消防服装表面污渍洗净率影响因素分析

韦玉辉，苏兆伟，黄天赐，佘敏楚楚，郑 晨

消防服装表面污渍洗净率影响因素分析

韦玉辉1,2，苏兆伟1,3，黄天赐1，佘敏楚楚1，郑 晨1

(1.安徽工程大学 纺织服装学院，安徽 芜湖 241000；2.应急管理部上海消防研究所，上海 200032；3. 杭州职业技术学院 达利女装学院，浙江 杭州 310018)

为解决因洗消不当造成的消防服装使用寿命缩短和资源浪费等问题，本文系统探究洗消方式、洗涤剂种类、洗涤剂用量、洗消参数（洗消时间、洗消转速、漂洗次数、洗涤剂用量、水温、浴比）对消防服装表面常见污渍种类（泥渍、油渍、汗渍）清洗效果的影响。研究发现：有机械搅拌作用的洗消方式（滚筒洗消、机械搅拌+微纳米气泡、机械搅拌+超声波）洗净率显著高于无机械搅拌作用的洗消方式（微纳米气泡、超声波）（P＜0.01），说明洗消方式显著影响消防服装表面污渍洗净率；油渍洗消时，碱性洗涤剂的洗消效果明显优于弱酸性和中性洗涤剂的洗消效果（P＜0.01），而泥渍和汗渍与洗涤剂种类关系不明显（P＞0.05），说明不同洗涤剂的洗消效果与被洗消污渍的自身性能关系密切；油渍洗消中，洗消效果随着洗涤剂用量呈现先增加后稳定趋势，泥渍和汗渍的洗消效果与洗涤剂用量差异不大（P＞0.05）；洗消参数对不同污渍洗净率影响不同，其中泥渍与洗消参数中主洗转速、主洗浴比、主洗时间关系显著，油渍与洗消参数中的主洗水温、主洗转速关系显著，汗渍与洗消参数的关系不大（P＞0.05）。研究结果可为消防洗消装备厂家研发适合不同污渍的洗消程序提供理论支撑，为吸附不同污渍的消防装备的正确洗消提供技术参考，也拓宽了消防服装污渍洗消理论。

消防服装；表面污渍；吸附脱附；洗净率

火灾、爆炸、塌方、中毒等多种安全事故救援现场往往属于高温、高湿、强辐射热、噪音、有毒有害气体、油污、烟雾、灰尘、粉末等污渍种类共存的高危作业环境，而消防服装又属于消防应急救援工作人员执行救援任务的必备装备，故其在执行救援任务的过程中必然会沾染其作业环境的各类污渍[1-3]。同时，作业人员在执行救援任务时，往往也需要完成装备搬运、水带拖拽、架梯登梯、火钩使用、破拆及搜寻、人员救护等一系列的高强度劳动，进一步加剧了污渍沾染的可能[4-6]。然而，目前关于消防服装的研究主要集中在材料研发、性能升级、工艺优化、应急救援工作人员的救援能力和救援工作指挥效率提升等方面，而关于消防员服装表面污渍清除、装备洗消、维护、保养的关注极少[3,7]。殊不知，多数时候救援任务结束后，其消防服装并非完全受损无法再次使用，只是表面出现沾染或沉积了救援环境的污渍，使其外观貌似损伤或者破旧（脏），使人感觉无法再继续使用[1,3,8]。或者，因有害污渍长期沉积在装备表面或使用维护不当，造成装备不可修复的损伤，缩短服装的使用寿命[8,9]。而根据相关污渍清除研究理论和装备洗消技术知识，如若能采用合适的洗消方法，将其表面沉积的污渍及时清除，并给予适当的维护保养，使其装备再次使用完全是有可能的[7,9,10]。而且，消防服装因其使用环境极其危险、恶劣，其防护功能要求极高，用于消防服装的材料、加工、附件装备的成本极高，导致国家每年花费大量人力物力进行相关应急救援装备的生产与研发[1,11,12]。如若不能对其进行正确洗消、维护、保养，将造成较大的经济损失和资源浪费，故开展消防服装污渍洗消、维护、保养研究是非常重要的[1,13]。因此，本课题提出从洗消方式、洗涤剂种类、洗涤剂用量、洗消参数（洗消时间、洗消转速、漂洗次数、洗涤剂用量、水温、浴比）的角度，系统探究其对不同面料、不同污渍的洗消效果的影响，以期实现在保证服装防护功能稳定高效的前提下，使其表面污渍洗消，进而实现服装的重复使用，延长其使用寿命，减少资源浪费。此外，研究也可为洗消设备厂家研发专用的消防服装洗消设备或洗消设备性能优化及其技术研发提供理论参考和技术指导。

