洗衣机净洗能力检测用可可污染布的制备及性能评价

王 赢 周 璇 袁久刚 王 平 王 强 范雪荣

(江南大学生态纺织教育部重点实验室，无锡，214122)

洗涤机械的洗涤性能是影响产品质量的重要因素之一，国际上通用的家用洗衣机性能测试标准为IEC 60456［1］。该标准对于家用洗衣机的洗涤性能、漂洗性能、脱水性能等5个测试中用到的材料、设备、测试步骤和评价标准进行了详细介绍。洗涤试验数据的准确性与环境条件、测试设备的精度、标准物质的使用关系密切，其中人工污染布的制作质量是试验成败的关键。世界上众多污染布的制作机构中，瑞士EMPA和德国WFK生产的标准污染布符合IEC 60456标准，且产品最为稳定，在洗涤机械性能测试中应用最广泛。

符合IEC 60456的标准污染布包括漂白原布和4种经人工污物染制的炭黑污染布、猪血污染布、可可污染布及红酒污染布。其中，炭黑、猪血、红酒污染布分别考察洗衣机的洗涤效应、对蛋白质色素的去除能力及漂白效应，可可污染布主要检测洗衣机对有机色素(如可可中的花色苷、多酚类衍生物［2-5］)的去除能力。目前，国内用于检测洗衣机净洗能力的标准污染布主要是炭黑污染布、蛋白污染布和皮脂污染布［6］，缺少对有机色素洗涤效果评价的可可污染布等。为减少对EMPA等国外标准污染布的依赖性，提高对国内洗涤机械性能的评价效果，有必要研究与开发国产组合标准污染布。本文以EMPA可可污染布为参照，自制了可可污染布，并对其洗涤性能进行了对照分析。

1 试验

1.1 材料

纯棉帆布［经纱(30+30)tex，纬纱50 tex;经密338根/(10 cm)，纬密 220 根/(10 cm)］;纯可可粉(无锡上可食品有限公司);全脂牛乳［内蒙古蒙牛乳业(集团)股份有限公司］;标准洗衣粉IEC A*(EMPA 602)、洗衣粉 SPB4(EMPA 604)、洗衣粉TAED(EMPA 606)及IEC标准负载布(以上均由上海法图商贸有限公司提供)。

1.2 试验方法

1.2.1 可可污液的制备

称取适量的可可粉于盛有一定量全脂牛乳和水的烧杯中，搅拌后转移到胶体磨(JM50，上海爱思杰制造有限公司)中研磨0～60 min，备用。

1.2.1.1 可可污液的粒径及其分布测试

取少量制备好的污液稀释，采用ZS-90型纳米粒径分析仪(英国Malvern公司)，测定25℃条件下可可污液中颗粒的粒径及粒径分布指数。粒径分布指数(PDI)体现了粒子粒径的均一程度，是粒径表征的一个重要指标。PDI越小，表明体系中粒子的粒径大小越均一［7］。

1.2.1.2 可可污液的黏度测试

采用NDJ-1型旋转黏度计(上海恒平科学仪器有限公司)，选择1号转子，记录不同转速下的读数，按式(1)计算可可污液的绝对黏度:

式中:η——绝对黏度(mPa·s);

k——系数;

α——指针所指示读数［8］。

1.2.1.3 可可污液的稳定性测试

将乳化分散好的污液倒入18 mm×180 mm的试管中，静置不同时间后观察污液分层情况。分别记录沉积液高度(L1)与污液总高度(L0)，计算沉降率沉降率数值越小，表明污液的稳定性越好。

1.2.2 可可污染布的制备

将棉帆布用熨斗熨平，然后浸渍到制备好的可可污液中数秒，再用轧车在0.2 MPa条件下轧压一次，最后于60℃烘箱中烘干。重复浸、轧、烘干一次，老化备用。

1.2.2.1 污染布的色度差与均匀性评价

用Color-Eye 7000A型测色配色仪(Macbeth，美国)，记录所选试样与标样之间的明度差(ΔL)、色相差(ΔH)、彩度差(ΔC)及总色差(ΔE)。测色条件为 10°视场，D65 光源［9］。

选择ΔECMC(2∶1)色差公式，以污染布中心点为基准，测定其与四周距布边2 cm处4个位点的色差(ΔE)。此差值越小，表明自制污染布布面的着色均匀性越好。

1.2.2.2 可可污染布的洗涤性能测试

按照IEC 60456标准，以Wascator FOM 71CLS型参比机(Electrolux，瑞典)进行自制污染布与EMPA污染布的洗涤性能试验。测试时选择自制污染布与EMPA污染布同时进行洗涤，组合洗涤剂(IEC A*，SPB4，TEAD)与负载布用量参照IEC 60456标准。测量洗涤前后布面两面4点的三刺激值中的Y值，计算其平均值及标准差，并根据净评价自制污染布的洗涤性能，其中原布Y值为81.99。

2 结果与讨论

2.1 可可污液的性能测试

既有研究表明，在可可污染布制备过程中，污液的稳定性对可可污染布表面的着色均匀性等影响较大。影响污液稳定性的因素较多，包括可可粉的种类、可可粉的粒径、牛奶添加剂的应用等，其中可可粉的粒径对试验结果影响最大。本文重点考察了研磨对可可粉粒径及污液稳定性的影响。

2.1.1 研磨时间对污液粒径及PDI的影响

由图1可知，可可污液经胶体磨研磨之后，可可粉的粒径显著减小，并且随着研磨时间的延长，粒径呈现不断减小的趋势。当研磨时间超过30 min后，可可粉的粒径趋于平稳;PDI随研磨时间的增加而不断减小，表明粒子粒径的均一程度提高，小颗粒所占比重增加。

