CN105628563B - 洗涤剂对织物去污力快速测试方法及其测试装置 - Google Patents

Abstract

一种洗涤剂对织物去污力快速测试的方法，根据导出公式r²＝kt，其中，r为洗涤剂液体在油污布上的渗透扩散圆边缘半径，t为渗透扩散的时间，k为去污指数，k越大，去污力越强，洗涤效果就越好。将待测油污织物用铁箍绷紧在一个圆圈上，将待测的洗涤剂按照规定的浓度制成洗涤液，按照规定的流量将洗涤液滴在油污布上，通过CCD摄像头采集洗涤剂液体渗透扩散图像，计算机内存储的测试软件会求出k值和线性的相关系数R值；装置是由储液罐、滴液管、滴液针头、污布固定圈及支撑桶座、底部灯光、CCD图像传感器、测试箱和计算机等组成，该计算机内存有相关测试软件。本发明可以适用于任何一种洗涤剂对任何一种液体油污的去污力快速测试。

Description

洗涤剂对织物去污力快速测试方法及其测试装置

一、技术领域：

本发明属于纺织测试技术领域，尤其是一种洗涤剂对织物去污力快速测试方法及其测试装置。

二、背景技术：

纺织品在生产过程以及在服用当中会遇到各种各样的污渍，如生产中有机械润滑油、运输过程中有各种汽油、日常穿着或使用时也会沾到食用油等等，为了洗掉衣服上的各种油污，洗涤剂生产厂家研制生产出了许多种类的洗衣粉、洗衣液等洗涤剂产品。如何测试一种洗涤剂的去污效果是十分重要的，不仅对于洗涤剂生产厂家改进洗涤剂的质量有重要的指导意义，而且对于质检部门评价洗涤剂产品质量有重要的价值，对于用户选择合适的洗涤剂也有重要的意义。

目前应用的去污力测定方法有三种：一是人工污垢法，二是天然污垢法，三是消费者使用试验。不少国家的标准方法和ISO均采用人工污垢沾污来测定去污力。

(1)人工污垢法

该法采用模拟实际污垢的方法配制人工污垢。将符合规定标准的棉布洁净、干燥，按规定配制污垢染液。

我国在GB/T13174-2008衣料用洗涤剂去污力及循环洗涤性能的测定中，规定了一些标准，包括白布处理、碳黑油污制备、蛋白污布、皮脂污布的制作方法，油污布染制步骤，白度测量，硬水配制，洗涤试验等，最后按规定的公式求出相对标准洗衣粉的去污比值作为测定结果，这些步骤多数都是由操作人员手工方法进行的。方法存在大量的随机因素，所以难于给予准确的评价。现行去污力测定方法求得的不是去污力的绝对值，而是对比性试验结果，该方法所得的测定结果的紧密度取决于测定过程中形成的随机误差，为了提高测定结果的精密度，减少测定结果的随机误差，因此要严格掌握每个操作步骤的细则。测定方法是采用光学白度法，把制作好的人工污布放到立式去污试验机里，使用标准洗衣粉洗涤油污布，使用白度计进行测量来评定去污力。其原理是使污布在一定温度和一定条件下旋转，污布受到机械作用而使污垢脱离。人工污垢法只是对实际洗涤体系的综合模拟，难以代表具体织物和油污体系，因为去污力影响因素非常复杂，包括纤维、油污和洗涤剂的化学结构和组成、织物的几何结构等等，单用一种污布是不能代表种类众多的织物和油污的。

上述利用白度法进行去污力检测的优点在于原理简单，使用仪器少，易于操作，无需辅助设备，在反映去污力上比较客观。该法适合粗略评价表面活性剂去污力的常规分析手段。

不足之处在于：①误差范围较大，常常达到或超过15％，而15％的去污力差值是精确评价两种洗涤剂或者表面活性剂的基本要求；②使用污布的白度法精确度较差，原因在于污布的经纬度的一致性很难，经过污染的布样白度的差值一般均大于10％，这是白度法最致命的弱点；③不能如实地、有效地反映各种污垢从基质上的去除率，对于碳黑污垢，去除污垢前后白度差别比较明显，但对于某些油性污垢则不大敏感，这是因为某些油性污垢颜色太浅。如脂肪污垢则不大敏感，这是因为某些油性污垢的场合，白度测定法就是显得不太有利；④准备工作量大，周期长，不适于作快速分析。

