曹雪嬌, 何 濤, 常付榮, 凌 雪, 韋玉輝,3

(1.安徽工程大學(xué) 紡織服裝學(xué)院, 安徽 蕪湖 241000; 2. 浙江理工大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院(國際絲綢學(xué)院),浙江 杭州 310018; 3.安徽蘇立科技股份有限公司, 安徽 蕪湖 241000)

棉織物以優(yōu)良的服用性能成為最常用的面料之一,廣泛用于服裝面料、裝飾織物和產(chǎn)業(yè)用織物。然而,良好的吸濕性使得棉織物很容易沾染環(huán)境中的液態(tài)污漬,水分蒸發(fā)后,污漬含有的色素會沉積在織物上改變織物原有的色澤,使其外觀受到影響,降低棉織物的服用性能[1-3]。目前,對棉織物的研究主要集中在功能改性、纖維復(fù)合、染色固色、功能整理等方面[4-6],而關(guān)于棉織物表面色澤類污漬的吸附脫附、洗護處理等方面的研究報道甚少。對于污漬,血漬與藥漬污染棉織物后易形成頑固性污漬,難以洗凈,極大地影響織物的服用性能及使用壽命,因此,本文選擇這兩種污漬開展研究。

為探究棉織物表面色澤類污漬清洗效果的影響因素,本文從洗滌劑與洗滌方式兩個方面來開展系統(tǒng)研究。在洗滌劑方面,選擇一種非離子表面活性劑、兩種陰離子表面活性劑[7]做主洗劑,四種生物酶[8, 9]作為輔助成分;在洗滌方式方面,引入超聲波與微納米氣泡[10]兩種新型洗滌方式。

1 實驗

1.1 實驗材料與儀器

1.1.1 實驗材料

織物:全棉平紋機織物,克重為190 g/m2,厚度為0.37 mm,密度為240×260根/10cm。

污漬:人工血液(紅色,工業(yè)級,東莞市創(chuàng)峰自動化科技有限公司);板藍根沖劑(棕色,食品級,阿里健康大藥房)

藥品:經(jīng)調(diào)研與文獻收集(文獻[11]-文獻[13]),確定了洗滌劑的主要成分見表1。

表1 洗滌劑的主要成分

1.1.2 實驗儀器

YH-C30001高精度電子天平(三豐精密量儀(廣東)有限公司)、SHA-BA水浴恒溫振蕩器(常州市國旺儀器制造有限公司)、WSB-3A智能數(shù)字白度測試儀(溫州百恩儀器有限公司)、DF101S磁力攪拌器(上海予英儀器有限公司)、VGT-1860QTD超聲波清洗機(深圳市春霖超聲波科技有限公司)、LX-Q6824微納米氣泡(重慶鑫鄉(xiāng)科技有限公司)、家用渦輪洗滌器、SEM3200電鏡掃描儀(國儀量子技術(shù)股份有限公司)。

1.2 實驗過程

1.2.1 污漬布的制備

紅色污染液的制備:將人工血液與去離子水按照1:2比例混合制成血漬污染液。

棕色污染液的制備:將板藍根沖劑與100 ℃熱水按照1:20比例混合并攪拌至完全溶解得到藥漬污染液。

污漬布的制備:常溫條件下, 將不銹鋼托盤放置在水平工作臺上,倒入配制好的污染液,戴上手套, 把試樣放入污染液中至完全浸沒。浸泡10 min后取出,自然晾干即可。

1.2.2 洗滌劑的配制

將一定量的純凈水加入燒杯,并置于水浴鍋中,在60～65 ℃溫度下不斷攪拌,并逐步加入表面活性劑(酶與烷基酚聚氧乙烯醚OP-10須冷卻至室溫后添加)等成分,待一種成分全部溶解后再加入其他成分,直至所有成分溶解。配制完成后測定溶液PH是否為中性,若是,則將其轉(zhuǎn)移至離心管中并置于無光、陰涼處保存;若不是,則利用檸檬酸鈉調(diào)整,直至為中性。最終配置的洗滌劑中表面活性劑含量為20%、助劑含量為5%、酶含量為1 000 μ/g、其他組分總含量小于5%。

