定透水性,能够防止液体渗透过快而来不及在导流层中扩散,这种新式结构可以引导液体在导流层材料中沿纵方向扩散,并与竖直方向的渗透达到平衡。沈嘉俊等人提出一种导槽技术,在吸收芯体的热风棉中设置导槽以替代导流层,对比常规具有导流层的纸尿裤,导槽技术的应用可以减少纸尿裤的制造成本,并且纸尿裤成品具有吸液速率快、液体扩散长度长、液体回渗量小的优点。
      吸收芯层是纸尿裤技术的核心,为了满足消费者舒适性的要求,吸收芯层非织造布结构的开发需要在满足吸液要求的前提下往窄、薄、轻的方向进行。李国标设计了一种“三明治”型吸收芯层,由吸水纸、SAP、非织造布、SAP、吸水纸五层结构组成, 可比常规SAP/绒毛浆吸收芯层减少40.95%的厚度,并且充分吸液后表面平整,不会出现普通纸尿裤结团隆起的现象。

2 一次性卫生用非织造材料制备技术

2.1 一次性卫生用品非织造材料生产工艺
      传统的一次性卫生用非织造材料可分为短纤维非织造布和长丝非织造布两类。短纤一次性卫生用非织造布的生产工艺主要为水刺非织造技术和热风非织造技术,其中水刺非织造布可用作卫生巾和纸尿裤吸收芯体的包裹层,但生产成本高的问题对其应用产生了一定限制;热风非制造布由于具有蓬松和柔软的特点,所以主要应用于一次性卫生用品的面层,满足人们对贴肤材料柔软舒适的要求。长丝一次性卫生用非织造布的生产工艺主要为纺粘非织造技术和熔喷/ 纺粘复合非织造技术,其中纺粘非织造布耐摩擦性能好、起毛少,更多的应用于一次性卫生用品的面层和底层,但是在柔软性更好的热风非织布应用兴起之后,纺粘非织造布应用于面层大量减少;熔喷/纺粘复合非织造布有多种(SMS、SMMS、SSMMS等,S表示纺粘层,M表示熔喷层),具有良好的防侧漏效果以及力学性能,但受成本限制,目前一般只应用纸尿裤的防侧漏隔边处。
      静电纺丝技术是一种静电喷射拉伸纺丝技术,是制备纳米纤维的一种方法,制备的纳米纤维膜具有比表面积大、孔隙率高,且结构、尺寸、形貌可控,应用前景广阔。ES Bokova et al,在室温条件下结合静电纺丝技术和“Nanospider”技术,混合聚丙烯酸、 聚乙烯醇和聚乙二醇为纺丝液,成功纺出纤维直径为120至400nm的非织造纤维膜,其具有高于产业用非织造产品的亲水性和吸湿性,在一次性卫生用品中具有一定的应用潜力,但静电纺丝材料的大规模生产是该技术面临的瓶颈问题。

2.2 一次性卫生用品非织造材料后整理技术
      后整理技术可以通过较为简单的方式赋予纺织材料崭新的功能性,拓展产品应用领域,给消费者带来更佳的使用体验,是提高一次性卫生用品功能性的途径之一,一次性卫生用非织造布后整理一般采用浸渍法和浸轧法,如图3所示。

(图3:非织造布后整理工艺示意图)
      Mariana Pohlmann et al,以黄油和香精等亲脂性物质为芯材,采用微胶囊技术合成具有护肤、杀菌和消炎等功能的微胶囊,并证明该微胶囊可通过喷洒或浸渍的方式对女性卫生巾的面层非织造布进行后整理,可帮助平衡女性外阴处微生物菌群,提高女性卫生用品的使用安全性。Sibel Kaplan et al 研究发现,可以使用肉桂醛、香叶醇和苯乙醇等天然抗菌剂对一次性卫生产品的面层进行抗菌后整理,仅会造成材料吸液性能略微下降,而不降低一次性卫生用品的其他应用性能指标。除上述对一次性卫生用品进行的抗菌、亲肤改性外,将遇湿释香型芳香微胶囊整理至吸收芯层非织造材料中,当芯体遇尿液时,芳香微胶囊释放香气掩盖排泄物气味,也是一种可行方案,如图4所示。

(图4:芯体遇尿液释香过程示意图)
3 结语
      非织造材料作为一次性卫生用品中的主要材料起到了吸液导液、透气防渗的作用,在女性卫生用品、婴儿尿裤尿片、成人失禁用品中应用广泛。而一次性卫生用非织造材料的新原料、新结构以及制备工艺和后整理技术将不断赋予一次性卫生用品新功能和更优化的产品质量,以满足人们对用即弃个人卫生产品的个性化和高质化需求,同时促进了该类产品的升级换代。未来,一次性卫生用非织造材料将在原料绿色化、功能集成化、生产工艺和技术智能化等领域寻求更加长远的发展。
 
 
 
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