(2)自然污垢法

用人工污垢法测定的去污力与实际情况有差异，所以想贴近实际就使用自然污垢法。

该法是将织物实际穿着沾污后洗涤，评价去污力。自然污染布的调制方法是用白衬衫假领子(由两块白布做成)，缝在工作服衣领上。穿一星期后，脖颈上的污垢粘附在假领上，收集大量污染假领，进行洗涤实验。将假领左右二片拆开，编上同样号码，用不同洗涤剂作对比试验，用不同季节，不同穿着时间得到的假领做洗涤力评价。

自然污垢法易受人为因素干扰，评价数据的不确定性大，试验的时间比较长、工作量大，所以一般作为特定的参考方法。

(3)消费者使用试验法

消费者使用试验法是洗涤剂产品推出市场之前或者是之后通过使用其产品的消费者的使用报告来评价该产品的洗涤性能，但是这里面存在很大的随机因素，例如在用量，水温，时间等的掌握上，普通消费者并没有一个很精确体系和实验条件，这样对洗涤剂去污测定评价是非常不准确的。

本发明是一种全新的去污测定方法，与原有AATCC、国标等只能评价综合效果的视角不同，而是一种能够快速测定某一种洗涤剂对某一种油污的去污力的方法。测试一个样只需几分钟，而且重复性好，误差小。这样可以使洗涤剂生产厂家研制出针对某种油污具有超强洗涤效果的洗涤剂，也可以使用户根据服装油污的重量选择有效的洗涤剂，例如，石油工人的服装，车工的服装，司机的服装等等。

(4)织物污垢去除原理

织物上的污垢可分为三类：

(1)固体污垢：常见的固体污垢有灰、泥、土、铁锈和碳黑等颗粒。这些颗粒表面大多带有电荷，多数为负电，容易吸附在纤维物品上。一般固体污垢较难溶于水，但可被洗涤剂水溶液分散、悬浮，固体污垢比较容易去除。

(2)液体污垢：液体污垢大都是油溶性的，包括动植物油、脂肪酸、脂肪醇、矿物油及其氧化物等。其中动植物油、脂肪酸类能与碱发生皂化作用，而脂肪醇、矿物油则不为碱所皂化，但能溶于醇、醚和烃类有机溶剂，并被洗涤剂水溶液乳化和分散。油溶性液体污垢一般与纤维物品具有较强的作用力，在纤维上吸附得较为牢固。

(3)特殊污垢：蛋白质、淀粉、血、人体分泌物如汗、皮脂以及果汁、茶汁等就属于这一种。这类污垢大多能通过化学作用而较强的吸附在纤维物品上，故洗涤起来比较困难。

本发明主要针对与润湿和毛细作用有关的液体油污，而与静电、沉降关联的固体污物则不考虑。

洗涤剂的主要成分是表面活性剂，洗涤剂使用的表面活性剂大多数是阴离子型和非离子型的表面活性剂，主要有烷基苯磺酸钠、烷基硫酸盐、仲烷基磺酸钠等等。当前世界普通采用的是直链C₁₁～C₁₃烷的线性烷基苯磺酸钠，因其生物降解性显著。

将表面活性剂加入水中，可以大大降低表面张力，从而使表面活性剂溶液润湿污垢，这是洗涤作用重要的一步，并且必须在洗净作用完成前产生。然后，根据污垢的不同，所使用的表面活性剂、温度和机械作用的不同，有不同的去污机理。有卷缩机理、乳化作用、增溶作用等。

油污垢的表面张力很低，往往可润湿大部分织物，在织物表面上扩散成或大或小的油膜层。要去除油性污垢，首先就要润湿织物及其附着的油污，也即由洗涤剂置换织物和油膜表面的空气，使织物和油膜直接与洗涤剂接触。油污污垢原来是以铺开的油膜形式存在与表面上，在洗涤剂对纤维表面有优先润湿作用下，油膜逐渐卷缩成为油珠，被洗涤剂替换下来，在一定外力作用下最终离开表面，悬浮于洗涤浴中，再通过乳化作用和增溶作用，通过机械作用，把油膜分散成小油珠，从织物进入洗涤液中。

三、发明内容：

织物中的孔洞缝隙会影响液体在织物上的渗透速度和渗透深度，织物中孔洞缝隙形态各异，大小不一，种类繁多，按孔洞横向尺寸基本可区分为三个层次：第一，纤维内的空腔(如棉、麻的中腔、粗纤维的毛髓、中空纤维的中腔等)，尺寸较小(1～100nm)，基本上属于非贯通性的，及各类原纤(基原纤、微原纤、原纤、巨原纤)之间的孔洞缝隙：尺寸较大(横向尺寸0.05～0.6μm)，相当一部分是贯通性的；第二，纱线内纤维间的孔洞缝隙：横向尺寸一般在0.2～200μm，大部分在1～60μm，基本上都是贯通性的孔洞；第三，织物中纱线间的孔洞缝隙：横向尺寸一般在20～1000μm，少数特别稀疏的织物更大。某些挤紧织物这些孔洞是非贯通性的，一般织物是贯通性的。

