宮澤清 尤妮佳株式會(huì)社

1 身體各部位的冷熱舒適性的差異

由于人體本身會(huì)產(chǎn)生熱量，同時(shí)還會(huì)排出水分，所以人體會(huì)產(chǎn)生冷熱感和潮濕感?？梢哉f(shuō)人的舒適性主要取決于冷熱感和潮濕、悶熱感。如果水分從皮膚表面蒸發(fā)，人就會(huì)感到潮濕、悶熱。導(dǎo)致潮濕、悶熱感的主要原因之一，就是皮膚表面的水分蒸發(fā)量，即潮濕、悶熱感與冷熱感有著很大的關(guān)系。

全身的熱感覺(jué)點(diǎn)約有3萬(wàn)個(gè)，冷點(diǎn)有25萬(wàn)個(gè)左右。圖1所示為身體各部位的冷熱感覺(jué)閾值。可以看出，皮膚敏感性與熱點(diǎn)、冷點(diǎn)的分布密度大小基本上相符，比如腿、腳、肩等部位的敏感性較低，手臂和手的敏感性較高等。而且，身體不同部位的敏感性存在很大的差異，如四肢感受潮濕感的絕對(duì)溫度比軀干要低（即潮濕感的閾值很小）。

圖1 身體各部位的冷熱感覺(jué)閾值

本研究的目的是：通過(guò)皮膚濕潤(rùn)度的指標(biāo)研究身體各部位的冷熱舒適性差異，并使用實(shí)驗(yàn)用的衣服控制全身或局部皮膚的濕潤(rùn)度。

皮膚濕潤(rùn)度ω可以用人體表面的實(shí)際蒸發(fā)熱量（實(shí)際的蒸發(fā)熱損失）與皮膚整體被汗水均勻覆蓋并全部蒸發(fā)時(shí)的蒸發(fā)熱量（最大蒸發(fā)熱損失）的比來(lái)表示。研究表明ω經(jīng)常與人的溫?zé)崾孢m性聯(lián)動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，給參與實(shí)驗(yàn)人員的軀干、手臂、大腿部穿上非透氣性的衣服，給其他部位穿上透氣性的衣服。

5名參與實(shí)驗(yàn)者在實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件下在椅子上坐15min，然后步行運(yùn)動(dòng)45min。期間，每分鐘測(cè)量8個(gè)部位皮膚的溫度，測(cè)量5個(gè)部位皮膚的表面濕度，每5min進(jìn)行1次舒適度評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，存在衣服導(dǎo)致的差異，且感覺(jué)不舒適時(shí)，濕潤(rùn)度數(shù)值較高；感覺(jué)舒適時(shí)，皮膚濕潤(rùn)度在0.2以下。

各部位均穿著非透氣性衣服時(shí)，皮膚濕潤(rùn)度顯示高值。雖然不同部位存在差異，但基本上感覺(jué)不舒適時(shí)，數(shù)據(jù)顯示局部皮膚濕潤(rùn)度升高；感覺(jué)舒適時(shí)，皮膚濕潤(rùn)度數(shù)據(jù)基本保持在一定的數(shù)值附近。與手臂、大腿相比，軀干的皮膚濕潤(rùn)度對(duì)應(yīng)的冷熱舒適性的極限值較高。

對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，可知：

● 身體不同部位的冷熱舒適感不同；

● 不同部位舒適感的閾值為：軀干為ω=0.20、手臂為ω=0.13、大腿為ω=0.11；手臂和大腿的閾值較低；

● 皮膚濕潤(rùn)度的微小變動(dòng)就可導(dǎo)致手臂與大腿的冷熱舒適感的變化。

2 紙尿褲內(nèi)環(huán)境的控制——使用氣體追蹤法測(cè)量紙尿褲透氣性能

穿上紙尿褲后，由于排尿的影響，紙尿褲內(nèi)處于高溫高濕的狀態(tài)。為了解決這種情況，需要考慮紙尿褲內(nèi)的熱量傳遞。首先，會(huì)出現(xiàn)圖2中①所示那樣的厚度方向上的、伴隨水分的熱量傳遞。但是，迄今為止都是通過(guò)讓底膜具備透氣性來(lái)改善水分和熱量傳遞的，在實(shí)際使用時(shí)還沒(méi)有達(dá)到能完全控制紙尿褲內(nèi)環(huán)境的水平。

圖2 紙尿褲內(nèi)環(huán)境

然后，也可通過(guò)圖2中②所示那樣的縫隙進(jìn)行透氣來(lái)促進(jìn)熱量傳遞。

雖然我們認(rèn)為穿戴者活動(dòng)時(shí)帶來(lái)的腰部和大腿根褶皺部的透氣效果可以給紙尿褲內(nèi)環(huán)境控制帶來(lái)很大的影響，但并未觀察到實(shí)際形態(tài)，所以現(xiàn)在還不確定通過(guò)活動(dòng)能帶來(lái)的透氣效果到底有多大。

