洗衣機凈洗能力檢測用可可污染布的制備及性能評價

王 贏 周 璇 袁久剛 王 平 王 強 范雪榮

(江南大學生態紡織教育部重點實驗室，無錫，214122)

洗滌機械的洗滌性能是影響產品質量的重要因素之一，國際上通用的家用洗衣機性能測試標準為IEC 60456［1］。該標準對于家用洗衣機的洗滌性能、漂洗性能、脫水性能等5個測試中用到的材料、設備、測試步驟和評價標準進行了詳細介紹。洗滌試驗數據的準確性與環境條件、測試設備的精度、標準物質的使用關系密切，其中人工污染布的制作質量是試驗成敗的關鍵。世界上眾多污染布的制作機構中，瑞士EMPA和德國WFK生產的標準污染布符合IEC 60456標準，且產品最為穩定，在洗滌機械性能測試中應用最廣泛。

符合IEC 60456的標準污染布包括漂白原布和4種經人工污物染制的炭黑污染布、豬血污染布、可可污染布及紅酒污染布。其中，炭黑、豬血、紅酒污染布分別考察洗衣機的洗滌效應、對蛋白質色素的去除能力及漂白效應，可可污染布主要檢測洗衣機對有機色素(如可可中的花色苷、多酚類衍生物［2-5］)的去除能力。目前，國內用于檢測洗衣機凈洗能力的標準污染布主要是炭黑污染布、蛋白污染布和皮脂污染布［6］，缺少對有機色素洗滌效果評價的可可污染布等。為減少對EMPA等國外標準污染布的依賴性，提高對國內洗滌機械性能的評價效果，有必要研究與開發國產組合標準污染布。本文以EMPA可可污染布為參照，自制了可可污染布，并對其洗滌性能進行了對照分析。

1 試驗

1.1 材料

純棉帆布［經紗(30+30)tex，緯紗50 tex;經密338根/(10 cm)，緯密 220 根/(10 cm)］;純可可粉(無錫上可食品有限公司);全脂牛乳［內蒙古蒙牛乳業(集團)股份有限公司］;標準洗衣粉IEC A*(EMPA 602)、洗衣粉 SPB4(EMPA 604)、洗衣粉TAED(EMPA 606)及IEC標準負載布(以上均由上海法圖商貿有限公司提供)。

1.2 試驗方法

1.2.1 可可污液的制備

稱取適量的可可粉于盛有一定量全脂牛乳和水的燒杯中，攪拌后轉移到膠體磨(JM50，上海愛思杰制造有限公司)中研磨0～60 min，備用。

1.2.1.1 可可污液的粒徑及其分布測試

取少量制備好的污液稀釋，采用ZS-90型納米粒徑分析儀(英國Malvern公司)，測定25℃條件下可可污液中顆粒的粒徑及粒徑分布指數。粒徑分布指數(PDI)體現了粒子粒徑的均一程度，是粒徑表征的一個重要指標。PDI越小，表明體系中粒子的粒徑大小越均一［7］。

1.2.1.2 可可污液的黏度測試

采用NDJ-1型旋轉黏度計(上海恒平科學儀器有限公司)，選擇1號轉子，記錄不同轉速下的讀數，按式(1)計算可可污液的絕對黏度:

式中:η——絕對黏度(mPa·s);

k——系數;

α——指針所指示讀數［8］。

1.2.1.3 可可污液的穩定性測試

將乳化分散好的污液倒入18 mm×180 mm的試管中，靜置不同時間后觀察污液分層情況。分別記錄沉積液高度(L1)與污液總高度(L0)，計算沉降率沉降率數值越小，表明污液的穩定性越好。