图1 研磨时间对可可污液粒径及PDI的影响

在胶体磨的研磨过程中，可可颗粒一方面受到胶体磨的研磨、高频振动、高速漩涡、剪切力等物理作用，颗粒被有效得到细化并分散，但同时随着可可颗粒被粉碎，比表面积急剧增大，表面能增加，可可颗粒自动聚集的倾向也有所增大。因此，当分散与聚集的作用达到平衡后，粒径便不再变化。图1表明，当可可粉的粒径降低到330 nm左右时，分散和聚集基本达到了平衡，此时再延长研磨时间，可可颗粒的变化幅度比较小。粒径对于体系的稳定性及染色均匀性有较大影响，粒径小则体系稳定性较好，染色均匀性亦会得到改善。

2.1.2 研磨时间对污液黏度的影响

在可可污液黏度测试中发现，随着黏度计转子转速的提高，同一体系黏度呈逐渐下降的趋势，说明可可污液为非牛顿型流体。为比较研磨时间对体系黏度的影响，试验中选择30 r/min转速条件比较了经不同时间研磨的各污液黏度，结果见图2。

图2 研磨时间对可可污液黏度的影响

从图2可以看出，随着研磨时间的延长，可可污液的黏度呈上升趋势，当研磨时间达到30 min时，污液的黏度趋于稳定。结合图1的分析，其原因可能是可可颗粒随研磨时间延长而减小后，单位体积内的粒子数增加，互相碰撞产生聚集的概率明显增加，表现为连续相的表观黏度提高。

2.1.3 研磨时间对污液静置稳定性的影响

在可可污染布制备中，污液的静置稳定性对污染布的色度均匀性影响较大。研究中比较了不同研磨时间条件下样品的静置稳定性，结果见图3。

图3 研磨时间对可可污液稳定性的影响

从图3可以看出，在各个静置时间点，都体现出沉降率随研磨时间的延长而降低。根据Stokes沉降公式［10］，沉降速度与黏度成反比，与粒子半径的平方成正比。由此推算出，当粒子较小、污液黏度较大时，沉降速度较慢，这与图3所示结果吻合。综上所述，随着研磨时间的延长，粒径及PDI逐渐减小，污液黏度提高，体系稳定性亦提高。由于在60 min之内，研磨30 min的体系也较为稳定，足够完成一小批污染布的染制。因此可选择30 min作为污液的研磨时间，此种条件下同样可得到颗粒细小、体系相对稳定的污液。

2.2 可可污染布的均匀性及色度评价

污染布作为评价洗衣机洗涤性能的标准物质，其布面均匀性及色度是需要考察的重要指标。本文将自制可可污染布与EMPA污染布的均匀性及色度进行了对比。

2.2.1 自制污染布与EMPA污染布的均匀性对比

选择研磨时间为30 min制备的可可污液，按照1.2.2 的方法制备 4 块可可污染布，按照 1.2.2.1的方法对每块污染布进行均匀性测试，结果用ΔE的均值±标准差的形式表示，考察每块自制可可污染布的色度均匀性。采取同样方法对EMPA污染布的均匀性进行测试，通过对比来评价自制污染布均匀性的好坏，结果见表1。

表1 自制可可污染布与EMPA可可污染布的色度均匀性对比

表1列出了自制可可污染布及EMPA可可污染布的色度均匀性。可以看出，自制可可污染布每块布的色差值ΔE为0.3左右，偏差较小;而EMPA可可污染布每块布的色差值均低于0.3，偏差亦不大。说明单块自制可可污染布的均匀性与EMPA可可污染布基本接近。

2.2.2 自制污染布与EMPA污染布的色度对比

参照国际洗涤机械测试中应用最为广泛的EMPA污染布，以EMPA污染布作为标样，将自制污染布作为试样与标样颜色进行对比。为方便计算色度差的均值及标准差，将各色度差值统一用正数来表示，结果用均值±标准差表示，见表2。

从表2可以看出，自制污染布与所选定的EMPA标准样布在色度上存在些许偏差，其中亮度差与色相差较小，彩度值相差稍大，但肉眼观察自制污染布与EMPA污染布颜色相差甚微。

表2 自制可可污染布与EMPA可可污染布的色度对比

2.3 自制可可污染布与EMPA可可污染布的洗涤性能对比

可可污染布用于洗涤机械净洗性能的检测，因此标准污染布的洗涤性能是考察的最重要的技术指标之一。试验中采用EMPA可可污染布与自制可可污染布各4块，按照1.2.3所述方法进行测试，比较两种污染布的洗涤性能，其Y值结果见表3。

表3 自制可可污染布与EMPA可可污染布的洗涤性能对比

由表3可以看出，洗涤前自制可可污染布与EMPA可可污染布相比，Y值范围相近;洗涤4块EMPA污染布的Y值相差较大，而4块自制污染布的洗后Y值在一个较小的范围内波动。因此，自制污染布的净洗率波动范围小于EMPA污染布。由此可见，自制污染布的洗涤性能不但符合IEC 60456标准要求，且相对于EMPA污染布具有较稳定的洗涤性能。

3 结语

(1)采用纯可可粉及全脂牛乳为原料制备的可可污液，经充分研磨30 min后体系粒径较小，分散稳定性提高，污液的静置稳定性较好。

(2)参照IEC 60456标准，自制可可污染布与标准污染布相比，不但色度值相近，均匀性良好，且洗涤性能测试表明，洗后布面均匀性略优于EMPA标准污染布，不同试样间差异较小。

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