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1、引言

隨著全自動洗衣機技術的日益成熟，洗衣粉溶解問題越來越成為制約洗凈效果的一個重要因素。對于洗衣粉的投放，多數消費者的習慣是直接將洗衣粉投入洗衣桶，讓其在洗滌過程中逐漸溶解。而市售的多數洗衣粉投放盒的作用僅僅是臨時盛裝洗衣粉，并使其隨進水過程直接沖入洗衣桶中，僅僅起到了投放的作用，本質上與將洗衣粉直接投入洗衣桶的做法差別不大。

在這兩種情況下，洗衣粉通常會粘附在衣物上，并隨著衣物的翻轉被裹在其中，在接下來的洗滌、漂洗過程中無法完全溶解，造成洗滌過程結束后，衣物上經常仍殘留有白色的洗衣粉顆粒。即使洗衣粉顆粒可以在洗滌過程中逐漸溶解，溶解過程也需要占用洗滌時間的大約50%，導致真正有效的洗滌時間僅有余下的50%，洗滌效果大打折扣。

目前的速溶裝置是將主進水過程和洗衣粉溶解過程分開，在保證進水速度的同時充分溶解洗衣粉，利用溶解形成的洗衣粉溶液洗滌衣物。但該技術需要控制程序的支持，采用程序控制兩路進水的時序，實現速溶進水過程。

圖1 新型速溶系統結構與工作原理

為了對現有速溶系統進行升級，開發了一款新型速溶系統。與現有速溶系統相比，新型速溶系統對水路進行了全新設計，通過結構設計調節主進水與速溶進水，實現了速溶功能。

2、洗衣粉溶解原理

2.1 洗衣粉簡介

1907年，德國漢高以硼酸鹽和硅酸鹽為主要原料，首次發明了洗衣粉。1940年，人們開始從石油提煉的“四聚丙烯苯基磺酸鹽”以制造洗滌劑，為了方便攜帶及存儲，更把洗滌劑制造成粉狀。1980年，含酶、增白劑及新型表面活性劑的“濃縮洗衣粉”面試。該洗衣粉能更有效清除某些特定污垢，例如果汁、墨水、醬油漬等。至于“超濃縮洗衣粉”，則于20世紀90年代出現，其特點是更省水、節約包裝和環保[1]。

2.2 溶解動力學

溶解時指溶劑分子和溶質分子或離子吸引并結合的過程。溶解過程中，離子散布開來并被溶劑分子包裹，離子越大，包裹它的溶劑分子就越多。一般情況下，溶解過程會產生反應熱，伴隨放熱、吸熱的現象。

固體溶質進入水中后，其分子或離子首先在水中擴散，而后水合形成水合離子或水合分子，該過程伴隨化學鍵的破壞和形成。對于強電介質來說，溶解和電離難以截然分開，因為離子的擴散過程就是電離過程。而對于弱電解質來說，溶解過程首先是擴散形成分子，然后再水分子的作用下，化學鍵被破壞而電離成為自由離子。洗衣粉在溶解過程中放出的熱量一般大于吸收的熱量，因而體現為放熱過程。由于洗衣粉屬于混合物，其中的主要成分表面活性劑和堿性物質的溶解性有一定差異性，對溶解效率有一定影響[2]。

2.3 影響洗衣粉溶解的因素

馮志鵬等的研究[3]表明，洗衣粉的溶解率受溫度和機械力的影響較大。其研究數據表明，該兩種洗衣粉的溶解效率均隨溫度的升高而提高。35℃時，普通無磷洗衣粉（WL-A）型洗衣粉300s溶解率比5℃時提高了24.9%。

機械力的添加可以明顯提高洗衣粉的溶解效率，在低溫情況下效果尤其明顯。在10r/min的微擾動下，5℃時WL-A型洗衣粉的溶解率提高了約10%，濃縮洗衣粉（WL-B）洗衣粉溶解率也提高了約8%。

與WL-B型洗衣粉比較，WL-A型的溶解性更好，WL-A型洗衣粉的溶解常數k普遍大于WL-B型。

3、新型速溶系統

3.1 新型速溶系統的結構

針對洗衣粉的溶解特性，開發了一種新型洗衣粉速溶系統。該系統由兩部分組成，包括進水盒組件和粉末盒組件。該結構的原理在于，首先，粉末盒分為前后兩個空間：用于盛裝、溶解洗衣粉的溶解室和用于主進水、起泡的起泡室。對應的，進水盒上設置了一強一弱兩股進水水流，位于進水盒偏里側，粉末盒起泡室上方的強水流用于主進水和起泡，位于進水盒偏外側，粉末盒溶解室上方的弱水流用于洗衣粉溶解。弱水流進入粉末盒后在粉末盒內形成環形回流，帶動洗衣粉隨環形回流高速旋轉，并在旋轉過程中逐漸溶解，然后由于離心力的作用，透過設置在溶解室、起泡室之間的過流縫擠入起泡室，隨強水流一起通過設置在起泡室底部的金屬網板進入金屬盒底部，進而流入洗衣桶。

