洗衣机净洗能力检测用泥渍污染布的制备及性能评价

洗衣机净洗能力检测用泥渍污染布的制备及性能评价*

蒋黎朱小雷王强范雪荣

(江南大学生态纺织教育部重点实验室，无锡，214122)

摘要：采用炭黑/黏土制备泥渍污染布。分别探讨平平加O及六偏磷酸钠(SHMP)用量对炭黑、黏土分散液稳定性的影响；研究泥渍污液的稳定性，评价所制备的泥渍污染布的均匀性、贮存稳定性及洗涤性能。结果表明，当平平加O与SHMP质量分数均为1.6%时，炭黑分散液与黏土分散液最稳定，泥渍污液静置8 h后依然稳定性良好。所制备的泥渍污染布表面沾污均匀，具有良好的贮存稳定性和适当的净洗性能。

关键词：洗衣机，净洗能力，泥渍污染布，炭黑，黏土

中图分类号：TS107文献标志码：A

收稿日期：2014-04-12

作者简介：蒋黎，男，1988年生，在读硕士研究生。研究方向为洗衣机净洗能力检测用污染布的制备。

净洗能力是洗涤机械最重要的技术指标之一[1]。在洗涤机械的净洗能力检测中，污染布对测量结果起着至关重要的作用。我国对洗涤机械净洗能力的检测主要采用炭黑油污布、蛋白污染布及皮脂污染布[2]；国际上主要采用IEC组合污染布(由皮脂污染布、炭黑油污布、血渍污染布、可可污染布、红酒污染布五块标准污染布组成)[3]。不同种类的污染布用来检测洗衣机对不同类型污渍的去除能力。

近年来，人们对洗衣机洗涤性能的要求越来越高，洗衣机的开发也越来越多样化。探究不同污渍在洗衣机中的洗涤性能，可以为针对污渍特性进行洗涤的新型洗衣机或洗涤程序的开发提供有效的数据支持。在这项研究中，污染布是整个研究的基础。除已有标准污染布之外，基于人们生活常见污渍的污染布也必不可少。因此，研制新型污染布势在必行。

泥渍是人们生活中最常见的污渍之一，但是却没有针对洗衣机净洗能力检测用泥渍污染布制备的相关报道。本研究小组采用炭黑/黏土制备了泥渍污染布，优化了制备条件，并评价了其主要性能。

*教育部长江学者和创新团队发展计划项目(IRT1135)

通信作者：范雪荣，E-mail:wxfxr@163.com

1试验

1.1　试验材料

纯棉布[经纱(30+30) tex，纬纱50 tex；经密338根/(10 cm)，纬密220根/(10 cm)]；炭黑粉(2 500目，上海文华化工颜料有限公司)；无水乙醇(国药集团化学试剂有限公司)；黏土(施成文化用品厂)；六偏磷酸钠(SHMP，化学纯，国药集团化学试剂有限公司)；标准洗衣粉IEC B、SPB4及标准负载布(上海法图商贸有限公司提供)。

1.2　试验方法

1.2.1炭黑分散液制备

在乙醇水溶液中加入平平加O，充分搅拌至其完全溶解，再加入一定量的炭黑粉，持续搅拌一段时间。将搅拌好的炭黑分散液用FA25型高速搅拌机(上海弗鲁克流体机械制造有限公司)于10 000 r/min高速搅拌10 min，使炭黑分散均匀，制得炭黑分散液。

1.2.2黏土分散液制备

称取适量黏土于一定量的去离子水中，沸煮30 min。将用去离子水溶解好的SHMP溶液滴加至黏土分散液中，用S-212型搅拌机(上海申顺生物科技有限公司)于1 000 r/min搅拌15 min，制得黏土分散液。

1.2.3泥渍污液制备

将一定量的炭黑分散液滴加至黏土分散液中，用S-212型搅拌机于1 000 r/min搅拌15 min，制得泥渍污液。

1.2.4泥渍污染布制备

将纯棉布用熨斗熨平后于轧槽中浸渍泥渍污液数秒，经台式轧车轧压(0.2 MPa)后于60 ℃烘干，制得泥渍污染布。

1.2.5污染布洗涤性能试验

按照GB/T 4288—2008标准要求，将自制泥渍污染布缝制在标准负载布指定位置，按规定顺序将负载布依次放入Wascator FOM 71CLS型参比机(瑞典伊莱克斯公司)，进行污染布洗涤性能试验。

1.3　测试方法

1.3.1炭黑及黏土分散液稳定性测试

将炭黑分散液稀释后于4 000 r/min条件下离心15 min，于540 nm处[4]分别测量其离心前后的吸光度；将黏土分散液稀释后于4 000 r/min条件下离心5 min，于540 nm处分别测量其离心前后的吸光度。按照式(1)计算比吸光度R：