1.2.3 清洗實驗

本文選擇不同的洗滌方式、洗滌劑配方做單因素實驗。單因素實驗具體變量設(shè)計如表2所示。

表2 單因素實驗變量表

針對每種污染布,先進行洗滌劑配方的單因素實驗(洗滌方式預(yù)設(shè)為a,溫度為40 ℃,轉(zhuǎn)速為1 000 r/min,主洗次數(shù)為1次,主洗時間為30 min,主洗浴比為1:10,洗滌劑用量為1 g/L,漂洗次數(shù)為2次,漂洗浴比為1:30[14]),以獲得不同污漬對應(yīng)的清洗效果最好的洗滌劑配方。之后,再進行洗滌方式的單因素實驗(超聲波為40 khz,微納米氣泡泡量為25 mg/L,其余條件與洗滌劑配方的單因素實驗相同[10]),獲得不同污漬對應(yīng)的洗滌效果最好的洗滌方式。

1.3 測評指標(biāo)

1.3.1 洗凈率

采用白度測試儀對污染布洗滌前后的白度進行測試,并利用公式(1)計算洗凈率:

(1)

式中:R0為標(biāo)準(zhǔn)白布污染前的反射率;R為洗滌前污染布的反射率;R1為洗滌后污染布的反射率。

1.3.2 磨損率

通過高倍攝像機拍攝洗滌后織物的表面,以判斷磨損程度。

1.3.3 形貌特征

采用SEM3200電鏡掃描儀對洗滌前后面料的形貌特征進行觀測,對比分析織物的形態(tài)變化。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 洗凈率

圖1所示為不同洗滌劑配方對兩種污染布洗凈率影響的實驗結(jié)果,其中A、B、C三組為單一的表面活性劑加助劑配方,后六組為表面活性劑加酶復(fù)配配方,具體詳見表2。

圖1 洗滌劑配方的清洗效果

由圖1可知,對于紅色血漬來說,加酶的洗滌劑配方表現(xiàn)較好,除E外均高于前三組單一配方;對于棕色藥漬而言,配方D、E洗凈率較高,F表現(xiàn)最佳,G、H、I的洗凈效果與單一表面活性劑加助劑配方相比基本持平僅略有提升。整體而言,無論是紅色血漬還是棕色藥漬,配方F的洗凈率均最好,配方D次之。這說明,對于紅色血漬,從單一表面活性劑加助劑配方來看,非離子表面活性劑比陰離子表面活性劑去污能力強;從復(fù)配酶之后的配方(D、H、I)來看,去污能力依次為十二烷基苯磺酸鈉LAS>非離子表面活性劑>脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉AES;在以非離子表面活性劑做主洗劑的含酶配方(D、E、F、G)中,洗凈率依次為脂肪酶>堿性蛋白酶>纖維素酶>菠蘿蛋白酶。原因可能是,所用血漬材料為人工合成血液,含有大量的染料及表面活性劑,從實驗結(jié)果可推測,十二烷基苯磺酸鈉LAS與異構(gòu)醇醚對該類染料及表面活性劑有較好的乳化、溶解效果,同時脂肪酶以及堿性蛋白酶會與合成血液中的表面活性劑產(chǎn)生較為強烈的化學(xué)反應(yīng),從而促進紅色血漬的去除。對于棕色藥漬,從單一表面活性劑加助劑配方來看,非離子表面活性劑與十二烷基苯磺酸鈉LAS的去污能力基本持平,均強于脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉AES;從復(fù)配酶之后的配方(D、H、I)來看,去污能力大小依次為非離子表面活性劑>十二烷基苯磺酸鈉LAS>脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉AES;在以非離子表面活性劑做主洗劑的含酶配方(D、E、F、G)中,洗凈率大小依次為脂肪酶>堿性蛋白酶>菠蘿蛋白酶>纖維素酶。主要原因是,所用藥漬材料為板藍根顆粒,非離子表面活性劑對板藍根顆粒中的有機酸類(棕櫚酸、苯甲酸等)、含硫類化合物(告依春、表告依春等)以及芥子苷類化合物有較為不錯的清洗效果,脂肪酶除能促進表面活性劑起作用外還能對板藍根顆粒中的吲哚類與喹唑類化合物起到針對性清洗作用,故整體的洗凈率較為不錯。

