劉 紅,包 偉,丁雪梅，2，吳雄英

洗滌去污力測評方法評述

劉 紅1,包 偉1,丁雪梅1，2，吳雄英3

（1.東華大學服裝與藝術設計學院，上海，200051；2. 東華大學現代服裝設計與技術教育部重點實驗室，上海，200051；3.上海出入境檢驗檢疫局，上海，200135）

去污力是表征洗滌劑和洗滌設備性能的重要指標。文章介紹了常用去污力測評分析方法，并對比分析了不同測評方法的優(yōu)點和不足。目前去污力測評方法仍然以不同材質的污染布為主要研究對象，有效表征織物表面及內部污漬殘留與分布是研究的重點和熱點。最后，指出了測評方法的開發(fā)應與去污機理相結合，建立正確的去污模型。

洗滌；去污力；測評方法

去污力是表征洗滌劑和洗滌設備性能的重要指標之一。正確評價洗滌劑及洗滌設備去污效力，需要建立一套評價去污力的有效方法，用以篩選最佳洗滌劑配方和洗滌程序，也為研究去污機理提供行之有效的實驗方法。目前，對去污力的研究主要分為兩個方面：應用研究和理論研究。前者以模擬日常洗滌效果為主，采用實際污漬進行實驗，實驗結果全面、直觀地反應污漬的去除情況，注重實驗結果的直觀性和全面性。后者更注重理論模型的科學性和方法的可行性，將洗滌過程中的各種因素簡化，抽象為一個數學或物理模型，研究洗滌過程中主要的影響因素。

去污力測評方法已從單純測定污布污垢去除率發(fā)展到將去污與各種影響因素綜合考慮，如布基、洗滌劑濃度、洗滌條件對測評方法的準確性和穩(wěn)定性的影響[1-2]。根據實驗手段的不同，去污力評估方法可分為重量分析法、光學分析法、圖像分析法和放射化學法等。不同的方法應用背景、可靠性和合理性各有不同。

1 去污力測評方法

1.1 重量分析法

重量分析法是稱量洗滌前后污布質量，計算兩者差值即可得出污垢去除率。重量分析法簡單，易于操作，無需特制儀器。但是重量分析法會因洗滌前后污垢所含水分不同而產生誤差，因此，必須使污染布吸附足夠的污漬，且實驗前后必須烘干至恒重。此外，洗滌機械作用引起織物毛羽脫落，從而影響測量準確度。

1.2 光學分析法

光學分析法是基于物質對光的吸收和激發(fā)后光的發(fā)射所建立起來的一類方法，如基于發(fā)射原理的熒光分析，基于吸收原理的比色分析、比濁分析等，基于其他原理的電子顯微鏡分析。

（1）光學白度法

光學白度法是出現最早、持續(xù)時間最長的方法，也是目前國內和國際標準采用的去污力測試方法[3-4]。該方法主要是用白度計測定標準污染布污染前后及洗滌后的白度[5]，根據公式（1）計算洗滌效率：

式中：

D—洗凈率，%；Rw—污染布洗凈后反射率，%；RS—污染布洗凈前反射率，%；R0—原布反射率，%。

此外，《家用和類似用途電動洗衣機》中規(guī)定也可以使用K/S值計算織物的洗凈率。K/S值表示織物表觀色深或表面色深度，是衡量織物表面顏色深淺的指標。K/S值使用測試配色系統(tǒng)測出式樣的CIE L*a*b*數值，技術試樣在400～700nm波長內的K/S值，根據公式（2）計算洗凈率：

