一次性尿布

背景

一次性尿布由夹在两片无纺布之间的吸水垫组成。垫子专门设计用于吸收和保留体液，无纺布使尿布具有舒适的形状并有助于防止渗漏。这些尿布是通过多步骤工艺制成的，其中吸收垫首先真空成型，然后连接到可渗透的顶片和不可渗透的底片。通过加热或超声波振动将组件密封在一起。弹性纤维附着在床单上，将尿布的边缘聚集成合适的形状，使其紧贴婴儿的腿和胯部。当正确安装时，一次性尿布将保留体液，体液通过可渗透的顶层并被吸收到垫中。

一次性尿布是一项相对较新的发明。事实上，直到 1970 年代初，妈妈们都没有真正的替代经典布尿布。棉纸尿裤具有柔软、舒适、由天然材料制成的优点。它们的缺点包括它们相对较差的吸收性以及它们必须被洗涤的事实。一次性尿布被开发来克服这些问题。最早的一次性用品使用木浆绒毛、纤维素填料、绒毛纤维素或棉纤维作为吸收材料。然而，这些材料的重量并没有吸收太多水分。因此，由这些材料制成的尿布非常笨重。开发了更有效的吸收性聚合物来解决这个问题。

自 1970 年代以来，一次性尿布技术不断发展。事实上，在过去的 25 年里，已经颁发了近 1,000 项与尿布设计和构造相关的专利。今天的尿布不仅功能强大，而且还包括一些先进的功能，例如针对特定性别和年龄的特殊尺寸和颜色、显示孩子何时弄湿的颜色变化指示器以及可重新连接的 VelcroTM 型闭合。这些创新使一次性用品占据了尿布市场的很大份额。 1996 年，仅在美国，一次性尿布的销售额就超过了 40 亿美元。 Proctor and Gamble和Kimberly Clark是最大的两个品牌制造商，它们的销售额占据了近80%的市场份额。生产商店品牌和通用尿布的自有品牌制造商占其余 20% 的大部分。

原材料

吸水垫

尿布、布料或一次性用品最重要的一个特性是其吸收和保持水分的能力。用于布尿布的棉材料具有合理的吸水性，但合成聚合物远远超过天然纤维的吸收能力。今天最先进的一次性尿布将吸收 15 倍于其重量的水。这种惊人的吸收能力归功于尿布芯中的吸收垫。该垫由两种基本元素组成，亲水性或亲水性聚合物和纤维材料（如木浆）。聚合物由丙烯酸衍生物的细颗粒制成，例如丙烯酸钠、丙烯酸钾或丙烯酸烷基酯。这些聚合物颗粒充当微小的海绵，在水中保持其重量的数倍。从微观上看，这些聚合物分子类似于长链或绳索。这些化学“绳索”的一部分旨在与水分子相互作用。聚合物的其他部分能够在称为交联的过程中与不同的聚合物分子发生化学连接。当大量这些聚合物链交联时，它们形成不溶于水但可以吸收大量水的凝胶网络。具有这种能力的聚合物被称为水凝胶、超吸收剂或水胶体。根据交联度，凝胶网络的强度可以变化。这是一个重要的特性，因为凝胶强度与聚合物在应力下变形或流动的趋势有关。如果强度太高，聚合物将不能保留足够的水分。如果它太低，聚合物将太容易变形，垫中最外层的颗粒会过快吸收水分，形成凝胶，阻止水到达内垫颗粒。这个称为凝胶阻塞的问题可以通过将木浆纤维分散在整个聚合物基质中来克服。这些木纤维就像数以千计的细小吸管一样，可以更快地吸水并更有效地将水分散到基质中以避免凝胶堵塞。制造商已经优化了聚合物和纤维材料的组合，以产生最有效的吸收能力。

无纺布

吸收垫位于尿布的核心。它由形成尿布主体的无纺布片固定到位。无纺布与传统织物的不同之处在于它们的制作方式。传统面料是将丝、棉、涤纶、羊毛等纤维编织在一起，形成纤维环的互锁网络。非织造布通常由塑料树脂制成，例如尼龙、聚酯、聚乙烯或聚丙烯，并通过机械、化学或热互锁塑料纤维进行组装。组装非织造布有两种主要方法，湿法成网工艺和干法成网工艺。干法成网工艺，例如“熔喷”法，通常用于制造非织造尿布织物。在这种方法中，塑料树脂被熔化并通过空气压力挤出或强制通过小孔。随着空气吹出的纤维流冷却，纤维凝结在片材上。然后使用加热辊压平纤维并将它们粘合在一起。聚丙烯通常是用于可渗透顶片的材料，而聚乙烯是用于不可渗透底片的首选树脂。

其他组件

还有各种其他辅助组件，例如弹性线、热熔胶、胶带条或其他封口，以及用于印刷装饰的墨水。

制造
过程

吸水垫的形成

• 1 吸收垫是在穿过长“成型室”的可移动传送带上成型的。在腔室的不同位置，加压喷嘴将聚合物颗粒或纤维材料喷射到输送机表面。传送带的底部是穿孔的，当垫料喷到传送带上时，从下方施加真空，使纤维被拉下形成平坦的垫料。

  已采用至少两种方法将吸收性聚合物加入垫中。在一种方法中，聚合物被注入到供应纤维的相同原料中。这种方法生产的垫具有在其整个长度、宽度和厚度上均匀分散的吸收性聚合物。与该方法相关的问题是吸收剂的损失可能发生，因为细颗粒被真空拉过传送带中的孔眼。因此，它既昂贵又凌乱。这种方法还会导致垫子吸收不均匀，因为吸收剂仅从一侧丢失，而不会从另一侧丢失。