圖2所示為不同洗滌方式對兩種污染布洗凈率效果影響的實驗結(jié)果,洗滌配方選用清洗效果最佳的配方F,其中a為洗衣機,b為微納米氣泡,c為超聲波,d為洗衣機+微納米氣泡,e為洗衣機+超聲波,詳見表2。

圖2 洗滌方式的清洗效果

由圖2可知,對于紅色血漬,洗凈率大小依次為d(洗衣機+微納米氣泡)>a(洗衣機)>e(洗衣機+超聲波)>c(超聲波)>b(微納米氣泡),其中a、d、e相差不大,b效果最差,表明僅使用洗衣機依靠機械攪拌力可以達到不錯的去除紅色血漬的效果,但是在有條件的情況下建議使用微納米氣泡作為輔助方式。對于棕色藥漬,洗凈情況有較為明顯的梯度差異,洗凈率依次為d(洗衣機+微納米氣泡)>a(洗衣機)>c(超聲波)>e(洗衣機+超聲波)>b(微納米氣泡), 其中方式d最為突出,洗凈率可達94.85%,而方式b僅有36.67%,洗凈率最低,表明單獨使用微納米氣泡不利于衣物洗凈。主要原因是,洗衣機可以提供較為合適的機械攪拌力,微納米氣泡是通過物理手段在水中產(chǎn)生大量微小氣泡以及負(fù)氧離子,其氣泡由于小尺寸優(yōu)勢,浮力更小,上升速度緩慢,可在水中持續(xù)存在,負(fù)氧離子能與表現(xiàn)為電正性的污漬結(jié)合。超聲波是通過空化效應(yīng)對織物表面和狹縫中的污漬起作用。鑒于上述原理,方式d(洗衣機+微納米氣泡)中洗衣機提供了強烈的機械攪拌力,微納米氣泡又產(chǎn)生了大量持續(xù)的微小氣泡深入織物,且其產(chǎn)生的負(fù)氧離子能夠與污漬中的正電荷結(jié)合,從而加速了去污過程,達到更好的洗凈效果,所以相對于其他洗滌方式,方式d的洗滌效果最好。

2.2 磨損程度

圖3所示為不同洗滌配方、洗滌方式下的兩種污染織物的磨損程度圖片。對于洗滌劑配方,由圖3(a)可知,在僅有單一表面活性劑加助劑(配方A、B、C)時,經(jīng)含脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉AES的配方C洗后織物的磨損程度最小,布樣完整性最好,復(fù)配酶(配方D、H、I)之后,經(jīng)含十二烷基苯磺酸鈉LAS的配方H洗后織物的磨損程度最小;以非離子表面活性劑做主洗劑的含酶配方(D、E、F、G)中,經(jīng)含脂肪酶的配方F洗后織物的磨損程度最低。結(jié)合2.1洗凈率的討論可知,在四種酶中,脂肪酶對紅色血漬洗凈效果最好,且洗后織物的受損程度最低,更適用于洗滌紅色血漬。就洗滌方式而言,由圖3(a)可知,利用微納米氣泡與洗衣機+微納米氣泡兩種方式洗后織物的磨損程度較小。主要原因是,微納米氣泡在水中收縮到10 μm以下會受壓爆裂,瞬間產(chǎn)生高溫高壓,釋放爆裂能量,使活性氧分子溶解于水,而且由于其小尺寸的優(yōu)勢,浮力更小,上升速度緩慢,可以在水中持續(xù)存在,期間僅產(chǎn)生較弱的振動效果,故而對織物的傷害較小,并且在一定程度上還可以緩解由于洗衣機強烈的機械攪拌力帶來的損傷;而洗衣機、超聲波及洗衣機+超聲波的洗滌方式不僅有較為強烈的機械攪拌力,而且超聲波的振蕩會引起水流的劇烈沖刷,進而使得織物磨損程度進一步加大。結(jié)合2.1洗凈率的討論可知,洗衣機+微納米氣泡的洗滌方式不僅可以達到優(yōu)秀的去污效果,而且對織物僅產(chǎn)生較小的損傷,是很好的洗滌組合方式,有條件的情況下建議二者配合使用。

