消防服裝表面污漬洗凈率影響因素分析

韋玉輝，蘇兆偉，黃天賜，佘敏楚楚，鄭 晨

消防服裝表面污漬洗凈率影響因素分析

韋玉輝1,2，蘇兆偉1,3，黃天賜1，佘敏楚楚1，鄭 晨1

(1.安徽工程大學 紡織服裝學院，安徽 蕪湖 241000；2.應急管理部上海消防研究所，上海 200032；3. 杭州職業技術學院 達利女裝學院，浙江 杭州 310018)

為解決因洗消不當造成的消防服裝使用壽命縮短和資源浪費等問題，本文系統探究洗消方式、洗滌劑種類、洗滌劑用量、洗消參數（洗消時間、洗消轉速、漂洗次數、洗滌劑用量、水溫、浴比）對消防服裝表面常見污漬種類（泥漬、油漬、汗漬）清洗效果的影響。研究發現：有機械攪拌作用的洗消方式（滾筒洗消、機械攪拌+微納米氣泡、機械攪拌+超聲波）洗凈率顯著高于無機械攪拌作用的洗消方式（微納米氣泡、超聲波）（P＜0.01），說明洗消方式顯著影響消防服裝表面污漬洗凈率；油漬洗消時，堿性洗滌劑的洗消效果明顯優于弱酸性和中性洗滌劑的洗消效果（P＜0.01），而泥漬和汗漬與洗滌劑種類關系不明顯（P＞0.05），說明不同洗滌劑的洗消效果與被洗消污漬的自身性能關系密切；油漬洗消中，洗消效果隨著洗滌劑用量呈現先增加后穩定趨勢，泥漬和汗漬的洗消效果與洗滌劑用量差異不大（P＞0.05）；洗消參數對不同污漬洗凈率影響不同，其中泥漬與洗消參數中主洗轉速、主洗浴比、主洗時間關系顯著，油漬與洗消參數中的主洗水溫、主洗轉速關系顯著，汗漬與洗消參數的關系不大（P＞0.05）。研究結果可為消防洗消裝備廠家研發適合不同污漬的洗消程序提供理論支撐，為吸附不同污漬的消防裝備的正確洗消提供技術參考，也拓寬了消防服裝污漬洗消理論。

消防服裝；表面污漬；吸附脫附；洗凈率

火災、爆炸、塌方、中毒等多種安全事故救援現場往往屬于高溫、高濕、強輻射熱、噪音、有毒有害氣體、油污、煙霧、灰塵、粉末等污漬種類共存的高危作業環境，而消防服裝又屬于消防應急救援工作人員執行救援任務的必備裝備，故其在執行救援任務的過程中必然會沾染其作業環境的各類污漬[1-3]。同時，作業人員在執行救援任務時，往往也需要完成裝備搬運、水帶拖拽、架梯登梯、火鉤使用、破拆及搜尋、人員救護等一系列的高強度勞動，進一步加劇了污漬沾染的可能[4-6]。然而，目前關于消防服裝的研究主要集中在材料研發、性能升級、工藝優化、應急救援工作人員的救援能力和救援工作指揮效率提升等方面，而關于消防員服裝表面污漬清除、裝備洗消、維護、保養的關注極少[3,7]。殊不知，多數時候救援任務結束后，其消防服裝并非完全受損無法再次使用，只是表面出現沾染或沉積了救援環境的污漬，使其外觀貌似損傷或者破舊（臟），使人感覺無法再繼續使用[1,3,8]。或者，因有害污漬長期沉積在裝備表面或使用維護不當，造成裝備不可修復的損傷，縮短服裝的使用壽命[8,9]。而根據相關污漬清除研究理論和裝備洗消技術知識，如若能采用合適的洗消方法，將其表面沉積的污漬及時清除，并給予適當的維護保養，使其裝備再次使用完全是有可能的[7,9,10]。而且，消防服裝因其使用環境極其危險、惡劣，其防護功能要求極高，用于消防服裝的材料、加工、附件裝備的成本極高，導致國家每年花費大量人力物力進行相關應急救援裝備的生產與研發[1,11,12]。如若不能對其進行正確洗消、維護、保養，將造成較大的經濟損失和資源浪費，故開展消防服裝污漬洗消、維護、保養研究是非常重要的[1,13]。因此，本課題提出從洗消方式、洗滌劑種類、洗滌劑用量、洗消參數（洗消時間、洗消轉速、漂洗次數、洗滌劑用量、水溫、浴比）的角度，系統探究其對不同面料、不同污漬的洗消效果的影響，以期實現在保證服裝防護功能穩定高效的前提下，使其表面污漬洗消，進而實現服裝的重復使用，延長其使用壽命，減少資源浪費。此外，研究也可為洗消設備廠家研發專用的消防服裝洗消設備或洗消設備性能優化及其技術研發提供理論參考和技術指導。