該系統之所以具有洗衣粉速溶的功能，關鍵在于在溶解室中可以形成環形回流，使洗衣粉在其中充分溶解，而后溶液通過過流縫進入起泡室時，流速加快，加之起泡室中的高速水流對其進行沖擊，溶液中尚未溶解的顆粒得到了充分溶解，并在金屬網板的作用下充分起泡，最終得到溶解充分，泡沫細膩的洗衣粉溶液。

3.2 新型速溶系統的工作原理

位于粉末盒斜坡曲面正上方的高速速溶水流進入粉末盒后，由于水流的速度、粉末盒曲面和水流調節凸面的共同作用，在粉末盒內形成了快速環形回流，并帶動盒內的洗衣粉，對其進行溶解。由于環流持續時間長、流速快，洗衣粉在整個進水過程中獲得了充分的溶解。

當環形回流經過與主進水相鄰的壁面時，由于離心力的作用，回流外層的水流會擠過粉末盒與進水盒之間預留的過流縫匯入主進水水流，并與主進水一起通過起泡器，再經過進水盒底部流入洗衣桶中。

水流經過過流縫時，由于流量一定而過流縫很小，流速驟然加快，因此加速了其中的洗衣粉溶解；與主進水水流匯合時，含有洗衣粉溶液的水流受到主進水水流的再次高速沖擊，同時由于水量加大，洗衣粉溶液中尚未溶解的洗衣粉得到了充分溶解，溶液中的顆粒物的量降到最低。充分溶解的洗衣粉溶液再經過起泡器充分起泡，得到了泡沫豐富的洗衣粉溶液。

4、新型速溶系統的測試

采用普通無磷洗衣粉（WL-A）對該系統進行測試，主要測試了速溶系統對洗衣粉的溶解能力以及對衣物的洗凈能力的影響。

4.1 實驗設備

“榮事達”牌型號為RB8505BXS全自動洗衣機一臺；自動酸堿滴定儀一臺；帶有水壓表的進水閥測試臺一套；秒表一只；洗衣粉若干；電子天平一臺；白度儀一臺；標準負載布若干。

4.2 實驗方法

（1）低水壓測試

由于速溶系統的特殊性，低水壓狀況下存在洗衣粉無法完全溶解產生殘留的可能性，因此有必要對低水壓狀態下洗衣粉的溶解情況進行測試。采用進水閥測試臺將動水壓調整至0.02MPa，在粉末盒中加入一定量的洗衣粉，測試進系統在低水壓時能溶解的洗衣粉極限值，并與舊款進水系統進行對比。

（2）洗衣粉溶解度測試

向粉末盒中分別加入20g、50g、75g、100g洗衣粉，設置洗衣機為5檔進水水位，觀察水流顏色并計時，水流剛由乳白色洗衣粉溶液變清澈時停止計時，記為洗衣粉溶解時間；進水完成后，立即從洗衣桶中取100mL溶液采用0.1mol/L稀鹽酸滴定，記錄所需稀鹽酸的量，并與舊款速溶進水系統對比。

（3）洗凈比測試

分別取80g、45g的洗衣粉，按照國家標準GB/T 4288和GB/T 12021.4所規定方法對裝有兩種進水系統的洗衣機分別在滿載、半載狀態下進行洗凈比測試，對比所得的數據。

5、測試結果及分析

5.1 低水壓測試結果

在0.02MPa動水壓下，測得新款速溶盒與舊款速溶盒所能溶解的洗衣粉質量如表1。

由于速溶進水系統需要控制溶解水流的量，因此在水壓過低時，洗衣粉溶解水流可能不足以完全溶解洗衣粉，造成洗衣粉殘留。殘留的洗衣粉在漂洗過程中隨進水過程繼續溶解，對漂洗性能造成很大影響，從而影響洗衣機的整機性能。以上實驗結果表明，新款速溶盒由于結構設計合理，溶解水流充分，在低水壓下洗衣粉的溶解能力高于舊款速溶盒，可以在更大的程度上避免在極限低水壓情況下出現洗滌進水時洗衣粉溶解不盡，而在漂洗時影響漂洗性能的情況發生。

5.2 洗衣粉溶解度測試結果

洗衣粉溶解度測試結果如表2、表3所示。將實驗所得數據繪制成圖，如圖2所示。通過兩種速溶盒洗衣粉溶解時間對比可以看出，在正常水壓下，溶解同樣質量的洗衣粉，新速溶盒所需時間更短，且隨著洗衣粉的質量增大，新速溶盒的溶解時間在測試的洗衣粉質量范圍內穩定的低于舊速溶盒，表明因其固有的結構、性能特點而較舊速溶盒有更易于溶解洗衣粉的優勢。