1 实验

1.1 实验样品与污渍制备

1.1.1 实验样品

消防服装通常是由外层、防水透气层、隔热层和舒适层四层结构复合而成，但在使用过程中，消防服装外层面料和内层（舒适层）面料较易沾染污渍，中间层（防水透气层和隔热层）相对沾染污渍的可能较低，故本课题共选择了3种常用的外层面料和1种舒适层面料作为实验样品，重点分析影响表面污渍清洗效果的因素，实验样品由赫菲斯托斯高性能纤维制造（东莞）有限公司提供，具体参数如表1所示。

表1 实验面料

1.1.2 污渍制备

通过一线消防队员的走访，并结合网上火灾现场报道及文献资料，确定泥渍、油渍、汗渍作为本次模拟消防服装表面沾染污渍实验的污渍，实验过程所用到实验材料如表2所示。污渍制备参考相关研究论文完成[9,11,13]。

表2 制备污渍洗消所需实验材料

1.2 实验设计与实验设备

1.2.1 实验设计

为系统探究影响消防服装表面污渍清洗效果的主要因素，本课题选择了洗消方式、洗涤剂种类、洗涤剂用量、洗涤参数（洗消时间、洗消转速、漂洗次数、洗涤剂用量、水温、浴比）作为实验变量，每个变量设置多个水平，具体实验变量与水平如表3所示。另外，除洗涤参数实验采用正交设计方法外，洗消方式、洗涤剂种类和洗涤剂用量均采用单因素实验方法。其中，洗消方式分为机械搅拌、超声波洗消（超声频率40KHZ）、微纳米气泡（气泡量25mg/L）、机械搅拌+超声波、机械搅拌+微纳米气泡五种方式；洗涤剂种类分为中性洗衣液、碱性洗衣液、洗衣粉、皂片、洗衣凝珠五种类型；洗涤剂用量分为1%、2%、3%、4%、5%五个水平。洗消过程其他参数依次为主洗浴比1:15，主洗时间30min，主洗转速30rpm，漂洗转速700rpm，漂洗次数2次，漂洗浴比1:20，漂洗时间9min。

表3 实验设计-洗消参数

注：漂洗阶段水温不考虑，以实验当天水管流出实际水温。

1.2.2 实验仪器

本次实验用到的仪器如表4所示。

表4 实验仪器

1.3 实验评测指标

洗净率：采用型号为WSB-3A的智能式数字白度计进行污染布洗涤前后的白度测试，并使用如下公式计算其洗净率：

2 实验结果与讨论

2.1 洗消方式

由图1可知，四种面料（93%芳纶1314、5%Kevlar和2%抗静电纤维98%芳纶1313和2%芳纶1414、100%阻燃棉、50%芳纶+50%阻燃黏胶）、三种污渍（泥渍、油渍、汗渍）均呈现滚筒洗消、机械搅拌+微纳米气泡、机械搅拌+超声波三种方式的洗净率明显高于仅有微纳米气泡或超声波作用洗消方式的洗净率（p＜0.01）。说明洗消方式显著影响消防服装表面污渍的洗净率，即有机械搅拌作用的洗消方式（滚筒洗消、机械搅拌+微纳米气泡、机械搅拌+超声波）优于无机械搅拌作用的洗消方式（微纳米气泡、超声波），在进行消防服装表面污渍清洗时，应选择有机械搅拌作用的洗消方式对其进行日常洗消。因为机械搅拌可有效增加面料表面污渍与周围环境（水流、织物、筒壁）的摩擦，加速污渍从表面剥离，溶出，故其洗净率较高。同时，还发现：在有机械搅拌的洗消方式（滚筒洗消、机械搅拌+微纳米气泡、机械搅拌+超声波）中，同种污渍，同样的洗消条件，不同面料之间的洗净率差异显著（P＜0.01），说明当衣物沾染污渍时，其表面洗净率与面料纤维成分、组织结构的关系密切；同种面料吸附不同种类的污渍，同样洗消条件下，洗净率差异显著（P＜0.01）。相比于泥渍、汗渍，油渍洗净率最低，因为油渍属于油脂性污渍，其与面料结合是借助碳氢链憎水基与纤维分子的化学键合，且能润湿面料表面，渗透到纤维内部，结合强力较大，洗消较难。而泥渍和汗渍分别属于固体颗粒类污渍和难溶性有机污渍，其与面料结合分别属于固体分子的物理黏附和氢键静电吸附，主要吸附在纱线之间的空隙中，结合强力较小，较易去除。综上所述，不同污渍与面料表面的吸附作用方式不同，在日常洗消过程中应根据吸附污渍种类选择合适的洗消方式。