1 實驗

1.1 實驗樣品與污漬制備

1.1.1 實驗樣品

消防服裝通常是由外層、防水透氣層、隔熱層和舒適層四層結構復合而成，但在使用過程中，消防服裝外層面料和內層（舒適層）面料較易沾染污漬，中間層（防水透氣層和隔熱層）相對沾染污漬的可能較低，故本課題共選擇了3種常用的外層面料和1種舒適層面料作為實驗樣品，重點分析影響表面污漬清洗效果的因素，實驗樣品由赫菲斯托斯高性能纖維制造（東莞）有限公司提供，具體參數如表1所示。

表1 實驗面料

1.1.2 污漬制備

通過一線消防隊員的走訪，并結合網上火災現場報道及文獻資料，確定泥漬、油漬、汗漬作為本次模擬消防服裝表面沾染污漬實驗的污漬，實驗過程所用到實驗材料如表2所示。污漬制備參考相關研究論文完成[9,11,13]。

表2 制備污漬洗消所需實驗材料

1.2 實驗設計與實驗設備

1.2.1 實驗設計

為系統探究影響消防服裝表面污漬清洗效果的主要因素，本課題選擇了洗消方式、洗滌劑種類、洗滌劑用量、洗滌參數（洗消時間、洗消轉速、漂洗次數、洗滌劑用量、水溫、浴比）作為實驗變量，每個變量設置多個水平，具體實驗變量與水平如表3所示。另外，除洗滌參數實驗采用正交設計方法外，洗消方式、洗滌劑種類和洗滌劑用量均采用單因素實驗方法。其中，洗消方式分為機械攪拌、超聲波洗消（超聲頻率40KHZ）、微納米氣泡（氣泡量25mg/L）、機械攪拌+超聲波、機械攪拌+微納米氣泡五種方式；洗滌劑種類分為中性洗衣液、堿性洗衣液、洗衣粉、皂片、洗衣凝珠五種類型；洗滌劑用量分為1%、2%、3%、4%、5%五個水平。洗消過程其他參數依次為主洗浴比1:15，主洗時間30min，主洗轉速30rpm，漂洗轉速700rpm，漂洗次數2次，漂洗浴比1:20，漂洗時間9min。