式中，D表示洗凈率，(K/S)S表示試樣未洗滌沾污時的K/S值，(K/S)W表示試樣洗滌后的K/S值，(K/S)0表示試樣未沾污時的K/S值。

光學白度法是使用最普遍的方法，原理簡單，儀器操作簡便，在一定程度上客觀地反映了洗滌劑的去污效率。然而，污染布的光吸收和散射數據并不能完全代表污漬含量和脫附量，已污染的污布的反射率和污漬含量并沒有直接關系[6]。研究表明，炭黑等深色污垢，洗滌前后白度值差異明顯，而某些油性或其他淺色污垢則對光的吸收和散射不敏感，因此，其脫附與否對白度值不會產生顯著影響[7]。此外，洗滌過程機械作用引起織物損傷，從而影響洗后織物表面反射率變化，因此，該方法不適用于研究因機械摩擦去污作用[8]。最后，表面反射率不能表征紗線內部污漬分布與殘留[9]。

（2）熒光分析法

熒光分析法是一種利用某些物質的熒光光譜特性來進行定性定量的分析方法。熒光分析多以紫外或可見光作為激發(fā)光源。Ruben和Serafim[8-10]等人使用具有較高消光系數和熒光量子的親脂性非水溶性化合物PM546為油脂染色，并用熒光顯微鏡觀察記錄污染布熒光強度變化，定量描述摩擦作用對污漬去除以及動態(tài)摩擦過程中污漬的分布，研究結果表明，熒光分析法可以定量分析織物表面及紗線間污漬分布與殘留（圖1）。圖1（a）中藍色斑點為紗線間油脂污漬的分布；圖1（b）為摩擦區(qū)域及摩擦區(qū)域熒光強度分布（油脂殘留量），其中，綠色區(qū)域表示摩擦區(qū)域，橙色區(qū)域表示油脂累積區(qū)域。

圖1 熒光強度分布

熒光分析法能夠實現污漬的定量描述，記錄不同時刻污漬的分布，便于研究不同洗滌條件和洗滌環(huán)境下的去污機理。然而熒光分析法需要制備含有熒光物質的污染布，并配合使用熒光顯微鏡記錄布基熒光強度變化，對設備需求較高。此外，曝光時間和激發(fā)光源也會影響污染布熒光強度，實驗時需要確定合適的曝光時間，選擇合適的激發(fā)光源。

（3）電子顯微鏡分析

電子顯微鏡能夠展示物件內部或表面結構及形態(tài)，可獲得樣品表面的高分辨率圖像，且圖像呈三維。非飽和油脂是人體分泌皮脂的重要組成部分，可以與四氧化鋨反應，生成物可以用作背反射電子顯微鏡分析的追蹤標記（圖2）。Obendorf[11]對不同洗滌條件下，三油精、甘油三酸酯、油酸和脂肪酸的分布進行評估，結果發(fā)現纖維內部剩余油脂最多，剩余油脂主要分布在纖維細褶皺和內腔中；化纖內部沒有油脂殘余，但是纖維空隙間殘余油脂較多。Arindam[12]等人用能量色散X射線顯微鏡分析確定油脂在棉織物內的分布，發(fā)現油脂污漬主要沉積在纖維的次生細胞壁和纖維內腔中。

電子顯微鏡能夠通過三維圖像清晰展示纖維表面及內部污漬分布形態(tài)，定性描述污漬去除效果，適用于污漬去除機理研究。但是電鏡樣品制備技術復雜，通常需要噴鍍碳和金屬，費用較高，不能定量的表征污垢去除，因此，主要應用于理論分析研究。

圖2 掃描電子顯微鏡不同油脂污漬洗滌前后位置分布

1.3 圖像分析法

（1）基于AATCC130的油脂污漬分析

AATCC130-2000：Soil Release: Oily Stain Release Method 是現行織物洗滌去污等級評價標準中最常用標準。該標準將污漬等級分為1～5級。測試評價時，觀察者將織物上殘留的污漬與標準樣照進行比對，在標準光源下對織物污漬殘留率進行評級。由于與標準樣照對比評級的方法具有主觀性，評級結果不穩(wěn)定（圖3）。