衣物的熱量及水分傳遞方式：一是衣物的煙囪效應(yīng)，通過(guò)衣服內(nèi)的空氣流動(dòng)來(lái)促進(jìn)散熱；二是風(fēng)箱作用，通過(guò)穿著者的活動(dòng)提高散熱效果。風(fēng)箱作用，是指人體與衣服的相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成強(qiáng)制性的空氣流動(dòng)，使衣物散熱。

本研究的目的是開(kāi)發(fā)可定量測(cè)量風(fēng)箱作用對(duì)衣物散熱性能影響的裝置，即透氣測(cè)量裝置。

圖3 透氣測(cè)量裝置的基本結(jié)構(gòu)

從穿著紙尿褲的人偶內(nèi)向紙尿褲注入CO2氣體，測(cè)量因步行動(dòng)作而泄漏到外部空氣中的CO2的量，以測(cè)量透氣性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果用時(shí)間常數(shù)來(lái)表示，時(shí)間常數(shù)越小通風(fēng)速度越快。實(shí)際上，時(shí)間常數(shù)表示的是啟動(dòng)和響應(yīng)的效率，是CO2濃度達(dá)到穩(wěn)定值的約63%所用的時(shí)間。

將人偶分別穿著4種市售紙尿褲，靜止和步行時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)圖4，明顯看出，步行狀態(tài)時(shí)間常數(shù)更小，通風(fēng)速度更快，透氣性更好。

圖4 4種市售紙尿褲的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

紙尿褲的種類不同，時(shí)間常數(shù)有所差異。與靜止時(shí)相比，步行時(shí)的時(shí)間常數(shù)減小，減小程度因紙尿褲的種類不同而有所差異?？梢钥闯?，紙尿褲的種類不同，透氣的響應(yīng)速度有所差異。

今后可以進(jìn)一步研究紙尿褲的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用風(fēng)箱作用，使其在嬰幼兒活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生透氣效果，改善舒適性。

3 成人紙尿褲的熱量傳遞等物性與生理、心理舒適性

這項(xiàng)研究的目的在于，構(gòu)建與人體反應(yīng)有關(guān)的新的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用以替代人對(duì)紙尿褲的主觀評(píng)價(jià)和物理數(shù)據(jù)。

3.1 成人紙尿褲的物理性能實(shí)驗(yàn)

我們進(jìn)行了耐滲透實(shí)驗(yàn)、熱水分傳遞實(shí)驗(yàn)和濕潤(rùn)變冷、濕潤(rùn)擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)，使用的樣品分別為添加高吸收性樹(shù)脂（SAP）的紙尿褲和不添加SAP的紙尿褲。

● 耐滲透實(shí)驗(yàn)

圖5 耐滲透實(shí)驗(yàn)的裝置和結(jié)果

耐滲透實(shí)驗(yàn)的方法為：在蒸餾水的上方放置紙尿褲樣品，紙尿褲樣品上方放置醋酸鉀，測(cè)定15min后從蒸餾水傳遞到醋酸鉀中的水分的量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，含有SAP的紙尿褲和排尿狀態(tài)的紙尿褲更容易出現(xiàn)水分傳遞。

● 熱水分傳遞實(shí)驗(yàn)

圖6中右側(cè)照片所示為實(shí)驗(yàn)裝置，左上方圖示的是皮膚模擬裝置。在有無(wú)排尿（測(cè)量條件）、不感蒸發(fā)及發(fā)汗?fàn)顟B(tài)下實(shí)施了實(shí)驗(yàn)。

圖6 熱水分傳遞實(shí)驗(yàn)的裝置

圖7 熱水分傳遞實(shí)驗(yàn)的結(jié)果

可以看出，含有SAP的紙尿褲更容易出現(xiàn)水分傳遞；另外，在不感蒸發(fā)和發(fā)汗?fàn)顟B(tài)下，發(fā)汗更容易出現(xiàn)水分傳遞。

● 濕冷和濕潤(rùn)擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)裝置如圖8左側(cè)照片所示，向樣品中注入蒸餾水20mL，然后使用熱成像儀測(cè)量濕潤(rùn)擴(kuò)散和表層及底膜的溫度，通過(guò)檢測(cè)濕潤(rùn)變冷情況和樣本質(zhì)量求出蒸發(fā)速度。

圖8 與濕潤(rùn)導(dǎo)致的變冷和擴(kuò)散有關(guān)的實(shí)驗(yàn)

右側(cè)的照片，是注入蒸餾水后用熱成像儀對(duì)含有和不含SAP的樣品表面進(jìn)行跟蹤拍攝得到的。

隨著時(shí)間的推移，觀察濕潤(rùn)面積的變化，圖9可以看出添加SAP的紙尿褲不會(huì)出現(xiàn)濕潤(rùn)擴(kuò)散。

圖9 濕潤(rùn)面積隨時(shí)間的變化

圖10顯示，不同的紙尿褲樣本，底膜的表面溫度存在差異，但接觸皮膚的表層溫度基本相同。

圖10 紙尿褲表層和底膜的溫度變化

圖11為各紙尿褲樣本質(zhì)量隨時(shí)間變化情況，不含SAP的紙尿褲蒸發(fā)速度較快，樣本質(zhì)量變化較大，含有SAP的紙尿褲則蒸發(fā)較慢。

