1、引言

随着全自动洗衣机技术的日益成熟，洗衣粉溶解问题越来越成为制约洗净效果的一个重要因素。对于洗衣粉的投放，多数消费者的习惯是直接将洗衣粉投入洗衣桶，让其在洗涤过程中逐渐溶解。而市售的多数洗衣粉投放盒的作用仅仅是临时盛装洗衣粉，并使其随进水过程直接冲入洗衣桶中，仅仅起到了投放的作用，本质上与将洗衣粉直接投入洗衣桶的做法差别不大。

在这两种情况下，洗衣粉通常会粘附在衣物上，并随着衣物的翻转被裹在其中，在接下来的洗涤、漂洗过程中无法完全溶解，造成洗涤过程结束后，衣物上经常仍残留有白色的洗衣粉颗粒。即使洗衣粉颗粒可以在洗涤过程中逐渐溶解，溶解过程也需要占用洗涤时间的大约50%，导致真正有效的洗涤时间仅有余下的50%，洗涤效果大打折扣。

目前的速溶装置是将主进水过程和洗衣粉溶解过程分开，在保证进水速度的同时充分溶解洗衣粉，利用溶解形成的洗衣粉溶液洗涤衣物。但该技术需要控制程序的支持，采用程序控制两路进水的时序，实现速溶进水过程。

图1 新型速溶系统结构与工作原理

为了对现有速溶系统进行升级，开发了一款新型速溶系统。与现有速溶系统相比，新型速溶系统对水路进行了全新设计，通过结构设计调节主进水与速溶进水，实现了速溶功能。

2、洗衣粉溶解原理

2.1 洗衣粉简介

1907年，德国汉高以硼酸盐和硅酸盐为主要原料，首次发明了洗衣粉。1940年，人们开始从石油提炼的“四聚丙烯苯基磺酸盐”以制造洗涤剂，为了方便携带及存储，更把洗涤剂制造成粉状。1980年，含酶、增白剂及新型表面活性剂的“浓缩洗衣粉”面试。该洗衣粉能更有效清除某些特定污垢，例如果汁、墨水、酱油渍等。至于“超浓缩洗衣粉”，则于20世纪90年代出现，其特点是更省水、节约包装和环保[1]。

2.2 溶解动力学

溶解时指溶剂分子和溶质分子或离子吸引并结合的过程。溶解过程中，离子散布开来并被溶剂分子包裹，离子越大，包裹它的溶剂分子就越多。一般情况下，溶解过程会产生反应热，伴随放热、吸热的现象。

固体溶质进入水中后，其分子或离子首先在水中扩散，而后水合形成水合离子或水合分子，该过程伴随化学键的破坏和形成。对于强电介质来说，溶解和电离难以截然分开，因为离子的扩散过程就是电离过程。而对于弱电解质来说，溶解过程首先是扩散形成分子，然后再水分子的作用下，化学键被破坏而电离成为自由离子。洗衣粉在溶解过程中放出的热量一般大于吸收的热量，因而体现为放热过程。由于洗衣粉属于混合物，其中的主要成分表面活性剂和碱性物质的溶解性有一定差异性，对溶解效率有一定影响[2]。

2.3 影响洗衣粉溶解的因素

冯志鹏等的研究[3]表明，洗衣粉的溶解率受温度和机械力的影响较大。其研究数据表明，该两种洗衣粉的溶解效率均随温度的升高而提高。35℃时，普通无磷洗衣粉（WL-A）型洗衣粉300s溶解率比5℃时提高了24.9%。

机械力的添加可以明显提高洗衣粉的溶解效率，在低温情况下效果尤其明显。在10r/min的微扰动下，5℃时WL-A型洗衣粉的溶解率提高了约10%，浓缩洗衣粉（WL-B）洗衣粉溶解率也提高了约8%。

与WL-B型洗衣粉比较，WL-A型的溶解性更好，WL-A型洗衣粉的溶解常数k普遍大于WL-B型。

3、新型速溶系统

3.1 新型速溶系统的结构

针对洗衣粉的溶解特性，开发了一种新型洗衣粉速溶系统。该系统由两部分组成，包括进水盒组件和粉末盒组件。该结构的原理在于，首先，粉末盒分为前后两个空间：用于盛装、溶解洗衣粉的溶解室和用于主进水、起泡的起泡室。对应的，进水盒上设置了一强一弱两股进水水流，位于进水盒偏里侧，粉末盒起泡室上方的强水流用于主进水和起泡，位于进水盒偏外侧，粉末盒溶解室上方的弱水流用于洗衣粉溶解。弱水流进入粉末盒后在粉末盒内形成环形回流，带动洗衣粉随环形回流高速旋转，并在旋转过程中逐渐溶解，然后由于离心力的作用，透过设置在溶解室、起泡室之间的过流缝挤入起泡室，随强水流一起通过设置在起泡室底部的金属网板进入金属盒底部，进而流入洗衣桶。