1.2.2 可可污染布的制備

將棉帆布用熨斗熨平，然后浸漬到制備好的可可污液中數秒，再用軋車在0.2 MPa條件下軋壓一次，最后于60℃烘箱中烘干。重復浸、軋、烘干一次，老化備用。

1.2.2.1 污染布的色度差與均勻性評價

用Color-Eye 7000A型測色配色儀(Macbeth，美國)，記錄所選試樣與標樣之間的明度差(ΔL)、色相差(ΔH)、彩度差(ΔC)及總色差(ΔE)。測色條件為 10°視場，D65 光源［9］。

選擇ΔECMC(2∶1)色差公式，以污染布中心點為基準，測定其與四周距布邊2 cm處4個位點的色差(ΔE)。此差值越小，表明自制污染布布面的著色均勻性越好。

1.2.2.2 可可污染布的洗滌性能測試

按照IEC 60456標準，以Wascator FOM 71CLS型參比機(Electrolux，瑞典)進行自制污染布與EMPA污染布的洗滌性能試驗。測試時選擇自制污染布與EMPA污染布同時進行洗滌，組合洗滌劑(IEC A*，SPB4，TEAD)與負載布用量參照IEC 60456標準。測量洗滌前后布面兩面4點的三刺激值中的Y值，計算其平均值及標準差，并根據凈評價自制污染布的洗滌性能，其中原布Y值為81.99。

2 結果與討論

2.1 可可污液的性能測試

既有研究表明，在可可污染布制備過程中，污液的穩定性對可可污染布表面的著色均勻性等影響較大。影響污液穩定性的因素較多，包括可可粉的種類、可可粉的粒徑、牛奶添加劑的應用等，其中可可粉的粒徑對試驗結果影響最大。本文重點考察了研磨對可可粉粒徑及污液穩定性的影響。

2.1.1 研磨時間對污液粒徑及PDI的影響

由圖1可知，可可污液經膠體磨研磨之后，可可粉的粒徑顯著減小，并且隨著研磨時間的延長，粒徑呈現不斷減小的趨勢。當研磨時間超過30 min后，可可粉的粒徑趨于平穩;PDI隨研磨時間的增加而不斷減小，表明粒子粒徑的均一程度提高，小顆粒所占比重增加。

圖1 研磨時間對可可污液粒徑及PDI的影響

在膠體磨的研磨過程中，可可顆粒一方面受到膠體磨的研磨、高頻振動、高速漩渦、剪切力等物理作用，顆粒被有效得到細化并分散，但同時隨著可可顆粒被粉碎，比表面積急劇增大，表面能增加，可可顆粒自動聚集的傾向也有所增大。因此，當分散與聚集的作用達到平衡后，粒徑便不再變化。圖1表明，當可可粉的粒徑降低到330 nm左右時，分散和聚集基本達到了平衡，此時再延長研磨時間，可可顆粒的變化幅度比較小。粒徑對于體系的穩定性及染色均勻性有較大影響，粒徑小則體系穩定性較好，染色均勻性亦會得到改善。

2.1.2 研磨時間對污液黏度的影響

在可可污液黏度測試中發現，隨著黏度計轉子轉速的提高，同一體系黏度呈逐漸下降的趨勢，說明可可污液為非牛頓型流體。為比較研磨時間對體系黏度的影響，試驗中選擇30 r/min轉速條件比較了經不同時間研磨的各污液黏度，結果見圖2。

圖2 研磨時間對可可污液黏度的影響

從圖2可以看出，隨著研磨時間的延長，可可污液的黏度呈上升趨勢，當研磨時間達到30 min時，污液的黏度趨于穩定。結合圖1的分析，其原因可能是可可顆粒隨研磨時間延長而減小后，單位體積內的粒子數增加，互相碰撞產生聚集的概率明顯增加，表現為連續相的表觀黏度提高。