当液体滴在织物上时，液体就在织物上渗透扩散。根据Washburn方程：

式中l——在时间为t时液体所渗透的毛细管长度(m)；

t——渗透时间(s)；

R——毛细管半径(m)；本实验中织物的孔径。

γ——液体表面张力(N/m)；

θ——液体与毛细管壁的接触角(°)；

η——液体的粘度系数(Pa·s)；

把公式求偏导数并整理可得到：

l²＝kt (2)

其中：

我们将κ定义为渗透系数，渗透速度与接触角θ、液体表面张力γ、液体粘度η及织物孔径R有关，对于同一织物孔径结构相同，所以渗透系数决定于另外三个参数。

从式(3)中可以看出，当织物孔径R、液体的表面能γ和液体粘度η一定时，渗透系数κ就可用接触角θ表示。

当θ＝0°时，渗透系数κ获得最大值。

当0<θ≤90°时，θ越小，κ越大，说明渗透系数越大。

当90°<θ≤180°时，液体不润湿固体，此时，液体不产生毛细效应的渗透。

对织物去污性能测定主要是根据卷缩去污机理。在洗涤剂没有滴入污布之前，织物的界面就是污布的油污-空气。当洗涤剂滴到污布上时，由于表面活性剂的渗透作用，表面活性剂先把毛细管内的空气赶出外面，然后与油污接触，因此表面活性剂的吸附作用改变了原来的接触角，界面发生了变化，接触角由原来浸油时的油-空气界面转化为洗涤剂溶液-油-空气界面。通过洗涤剂渗透前沿与油及孔壁的界面吸附，三相界面能量和形状发生变化，在油一方的凹液面变为凸液面，也就是说油产生了卷缩，这就是卷缩机理。根据Laplace方程，若液面是弯曲的，液体内部的压力与液体外的压力就会不同，在液面两边就会产生压力差，这个压力差使毛细孔中的洗涤剂在凹液面的拉动下不断前进和驱赶油污液导致了在卷缩机理作用下洗涤剂顶替已经占据毛细孔的油污。显然，渗透系数κ越大，顶替作用就越强，洗涤效果就越好，渗透系数κ越大，接触角越小，润湿能力就好，洗涤能力就强。

本发明根据以上理论提供一种洗涤剂对织物去污力快速测试的方法，其特征在于，根据Washburn方程导出的公式l²＝kt，当洗涤剂液体滴在油污布上时，洗涤剂液体在驱赶油污的同时在织物的部门和毛细孔中扩散，其扩散痕迹形成一个圆，扩散圆的半径r即为公式(2)中的l,所以公式(2)可以写成：r²＝kt；将渗透系数κ定义为去污指数，κ越大，去污力越强，洗涤效果就越好。

1.一种洗涤剂对织物去污力快速测试的方法，其特征在于，根据Washburn方程导出公式r²＝kt，其中，r为洗涤剂液体在油污布上的渗透扩散圆边缘半径，t为渗透扩散的时间，k为去污指数，κ越大，去污力越强，洗涤效果就越好。

2.根据权利要求1所述的洗涤剂对织物去污力快速测试的方法，其特征在于，该测试方法可以适用于任何一种洗涤剂对任何一种液体油污的去污力测试。

3.根据权利要求1所述的洗涤剂对织物去污力快速测试的方法，其特征在于，测试方法包括以下步骤：

第一步：选择测试织物：根据GB/T13174-2008选择棉白布作为测试织物，将棉白布沿经纬线裁成20cm×20cm的长方形布块，加入滚筒洗衣机中，用自来水按洗衣机标准洗涤模式进行洗涤，甩干后，再用去离子水加热洗涤30min,洗涤温度为60℃左右，甩干后经烘干机展平烘干，用于测定；

第二步：油污布的制作：首先将待测织物用铁箍绷紧在一个直径为12cm的圆圈上，对于每种不同的待测油污，都使用点染的方式用胶头滴管吸取5毫升，将油污均匀地滴在已经平铺而且绷紧的圆圈内，让油污自然均匀地在布样上平铺展开，让其搁置8个小时以备用；