1996年，徐步高[13]等人提出了一種基于圖像分析的織物洗滌去污等級評價方法，在該方法中，首先采用分割算法檢測出織物圖像中油污區(qū)域并對該區(qū)域進行分割。對分割后的區(qū)域計算其灰度特征值和油污區(qū)域面積，擬合兩者及兩者比值與去污等級之間的方程。然后采用測試樣本檢驗去污等級方程的精度。結果表明，該方法和構建的系統(tǒng)可以實現織物洗滌等級的評價。

2009年，S. Kamalakannan[14]等人提出了一種基于統(tǒng)計參數Snakes模型的織物去污性能客觀評價方法。在其方法中，首先，Snakes 模型的可變輪廓線選擇采用壓力能（pressure energy）確定。然后，基于織物的統(tǒng)計信息可以實現紋理區(qū)域的精確分割，并根據油污殘留區(qū)域的大小評定洗滌去污等級。在S. Kamalakannan 的研究中，其重點討論了基于統(tǒng)計參數 Snakes 模型的織物去污性能客觀評價方法在并行通用圖形處理單元（GPGPU）上的運行速度。

2013年，沈菁[15]等人基于機器視覺的織物洗滌去污等級評價方法。方法一，采用掃描儀采集AATCC130-2000去污等級樣照，對5個等級的樣照油污區(qū)域亮度值與等級關系進行回歸分析，擬合得到亮度值-去污等級方程。在此基礎上，只需對試樣圖像進行亮度分析，將亮度值代入方程就可得出評價等級。通過研究發(fā)現AATCC130-2000標準的5級制評定存在著評級點對應亮度分布不均勻，在原有的5個等級之間需要增加0.5級、1.5級、3.5級。方法二，首先采用目視方法對洗滌后的750幅織物試樣進行評價，確定其洗滌去污等級，接著采用db6小波對該750幅織物試樣圖像進4層小波分解，提取高頻子帶小波系數的能量基特征1-范數和2-范數，并將其作為紋理特征，用紋理特征組成的特征向量構成特征矩陣，然后再分別選擇不同數量的樣本組成訓練樣本集和測試樣本集對BP神經網絡進行訓練和測試，并計算BP神經網絡的正確識別率以衡量其泛化能力。

圖3 AATCC 104 油脂污漬標準樣照

由于AATCC標準樣照僅適用于油脂污漬殘留評估，不適合其他污漬如炭黑、蛋白質等，因此應用比較局限，且人工評級周期長，穩(wěn)定性差，應用范圍有限。圖像識別技術主要基于AATCC進行研究，能夠客觀迅速為污漬評級，但受到標準自身限制，圖像識別在去污效果中的應用主要以油脂污漬為主。

（2）污漬色彩分析

Muir等人[16]用蘇丹紅染料標記豬油污漬，借助顯微鏡記錄污染布顏色變化，基于圖像分析，實時反映洗凈程度。研究中假設散射主要發(fā)生在污漬-織物界面，而污漬的去除不會影響紗線的散射，因此，光吸收和反射的路徑長度的變化是污染布污漬厚度變化的兩倍，通過計算光學路徑長度能夠預測污染布表面污漬去除效率。

實驗時，需要先測量特定厚度污漬的光衰減系數，根據紅光區(qū)域和藍光區(qū)域衰減系數差異（圖4（a）），計算洗滌過程中豬油污漬厚度層變化，公式（3）如下：

式（3）中，l'(t)表示入射光光學路徑變化，αR表示紅光平均衰減系數，αB表示藍光衰減系數，C（l,t）表示顏色測量值，C'（l,t）表示顏色測量值的衍生物。其中定義C值為測量平均值與標準差兩倍之和，圖4（b）展示了不同洗滌水流下污漬厚度層隨時間的變化。