图1 洗消方式对污渍洗净率的影响：（a）泥渍（b）油渍（c）汗渍

注：图中横坐标1表示搅拌洗消；2表示超声波洗消；3表示微纳米气泡洗消；1+2表示搅拌+超声波洗消；1+3表示搅拌+微纳米气泡洗消。

2.2 洗涤剂种类

图2为不同洗涤剂种类对消防服装表面污渍洗净率的影响规律。在油渍中，使用碱性洗涤剂洗消的洗净率明显高于使用中性或弱碱性洗涤产品洗消的洗净率（P＜0.01）。碱性环境下，油渍容易发生皂化反应，使保护其吸附在面料上的保护胶体分解，故油渍在碱性环境的洗净率较高。当消防服装表面沾染油性污渍时，应选择碱性洗涤剂而非中性或弱碱性洗涤产品。相反，泥渍、汗渍在不同洗涤剂作用条件下的洗净率，差异不大（P＞0.05）。泥渍和汗渍分别属于固体颗粒类污渍和难溶性有机污渍，对机械作用反应较敏感，而非酸碱性环境，其去除程度主要依赖水温、机械搅拌和水流冲刷作用，故不同洗涤剂对其洗净率的影响不显著。由于碱性洗涤剂（洗衣粉、皂片）的化学作用较强，一定程度上损伤衣物表面性能，而且洗涤残液中含有对环境有害的化学物质，而洗衣液较温和，渗透力较强，环境危害小，故当消防服装表面沾染泥渍和汗渍时，建议选择中性或者弱碱性洗涤剂进行日常洗消。同时，还发现：洗涤剂的洗消效果与洗涤剂形状关系不大，与洗涤剂中的表面活性含量、洗涤剂酸碱性关系密切。

图2 洗涤剂种类对污渍洗净率的影响：（a）泥渍（b）油渍（c）汗渍

注：图中横坐标1表示中性洗衣液；2表示碱性洗衣液；3表示洗衣粉；4表示皂片；5表示洗衣凝珠。

2.3 洗涤剂用量

由图3可知，洗消参数、洗涤剂种类相同的条件下，在低用量时（1%和2%），洗涤剂用量对油渍洗净率影响较为显著（P＜0.01），但较高浓度（3%及以上）时，差别不大。因为随着洗涤剂用量的增加，水中表面活性剂浓度增加，表面活性剂浓度使液体的表面张力下降，污渍易剥离，但增加到溶液表面被活性剂分子占满时，再增加其浓度，其表面能也不会继续下降，其去污力也趋于最大值，故洗净率随洗涤剂用量增大而增加，但增加到一定程度（2%），继续增加，其洗净率不再增加。泥渍和汗渍与洗涤剂用量关系不大（P＞0.05）。泥渍和汗渍分别属于固体颗粒类无极性污渍和难溶性有机污渍，其剥离主要与外部机械（搅拌、摩擦、缠绕）、洗涤水溶液（流动、冲刷）作用有关。说明不同污渍的清除主要因素不同（油渍主要与洗涤剂种类和洗涤剂用量有关，而泥渍和汗渍主要与机械作用相关），因此在日常洗消过程中，应根据吸附污渍的种类，选择合适的洗涤剂用量，如单纯的增加洗涤剂用量，不仅不会提升其去污力，也会危害环境（排出残液化学成分超标）和资源浪费（后期漂洗耗水量增加）。