第三步：硬水配制：试验中配制洗涤剂溶液采用以CaCO₃表示的250mg/kg硬水，Ca²⁺与Mg²⁺摩尔比为6：4，配制方法如下：称取1.67g氯化钙和2.04g氧化镁,配制1.0L,即为2500mg/kg硬水，使用时，取20mL冲至200mL即为250mg/kg硬水；

第四步：测试洗涤剂配制：选择要测试的洗衣粉，浓度统一采用0.2g/l；配制200ml的溶液，按照0.2g/l计算，那么需要放入0.04g洗衣粉；在40℃到60℃的水浴中进行加热，使其快速溶解；

第五步：将配制好的洗涤剂倒入储液罐1中，调节流量调节钮2，控制液体单位时间的流出量；将污布固定圈6水平放置在底座圆桶7上并紧扣在固定槽内；调好滴液针头出口距布面的距离；打开电源开关，底部灯光亮；打开计算机和测试软件，选择总测试时间；点击开始测试按钮，计算机会自动同时打开滴液电子开关和摄像头，并同时工作；通过CCD摄像头采集洗涤剂液体渗透扩散图像进入计算机，并显示在屏幕上，计算机内存储的洗涤剂去污力测试软件会每隔一定时间截取一张图像，从图像信息提取出液体扩散圆的纵横向直径，求出该半径的平方与时间的拟合直线图，并求出k值和线性的相关系数R值；k值代表液体的去污指数，k值越大，说明洗涤剂的去污力越强。

4.一种实现如权利要求1所述的洗涤剂对织物去污力快速测试方法的测试装置，其特征在于：它包括由储液罐1及流量调节钮2、电子开关3、滴液管4、滴液针头5、污布固定圈6及支撑桶座7、底部灯光8、CCD图像传感器9、测试箱10和与测试箱数据端连接的计算机11；该计算机11的存储器内有图像处理及去污力测试计算软件。

5.如权利要求1所述的洗涤剂对织物去污力快速测试方法的测试装置，其特征在于：储液罐1的底部有一个流量调节钮2，共5档控制液体单位时间的流出量；电子开关3可以控制液体的流出与关闭；滴液针头的内径从0.1-1mm可选；滴液针头出口距布面0-30mm可调；计算机11内的图像处理及去污力测试计算软件可以由CCD图像传感器9输入的数据信息，可同步将洗涤剂液体在污布布面渗透扩散的图像显示在显示屏上，图像处理软件会每隔一定时间截取一张图像，并用图像处理器处理图片，剪切图片，放大图片，框出图片上的液体扩散的圆的痕迹，读出扩散圆的x轴和y轴的半径r，求平均值，采用软件的线性拟合工具，画出这些数值的拟合直线图，求出去污指数k值和线性相关系数R值。

附图说明

图1为本发明的洗涤剂对织物去污力快速测试装置示意图

图1中，1--储液罐，2--流量调节钮，3--电子开关，4--滴液管，5--滴液针头，6--污布固定圈，7--支撑桶座，9--底部灯光，9--CCD图像传感器，10--测试箱，11--计算机及打印机；

图2为箱体立体示意图

图2中，10—箱体，101—CCD摄像头的上罩盖，102--储液罐入液口，103—箱门，104--污布固定圈底座槽，105—测试按钮，106—电源开关；

图3为定时截取的图像示意图

图4为洗涤剂液体扩散纵横向直径测试示意图

图5为洗涤剂液体扩散圆直径与时间拟合直线示意图

四、具体实施方式：

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例作详细说明如下。

实施例1

根据GB/T13174-2008选择棉白布作为测试织物，将棉白布沿经纬线裁成20cm×20cm的长方形布块，加入滚筒洗衣机中，用自来水按洗衣机标准洗涤模式进行洗涤，甩干后，再用去离子水加热洗涤30min,洗涤温度为60℃左右，甩干后经烘干机展平烘干，用于测定；首先将待测织物用铁箍绷紧在一个直径为12cm的圆圈上，选择美孚1号全合成机油SN5W-30，用胶头滴管吸取5毫升，将油污均匀地滴在已经平铺而且绷紧的圆圈内，让油污自然均匀地在布样上平铺展开，让其搁置8个小时以备用；抽取以CaCO₃表示的250mg/kg硬水200mL；选择洁霸无磷洗衣粉0.04g，洗衣粉浓度为0.2g/l；在40℃到60℃的水浴中进行加热，使其快速溶解；将配制好的洗涤剂倒入储液罐1中，调节流量调节钮2到第四档，使流量为80滴/min；调节滴液针头出口距布面的距离为10mm，打开底部灯光，选择总测试时间为135s；点击开始测试按钮，滴液管和摄像头同时开始工作；图像处理软件会每隔15秒截取一张图像，分别截取第15s、30s、45s、60s、75s、90s、105s、120s、135s共9张图像，最后用图像处理器处理图片，然后利用系统读出扩散圆的纵横向直径，记录数值；采用软件的线性拟合工具，求出这些数值的拟合直线图，求出k值为1.09×10^-3m²/s和线性的相关系数R²值为0.987。为此得到洁霸无磷洗衣粉对机油的去污力参数k，k值越大，去污力越强。

