益生菌抗菌產品耐洗性能的影響因素及提升策略研究

陳 鳳，葛 玲，劉金抗，袁 燕

（紫羅蘭家紡科技股份有限公司，江蘇 南通 226300）

隨著社會進步與生活水平的提高，人們越來越注重健康和環保，對功能性紡織品的要求越來越高。紫羅蘭家紡科技股份有限公司長期致力于功能性新材料、新產品的研發、生產和銷售，近年來，積極研發了抗菌、防螨、遠紅外、負氧離子等功能性家紡產品。紫羅蘭家紡科技股份有限公司針對消費者對家紡產品的功能性需求方面進行了市場調研，結果顯示，消費者對抗菌功能性家紡產品的需求量最大，其次是負氧離子功能性家紡產品。因此，該公司將抗菌功能性家紡產品作為主要研發方向。傳統的抗菌產品生產工藝基本采用抗菌整理劑，經過浸軋、浸漬等環節對產品進行了后整理。傳統的抗菌整理劑一般采用有機、無機整理劑，存在一定的安全隱患和生態環保性等問題。基于此，公司創新性地采用了益生菌作為抗菌整理劑，該整理劑具有生態環保的優點，但由于自身特殊的抗菌機理，存在不耐洗的問題[1]。然而，家紡產品又需要經常洗滌，所以提高益生菌抗菌產品的耐洗性能顯得尤為重要。

1 現狀調查

本研究調查并收集了當前市面上抗菌產品的抗菌性能數據，并對此進行統計。結果表明：（1）國內外產品的初始抗菌性能相差不大，均能超過95.00%；（2）水洗5次后，國內外產品的抗菌性能無太大變化；（3）水洗10次、20次后，紫羅蘭家紡科技股份有限公司益生菌抗菌產品的抗菌性能明顯低于其他產品；（4）紫羅蘭家紡科技股份有限公司普通抗菌產品能達到國內外先進水平，而益生菌抗菌產品的耐洗性能與國內外先進水平差距較大。

2 目標設定

基于以上現狀調查分析，設定目標如下：水洗20次后，抑菌率從現在的50.00%提高到80.00%，達到國內外先進水平。紫羅蘭家紡科技股份有限公司普通抗菌劑整理的抗菌產品的耐洗性能可以達到80.00%，所以設定的目標是可行的。

3 原因分析

筆者針對益生菌抗菌產品不耐水洗的問題展開頭腦風暴，結合紫羅蘭家紡科技股份有限公司的實際情況，從人、機、料、法、環這五大方面進行了分析，結果如圖1所示。

圖1 “人、機、料、法、環”原因分析

4 確認要因

針對每項原因，采用現場試驗、現場測量、現場調查等方法進行逐一排查，具體分析方法和結論如下。

（1）針對原因一：保壓時間設置不合理。采用現場試驗的方法，改變保壓時間，其余整理工藝參數不變，對試樣進行益生菌抗菌處理，測量試樣的整理劑滲透高度，觀察整理劑的滲透性。當保壓時間為40 s時，整理劑滲透高度為2.0 cm；當保壓時間為60 s時，整理劑滲透高度為3.0 cm；當保壓時間為80 s時，整理劑滲透高度為2.5 cm。結果表明：改變保壓時間后，整理劑的滲透高度發生了明顯變化，所以確定為要因。

（2）針對原因二：負壓壓力設置不合理。采用現場試驗的方法，改變負壓壓力，其余整理工藝參數不變，對試樣進行益生菌抗菌處理，測量試樣的整理劑滲透高度，觀察整理劑的滲透性。當負壓壓強為-0.04 MPa時，整理劑滲透高度為2.0 cm；當負壓壓強為-0.06 MPa時，整理劑滲透高度為2.5 cm；當負壓壓強為-0.08 MPa時，整理劑滲透高度為2.8 cm。結果表明：改變負壓壓力后，整理劑的滲透高度發生了明顯變化，所以確定為要因。

