污漬吸附對(duì)消防服裝性能影響的評(píng)測(cè)

韋玉輝, 蘇兆偉，黃天賜，唐 欣，佘敏楚楚

(1.安徽工程大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，安徽 蕪湖 241000；2.應(yīng)急管理部上海消防研究所，上海 200032；3.杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 達(dá)利女裝學(xué)院，浙江 杭州 310018)

火災(zāi)、爆炸等多種安全事故救援現(xiàn)場(chǎng)屬于煙霧、灰塵、金屬粉末、煤灰、泥土、有毒有害氣體等各種污漬共存的作業(yè)環(huán)境[1-3]。同時(shí)，作業(yè)人員在執(zhí)行救援任務(wù)時(shí)，需要完成裝備搬運(yùn)、水帶拖拽、架梯登梯、火鉤使用、破拆及搜尋、人員救護(hù)等一系列高強(qiáng)度體力勞動(dòng)，會(huì)大量出汗。消防服裝又屬于消防應(yīng)急救援工作人員執(zhí)行救援任務(wù)的必備裝備，且在執(zhí)行救援任務(wù)的過(guò)程中必然會(huì)沾染其作業(yè)環(huán)境的各類污漬[4-6]。目前關(guān)于消防服裝的研究主要集中在新型防護(hù)材料研發(fā)、熱濕舒適性能提升、工藝優(yōu)化、應(yīng)急救援工作人員的救援能力及救援工作指揮效率提升等方面[7-9]。關(guān)于救援服裝表面沉積污漬吸附形式、洗消處理及其對(duì)服用功能或服用性能是否產(chǎn)生影響的研究報(bào)道甚少[9-10]。根據(jù)相關(guān)衣物污漬清洗研究理論，衣物吸附污漬后，若采用合適的洗滌處理，使其表面沉積的污漬及時(shí)清除，并給予適當(dāng)?shù)木S護(hù)保養(yǎng)，使其重復(fù)使用，是完全可以的，但關(guān)于具有防護(hù)功能的消防服裝吸附污漬后，經(jīng)過(guò)洗消處理，其是否可以重復(fù)使用的研究未見(jiàn)報(bào)道[11-13]。消防服裝因其使用環(huán)境的高危險(xiǎn)性，其防護(hù)功能要求極高，且用于消防服裝的材料、加工、附件裝備的成本極高，國(guó)家每年要花費(fèi)大量人力、物力進(jìn)行相關(guān)服裝的生產(chǎn)與研發(fā)。若研究可證明表面沉積污漬的消防服裝通過(guò)正確洗消、維護(hù)、保養(yǎng)便能重復(fù)使用，將可有效避免目前因污漬沉積，誤判裝備“不可使用”帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失與資源浪費(fèi)[1,4,13]。因此，本文以消防救援現(xiàn)場(chǎng)比較常見(jiàn)的油漬和泥漬作為實(shí)驗(yàn)?zāi)M污漬，系統(tǒng)探究污漬種類、污漬吸附前后、洗消處理前后，常用消防面料阻燃性能、透氣性能、拒水性能、外觀形貌的變化規(guī)律，以期為消防服裝的重復(fù)使用或者高效洗消提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品及材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

由于消防服裝最外層面料易沾染污漬，而中間層和內(nèi)層沾染污漬的可能較低，故可選擇以下3種目前較常用的消防服裝外層面料，作為實(shí)驗(yàn)面料：1#(93%芳綸1314，5%Kevlar，2%抗靜電纖維)、2#(98%芳綸1313，2%芳綸1414)及3#(100%阻燃棉)。本文將重點(diǎn)分析影響外層面料表面吸附污漬前和洗消前后的阻燃性能、透氣性能、拒水性能的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)面料由赫菲斯托斯高性能纖維制造(東莞)有限公司提供。其具體參數(shù)如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)面料規(guī)格