圖11 各紙尿褲樣本質(zhì)量的變化情況

圖12有無(wú)SAP對(duì)紙尿褲物性的影響，可以看出，在耐滲透實(shí)驗(yàn)中，添加SAP的紙尿褲水分傳遞較快，從紙尿褲排放的濕氣幾乎為0。此外還可以看出，在熱水分的傳遞實(shí)驗(yàn)中，不含SAP的紙尿褲的水分傳遞較快；另外在濕潤(rùn)擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)中，在計(jì)算整體的水分傳遞量時(shí)，必須考慮從紙尿褲排放出的濕氣的量m2。

圖12 有無(wú)SAP對(duì)紙尿褲物性的影響

3.2 成人紙尿褲的心理生理評(píng)估實(shí)驗(yàn)

下面，對(duì)有無(wú)SAP導(dǎo)致的物性變化對(duì)穿著時(shí)的生理及心理評(píng)價(jià)產(chǎn)生的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評(píng)估。

實(shí)驗(yàn)概要如圖13所示，靜坐狀態(tài)下，向足浴盆注入熱水以模擬拉伸、輕松運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，或者向紙尿褲內(nèi)注入熱水，模擬排尿狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行物理評(píng)價(jià)、心理評(píng)價(jià)和生理評(píng)價(jià)。物理評(píng)價(jià)，測(cè)量衣服內(nèi)的上腹部和腰部的溫濕度；心理評(píng)價(jià)，實(shí)施了冷熱感等的主觀評(píng)價(jià)；生理評(píng)價(jià)，測(cè)量腦電波、唾液淀粉酶濃度和心跳次數(shù)。

圖13 實(shí)驗(yàn)概要

圖14顯示紙尿褲內(nèi)溫度的相對(duì)變化，在足浴、排尿前，紙尿褲內(nèi)溫度上升；排尿后，不含SAP的紙尿褲的尿液擴(kuò)散到后部，溫度降低了。

圖14 紙尿褲內(nèi)溫度的相對(duì)變化

圖15顯示紙尿褲內(nèi)的濕度變化情況，不含SAP的紙尿褲尿液擴(kuò)散到后部，濕度升高了。

圖15 紙尿褲內(nèi)的濕度變化

圖16所示的是心理評(píng)價(jià)中的舒適性的相對(duì)變化量，樣品之間未發(fā)現(xiàn)顯著差異，但不含SAP的紙尿褲會(huì)令人感覺(jué)舒適性稍差。

圖16 心理評(píng)價(jià)中的舒適性的相對(duì)變化量

圖17所示的是含有和不含SAP的紙尿褲內(nèi)的上腹部和腰部的溫度與濕度測(cè)量結(jié)果，同時(shí)還用不同顏色標(biāo)注了此時(shí)的舒適感變化情況。從結(jié)果可以看出，與普通衣服的舒適性不同，由于測(cè)試的紙尿褲是用來(lái)吸收含水排泄物的，所以人們的容許范圍較寬，舒適區(qū)域擴(kuò)大了。

圖17 紙尿褲內(nèi)溫度和濕度及其與舒適性的關(guān)系

圖18所示的是生理評(píng)價(jià)中的腦電波測(cè)量結(jié)果，即α波含有率的變化情況。排尿剛結(jié)束時(shí)，不含SAP的紙尿褲明顯令人感覺(jué)不舒適。

圖18 腦電波測(cè)量結(jié)果

圖19所示，唾液淀粉酶濃度的相對(duì)變化情況。從結(jié)果可以看出，不含SAP的紙尿褲令人感到壓力的時(shí)間來(lái)的更早。

圖19 唾液淀粉酶濃度的相對(duì)變化情況

圖20所示為通過(guò)心跳次數(shù)反映出的交感神經(jīng)的相對(duì)變化情況。從結(jié)果可以看出，隨著足浴時(shí)間的延長(zhǎng)，不含SAP的紙尿褲明顯令人感覺(jué)不舒適。

圖20 交感神經(jīng)的相對(duì)變化

表1總結(jié)上述生理評(píng)價(jià)與心理評(píng)價(jià)的結(jié)果。從結(jié)果可以看出，電極部位C的β/α的值較大，與舒適感的相關(guān)性較大，可以此作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

表1 心理評(píng)估與生理評(píng)估的相關(guān)性

圖21所示的是測(cè)量部位C的β/α值與舒適感的關(guān)系。β/α的值越大，舒適感越高。

圖21 測(cè)量部位C的β/α值與舒適感的關(guān)系

綜上，在實(shí)驗(yàn)中，成人紙尿褲的物性有明顯的差異，但在主觀方面，各樣品間的差異尚不明確。而在α波與交感神經(jīng)指標(biāo)方面，不同的樣本表現(xiàn)出明顯的差異，這表明還需要做主觀以外的評(píng)價(jià)。因此，可以監(jiān)測(cè)穿戴者的排尿時(shí)間等數(shù)據(jù)，作為身體功能指標(biāo)加以應(yīng)用，但是，應(yīng)用腦電波進(jìn)行監(jiān)測(cè)的難度較大。