（3）針對原因三：烘干整理的溫度設置不合理。采用現場試驗的方法，改變烘干整理的溫度，其余整理工藝參數不變，對試樣進行益生菌抗菌處理。采用抑菌圈法測量試樣的抗菌性能。當烘干溫度達到100 ℃時，抑菌圈為1.0 cm；當烘干溫度達到120 ℃時，抑菌圈為3.0 cm；當烘干溫度達到140 ℃時，抑菌圈為2.0 cm。結果表明：改變烘干整理溫度后，試樣的抑菌圈大小有明顯變化，抑菌圈越大，抗菌性能越好，且溫度對益生菌的生物活性有較大影響，而益生菌的生物活性直接影響產品的抗菌性能，所以確定為要因。

（4）針對原因四：烘干整理的時間設置不合理。采用干濕度測試儀，測量試樣在設定工藝參數（烘干時間設定為3 min）下的回潮率。測試結果顯示，全棉面料的回潮率為8.48%，天絲面料的回潮率為11.47%，與全棉和天絲的自然回潮率相比，均已達到標準，所以時間設置合理，可確定為非要因。

（5）針對原因五：烘干整理的軋機壓力設置不合理。現場測量不同時間的軋機壓力，匯總分析多次測量結果，平均軋機壓力為101.4 kPa，符合工藝標準要求，所以確定為非要因。

（6）針對原因六：烘干整理的幅寬過長。選取樣品為同一緯向、兩端和中間2 cm2大小抗菌整理后的布樣3塊，測試3塊樣品水洗20次后的抑菌率。結果表明：同一緯向上面料的抗菌性能相差不大，而且烘干整理的幅寬為機器固定值，所以確定為非要因。

（7）針對原因七：黏合劑的選擇不合理。黏合劑種類很多，一般分為天然黏合劑和合成黏合劑。通過現場試驗，分別采用天然的淀粉和合成的樹脂作為黏合劑，對比水洗20次后的抑菌率和面料的手感。結果表明：采用天然的淀粉作為黏合劑時，面料的抑菌率低，但是面料手感柔軟；采用合成的樹脂作為黏合劑時，面料的抑菌率大大提升，但是面料手感較硬。不同的黏合劑對織物的抑菌率及手感都有較大影響，所以確定為要因。

（8）針對原因八：整理劑溫度設置不合理。通過現場試驗，研究不同溫度對益生菌抗菌整理效果的影響。結果表明：抑菌圈大小基本無變化，所以不同溫度對整理劑的抗菌性能無明顯影響，所以確定為非要因。

（9）針對原因九：未制定生產指導書。通過現場調查，已制定生產指導書，操作流程規范，所以確定為非要因。

（10）針對原因十：培訓不足。通過現場調查，紫羅蘭家紡科技股份有限公司每年對相關操作工人至少進行了兩次關于益生菌抗菌家紡產品的生產培訓，并進行了考核，分數均在95分以上，所以確定為非要因。

（11）針對原因十一：空氣粉塵、細菌過多。紫羅蘭家紡科技股份有限公司建有1 500 m2的凈化車間，生產環境潔凈，基本無粉塵和細菌，所以確定為非要因。

綜上所述，影響益生菌抗菌家紡產品耐洗性能的主要原因最終確定為4個：保壓時間設置不合理、負壓壓力設置不合理、烘干整理的溫度設置不合理和黏合劑的選擇不合理。

5 制定對策

針對黏合劑的選擇不合理、保壓時間設置不合理、負壓壓力設置不合理、烘干整理的溫度設置不合理這4個要因制定對策，并通過試驗分析，找出最佳工藝參數，需達到水洗20次后抑菌率為80.00%的產品性能指標，并且規定責任人和預計完成時間[2-3]。

6 對策實施

6.1 黏合劑的選擇

通過現場試驗分析發現，采用合成的樹脂黏合劑可以在極大程度上改善面料的抗菌性能，但是普通的黏合劑整理會使產品手感變硬。經過大量的資料收集和分析發現，改性樹脂黏合劑—水溶性納米PU黏合劑是一種環保水溶性樹脂黏合劑，具有無污染、安全可靠、機械性能優良、相容性好等優點，并且經過試驗發現，采用這種黏合劑整理后，不僅能增強整理劑與面料的結合牢度，而且不影響織物風格，所以選擇水溶性納米PU作為黏合劑。