(a)血漬織物

對于洗滌劑配方,由圖3(b)可知,經(jīng)單一表面活性劑加助劑(配方A、B、C)以及復(fù)配酶配方(配方D、H、I)洗滌之后發(fā)現(xiàn),經(jīng)含十二烷基苯磺酸鈉LAS配方洗后織物的磨損程度均最小,布樣完整性最好;在以非離子表面活性劑做主洗劑的含酶配方(配方D、E、F、G)中,經(jīng)含纖維素酶的配方G洗后織物的磨損程度最低。結(jié)合2.1洗凈率的討論,原因可能是纖維素酶僅作用于纖維素,而藥漬中纖維素含量不高,故該酶對此種污漬不起作用,最終表現(xiàn)為洗凈率較低但織物受損較小。對于洗滌方式,由圖3(b)可知,實驗結(jié)果與紅色血漬的表現(xiàn)基本一致,但是微納米氣泡洗滌方式的優(yōu)勢在該種污漬上表現(xiàn)更為突出,洗衣機+微納米氣泡方式不僅明顯緩解了洗衣機帶來的損傷,更是大幅提高了洗凈率。

2.3 形貌特征

表3所示為洗滌前后污染織物的形貌特征觀測結(jié)果。由表3可知,污漬被織物吸附后(污染布一列),纖維有一定損傷,放大100倍時可以看到纖維經(jīng)緯交織處排列凌亂,部分區(qū)域可見明顯顆狀污漬,放大到500倍時可以看到血漬污染織物的纖維嚴(yán)重受損,纖維表面不僅大量聚集著絮狀污漬且可見明顯纖維斷頭,藥漬污染織物上也可見明顯污漬顆粒藏于纖維組織表面及縫隙處;通過最佳洗滌配方與洗滌方式清洗后,在宏觀圖片中,有著肉眼可見的優(yōu)異清洗效果,在放大100倍的微觀形貌上,可看見洗后纖維排列整齊度大幅提升,放大500倍,可見吸附后的污漬顆粒均被清除,纖維毛糙程度有所改善。這說明,經(jīng)最佳洗滌配方與洗滌方式組合清洗后,血漬與藥漬可被有效去除且纖維損傷情況(整齊度、表面毛糙程度)有所改善,說明織物通過該組合清洗后可以得到較好保護。

表3 形貌特征觀測結(jié)果

3 結(jié)論

通過洗滌方式(洗衣機、微納米氣泡、超聲波、洗衣機+微納米氣泡、洗衣機+超聲波)、洗滌劑配方(表面活性劑、酶、助劑)的單因素實驗,系統(tǒng)探究了其對棉織物表面色澤類污漬(紅色血漬、棕色藥漬)清洗效果的影響。針對紅色血漬,非離子表面活性劑去污能力優(yōu)于陰離子表面活性劑,然而復(fù)配酶之后十二烷基苯磺酸鈉LAS的表現(xiàn)優(yōu)于非離子表面活性劑,所以在制作血污洗滌劑時可以根據(jù)需要選擇不同的表面活性劑來達到更好的去污效果;針對棕色藥漬,復(fù)配酶前后,非離子表面活性劑均優(yōu)于陰離子表面活性劑,說明非離子表面活性劑在去除藥漬時更有優(yōu)勢;實驗所用兩種污漬均對脂肪酶更加敏感,在配制加酶洗滌劑時可優(yōu)先考慮脂肪酶;洗衣機+微納米氣泡的洗滌方式在多種方式中表現(xiàn)突出,除能高效去污外還能在一定程度上改善污染后受損的織物;最優(yōu)洗滌劑配方與洗滌方式組合,可以針對不同色澤污漬進行高效去污并有效降低織物損傷。本研究可為洗滌劑研發(fā)提供理論依據(jù),也可為洗衣機制造商開發(fā)更優(yōu)洗滌模式提供技術(shù)參考。