Claims (4)

1.一种洗涤剂对织物去污力快速测试的方法，其特征在于，测试方法包括以下步骤：

第一步：选择测试织物：根据GB/T13174-2008选择棉白布作为测试织物，将棉白布沿经纬线裁成20cm×20cm的长方形布块，加入滚筒洗衣机中，用自来水按洗衣机标准洗涤模式进行洗涤，甩干后，再用去离子水加热洗涤30min,洗涤温度为60℃，甩干后经烘干机展平烘干，用于测定；

第二步：油污布的制作：首先将待测织物用铁箍绷紧在一个直径为12cm的圆圈上，对于每种不同的待测油污，都使用点染的方式用胶头滴管吸取5毫升，将油污均匀地滴在已经平铺而且绷紧的圆圈内，让油污自然均匀地在布样上平铺展开，让其搁置8个小时以备用；

第三步：硬水配制：试验中配制洗涤剂溶液采用以CaCO₃表示的250mg/kg硬水，Ca²⁺与Mg^{2 +}摩尔比为6:4，配制方法如下：称取1.67g氯化钙和2.04g氧化镁,配制1.0L，即为2500mg/kg硬水，使用时，取20mL冲至200mL即为250mg/kg硬水；

第四步：测试洗涤剂配制：选择要测试的洗衣粉，浓度统一采用0.2g/l；配制200ml的溶液，按照0.2g/l计算，那么需要放入0.04g洗衣粉；在40℃到60℃的水浴中进行加热，使其快速溶解；

第五步：将配制好的洗涤剂倒入储液罐(1)中，调节流量调节钮(2)，控制液体单位时间的流出量；将污布固定圈(6)水平放置在底座圆桶(7)上并紧扣在固定槽内；调好滴液针头出口距布面的距离；打开电源开关，底部灯光亮；打开计算机和测试软件，选择总测试时间；点击开始测试按钮，计算机会自动同时打开滴液电子开关和摄像头，并同时工作；通过CCD摄像头采集洗涤剂液体渗透扩散图像进入计算机，并显示在屏幕上，计算机内存储的洗涤剂去污力测试软件会每隔一定时间截取一张图像，从图像信息提取出液体扩散圆的纵横向直径，求出该半径的平方与时间的拟合直线图，并求出k值和线性的相关系数R值；k值代表液体的去污指数，k值越大，说明洗涤剂的去污力越强。

2.一种实现如权利要求1所述的洗涤剂对织物去污力快速测试方法的测试装置，其特征在于：它包括由储液罐1及流量调节钮(2)、电子开关(3)、滴液管(4)、滴液针头(5)、污布固定圈(6)及支撑桶座(7)、底部灯光(8)、CCD图像传感器(9)、测试箱(10)和与测试箱数据端连接的计算机(11)；该计算机(11)的存储器内有图像处理及去污力测试计算软件。

3.如权利要求2所述测试装置，其特征在于：储液罐1的底部有一个流量调节钮2，共5档控制液体单位时间的流出量；电子开关(3)可以控制液体的流出与关闭；滴液针头的内径从0.1-1mm可选；滴液针头出口距布面0-30mm可调；计算机(11)内的图像处理及去污力测试计算软件可以由CCD图像传感器(9)输入的数据信息，可同步将洗涤剂液体在污布布面渗透扩散的图像显示在显示屏上，图像处理软件会每隔一定时间截取一张图像，并用图像处理器处理图片，剪切图片，放大图片，框出图片上的液体扩散的圆的痕迹，读出扩散圆的x轴和y轴的半径r，求平均值，采用软件的线性拟合工具，画出这些数值的拟合直线图，求出去污指数k值和线性相关系数R值。

4.如权利要求2所述的测试装置，其特征在于：该测试箱的箱体(10)由箱门(103)，测试按钮(105)，电源开关(106)组成；当电源开关(106)打开时，底部灯光(8)就照亮，当按下测试按钮(105)时，电子开关(3)打开，液体流出，同时CCD图像传感器(9)开始摄取图像并输入计算机，当达到设定的测试时间后，电子开关(3)和CCD图像传感器(9)自动关闭。