(1)

式中：A1——离心前吸光度；

A2——离心后吸光度。

R值越接近于100%，污液越稳定。

1.3.2泥渍污液稳定性测试

将制备好的泥渍污液转移至50 mL量筒，准确至其50 mL刻度处，记录不同贮存时间下稳定污液的高度。按式(2)计算污液稳定率：

(2)

污液稳定率越接近100%，污液越稳定。

1.3.3泥渍污染布均匀性测试

采用WSD-Ⅲ型全自动白度仪(北京康光仪器有限公司)，测量污染布正反两面共4点的白度值，计算其平均值及标准偏差。标准偏差越小，说明污染布表面越均匀。

1.3.4泥渍污染布净洗率测试

分别测试污染布洗前、洗后的白度值，根据式(3)计算其净洗率：

(3)

式中：Dr——污染布净洗率；

Rw——污染布洗后白度值；

Rs——污染布洗前白度值；

Ro——原布白度值。

2结果与讨论

2.1　泥渍污液稳定性

要制备出均匀、稳定的泥渍污染布，稳定、分散良好的泥渍污液是先决条件。本试验采用炭黑分散液与黏土分散液混合制备泥渍污液，重点考察了平平加O用量对炭黑污液稳定性的影响、SHMP用量对黏土分散液稳定性的影响，以及泥渍污液的稳定性随贮存时间的变化情况。

2.1.1平平加O用量对炭黑污液稳定性的影响

炭黑是不溶于水的物质，因此需要采用有效的分散剂才能将其稳定地分散于水溶液中。非离子表面活性剂在水溶液中能有效地分散炭黑[5-7]，本试验采用受纤维表面电荷影响较小的平平加O作为炭黑分散剂，考察其质量分数对分散效果的影响，结果见图1。

图1　平平加O质量分数对炭黑污液稳定性的影响

由图1可以看出，随着平平加O质量分数的增加，炭黑分散液的比吸光度逐渐增大，但当平平加O质量分数高于1.6%时，比吸光度不再增大。说明炭黑分散液的稳定性随着平平加O质量分数的增加，先逐渐增大随后保持稳定。平平加O是烷基聚氧乙烯醚，其疏水端碳链可有效吸附于炭黑表面，亲水端则伸向水溶液，使炭黑表面被充分润湿，固/液界面张力明显降低。此外，平平加O链段中含有大量醚键，能与水分子之间形成氢键，即水化作用，这能在炭黑表面形成溶剂化层。溶剂化层能提供表面斥力阻止炭黑分子之间的聚集，这也在一定程度上增加了炭黑的稳定性。随着平平加O质量分数的增加，炭黑表面被充分吸附，炭黑分子之间斥力增加，稳定性提高；当平平加O的质量分数达到1.6%时，炭黑达到饱和吸附的状态，此时再增加平平加O的质量分数，稳定性不再提高。

2.1.2SHMP质量分数对黏土分散液稳定性的影响

SHMP是黏土最常用的分散剂之一[8]。图2为不同SHMP质量分数对黏土分散液比吸光度的影响。

图2　SHMP质量分数对黏土分散液稳定性的影响

由图2可以看出，随着SHMP质量分数的增加，黏土分散液的比吸光度逐渐增加，即黏土分散液的稳定性逐步提高。当SHMP质量分数为1.6%时，比吸光度达到最大，此时黏土分散液最稳定；当SHMP质量分数大于1.6%后，比吸光度稍有下降，即黏土分散液的稳定性稍有下降。黏土颗粒表面双电层越厚，其分散稳定性越好[9]。黏土中的阳离子主要为Al3+，此外还有少量的Ca2+、Mg2+、Na+。在表面电荷恒定时，黏土颗粒扩散双电层厚度与其所含阳离子化合价成反比。当加入SHMP时，SHMP中的Na+能迅速置换黏土中的Al3+、Ca2+、Mg2+，使黏土颗粒间的双电层厚度明显增加，稳定性得到迅速提高。当SHMP质量分数为1.6%时，黏土表面达到饱和吸附，此时比吸光度最高，稳定性最好。当SHMP质量分数大于1.6%时，多余的SHMP会与吸附在黏土表面的SHMP发生缠结，随着缠结程度的增加，黏土颗粒发生絮凝，使稳定性下降[10]。

2.1.3泥渍污液的稳定性

为了制得均匀的污染布，在其制备的数小时内，污液需要保持良好的分散稳定性。图3为泥渍污液稳定率随静置时间的变化情况。

图3　静置时间对泥渍污液稳定率的影响

由图3可以看出，在8 h的静置时间内，泥渍污液的稳定率几乎没有发生变化；静置12 h后，污液稳定率稍有下降，但仍然高达99%；即使静置24 h后，稳定率也仅下降1.8%。说明制得的泥渍污液分散均匀、稳定性好，这为制得均匀的污染布提供了良好的保障。