图3 洗涤剂用量对污渍洗净率的影响：（a）泥渍（b）油渍（c）汗渍

注：图中横坐标1，2，3，4，5表示洗涤剂用量依次为1%，2%，3%，4%，5%。

2.4 洗消参数

由表5可知，不同污渍的洗净率与洗消参数关系存在显著差异。除主洗水温外，主洗转速、主洗浴比、主洗时间、漂洗转速、漂洗浴比、漂洗次数等洗消参数对油渍洗净率的影响不显著（P＞0.05），整体洗净率均较低（＜30%）。因为油渍属于油脂性污渍，其与面料结合是借助碳氢链憎水基与纤维分子的化学键结合，结合强力较大，对其洗消主要依赖洗涤剂对其的增溶、乳化、分散的化学作用，再借助机械搅拌（摩擦、揉搓、冲刷等物理作用）使其剥离。洗涤剂洗涤效果除与表面活性的含量和种类有关，也与表面活性剂被激活的程度有关，激活程度又与所处环境的温度有关，故主洗水温显著影响洗涤剂的洗净率。说明洗衣物吸附油渍实际洗消时，应综合考虑洗涤剂用量、洗涤剂种类、洗消参数等因素替代单一的优化洗消参数（转速、洗涤时间等）。洗消参数对泥渍洗净率影响较为显著，显著因素依次为主洗转速＞主洗时间＞主洗浴比（P＜0.01），而漂洗次数、漂洗转速、漂洗浴比、漂洗时间关系不显著（P＞0.05）。因为泥渍属于难溶解于水的固体颗粒类无极性污渍，其表面通常带有正电荷或负电荷，可借助机械作用、水流、洗涤剂与洗涤水溶液对其的增溶、分散、卷缩、悬浮作用使其清除。而主洗转速、主洗时间、主洗浴比直接决定洗消机械力（摩擦、揉搓、摔打、水流冲刷力）、水流（污渍渗透、吸出），故洗消效果与洗涤参数有关。洗消参数对汗渍洗净率影响不显著，但整体洗净率均较高（洗净率＞50%）。汗渍在水溶液里很容易溶解，其洗消仅需少量水溶液冲刷、轻微机械搅拌作用便可去除，故洗消参数组合对其影响不大，且整体洗净率较高。综上所述，不同污渍与面料表面的吸附作用方式不同，在日常洗消过程中应根据沾染污渍种类选择合适的洗消参数、洗消洗涤剂及用量。

表5 洗消参数对污渍洗净率影响规律

注：本表实验面料为2%抗静电纤维98%芳纶1313，洗涤剂种类为碱性洗衣液、洗涤剂用量为2%，洗消参数如表4所示。

3 结论

借助常用消防面料表面污渍洗消模拟实验，系统探究洗消方式、洗涤剂种类、洗涤剂用量、洗消参数（水温、浴比、洗涤时间、洗涤转速、漂洗次数）对消防服装表面常见污渍种类（泥渍、油渍、汗渍）洗消效果的影响。发现：洗消方式显著影响消防服装表面污渍的洗净率（P＜0.01），即有机械搅拌作用的洗消方式（滚筒洗消、机械搅拌+微纳米气泡、机械搅拌+超声波）优于无机械搅拌作用的洗消方式（微纳米气泡、超声波），在进行消防服装表面污渍清洗时，应选择有机械搅拌作用的洗消方式对其进行日常洗消；洗涤剂种类对不同污渍洗消效果的影响趋势不同，其中，油渍洗消时，碱性洗涤剂的洗消效果明显优于弱酸性和中性洗涤剂的洗消效果（P＜0.01），而泥渍和汗渍与洗涤剂种类关系不明显（P＞0.05），说明不同洗涤剂的洗消效果与被洗消污渍的自身性能关系密切；洗涤剂用量对不同污渍洗消效果的影响不同，其中，在油渍洗消中，洗消效果随着洗涤剂用量呈现先增加后稳定趋势，在泥渍和汗渍的洗消效果与洗涤剂用量差异不大（P＞0.05），说明在日常洗消过程中，应依据污渍种类选择合适的洗涤剂用量；洗消参数对不同污渍洗消效果影响不同，其中泥渍与洗消参数中主洗转速、主洗浴比、主洗时间关系显著，油渍与洗消参数中的主洗水温、主洗转速关系显著，汗渍与洗消参数的关系不大（P＞0.05）。本试验研究既可为消防洗消装备厂家研发高效高品质洗消消防装备的洗消程序提供理论支撑，也可为消防洗消工作者对吸附不同污渍的消防装备的正确洗消提供技术参考，拓宽了污渍洗消理论，尤其是针对消防服装和类似特殊工种服装。

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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

韦玉辉（1988-），女，副教授，博士，硕士生导师，研究方向：服装舒适性及其日常护理技术研发.

消防应急救援装备应急管理部重点实验室开放课题(2020XFZB09)；安徽省纺织工程技术研究中心和“纺织面料”安徽省高校重点实验室2021年度联合开放基金（2021AETKL20）；安徽工程大学校级科研项目（Xjky03201908）；安徽省高等学校自然科学研究项目（KJ2020A0352）；2021年省级大学生创新创业训练计划项目（S202110363229）；2022年安徽工程大学科研项目制促进纺织服装类本科拔尖人才培养（FFBK202202）；2021年安徽工程大学校大学生科研项目（2021DZ13）.

TS941.731

A

2095－414X(2022)05－0058－06