洗衣機(jī)凈洗能力檢測(cè)用可可污染布的制備及性能評(píng)價(jià)

王 贏 周 璇 袁久剛 王 平 王 強(qiáng) 范雪榮

(江南大學(xué)生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，無(wú)錫，214122)

洗滌機(jī)械的洗滌性能是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素之一，國(guó)際上通用的家用洗衣機(jī)性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為IEC 60456［1］。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于家用洗衣機(jī)的洗滌性能、漂洗性能、脫水性能等5個(gè)測(cè)試中用到的材料、設(shè)備、測(cè)試步驟和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。洗滌試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與環(huán)境條件、測(cè)試設(shè)備的精度、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的使用關(guān)系密切，其中人工污染布的制作質(zhì)量是試驗(yàn)成敗的關(guān)鍵。世界上眾多污染布的制作機(jī)構(gòu)中，瑞士EMPA和德國(guó)WFK生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)污染布符合IEC 60456標(biāo)準(zhǔn)，且產(chǎn)品最為穩(wěn)定，在洗滌機(jī)械性能測(cè)試中應(yīng)用最廣泛。

符合IEC 60456的標(biāo)準(zhǔn)污染布包括漂白原布和4種經(jīng)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(jī)的洗滌效應(yīng)、對(duì)蛋白質(zhì)色素的去除能力及漂白效應(yīng)，可可污染布主要檢測(cè)洗衣機(jī)對(duì)有機(jī)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(guó)內(nèi)用于檢測(cè)洗衣機(jī)凈洗能力的標(biāo)準(zhǔn)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(duì)有機(jī)色素洗滌效果評(píng)價(jià)的可可污染布等。為減少對(duì)EMPA等國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)污染布的依賴性，提高對(duì)國(guó)內(nèi)洗滌機(jī)械性能的評(píng)價(jià)效果，有必要研究與開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)組合標(biāo)準(zhǔn)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(duì)其洗滌性能進(jìn)行了對(duì)照分析。

1 試驗(yàn)

1.1 材料

純棉帆布［經(jīng)紗(30+30)tex，緯紗50 tex;經(jīng)密338根/(10 cm)，緯密 220 根/(10 cm)］;純可可粉(無(wú)錫上可食品有限公司);全脂牛乳［內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)(集團(tuán))股份有限公司］;標(biāo)準(zhǔn)洗衣粉IEC A*(EMPA 602)、洗衣粉 SPB4(EMPA 604)、洗衣粉TAED(EMPA 606)及IEC標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載布(以上均由上海法圖商貿(mào)有限公司提供)。

1.2 試驗(yàn)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(zhuǎn)移到膠體磨(JM50，上海愛(ài)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(cè)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(guó)Malvern公司)，測(cè)定25℃條件下可可污液中顆粒的粒徑及粒徑分布指數(shù)。粒徑分布指數(shù)(PDI)體現(xiàn)了粒子粒徑的均一程度，是粒徑表征的一個(gè)重要指標(biāo)。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(cè)試

采用NDJ-1型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)(上海恒平科學(xué)儀器有限公司)，選擇1號(hào)轉(zhuǎn)子，記錄不同轉(zhuǎn)速下的讀數(shù)，按式(1)計(jì)算可可污液的絕對(duì)黏度:

式中:η——絕對(duì)黏度(mPa·s);

k——系數(shù);

α——指針?biāo)甘咀x數(shù)［8］。

1.2.1.3 可可污液的穩(wěn)定性測(cè)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(shí)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(jì)算沉降率沉降率數(shù)值越小，表明污液的穩(wěn)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(shù)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(fù)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(píng)價(jià)

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

選擇ΔECMC(2∶1)色差公式，以污染布中心點(diǎn)為基準(zhǔn)，測(cè)定其與四周距布邊2 cm處4個(gè)位點(diǎn)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(cè)試