6.2 黏合劑最佳濃度確定

采用單因素分析法，改變黏合劑的質量分數，其余整理工藝參數不變，對試樣進行益生菌抗菌處理。黏合劑質量分數對抑菌率的影響如表1所示。

表1 黏合劑質量分數對產品抑菌率的影響

結果表明：隨著黏合劑質量分數的增大，產品的抑菌率也有所增加；當黏合劑質量分數為4.00%時，產品的抑菌率達到最大值；隨著黏合劑質量分數的繼續增加，產品的抑菌率稍有下降并逐漸趨于平穩。因此，當黏合劑質量分數為4.00%時，產品水洗20次后的抑菌率最佳。

6.3 針對要因找出最佳工藝參數—正交試驗

將黏合劑的質量分數固定為4.00%，選擇保壓時間、負壓壓力、烘干整理的溫度作為3個因素，每個因素設置3個水平，選擇L9（34）正交表安排試驗。按照正交設計表，共進行9組試驗，測試樣品水洗20次后的抑菌率。正交試驗因素-水平如表2所示，正交試驗方案和結果如表3所示。

表2 正交試驗因素-水平

表3 正交試驗方案和結果

通過正交試驗結果分析：（1）分析A、B、C因素各水平對試驗指標的影響，計算K值和極差R，確定試驗因素的優水平和優水平組合。結果表明：主次順序A＞C＞B，優水平A3B2C3。（2）通過方差分析，進行顯著性檢驗，選擇最優工藝參數，方差分析如表4所示。

表4 方差分析

方差分析表明：保壓時間的改變對抑菌率有顯著影響，由K值可知，選取保壓時間的3水平；負壓壓力對抑菌率無顯著影響，在最佳試驗條件中，選取1水平較高；烘干整理的溫度對抑菌率無顯著影響，同樣，在最佳試驗條件中選取3水平較高。最優水平為A3B1C3，即保壓時間為80 s、負壓壓力為-0.06 MPa、烘干整理的溫度為130 ℃。

7 效果檢查

7.1 產品性能測試

（1）通過4個要因的試驗對比分析，得到了最佳整理工藝參數：水溶性納米PU黏合劑質量分數為4.00%、保壓時間為80 s、負壓壓力為-0.06 MPa、烘干整理的溫度為130 ℃。采用以上最佳工藝參數對全棉、天絲、滌棉3種不同面料進行整理，測試初始和水洗20次后的抗菌效果。

結果表明：水洗20次后，全棉、天絲、滌棉面料的抑菌率均大于80.00%，超過預定的目標，其中，全棉面料的抗菌率達到87.00%，面料耐水洗性能優良。

采用本次研究得到的最佳工藝參數，對公司不同品種的產品（生機立體被、蠶絲被、益生一號套件面料）進行益生菌抗菌處理，送國家紡織制品質量監督檢驗中心（CTTC）檢測。

結果表明：經專業機構檢測，生機立體被、蠶絲被、益生一號套件面料對大腸埃希菌的初始抑菌率均達99.00%；水洗20次后，對大腸埃希菌的抑菌率均大于80.00%，其中，生機立體被對大腸埃希菌的抑菌率最高達到87.00%。因此，采用最佳工藝參數整理后的產品經專業機構檢測，達到預定的目標，從原來的50.00%提高到了80.00%以上，達到了國內外先進水平，耐水洗效果優良。

7.2 活動前后目標值對比

經過本次研究探討，益生菌抗菌產品耐洗性能大大提高，水洗20次后的抑菌率由50.00%提高到了87.00%，實現并超出了預期80.00%的目標值。

7.3 經濟效益

益生菌抗菌產品耐洗性能提高后，滿足了消費者對功能持久性的需求，市場反應良好，益生菌抗菌產品的銷售額也有了明顯提高。

8 結語

本研究以益生菌抗菌家紡產品為研究對象，采用QC小組（即質量控制小組）的創新活動方法，排查影響益生菌抗菌產品耐洗性能的因素，并制定對策，通過正交試驗分析，得到最佳工藝參數，提升產品的耐水洗性能；同時在實際生產過程中，進一步修訂益生菌抗菌家紡產品生產作業指導書，加強職工培訓教育，提高工人操作水平，大大提升產品質量，進而取得良好的經濟效益。