1.1.2 實(shí)驗(yàn)材料

為探究消防服裝表面吸附污漬和洗消處理是否影響其阻燃性能、透氣性能、拒水性能，本文結(jié)合一線消防隊(duì)員的走訪調(diào)研結(jié)果和網(wǎng)上火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)道的文獻(xiàn)資料，確定以泥漬、油漬作為實(shí)驗(yàn)用污漬，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)材料如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)材料

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.1.2 污漬布制備

(1)泥漬污漬布的制備方法：①在乙醇水溶液中加入平平加O，充分?jǐn)嚢柚疗渫耆芙?，加?.5%的炭黑粉，并用高速攪拌機(jī)高速攪拌10 min；攪拌轉(zhuǎn)速設(shè)置為1 000 r/min，制得炭黑分散均勻的炭黑分散液；②稱取適量黏土，放入一定量的去離子水中，沸煮30 min；③將用去離子水溶解充分的六偏磷酸鈉(SHMP)溶液滴加至黏土水溶液中，用攪拌機(jī)以1 000 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌15 min，制得黏土分散液；④將一定量的炭黑分散液加至黏土分散液中，用攪拌機(jī)以1 000 r/min攪拌15 min，制得泥漬污液；⑤將裁剪的外層實(shí)驗(yàn)樣布放入泥漬污液中浸漬6 h，再經(jīng)二浸二軋?zhí)幚?，自然晾干，即可制得泥漬污漬布。

(2)油漬污漬布的制備方法：①稱取質(zhì)量比為65∶35的司盤(pán)-80與吐溫-80，將司盤(pán)-80溶于蒸餾水，而將吐溫-80與0.1%油溶紅溶于大豆油中，分別用攪拌機(jī)以500 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10 min，待用；②用攪拌機(jī)將與司盤(pán)-80混合充分的水溶液以500 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10 min，緩慢加入混合充分的含有吐溫-80的大豆油(油水比為3∶1)，并用攪拌機(jī)以500 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10 min后，換高速攪拌機(jī)以10 000 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌6 min，制得油漬污液；③將裁剪的外層實(shí)驗(yàn)樣布放入油漬污液中充分浸漬6 h，再經(jīng)二浸二軋?zhí)幚?，自然晾干，即可制得油漬污漬布。

1.1.2 洗消實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)采用的洗消方式軸下：機(jī)械攪拌；洗滌劑為中性洗滌液，用量為2%；主洗水溫為30 ℃，浴比為1∶15，轉(zhuǎn)速為30 r/min，時(shí)間為30 min；漂洗次數(shù)為2次，轉(zhuǎn)速為700 r/min，時(shí)間為9 min，浴比為1∶30。

1.3 實(shí)驗(yàn)評(píng)測(cè)指標(biāo)

(1)阻燃性能：參照GB/T 5455-2014《紡織品燃燒性能垂直方向損毀長(zhǎng)度、陰燃和續(xù)燃時(shí)間的測(cè)定》，采用型號(hào)為YG(B)815D-Ⅰ型(垂直法)織物阻燃性能測(cè)試儀進(jìn)行原樣、吸附后樣品和洗消后樣品的陰燃時(shí)間、續(xù)燃時(shí)間和損毀長(zhǎng)度的測(cè)試，對(duì)比分析污漬吸附與洗消處理對(duì)織物樣品阻燃性能的影響。樣品尺寸為300 mm×80 mm，點(diǎn)燃時(shí)間為12 s。

(2)透氣性：參照GB/T 5453-1997《紡織品織物透氣性的測(cè)定》，利用型號(hào)為YG(B)461D-Ⅱ型數(shù)字式織物透氣量?jī)x進(jìn)行原樣、吸附后樣品和洗消后樣品的透氣性能測(cè)試。

(3)拒水性：采用型號(hào)為DSA25B織物接觸角測(cè)試儀進(jìn)行靜態(tài)接觸角和動(dòng)態(tài)吸附過(guò)程的測(cè)試。測(cè)試所取水滴的體積均為5 μL。每個(gè)樣品選取5個(gè)不同位置進(jìn)行測(cè)試，以其平均值作為測(cè)試樣品的接觸角數(shù)據(jù)。