按照IEC 60456標(biāo)準(zhǔn)，以Wascator FOM 71CLS型參比機(jī)(Electrolux，瑞典)進(jìn)行自制污染布與EMPA污染布的洗滌性能試驗(yàn)。測(cè)試時(shí)選擇自制污染布與EMPA污染布同時(shí)進(jìn)行洗滌，組合洗滌劑(IEC A*，SPB4，TEAD)與負(fù)載布用量參照IEC 60456標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)量洗滌前后布面兩面4點(diǎn)的三刺激值中的Y值，計(jì)算其平均值及標(biāo)準(zhǔn)差，并根據(jù)凈評(píng)價(jià)自制污染布的洗滌性能，其中原布Y值為81.99。

2 結(jié)果與討論

2.1 可可污液的性能測(cè)試

既有研究表明，在可可污染布制備過(guò)程中，污液的穩(wěn)定性對(duì)可可污染布表面的著色均勻性等影響較大。影響污液穩(wěn)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(yīng)用等，其中可可粉的粒徑對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響最大。本文重點(diǎn)考察了研磨對(duì)可可粉粒徑及污液穩(wěn)定性的影響。

2.1.1 研磨時(shí)間對(duì)污液粒徑及PDI的影響

由圖1可知，可可污液經(jīng)膠體磨研磨之后，可可粉的粒徑顯著減小，并且隨著研磨時(shí)間的延長(zhǎng)，粒徑呈現(xiàn)不斷減小的趨勢(shì)。當(dāng)研磨時(shí)間超過(guò)30 min后，可可粉的粒徑趨于平穩(wěn);PDI隨研磨時(shí)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(shí)間對(duì)可可污液粒徑及PDI的影響

在膠體磨的研磨過(guò)程中，可可顆粒一方面受到膠體磨的研磨、高頻振動(dòng)、高速漩渦、剪切力等物理作用，顆粒被有效得到細(xì)化并分散，但同時(shí)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(dòng)聚集的傾向也有所增大。因此，當(dāng)分散與聚集的作用達(dá)到平衡后，粒徑便不再變化。圖1表明，當(dāng)可可粉的粒徑降低到330 nm左右時(shí)，分散和聚集基本達(dá)到了平衡，此時(shí)再延長(zhǎng)研磨時(shí)間，可可顆粒的變化幅度比較小。粒徑對(duì)于體系的穩(wěn)定性及染色均勻性有較大影響，粒徑小則體系穩(wěn)定性較好，染色均勻性亦會(huì)得到改善。

2.1.2 研磨時(shí)間對(duì)污液黏度的影響

在可可污液黏度測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，隨著黏度計(jì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提高，同一體系黏度呈逐漸下降的趨勢(shì)，說(shuō)明可可污液為非牛頓型流體。為比較研磨時(shí)間對(duì)體系黏度的影響，試驗(yàn)中選擇30 r/min轉(zhuǎn)速條件比較了經(jīng)不同時(shí)間研磨的各污液黏度，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 研磨時(shí)間對(duì)可可污液黏度的影響

從圖2可以看出，隨著研磨時(shí)間的延長(zhǎng)，可可污液的黏度呈上升趨勢(shì)，當(dāng)研磨時(shí)間達(dá)到30 min時(shí)，污液的黏度趨于穩(wěn)定。結(jié)合圖1的分析，其原因可能是可可顆粒隨研磨時(shí)間延長(zhǎng)而減小后，單位體積內(nèi)的粒子數(shù)增加，互相碰撞產(chǎn)生聚集的概率明顯增加，表現(xiàn)為連續(xù)相的表觀黏度提高。

2.1.3 研磨時(shí)間對(duì)污液靜置穩(wěn)定性的影響

在可可污染布制備中，污液的靜置穩(wěn)定性對(duì)污染布的色度均勻性影響較大。研究中比較了不同研磨時(shí)間條件下樣品的靜置穩(wěn)定性，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 研磨時(shí)間對(duì)可可污液穩(wěn)定性的影響

從圖3可以看出，在各個(gè)靜置時(shí)間點(diǎn)，都體現(xiàn)出沉降率隨研磨時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。根據(jù)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(dāng)粒子較小、污液黏度較大時(shí)，沉降速度較慢，這與圖3所示結(jié)果吻合。綜上所述，隨著研磨時(shí)間的延長(zhǎng)，粒徑及PDI逐漸減小，污液黏度提高，體系穩(wěn)定性亦提高。由于在60 min之內(nèi)，研磨30 min的體系也較為穩(wěn)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(shí)間，此種條件下同樣可得到顆粒細(xì)小、體系相對(duì)穩(wěn)定的污液。