该系统之所以具有洗衣粉速溶的功能，关键在于在溶解室中可以形成环形回流，使洗衣粉在其中充分溶解，而后溶液通过过流缝进入起泡室时，流速加快，加之起泡室中的高速水流对其进行冲击，溶液中尚未溶解的颗粒得到了充分溶解，并在金属网板的作用下充分起泡，最终得到溶解充分，泡沫细腻的洗衣粉溶液。

3.2 新型速溶系统的工作原理

位于粉末盒斜坡曲面正上方的高速速溶水流进入粉末盒后，由于水流的速度、粉末盒曲面和水流调节凸面的共同作用，在粉末盒内形成了快速环形回流，并带动盒内的洗衣粉，对其进行溶解。由于环流持续时间长、流速快，洗衣粉在整个进水过程中获得了充分的溶解。

当环形回流经过与主进水相邻的壁面时，由于离心力的作用，回流外层的水流会挤过粉末盒与进水盒之间预留的过流缝汇入主进水水流，并与主进水一起通过起泡器，再经过进水盒底部流入洗衣桶中。

水流经过过流缝时，由于流量一定而过流缝很小，流速骤然加快，因此加速了其中的洗衣粉溶解；与主进水水流汇合时，含有洗衣粉溶液的水流受到主进水水流的再次高速冲击，同时由于水量加大，洗衣粉溶液中尚未溶解的洗衣粉得到了充分溶解，溶液中的颗粒物的量降到最低。充分溶解的洗衣粉溶液再经过起泡器充分起泡，得到了泡沫丰富的洗衣粉溶液。

4、新型速溶系统的测试

采用普通无磷洗衣粉（WL-A）对该系统进行测试，主要测试了速溶系统对洗衣粉的溶解能力以及对衣物的洗净能力的影响。

4.1 实验设备

“荣事达”牌型号为RB8505BXS全自动洗衣机一台；自动酸碱滴定仪一台；带有水压表的进水阀测试台一套；秒表一只；洗衣粉若干；电子天平一台；白度仪一台；标准负载布若干。

4.2 实验方法

（1）低水压测试

由于速溶系统的特殊性，低水压状况下存在洗衣粉无法完全溶解产生残留的可能性，因此有必要对低水压状态下洗衣粉的溶解情况进行测试。采用进水阀测试台将动水压调整至0.02MPa，在粉末盒中加入一定量的洗衣粉，测试进系统在低水压时能溶解的洗衣粉极限值，并与旧款进水系统进行对比。

（2）洗衣粉溶解度测试

向粉末盒中分别加入20g、50g、75g、100g洗衣粉，设置洗衣机为5档进水水位，观察水流颜色并计时，水流刚由乳白色洗衣粉溶液变清澈时停止计时，记为洗衣粉溶解时间；进水完成后，立即从洗衣桶中取100mL溶液采用0.1mol/L稀盐酸滴定，记录所需稀盐酸的量，并与旧款速溶进水系统对比。

（3）洗净比测试

分别取80g、45g的洗衣粉，按照国家标准GB/T 4288和GB/T 12021.4所规定方法对装有两种进水系统的洗衣机分别在满载、半载状态下进行洗净比测试，对比所得的数据。

5、测试结果及分析

5.1 低水压测试结果

在0.02MPa动水压下，测得新款速溶盒与旧款速溶盒所能溶解的洗衣粉质量如表1。

由于速溶进水系统需要控制溶解水流的量，因此在水压过低时，洗衣粉溶解水流可能不足以完全溶解洗衣粉，造成洗衣粉残留。残留的洗衣粉在漂洗过程中随进水过程继续溶解，对漂洗性能造成很大影响，从而影响洗衣机的整机性能。以上实验结果表明，新款速溶盒由于结构设计合理，溶解水流充分，在低水压下洗衣粉的溶解能力高于旧款速溶盒，可以在更大的程度上避免在极限低水压情况下出现洗涤进水时洗衣粉溶解不尽，而在漂洗时影响漂洗性能的情况发生。

5.2 洗衣粉溶解度测试结果

洗衣粉溶解度测试结果如表2、表3所示。将实验所得数据绘制成图，如图2所示。通过两种速溶盒洗衣粉溶解时间对比可以看出，在正常水压下，溶解同样质量的洗衣粉，新速溶盒所需时间更短，且随着洗衣粉的质量增大，新速溶盒的溶解时间在测试的洗衣粉质量范围内稳定的低于旧速溶盒，表明因其固有的结构、性能特点而较旧速溶盒有更易于溶解洗衣粉的优势。