(4)形貌特征：分別采用型號(hào)為MF52-N的倒置熒光顯微鏡和型號(hào)為VHX-5000超景深三維顯微鏡，對(duì)原樣、吸附后樣品和洗消處理后樣品的形貌特征進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)比分析其織物詳品的形態(tài)變化。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 阻燃性能

表3所示為污漬吸附與洗消處理前后的阻燃性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

由表3可知，1#、2#、3#3種面料吸附油漬和泥漬后，其阻燃性能均呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，但吸附油漬的阻燃性能下降程度大于吸附泥漬的阻燃性能下降程度。油漬一般屬于飽和脂肪酸、單元不飽和脂肪酸、多元不飽和脂肪酸，含有大量的低級(jí)烴及其衍生物，燃點(diǎn)很低，遇到明火時(shí)很容易燃燒，也可助燃，故織物面料吸附油漬后，其續(xù)燃時(shí)間和損毀長(zhǎng)度明顯增加。而泥漬本身不具有助燃成分，僅是在制備過(guò)程中添加了吐溫等有機(jī)乳化劑(含氧有機(jī)化合物)，故其被吸附后，雖然也會(huì)導(dǎo)致面料阻燃性能的下降，但下降程度遠(yuǎn)低于吸附油漬的情況，即相比油漬，其續(xù)燃時(shí)間和損毀長(zhǎng)度的增加量較小。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：吸附污漬的面料，經(jīng)過(guò)洗消處理后，其阻燃性能可基本恢復(fù)到未吸附狀態(tài)，說(shuō)明洗消處理可最大限度地保證消防服裝的阻燃性能，保障消防人員的人身安全。相比于原布，洗消后面料的阻燃性能仍有輕微下降。因?yàn)橄聪幚砗?，面料表面仍有少量的污漬未被清除，故洗消后的續(xù)燃時(shí)間、陰燃時(shí)間和損毀長(zhǎng)度均有輕微增加(相比于未吸附樣品)。此外，對(duì)比3種阻燃面料在未吸附、吸附污漬、洗消處理?xiàng)l件下的續(xù)燃時(shí)間、陰燃時(shí)間和損毀長(zhǎng)度發(fā)現(xiàn)：3種面料中，不論是否吸附污漬、吸附何種污漬、是否洗消處理，3#(100%阻燃棉織物)的阻燃性能均最差，1#和2#相對(duì)較好。這是因?yàn)?#和2#面料主要成分是芳綸纖維，芳綸纖維屬于苯環(huán)共軛體系類纖維，分子的耐熱性能較好，而3#面料是易燃棉織物經(jīng)阻燃整理制得的，其阻燃性能主要與整理劑有關(guān)，表現(xiàn)較差。綜上所述，面料阻燃性能與纖維種類、表面是否吸附污漬、吸附污漬的種類及是否洗消處理均存在一定關(guān)系。