圖2 新舊速溶盒試驗測試數據對比圖

由于洗衣粉多由弱酸根離子和強堿性離子構成，因此，溶解后在水中并電離后的洗衣粉溶液呈現弱堿性。所以，要標定溶于水的洗衣粉的量，可以用酸性溶液對洗衣粉溶液進行滴定，通過橫向比較滴定所需酸的多少，可以得出洗衣粉溶液中的堿性強弱關系，從而比較出洗衣粉溶解度的關系。

通過兩種速溶盒洗衣粉溶解能力對比中的滴定數據可以看出，在正常水壓下，滴定新速溶盒溶解洗衣粉所得溶液的酸量整體高于舊速溶盒溶解所得溶液的酸量，表明新速溶盒溶解洗衣粉所得溶液堿性高于舊速溶盒。在洗衣粉、進水程序、水壓、水的硬度、環境溫度等因素都相同的情況下，這個結果表明，新速溶盒對洗衣粉的溶解能力強于舊速溶盒。

對比兩種速溶盒洗衣粉溶解速率曲線可以看出，隨著洗衣粉質量的增加，兩種速溶盒的溶解速率都呈現加快的趨勢，并且加快的速率逐漸放緩，放緩的趨勢基本接近。在洗衣粉質量增加的過程中，新速溶盒的溶解速率始終高于舊速溶盒，并且隨洗衣粉質量的增加，溶解速率的差值有加大的趨勢。該結果表明，外部條件一致的情況下，在溶解相同質量相同種類的洗衣粉過程中，新速溶盒具有速度優勢。

對比兩種速溶盒洗衣粉溶解度曲線可以看出，兩種速溶盒對洗衣粉的溶解度隨洗衣粉質量的增加都有下降的趨勢，并且在溶解100g洗衣粉后趨于穩定，表明對于不同種類的速溶盒，洗衣粉的質量對溶解度影響較大，尤其在20g～50g區間，溶解度下降尤其明顯。具體到該兩種速溶盒，在溶解度下降過程中，新速溶盒的溶解度曲線始終位于舊速溶盒的上方，因此其相較于舊速溶盒仍具有比較明顯的優勢。

綜合以上分析可以得出結論，得益于溶解原理和結構設計的創新，新速溶盒在溶解速率、溶解度、溶解時間等方面相較于舊速溶盒具有比較明顯的優勢。

5.3 洗凈比測試結果

按照國家標準GB/T 4288-2008所規定方法對裝有兩種進水系統的全自動洗衣機進行洗凈比測試，其結果如表4所示。

全自動洗衣機的洗衣粉速溶功能，歸根結底是為洗衣機的整機洗凈比這一洗衣機的最基本功能服務的，因此，整機洗凈比是考察速溶盒性能的重要參數。

從表4可以看出，無論是在滿載還是半載狀況下，裝有新速溶盒的全自動洗衣機，其整機衣物洗凈效果都好于裝有舊速溶盒的洗衣機。造成該現象的原因，新速溶盒對洗衣粉的溶解效果更好，在水位相同的情況下，進水過程中有更多洗衣粉溶于水，形成濃度更高的洗衣粉溶液，造成溶液中的有效活性成分更多，在其余洗滌、漂洗程序以及污染布的數量、種類完全相同的情況下，溶液中更多的有效活性成分可以更多的溶解污染布上的污染成分，使得污染布更白，由此得到了更高的洗凈比，而更高的洗凈比也意味著在面對實際需要洗滌的衣物時，裝有新速溶盒的全自動洗衣機有更高的去污能力。因此，新速溶盒較之舊速溶盒可以提高洗衣機的去污能力，使其具有更好的性能。

6、結論

新型洗衣粉速溶機構遵循流體流動的基本性質，在溶解原理、溶解結構方面進行了創新設計，利用粉末盒內部的曲面結合洗衣粉溶解水流的位置和水流的速度，在粉末盒內部形成了環形水流，使洗衣粉在環形水流中得到了充分溶解，并在進入洗衣桶中的過程中通過強水流沖擊，再次加強溶解效果。該機構較好的解決了全自動洗衣機進水過程中洗衣粉快速溶解的問題，同時，位于粉末盒底部的起泡器還使得進入洗衣桶中的洗衣粉溶液泡沫豐富，更有利于提高洗凈率。

該系統的成功開發，解決了全自動全自動洗衣機進水系統洗衣粉殘留的問題，同時，進水時快速溶解形成的洗衣粉溶液使洗衣機在有限洗滌時間內的洗衣效率得以保障，提高了洗衣機的洗凈率，提升了國內同類產品的技術水準。

參考文獻

[1] 魯國鋒, 郭朝華, 王萬續. 我國洗衣粉裝置現狀及發展趨勢[J].日用化學品科學，2006，(6):4-7.

[2] 譚志斗, 劉燕. 高鎂磷尾礦在硫酸中的溶解動力學[J]. 化工礦物與加工, 2006,35(10):1-3.

[3] 馮志鵬. 洗滌劑在洗衣機環境下的溶解、去污與漂洗行為的研究.[D]. 無錫：江南大學, 2013.