图2 新旧速溶盒试验测试数据对比图

由于洗衣粉多由弱酸根离子和强碱性离子构成，因此，溶解后在水中并电离后的洗衣粉溶液呈现弱碱性。所以，要标定溶于水的洗衣粉的量，可以用酸性溶液对洗衣粉溶液进行滴定，通过横向比较滴定所需酸的多少，可以得出洗衣粉溶液中的碱性强弱关系，从而比较出洗衣粉溶解度的关系。

通过两种速溶盒洗衣粉溶解能力对比中的滴定数据可以看出，在正常水压下，滴定新速溶盒溶解洗衣粉所得溶液的酸量整体高于旧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碱性高于旧速溶盒。在洗衣粉、进水程序、水压、水的硬度、环境温度等因素都相同的情况下，这个结果表明，新速溶盒对洗衣粉的溶解能力强于旧速溶盒。

对比两种速溶盒洗衣粉溶解速率曲线可以看出，随着洗衣粉质量的增加，两种速溶盒的溶解速率都呈现加快的趋势，并且加快的速率逐渐放缓，放缓的趋势基本接近。在洗衣粉质量增加的过程中，新速溶盒的溶解速率始终高于旧速溶盒，并且随洗衣粉质量的增加，溶解速率的差值有加大的趋势。该结果表明，外部条件一致的情况下，在溶解相同质量相同种类的洗衣粉过程中，新速溶盒具有速度优势。

对比两种速溶盒洗衣粉溶解度曲线可以看出，两种速溶盒对洗衣粉的溶解度随洗衣粉质量的增加都有下降的趋势，并且在溶解100g洗衣粉后趋于稳定，表明对于不同种类的速溶盒，洗衣粉的质量对溶解度影响较大，尤其在20g～50g区间，溶解度下降尤其明显。具体到该两种速溶盒，在溶解度下降过程中，新速溶盒的溶解度曲线始终位于旧速溶盒的上方，因此其相较于旧速溶盒仍具有比较明显的优势。

综合以上分析可以得出结论，得益于溶解原理和结构设计的创新，新速溶盒在溶解速率、溶解度、溶解时间等方面相较于旧速溶盒具有比较明显的优势。

5.3 洗净比测试结果

按照国家标准GB/T 4288-2008所规定方法对装有两种进水系统的全自动洗衣机进行洗净比测试，其结果如表4所示。

全自动洗衣机的洗衣粉速溶功能，归根结底是为洗衣机的整机洗净比这一洗衣机的最基本功能服务的，因此，整机洗净比是考察速溶盒性能的重要参数。

从表4可以看出，无论是在满载还是半载状况下，装有新速溶盒的全自动洗衣机，其整机衣物洗净效果都好于装有旧速溶盒的洗衣机。造成该现象的原因，新速溶盒对洗衣粉的溶解效果更好，在水位相同的情况下，进水过程中有更多洗衣粉溶于水，形成浓度更高的洗衣粉溶液，造成溶液中的有效活性成分更多，在其余洗涤、漂洗程序以及污染布的数量、种类完全相同的情况下，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净比，而更高的洗净比也意味着在面对实际需要洗涤的衣物时，装有新速溶盒的全自动洗衣机有更高的去污能力。因此，新速溶盒较之旧速溶盒可以提高洗衣机的去污能力，使其具有更好的性能。

6、结论

新型洗衣粉速溶机构遵循流体流动的基本性质，在溶解原理、溶解结构方面进行了创新设计，利用粉末盒内部的曲面结合洗衣粉溶解水流的位置和水流的速度，在粉末盒内部形成了环形水流，使洗衣粉在环形水流中得到了充分溶解，并在进入洗衣桶中的过程中通过强水流冲击，再次加强溶解效果。该机构较好的解决了全自动洗衣机进水过程中洗衣粉快速溶解的问题，同时，位于粉末盒底部的起泡器还使得进入洗衣桶中的洗衣粉溶液泡沫丰富，更有利于提高洗净率。

该系统的成功开发，解决了全自动全自动洗衣机进水系统洗衣粉残留的问题，同时，进水时快速溶解形成的洗衣粉溶液使洗衣机在有限洗涤时间内的洗衣效率得以保障，提高了洗衣机的洗净率，提升了国内同类产品的技术水准。

参考文献

[1] 鲁国锋, 郭朝华, 王万续. 我国洗衣粉装置现状及发展趋势[J].日用化学品科学，2006，(6):4-7.

[2] 谭志斗, 刘燕. 高镁磷尾矿在硫酸中的溶解动力学[J]. 化工矿物与加工, 2006,35(10):1-3.

[3] 冯志鹏. 洗涤剂在洗衣机环境下的溶解、去污与漂洗行为的研究.[D]. 无锡：江南大学, 2013.