2.1.3 研磨時間對污液靜置穩定性的影響

在可可污染布制備中，污液的靜置穩定性對污染布的色度均勻性影響較大。研究中比較了不同研磨時間條件下樣品的靜置穩定性，結果見圖3。

圖3 研磨時間對可可污液穩定性的影響

從圖3可以看出，在各個靜置時間點，都體現出沉降率隨研磨時間的延長而降低。根據Stokes沉降公式［10］，沉降速度與黏度成反比，與粒子半徑的平方成正比。由此推算出，當粒子較小、污液黏度較大時，沉降速度較慢，這與圖3所示結果吻合。綜上所述，隨著研磨時間的延長，粒徑及PDI逐漸減小，污液黏度提高，體系穩定性亦提高。由于在60 min之內，研磨30 min的體系也較為穩定，足夠完成一小批污染布的染制。因此可選擇30 min作為污液的研磨時間，此種條件下同樣可得到顆粒細小、體系相對穩定的污液。

2.2 可可污染布的均勻性及色度評價

污染布作為評價洗衣機洗滌性能的標準物質，其布面均勻性及色度是需要考察的重要指標。本文將自制可可污染布與EMPA污染布的均勻性及色度進行了對比。

2.2.1 自制污染布與EMPA污染布的均勻性對比

選擇研磨時間為30 min制備的可可污液，按照1.2.2 的方法制備 4 塊可可污染布，按照 1.2.2.1的方法對每塊污染布進行均勻性測試，結果用ΔE的均值±標準差的形式表示，考察每塊自制可可污染布的色度均勻性。采取同樣方法對EMPA污染布的均勻性進行測試，通過對比來評價自制污染布均勻性的好壞，結果見表1。

表1 自制可可污染布與EMPA可可污染布的色度均勻性對比

表1列出了自制可可污染布及EMPA可可污染布的色度均勻性。可以看出，自制可可污染布每塊布的色差值ΔE為0.3左右，偏差較小;而EMPA可可污染布每塊布的色差值均低于0.3，偏差亦不大。說明單塊自制可可污染布的均勻性與EMPA可可污染布基本接近。

2.2.2 自制污染布與EMPA污染布的色度對比

參照國際洗滌機械測試中應用最為廣泛的EMPA污染布，以EMPA污染布作為標樣，將自制污染布作為試樣與標樣顏色進行對比。為方便計算色度差的均值及標準差，將各色度差值統一用正數來表示，結果用均值±標準差表示，見表2。

從表2可以看出，自制污染布與所選定的EMPA標準樣布在色度上存在些許偏差，其中亮度差與色相差較小，彩度值相差稍大，但肉眼觀察自制污染布與EMPA污染布顏色相差甚微。

表2 自制可可污染布與EMPA可可污染布的色度對比

2.3 自制可可污染布與EMPA可可污染布的洗滌性能對比

可可污染布用于洗滌機械凈洗性能的檢測，因此標準污染布的洗滌性能是考察的最重要的技術指標之一。試驗中采用EMPA可可污染布與自制可可污染布各4塊，按照1.2.3所述方法進行測試，比較兩種污染布的洗滌性能，其Y值結果見表3。

表3 自制可可污染布與EMPA可可污染布的洗滌性能對比

由表3可以看出，洗滌前自制可可污染布與EMPA可可污染布相比，Y值范圍相近;洗滌4塊EMPA污染布的Y值相差較大，而4塊自制污染布的洗后Y值在一個較小的范圍內波動。因此，自制污染布的凈洗率波動范圍小于EMPA污染布。由此可見，自制污染布的洗滌性能不但符合IEC 60456標準要求，且相對于EMPA污染布具有較穩定的洗滌性能。

3 結語

(1)采用純可可粉及全脂牛乳為原料制備的可可污液，經充分研磨30 min后體系粒徑較小，分散穩定性提高，污液的靜置穩定性較好。

(2)參照IEC 60456標準，自制可可污染布與標準污染布相比，不但色度值相近，均勻性良好，且洗滌性能測試表明，洗后布面均勻性略優于EMPA標準污染布，不同試樣間差異較小。

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