表3 實驗設計-洗消參數

注：漂洗階段水溫不考慮，以實驗當天水管流出實際水溫。

1.2.2 實驗儀器

本次實驗用到的儀器如表4所示。

表4 實驗儀器

1.3 實驗評測指標

洗凈率：采用型號為WSB-3A的智能式數字白度計進行污染布洗滌前后的白度測試，并使用如下公式計算其洗凈率：

2 實驗結果與討論

2.1 洗消方式

由圖1可知，四種面料（93%芳綸1314、5%Kevlar和2%抗靜電纖維98%芳綸1313和2%芳綸1414、100%阻燃棉、50%芳綸+50%阻燃黏膠）、三種污漬（泥漬、油漬、汗漬）均呈現滾筒洗消、機械攪拌+微納米氣泡、機械攪拌+超聲波三種方式的洗凈率明顯高于僅有微納米氣泡或超聲波作用洗消方式的洗凈率（p＜0.01）。說明洗消方式顯著影響消防服裝表面污漬的洗凈率，即有機械攪拌作用的洗消方式（滾筒洗消、機械攪拌+微納米氣泡、機械攪拌+超聲波）優于無機械攪拌作用的洗消方式（微納米氣泡、超聲波），在進行消防服裝表面污漬清洗時，應選擇有機械攪拌作用的洗消方式對其進行日常洗消。因為機械攪拌可有效增加面料表面污漬與周圍環境（水流、織物、筒壁）的摩擦，加速污漬從表面剝離，溶出，故其洗凈率較高。同時，還發現：在有機械攪拌的洗消方式（滾筒洗消、機械攪拌+微納米氣泡、機械攪拌+超聲波）中，同種污漬，同樣的洗消條件，不同面料之間的洗凈率差異顯著（P＜0.01），說明當衣物沾染污漬時，其表面洗凈率與面料纖維成分、組織結構的關系密切；同種面料吸附不同種類的污漬，同樣洗消條件下，洗凈率差異顯著（P＜0.01）。相比于泥漬、汗漬，油漬洗凈率最低，因為油漬屬于油脂性污漬，其與面料結合是借助碳氫鏈憎水基與纖維分子的化學鍵合，且能潤濕面料表面，滲透到纖維內部，結合強力較大，洗消較難。而泥漬和汗漬分別屬于固體顆粒類污漬和難溶性有機污漬，其與面料結合分別屬于固體分子的物理黏附和氫鍵靜電吸附，主要吸附在紗線之間的空隙中，結合強力較小，較易去除。綜上所述，不同污漬與面料表面的吸附作用方式不同，在日常洗消過程中應根據吸附污漬種類選擇合適的洗消方式。

圖1 洗消方式對污漬洗凈率的影響：（a）泥漬（b）油漬（c）汗漬

注：圖中橫坐標1表示攪拌洗消；2表示超聲波洗消；3表示微納米氣泡洗消；1+2表示攪拌+超聲波洗消；1+3表示攪拌+微納米氣泡洗消。

2.2 洗滌劑種類

圖2為不同洗滌劑種類對消防服裝表面污漬洗凈率的影響規律。在油漬中，使用堿性洗滌劑洗消的洗凈率明顯高于使用中性或弱堿性洗滌產品洗消的洗凈率（P＜0.01）。堿性環境下，油漬容易發生皂化反應，使保護其吸附在面料上的保護膠體分解，故油漬在堿性環境的洗凈率較高。當消防服裝表面沾染油性污漬時，應選擇堿性洗滌劑而非中性或弱堿性洗滌產品。相反，泥漬、汗漬在不同洗滌劑作用條件下的洗凈率，差異不大（P＞0.05）。泥漬和汗漬分別屬于固體顆粒類污漬和難溶性有機污漬，對機械作用反應較敏感，而非酸堿性環境，其去除程度主要依賴水溫、機械攪拌和水流沖刷作用，故不同洗滌劑對其洗凈率的影響不顯著。由于堿性洗滌劑（洗衣粉、皂片）的化學作用較強，一定程度上損傷衣物表面性能，而且洗滌殘液中含有對環境有害的化學物質，而洗衣液較溫和，滲透力較強，環境危害小，故當消防服裝表面沾染泥漬和汗漬時，建議選擇中性或者弱堿性洗滌劑進行日常洗消。同時，還發現：洗滌劑的洗消效果與洗滌劑形狀關系不大，與洗滌劑中的表面活性含量、洗滌劑酸堿性關系密切。