表3 阻燃性能測(cè)試結(jié)果

2.2 透氣性能

圖1所示為污漬吸附與洗消處理前后的透氣性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由圖1可知，相比于原樣，吸附油漬和泥漬的織物樣品透氣性能均呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)。其中，面料吸附油漬時(shí)的透氣性能下降明顯大于其吸附泥漬時(shí)的透氣性能下降程度。油漬屬于液體污漬，可以滲透到纖維內(nèi)部，使纖維膨脹，導(dǎo)致纖維、紗線之間的空隙減小，透氣性能下降較多。泥漬屬于固體顆粒狀污垢，當(dāng)其被吸附在織物表面時(shí)，顆粒狀污垢會(huì)粘附在面料表面，堵塞一部分紗線空隙，故相應(yīng)織物樣品的透氣性能也有一定程度下降，但下降程度遠(yuǎn)低于油漬吸附的情況。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過(guò)洗消處理，3種面料的透氣性能基本恢復(fù)至未吸附污漬時(shí)的透氣性能，說(shuō)明洗消處理可實(shí)現(xiàn)面料透氣性能的恢復(fù)；泥漬和油漬相比，在相同的洗消條件下，泥漬透氣性能恢復(fù)程度明顯高于油漬。泥漬屬于固體顆粒狀污垢，其與面料主要依靠范德華力的物理吸附，清除相對(duì)容易，洗消處理后，洗凈率較高，故其透氣性能恢復(fù)也較好。相反，油漬分子量較大，當(dāng)其與纖維接觸時(shí)，能迅速粘附于纖維表面，并滲透到織物內(nèi)部，結(jié)合較為牢固，較難去除，而且吸附與解吸也并不是完全可逆的，洗消處理后仍會(huì)有部分污漬滯留在織物表面或者內(nèi)部，洗凈率較低，故相比于原樣，其洗消處理后的透氣性出現(xiàn)了輕微下降趨勢(shì)。因此，日常洗消時(shí)，應(yīng)根據(jù)吸附污漬種類選擇合適的洗消程序，以便提高洗消清潔度，最大限度地保障服裝再次使用的性能和消防人員的人身安全。

圖1 透氣性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3 拒水性能

表4所示為污漬吸附與洗消處理前后的拒水性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由表4可知：3#(100%阻燃棉織物)吸附油漬和泥漬后，親水性能依然良好，水分子接觸角均為0°，但動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間明顯延長(zhǎng)，說(shuō)明阻燃棉織物吸附污漬后，水滴滴落在其表面的吸附時(shí)間延長(zhǎng)了，親水性有輕微的下降；相反，1#(93%芳綸1314、5%Kevlar、2%抗靜電纖維)和2#(98%芳綸1313、2%芳綸1414)面料吸附污漬后，拒水性能均發(fā)生了不同程度的變化(其中，吸附油漬時(shí)，其接觸角增大，拒水性能提升，而吸附泥漬時(shí)，接觸角減少，親水性能提升，拒水性能下降；洗消處理后，其接觸角又基本恢復(fù)至原狀，說(shuō)明對(duì)表面污漬進(jìn)行洗消處理，可保證消防服裝重復(fù)使用時(shí)的防護(hù)性能，增加使用頻次，延長(zhǎng)服裝使用壽命)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：1#、2#面料吸附污漬后，水滴滴落后所需動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間延長(zhǎng)。其中，吸附油漬所需的動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間大于吸附泥漬所需動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間。紗線吸附油漬后，其表面會(huì)形成一層油膜，使其表面光滑度增大，故水滴滴落時(shí)，穩(wěn)定性較差，需要更多的時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定；相反，吸附泥漬時(shí)(因泥漬屬于帶有一定電荷的污漬，會(huì)且以固體顆粒狀粘附在面料表面)，泥漬與滴落的水滴結(jié)合，相互之間有一定的斥力，只要較短的反應(yīng)時(shí)間便可達(dá)到平衡，故其水滴滴落所需平衡時(shí)間僅呈現(xiàn)輕微增加趨勢(shì)。對(duì)比吸附污漬的面料，洗消處理后的面料，接觸角和動(dòng)態(tài)平衡時(shí)間均能基本恢復(fù)至未吸附污漬時(shí)的狀態(tài)。這說(shuō)明織物吸附污漬后，若不進(jìn)行洗消處理而繼續(xù)使用，則會(huì)降低其拒水性能，影響其穿著舒適性，但洗消處理后，其拒水性能和穿著舒適性均可恢復(fù)至原始狀態(tài)。