2.2　泥渍污染布性能评价

洗衣机净洗能力检测用污染布要求布面沾污均匀，有良好的贮存稳定性及洗涤性能。本试验对污染布的这些性能进行了考察。

2.2.1泥渍污染布的均匀性

从同一批制备的泥渍污染布中随机挑选5块试样，每块试样测量正反两面共4点白度值，考察制得污染布的均匀性，结果见表1。

表1　泥渍污染布的均匀性

由表1可以看出，单块试样不同测量点之间的白度值相差较小，标准偏差最大不超过0.61。从选取的5块试样来看，不同布样之间的白度平均值接近，表明试样之间差异较小，说明制备的泥渍污染布具有良好的均匀性。

2.2.2贮存时间对泥渍污染布的影响

污染布在制备好后，通常需要存放一段时间后使用，这就要求制备的污染布在存放的过程中质量能保持稳定，表面反射率不发生变化或变化很小。本试验测量了5块试样在不同贮存时间下的白度值，以考察其贮存稳定性，结果见表2。

表2　贮存时间对泥渍污染布白度的影响

由表2可以看出，5块试样随着贮存时间的延长，其白度值变化不大。这是因为黏土与炭黑都很稳定，不易受贮存环境(空气与湿度)影响而产生物理或化学变化。说明所制备的泥渍污染布有良好的贮存稳定性。

2.2.3泥渍污染布的洗涤性能

污染布的洗涤性能是其最重要的技术指标之一[1]。本试验考察了4批污染布的洗涤性能，每批采用3块污染布，结果见表3。

表3　泥渍污染布的洗涤性能

由表3可以看出，不同批次泥渍污染布在洗涤之前白度相近，洗涤之后白度相差较小，4批污染布的净洗率也相差不大。由此可见，本试验制备的泥渍污染布的洗涤重现性高，净洗率适中，具有适当的洗涤性能。

3结语

(1)当平平加O与SHMP质量分数均为1.6%时，可分别制得稳定的炭黑分散液及黏土分散液。由两种分散液混合制得的泥渍污染液静置24 h后依然具有良好的稳定性。

(2)制备的泥渍污染布具有良好的均匀性、贮存稳定性及适当的洗涤性能。

参考文献

[1]王赢，周璇，袁久刚，等．洗衣机净洗能力检测用可可污染布的制备及性能评价[J]．产业用纺织品，2013，30(2)：19-22.

[2]GB/T 4288—2008 家用和类似用途电动洗衣机[S]. 北京：中国标准出版社，2008.

[3]IEC 60456-2010 Clothes washing machines for household use: Methods for measuring the performance[S]. Switzerland: International Electrotechnical Commission，2003．

[4]刘安华，龚克成，刘长生，等．焦磷酸络锰(Ⅲ)引发炭黑表面接枝聚合研究[J]．高分子材料科学与工程，1999，15(1)：47-49．

MARTIN M L. Influence of porosity on the adsorption enthalpies of a non-ionic surfactant onto carbonaceous materials[J]. Thermochim Acta，2001，375：177-185．

[6]CELIKT M S, YOON R H. Adsorption of poly (oxyethylene) nonylphenol homologues on a low-ash coal[J]. Langmuir，1991，7： 1770-1774．

[7]RICHARDSON S M. The adsorption of mixed surfactant systems on colloidal carbon black[D]. Queen’s University Kingston, Ontario, Canada，1997．

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[10]黄亮国，朱燕娟，赵韦人，等．高岭土最佳分散条件的确定与探讨[J]．中国造纸，2009(6)：18-21．

Preparation of soil stained strips for the evaluation of

washing machine performance

JiangLi,ZhuXiaolei,WangQiang,FanXuerong

(Key Laboratory of Eco-Textile, Ministry of Education, Jiangnan University)

Abstract:Soil stained test strips for the test of washing performance of washing machine were prepared with carbon black/clay. The effect of dosage of Peregal O on the stability of carbon black solution and that of sodium hexametaphosphate (SHMP) on the stability of clay dispersion solution were analyzed respectively. The stability of soil stained solution was studied after that. Furthermore, the evenness, storage stability and washing performance of the soil stained strips were all evaluated. The results indicate that stable carbon black solution and clay dispersion solution are obtained when the dosage of Peregal O and SHMP are both 1.6%. The stability of homogeneous soil stained solution can be kept for at least 8 h. The self-made soil stained strips show excellent evenness, storage stability and washing performance.

Keywords:washing machine, washing performance, soil stained strip, carbon black, clay