圖2 洗滌劑種類對污漬洗凈率的影響：（a）泥漬（b）油漬（c）汗漬

注：圖中橫坐標1表示中性洗衣液；2表示堿性洗衣液；3表示洗衣粉；4表示皂片；5表示洗衣凝珠。

2.3 洗滌劑用量

由圖3可知，洗消參數、洗滌劑種類相同的條件下，在低用量時（1%和2%），洗滌劑用量對油漬洗凈率影響較為顯著（P＜0.01），但較高濃度（3%及以上）時，差別不大。因為隨著洗滌劑用量的增加，水中表面活性劑濃度增加，表面活性劑濃度使液體的表面張力下降，污漬易剝離，但增加到溶液表面被活性劑分子占滿時，再增加其濃度，其表面能也不會繼續下降，其去污力也趨于最大值，故洗凈率隨洗滌劑用量增大而增加，但增加到一定程度（2%），繼續增加，其洗凈率不再增加。泥漬和汗漬與洗滌劑用量關系不大（P＞0.05）。泥漬和汗漬分別屬于固體顆粒類無極性污漬和難溶性有機污漬，其剝離主要與外部機械（攪拌、摩擦、纏繞）、洗滌水溶液（流動、沖刷）作用有關。說明不同污漬的清除主要因素不同（油漬主要與洗滌劑種類和洗滌劑用量有關，而泥漬和汗漬主要與機械作用相關），因此在日常洗消過程中，應根據吸附污漬的種類，選擇合適的洗滌劑用量，如單純的增加洗滌劑用量，不僅不會提升其去污力，也會危害環境（排出殘液化學成分超標）和資源浪費（后期漂洗耗水量增加）。

圖3 洗滌劑用量對污漬洗凈率的影響：（a）泥漬（b）油漬（c）汗漬

注：圖中橫坐標1，2，3，4，5表示洗滌劑用量依次為1%，2%，3%，4%，5%。

2.4 洗消參數

由表5可知，不同污漬的洗凈率與洗消參數關系存在顯著差異。除主洗水溫外，主洗轉速、主洗浴比、主洗時間、漂洗轉速、漂洗浴比、漂洗次數等洗消參數對油漬洗凈率的影響不顯著（P＞0.05），整體洗凈率均較低（＜30%）。因為油漬屬于油脂性污漬，其與面料結合是借助碳氫鏈憎水基與纖維分子的化學鍵結合，結合強力較大，對其洗消主要依賴洗滌劑對其的增溶、乳化、分散的化學作用，再借助機械攪拌（摩擦、揉搓、沖刷等物理作用）使其剝離。洗滌劑洗滌效果除與表面活性的含量和種類有關，也與表面活性劑被激活的程度有關，激活程度又與所處環境的溫度有關，故主洗水溫顯著影響洗滌劑的洗凈率。說明洗衣物吸附油漬實際洗消時，應綜合考慮洗滌劑用量、洗滌劑種類、洗消參數等因素替代單一的優化洗消參數（轉速、洗滌時間等）。洗消參數對泥漬洗凈率影響較為顯著，顯著因素依次為主洗轉速＞主洗時間＞主洗浴比（P＜0.01），而漂洗次數、漂洗轉速、漂洗浴比、漂洗時間關系不顯著（P＞0.05）。因為泥漬屬于難溶解于水的固體顆粒類無極性污漬，其表面通常帶有正電荷或負電荷，可借助機械作用、水流、洗滌劑與洗滌水溶液對其的增溶、分散、卷縮、懸浮作用使其清除。而主洗轉速、主洗時間、主洗浴比直接決定洗消機械力（摩擦、揉搓、摔打、水流沖刷力）、水流（污漬滲透、吸出），故洗消效果與洗滌參數有關。洗消參數對汗漬洗凈率影響不顯著，但整體洗凈率均較高（洗凈率＞50%）。汗漬在水溶液里很容易溶解，其洗消僅需少量水溶液沖刷、輕微機械攪拌作用便可去除，故洗消參數組合對其影響不大，且整體洗凈率較高。綜上所述，不同污漬與面料表面的吸附作用方式不同，在日常洗消過程中應根據沾染污漬種類選擇合適的洗消參數、洗消洗滌劑及用量。