2.2 可可污染布的均勻性及色度評(píng)價(jià)

污染布作為評(píng)價(jià)洗衣機(jī)洗滌性能的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，其布面均勻性及色度是需要考察的重要指標(biāo)。本文將自制可可污染布與EMPA污染布的均勻性及色度進(jìn)行了對(duì)比。

2.2.1 自制污染布與EMPA污染布的均勻性對(duì)比

選擇研磨時(shí)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(duì)每塊污染布進(jìn)行均勻性測(cè)試，結(jié)果用ΔE的均值±標(biāo)準(zhǔn)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(duì)EMPA污染布的均勻性進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)對(duì)比來(lái)評(píng)價(jià)自制污染布均勻性的好壞，結(jié)果見(jiàn)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(duì)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?？梢钥闯觯灾瓶煽晌廴静济繅K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(shuō)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(duì)比

參照國(guó)際洗滌機(jī)械測(cè)試中應(yīng)用最為廣泛的EMPA污染布，以EMPA污染布作為標(biāo)樣，將自制污染布作為試樣與標(biāo)樣顏色進(jìn)行對(duì)比。為方便計(jì)算色度差的均值及標(biāo)準(zhǔn)差，將各色度差值統(tǒng)一用正數(shù)來(lái)表示，結(jié)果用均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，見(jiàn)表2。

從表2可以看出，自制污染布與所選定的EMPA標(biāo)準(zhǔn)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(duì)比

2.3 自制可可污染布與EMPA可可污染布的洗滌性能對(duì)比

可可污染布用于洗滌機(jī)械凈洗性能的檢測(cè)，因此標(biāo)準(zhǔn)污染布的洗滌性能是考察的最重要的技術(shù)指標(biāo)之一。試驗(yàn)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(jìn)行測(cè)試，比較兩種污染布的洗滌性能，其Y值結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 自制可可污染布與EMPA可可污染布的洗滌性能對(duì)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(gè)較小的范圍內(nèi)波動(dòng)。因此，自制污染布的凈洗率波動(dòng)范圍小于EMPA污染布。由此可見(jiàn)，自制污染布的洗滌性能不但符合IEC 60456標(biāo)準(zhǔn)要求，且相對(duì)于EMPA污染布具有較穩(wěn)定的洗滌性能。

3 結(jié)語(yǔ)

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

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

［1］IEC 60456—2003.Clothes washing machines for house

hold use-methods for measuring the performance［S］.Switzerland:International Electrotechnical Commission，2003.

［2］馮蕓.可可仁/粉堿化工藝的研究［D］.無(wú)錫:江南大學(xué)，2008.

［3］ARLORIO M.Antioxidant and biological activity of phenolic pigments from theobroma cacao hulls extracted with supercritical CO2［J］.Food Research International，2005，38:1009-1014.

［4］雷蕾，羅海吉，邊巍.巧克力的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)和作用［J］.廣東微量元素科學(xué)，2006，13(7):15-20.

［5］BORCHERS A T，KEEN C L，HANNUM S M，et al.Cocoa and chocolate:Composition，bilavailability，and health implications［J］.J Med Food，2000(3):77-105.

［6］中國(guó)輕工業(yè)聯(lián)合會(huì).GB/T 4288—2008，家用和類似用途電動(dòng)洗衣機(jī)［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［7］郭研，王鐵.布朗運(yùn)動(dòng)與動(dòng)態(tài)光散射法表征粒子粒徑［J］.長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2007，8(4):86-88.

［8］胡監(jiān)安，秦毅.旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)工作原理及其主要部件設(shè)計(jì)［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，1994，22(3):390-394.

［9］董振禮，鄭寶海，轷桂芬，等.測(cè)色與計(jì)算機(jī)配色［M］.2 版.北京:中國(guó)紡織出版社，2007:48-57.

［10］侯萬(wàn)國(guó)，孫德軍，張春光.應(yīng)用膠體化學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，1998:6-8.