基于時間的污漬色彩分析，能夠實時反映不同條件下污染布表面污漬去除情況，定量表征污漬去除動力學過程，對開展去污機理研究十分有利。但該方法忽略污漬-水界面光散射，實驗精度有待考證。此外，圖像分析只能表征表面污漬去除情況，并不能表征紗線和纖維內沉積污漬的去除。

1.4 放射化學法

同位素示蹤法評估污垢的去除效果主要有兩種方式，一種是配置含有放射性同位素的污染液，利用示蹤原子放出的射線強度來決定污垢的去除率；另一種是標記表面活性劑，測定洗滌劑溶液在織物上的吸附量。Harris[17]等人研究了用表面活性劑去除金屬表面的14C酰胺的去污率。Lambert[18]用放射性鈣作為示蹤劑，研究了洗滌過程中鈣和棉的吸附和交換，通過測定已吸附的鈣含量來得到吸附的洗滌劑含量。

圖4 豬油污漬藍光區(qū)域和紅光區(qū)域衰減系數差異（a）和不同水流污漬厚度隨時間變化（b）

示蹤原子法操作簡單，實驗規(guī)模小，靈敏度高，可直接測定吸附量和脫附量大小。但是原子示蹤法沒有克服污布制作不均勻導致的偏差，且示蹤法使用的儀器也比較復雜和昂貴，不易普及。

1.5 其他方法

除了上述主要方法外，國外有些研究者也采用電化學分析法和光吸收法測定污漬的去除效率。電化學分析法主要是在洗滌過程中測試污染液的導電性，能夠測定去污的動態(tài)平衡和去污的動力學過程，適合研究洗滌過程中物質傳輸效率以及不同洗滌條件對污漬脫附和吸附效率的影響[19-20]，電化學分析法精度高，數據處理簡單，但是測試前通常需要用硫酸鎂或氯化鉀等溶液浸漬陪洗布或污染布，如何保證充分浸潤是制約電導法準確性的主要問題。光吸收法測定洗滌前后溶液的光吸收值，繪制標準曲線，再將光吸收值轉換成溶液濃度值。但是光吸收法有一定的局限性，對溶液的濃度和吸光性能要求較高。

2 結語

綜上所述，目前采用的各種評價去污方法各有優(yōu)劣，仍有需要改進的地方。

去污方法評價對象以污染布為主，其次為污染液中污漬濃度變化。因此，需要進一步研究污染布的染制方法和工藝，保證污染布染色均勻性和穩(wěn)定性。

熒光分析法、污漬色彩分析和電導法能夠反映污漬去除的動力學過程，對于去污機理的研究非常有利。

光學白度計法是目前最為成熟，應用最為廣泛的去污測評方法，但是該方法一方面不能有效監(jiān)測殘留在織物內部的污漬，另一方面洗滌機械作用引起的織物表面損傷也會影響表面反射率，并不能真實反映污漬的殘留和分布，對去污機理的解釋目前還停留在不同因素對去污效果的影響上，應將去污機理與去污分析方法的研究結合起來。

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A Review on the Measurement Methods of Detergency

Liu Hong1, Bao Wei2, Ding Xuemei1,2, Wu Xiongying3

(1.Donghua University, Shanghai200051; 2. Key Laboratory of Clothing Design & Technology (Donghua University), Ministry of Education, Shanghai200051;3.Shanghai Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Shanghai200135)

Detergency is still one of the most important indicators representing the performance of surfactants and washing equipments. This paper summarizes the common measurement methods of detergency and evaluates the merits and demerits of diverse methods. Recent researches pay more attention on how to detect stains located in intra-yarn and the surface of the cloth. Finally, the development of new measurements of detergency should be based on the soil removal mechanism to establish anaccurate soil - removing model.

washing; detergency; evaluation methods

TQ649

A

1672-2703（2017）06-53-07

劉紅女士，博士研究生，主要研究方向：家庭滾筒洗滌動力學及洗滌機械作用對織物洗后性能的影響。E-mail：liuhong1124@163.com。