表5 洗消參數對污漬洗凈率影響規律

注：本表實驗面料為2%抗靜電纖維98%芳綸1313，洗滌劑種類為堿性洗衣液、洗滌劑用量為2%，洗消參數如表4所示。

3 結論

借助常用消防面料表面污漬洗消模擬實驗，系統探究洗消方式、洗滌劑種類、洗滌劑用量、洗消參數（水溫、浴比、洗滌時間、洗滌轉速、漂洗次數）對消防服裝表面常見污漬種類（泥漬、油漬、汗漬）洗消效果的影響。發現：洗消方式顯著影響消防服裝表面污漬的洗凈率（P＜0.01），即有機械攪拌作用的洗消方式（滾筒洗消、機械攪拌+微納米氣泡、機械攪拌+超聲波）優于無機械攪拌作用的洗消方式（微納米氣泡、超聲波），在進行消防服裝表面污漬清洗時，應選擇有機械攪拌作用的洗消方式對其進行日常洗消；洗滌劑種類對不同污漬洗消效果的影響趨勢不同，其中，油漬洗消時，堿性洗滌劑的洗消效果明顯優于弱酸性和中性洗滌劑的洗消效果（P＜0.01），而泥漬和汗漬與洗滌劑種類關系不明顯（P＞0.05），說明不同洗滌劑的洗消效果與被洗消污漬的自身性能關系密切；洗滌劑用量對不同污漬洗消效果的影響不同，其中，在油漬洗消中，洗消效果隨著洗滌劑用量呈現先增加后穩定趨勢，在泥漬和汗漬的洗消效果與洗滌劑用量差異不大（P＞0.05），說明在日常洗消過程中，應依據污漬種類選擇合適的洗滌劑用量；洗消參數對不同污漬洗消效果影響不同，其中泥漬與洗消參數中主洗轉速、主洗浴比、主洗時間關系顯著，油漬與洗消參數中的主洗水溫、主洗轉速關系顯著，汗漬與洗消參數的關系不大（P＞0.05）。本試驗研究既可為消防洗消裝備廠家研發高效高品質洗消消防裝備的洗消程序提供理論支撐，也可為消防洗消工作者對吸附不同污漬的消防裝備的正確洗消提供技術參考，拓寬了污漬洗消理論，尤其是針對消防服裝和類似特殊工種服裝。

[1] 曹慧, 夏建軍. 消防員滅火防護服及內衣服裝的保暖性能研究[J]. 消防科學與技術, 2021, 40(06): 897-900.

[2] 牛麗, 錢曉明, 范金土, 等. 可降溫式消防服的設計與降溫效果評價[J]. 紡織學報, 2018, 39(06):106-112.

[3] 姜一桐, 謝春龍, 趙波. 消防員滅火防護服管理及使用維護方法研究[C].// 2019中國消防協會科學技術年會論文集, 2019. 119-121.

[4] 王宏陽, 王俊勝, 薛崗. 消防員滅火防護裝備污染及洗消研究進展[C].// 2020中國消防協會科學技術年會論文集, 2020. 711-716.

[5] 朱方龍, 樊建彬, 馮倩倩, 等. 相變材料在消防服中的應用及可行性分析[J]. 紡織學報, 2014, 35(08): 124 -132.

[6] 劉榮平, 李俊. 提高消防服活動適應性的探討[J]. 中國個體防護裝備, 2013, (02): 8-14.

[7] 周凱. 新型消防員搶險救援防護服裝的研制[C].//第二十屆海峽兩岸及香港、澳門地區職業安全健康學術研討會暨中國職業安全健康協會2012學術年會論文集， 2012. 303-306.