  施加聚合物和纤维的第二种方法包括在衬垫形成后将吸收材料施加到衬垫的顶表面上。这种方法生产的垫具有集中在其顶侧的吸收材料并且在整个垫中没有太多吸收性。另一个缺点是垫 这样可能会丢失一些涂在其表面的聚合物。此外，这种方法往往会导致凝胶阻塞，因为所有的吸收剂都在垫子的外面。水分被困在这个外层，没有机会扩散到中心。这种堵塞会使水分保持在皮肤上，并可能导致佩戴者感到不适。

  这些问题通过控制混合聚合物和纤维材料来解决。多个喷雾分配器用于施加多层聚合物和纤维。当纤维被拉入腔室并形成垫的底部时，将一部分聚合物添加到混合物中以形成聚合物和纤维的结合层。然后将更多的纯纤维拉到上面以产生三明治效果。这种结构形成了一个吸收性聚合物被限制在其中心、被纤维材料包围的垫。凝胶堵塞不是问题，因为聚合物集中在垫的核心。它还解决了颗粒损失问题，因为所有吸收剂都被纤维材料包围。最后，该过程更具成本效益，因为它将聚合物分配到需要的地方。

• 2 在垫料接收到完整剂量的纤维和聚合物后，它会沿着输送机路径前进到成型室出口附近的校平辊。这个辊子去除了垫子顶部的一部分纤维，使其厚度均匀。然后垫通过传送带移动通过出口用于后续操作以形成成品尿布。

无纺布的制备

• 3 非织造织物片材使用如上所述的熔喷工艺由塑料树脂形成。这些片材被制成称为“网”的宽卷，然后将其切成合适的宽度以用于尿布。顶部片材有一个卷材，底部片材有另一个卷材。需要注意的是，该步骤不一定在垫形成后依次进行，因为无纺布通常是在单独的位置制作的。当制造商准备开始生产尿布时，这些大块织物连接到特殊的滚筒设备，将织物送入装配线。

  

• 4 在此过程中的某个时刻，拉伸的松紧带会用粘合剂连接到背衬片上。尿布组装好后，这些松紧带会收缩并将尿布聚集在一起，以确保贴合并限制泄漏。

组件组装

• 5 在此过程中，仍有三个独立的组件，即吸水垫、顶片和背衬。这三个组件呈长条状，必须连接在一起并切成尿布大小的单元。这是通过将吸收垫输送到带有聚乙烯底片的传送带上来实现的。然后将聚丙烯顶片送入到位，并通过胶合、加热或超声波焊接将编译好的片材连接起来。组装好的尿布可能有其他附件，例如胶带条或 Velcro ^™ ，充当闭包。
• 6 然后将长卷纸切成单独的尿布、折叠并包装以供运输。

副产品/废物

纸尿裤生产不会产生大量副产品；事实上，尿布行业使用其他行业的副产品。尿布生产中使用的吸收性聚合物通常是其他化学工业的生产线遗留下来的。聚合物颗粒对于其他应用来说太小，但它们非常适合用于尿布。然而，在尿布生产中，大量的非织造材料和聚合物颗粒都被浪费了。为了尽量减少这种浪费，该行业试图优化从每平方码（米）材料中获得的尿布数量。此外，尽一切努力回收成形室中使用的多余纤维和聚合物材料。然而，由于过滤器堵塞和其他损失，这并不总是可行的。

质量控制

有几种方法可用于控制一次性尿布的质量，其中大部分与产品的吸收性有关。一个关键是确保吸收垫中的聚合物/纤维比例正确。变化太大会影响尿布吸收水分的能力。行业试验和错误表明，为了获得最佳性能和成本，纤维与颗粒的比例应约为 75:25 至 90:10。比这个比例更重要的是这些颗粒的大小和分布。已经确定，质量中值粒径大于或等于约 400 微米的颗粒与纤维配合得非常好，以提高流体从身体输送出去的速率。如果颗粒在此范围之外变化很大，则可能会发生凝胶阻塞。

业界使用多种标准测试来确定尿布吸收性。一种称为需求润湿性或重量吸光度。这些测试评估通常称为负载吸收率 (AUL) 的内容。 AUL 定义为聚合物在承受相当于 21,000 达因或约 0.30 磅/平方英寸（0.021 千克/平方厘米）的压力时吸收的 0.9% 盐水溶液的量。该测试模拟婴儿坐在湿尿布上的效果。如果尿布在 1 小时后的吸收率至少为 24 毫升/克，则认为其质量可以接受。

除吸收性外，其他质量控制因素与尿布的合身性和舒适度有关。必须特别注意用于形成尿布外壳的非织造织物的熔体特性。如果使用不同熔点的材料，熔化最快的材料可能会变得太软并粘在组装设备上。当织物被拉下时，它可能留下对用户来说不舒服的粗糙表面。最后，必须仔细检查组件的对齐情况，否则可能会导致泄漏。

未来

一次性尿布制造是一个高科技领域，在过去的几十年里一直表现出创新。尽管如此，仍有许多领域需要进一步改进。其中一个领域是减少泄漏。制造商很可能会开发改进的松紧带，以更紧密地固定腰部，而不会引起擦伤或不适。目前对一次性尿布在垃圾填埋场中的作用的担忧也可能会影响制造和配方。这种担忧可能会导致开发体积更小且更可生物降解的尿布。