表4 拒水性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.4 形貌特征

表5所示為污漬吸附與洗消處理前后的形貌特征觀測(cè)結(jié)果。由表5可知：未吸附污漬的織物表面紗線排列規(guī)整，經(jīng)緯紗線編織紋理結(jié)構(gòu)明顯，紗線間空隙較大；吸附污漬后，紗線間空隙明顯變小(尤其是3#100%阻燃棉面料)，但兩種污漬(油漬和泥漬)在面料表面的吸附形態(tài)不同(油漬滲透到纖維內(nèi)部后，纖維直徑明顯膨脹，纖維表面光滑；泥漬以顆粒狀粘附在面料表面、紗線表面或紗線間空隙、纖維表面或纖維間孔洞中，導(dǎo)致織物表面存在明顯的顆粒狀或者塊狀污漬。對(duì)比3種面料發(fā)現(xiàn)：100%阻燃棉面料對(duì)兩種污漬的吸附性能表現(xiàn)均為最優(yōu)，吸附量最多(這是因?yàn)樽枞济蘅椢锸敲蘩w維阻燃處理得到的，纖維內(nèi)部存在大量空隙，容納污漬的能力較強(qiáng)，而芳綸纖維分子排列規(guī)整、晶體結(jié)構(gòu)明顯、疏水性較強(qiáng)，吸附污漬能力相對(duì)較弱，故在同樣的吸附條件下，其吸附污漬的量相對(duì)較少)；洗消處理后，面料表面的規(guī)整度輕微下降，并出現(xiàn)了少量纖維端頭；在同樣的洗消條件下，吸附油漬的織物洗消后表面紗線更規(guī)整、光滑，斷裂破損現(xiàn)象較少，泥漬則相反。洗消是一個(gè)利用洗滌劑、水流、機(jī)械力等綜合作用將面料表面污漬從其載體(織物)表面剝離到洗消介質(zhì)(水)中的過(guò)程，其涉及各種機(jī)械外力(摩擦、纏繞、摔打等)的作用，很容易使面料表面出現(xiàn)磨損。這進(jìn)一步說(shuō)明開(kāi)展針對(duì)消防服裝洗消程序優(yōu)化研究的必要性。

表5 形貌特征觀測(cè)結(jié)果

3 結(jié)論

通過(guò)系統(tǒng)研究未吸附污漬、吸附污漬、洗消后，消防面料的阻燃性能、透氣性能、拒水性能和微觀形貌，發(fā)現(xiàn)：相比于未吸附污漬面料(原布)，吸附污漬面料的阻燃性能、透氣性能、拒水性能均呈現(xiàn)不同程度的變化，但洗消處理后，其阻燃性能、透氣性能、拒水性能又可基本恢復(fù)至未吸附狀態(tài)，說(shuō)明在日常救援過(guò)程中，消防面料沾染污漬后應(yīng)及時(shí)洗消，以便最大限度地保證其防護(hù)性能。吸附油漬的面料，阻燃性能、透氣性能在洗消后呈下降趨勢(shì)，拒水性能在洗消后呈上升趨勢(shì)；相反，吸附泥漬的面料，阻燃性能(續(xù)燃時(shí)間、陰燃時(shí)間、損毀長(zhǎng)度增加)、透氣性能和拒水性能在洗消后均呈現(xiàn)顯著的下降趨勢(shì)。對(duì)比同樣的吸附或洗消處理?xiàng)l件下不同面料的防護(hù)性能發(fā)現(xiàn)：芳綸1314和芳綸1414的阻燃性能拒水性能均優(yōu)于100%阻燃棉織物，說(shuō)明消防面料的防護(hù)性能不僅與是否吸附污漬、吸附污漬種類、是否洗消處理相關(guān)，而且與面料自身性能有關(guān)，尤其是纖維成分；不同污漬的吸附形式不同(油漬以滲透到纖維內(nèi)部形式存在，吸附污漬后的纖維膨脹，且面料表面光滑；泥漬以顆粒狀或者塊狀粘附在紗線表面或纖維空隙內(nèi)，面料表面較粗糙)。本文的研究結(jié)果既可有效解決消防服裝表面沉積污漬使其外觀貌似損傷，不可繼續(xù)使用，造成的使用壽命縮短或資源浪費(fèi)等問(wèn)題，也可為消防服裝吸附污漬后經(jīng)過(guò)合理洗消，便可重復(fù)使用的做法提供一定依據(jù)。