[8] 劉玲, 蘇兆偉. 洗衣機洗滌參數對不同污漬洗凈性能的研究[J]. 日用化學品科學, 2018, 41(01): 48-52.

[9] 湯立洋, 王宗乾, 李長龍, 等. 沾染典型污漬的針織衫滾筒洗滌參數優化[J]. 河南工程學院學報(自然科學版), 2015, 27(04): 17-21.

[10] 葛建, 劉岑岑. 洗衣機洗滌時間對污漬的影響[J]. 家電科技, 2015, (08): 52-53.

[11] 蔣黎. 泥漬、油漬污染布制備及污漬洗滌規律研究[D].無錫：江南大學, 2014.

[12] 張淑芝, 楊立強, 蘇高峰, 等. 污漬在波輪洗衣機中的洗滌特性研究[J]. 中國洗滌用品工業, 2011, (06): 66-68.

[13] 彭思嘉. 棉質服裝污漬的洗滌研究[D]. 西安：西安工程大學, 2017.

Analysis of the Factors Affecting the Washing Rate of the Surface Stains on Fire-fighting Clothing

WEI Yu-hui1,2，SU Zhao-wei1,3，HUANG Tian-ci1，SHEMIN Chu-chu1，ZHENG Chen1

（1. College of Textile and Clothing, Anhui Polytechnic University, Wuhu Anhui 241000, China;2. Shanghai Fire Research Institute of MEM, Shanghai 200032, China;3. High Fashion Womenswear Institute, Hangzhou vocational technical college, Hangzhou Zhejiang 310018, China）

In order to solve the problems of shortening the service life and wasting resources of fire-fighting clothing caused by improper washing and elimination, the effects of washing methods, kinds of detergents, dosage of detergents, washing parameters (washing time, washing rotation speed, rinsing times, water temperature, bath ratio) on the washing rate of common kinds of stains (mud, oil and sweat stains) on the surface stains of fire-fighting clothing were systematically investigated. The results showed that: The washing rate of the washing method with mechanical stirring (Drum washing, mechanical stirring + Micro/nano bubble, mechanical stirring + ultrasonic) was significantly higher than that without mechanical stirring (Micro/nano bubble, ultrasonic)(p < 0.01); The cleaning rate of alkaline detergent was better than that of weak acid detergent and neutral detergent (p < 0.01); However, there was no significant relationship between the types of detergents (p > 0.05) , indicating that the effect of different detergents was closely related to the properties of the detergents, with the increase of the amount of detergent, the washing rate of mud stains and sweat stains was not significantly different from that of detergent (p > 0.05) ; and the washing parameters had different effects on the washing rate of different stains; the relation between mud stain and main washing speed, main washing bath ratio and main washing time was significant, the relation between oil stain and main washing water temperature and main washing speed was significant, and the relation between sweat stain and washing parameters was not significant (p > 0.05) . The research results provided theoretical support for the fire equipment manufacturers to develop washing-care procedures of being suitable for different stains, and provided technical reference for the correct washing-care of stained clothing, also broadens the theory of stain-washing.

fire-fighting clothing; surface stains; adsorption and desorption; washing rate

韋玉輝（1988-），女，副教授，博士，碩士生導師，研究方向：服裝舒適性及其日常護理技術研發.

消防應急救援裝備應急管理部重點實驗室開放課題(2020XFZB09)；安徽省紡織工程技術研究中心和“紡織面料”安徽省高校重點實驗室2021年度聯合開放基金（2021AETKL20）；安徽工程大學校級科研項目（Xjky03201908）；安徽省高等學校自然科學研究項目（KJ2020A0352）；2021年省級大學生創新創業訓練計劃項目（S202110363229）；2022年安徽工程大學科研項目制促進紡織服裝類本科拔尖人才培養（FFBK202202）；2021年安徽工程大學校大學生科研項目（2021DZ13）.

TS941.731

A

2095－414X(2022)05－0058－06