益生菌抗菌产品耐洗性能的影响因素及提升策略研究

陈 凤，葛 玲，刘金抗，袁 燕

（紫罗兰家纺科技股份有限公司，江苏 南通 226300）

随着社会进步与生活水平的提高，人们越来越注重健康和环保，对功能性纺织品的要求越来越高。紫罗兰家纺科技股份有限公司长期致力于功能性新材料、新产品的研发、生产和销售，近年来，积极研发了抗菌、防螨、远红外、负氧离子等功能性家纺产品。紫罗兰家纺科技股份有限公司针对消费者对家纺产品的功能性需求方面进行了市场调研，结果显示，消费者对抗菌功能性家纺产品的需求量最大，其次是负氧离子功能性家纺产品。因此，该公司将抗菌功能性家纺产品作为主要研发方向。传统的抗菌产品生产工艺基本采用抗菌整理剂，经过浸轧、浸渍等环节对产品进行了后整理。传统的抗菌整理剂一般采用有机、无机整理剂，存在一定的安全隐患和生态环保性等问题。基于此，公司创新性地采用了益生菌作为抗菌整理剂，该整理剂具有生态环保的优点，但由于自身特殊的抗菌机理，存在不耐洗的问题[1]。然而，家纺产品又需要经常洗涤，所以提高益生菌抗菌产品的耐洗性能显得尤为重要。

1 现状调查

本研究调查并收集了当前市面上抗菌产品的抗菌性能数据，并对此进行统计。结果表明：（1）国内外产品的初始抗菌性能相差不大，均能超过95.00%；（2）水洗5次后，国内外产品的抗菌性能无太大变化；（3）水洗10次、20次后，紫罗兰家纺科技股份有限公司益生菌抗菌产品的抗菌性能明显低于其他产品；（4）紫罗兰家纺科技股份有限公司普通抗菌产品能达到国内外先进水平，而益生菌抗菌产品的耐洗性能与国内外先进水平差距较大。

2 目标设定

基于以上现状调查分析，设定目标如下：水洗20次后，抑菌率从现在的50.00%提高到80.00%，达到国内外先进水平。紫罗兰家纺科技股份有限公司普通抗菌剂整理的抗菌产品的耐洗性能可以达到80.00%，所以设定的目标是可行的。

3 原因分析

笔者针对益生菌抗菌产品不耐水洗的问题展开头脑风暴，结合紫罗兰家纺科技股份有限公司的实际情况，从人、机、料、法、环这五大方面进行了分析，结果如图1所示。

图1 “人、机、料、法、环”原因分析

4 确认要因

针对每项原因，采用现场试验、现场测量、现场调查等方法进行逐一排查，具体分析方法和结论如下。

（1）针对原因一：保压时间设置不合理。采用现场试验的方法，改变保压时间，其余整理工艺参数不变，对试样进行益生菌抗菌处理，测量试样的整理剂渗透高度，观察整理剂的渗透性。当保压时间为40 s时，整理剂渗透高度为2.0 cm；当保压时间为60 s时，整理剂渗透高度为3.0 cm；当保压时间为80 s时，整理剂渗透高度为2.5 cm。结果表明：改变保压时间后，整理剂的渗透高度发生了明显变化，所以确定为要因。

（2）针对原因二：负压压力设置不合理。采用现场试验的方法，改变负压压力，其余整理工艺参数不变，对试样进行益生菌抗菌处理，测量试样的整理剂渗透高度，观察整理剂的渗透性。当负压压强为-0.04 MPa时，整理剂渗透高度为2.0 cm；当负压压强为-0.06 MPa时，整理剂渗透高度为2.5 cm；当负压压强为-0.08 MPa时，整理剂渗透高度为2.8 cm。结果表明：改变负压压力后，整理剂的渗透高度发生了明显变化，所以确定为要因。

（3）针对原因三：烘干整理的温度设置不合理。采用现场试验的方法，改变烘干整理的温度，其余整理工艺参数不变，对试样进行益生菌抗菌处理。采用抑菌圈法测量试样的抗菌性能。当烘干温度达到100 ℃时，抑菌圈为1.0 cm；当烘干温度达到120 ℃时，抑菌圈为3.0 cm；当烘干温度达到140 ℃时，抑菌圈为2.0 cm。结果表明：改变烘干整理温度后，试样的抑菌圈大小有明显变化，抑菌圈越大，抗菌性能越好，且温度对益生菌的生物活性有较大影响，而益生菌的生物活性直接影响产品的抗菌性能，所以确定为要因。

（4）针对原因四：烘干整理的时间设置不合理。采用干湿度测试仪，测量试样在设定工艺参数（烘干时间设定为3 min）下的回潮率。测试结果显示，全棉面料的回潮率为8.48%，天丝面料的回潮率为11.47%，与全棉和天丝的自然回潮率相比，均已达到标准，所以时间设置合理，可确定为非要因。

（5）针对原因五：烘干整理的轧机压力设置不合理。现场测量不同时间的轧机压力，汇总分析多次测量结果，平均轧机压力为101.4 kPa，符合工艺标准要求，所以确定为非要因。

（6）针对原因六：烘干整理的幅宽过长。选取样品为同一纬向、两端和中间2 cm2大小抗菌整理后的布样3块，测试3块样品水洗20次后的抑菌率。结果表明：同一纬向上面料的抗菌性能相差不大，而且烘干整理的幅宽为机器固定值，所以确定为非要因。

（7）针对原因七：黏合剂的选择不合理。黏合剂种类很多，一般分为天然黏合剂和合成黏合剂。通过现场试验，分别采用天然的淀粉和合成的树脂作为黏合剂，对比水洗20次后的抑菌率和面料的手感。结果表明：采用天然的淀粉作为黏合剂时，面料的抑菌率低，但是面料手感柔软；采用合成的树脂作为黏合剂时，面料的抑菌率大大提升，但是面料手感较硬。不同的黏合剂对织物的抑菌率及手感都有较大影响，所以确定为要因。

（8）针对原因八：整理剂温度设置不合理。通过现场试验，研究不同温度对益生菌抗菌整理效果的影响。结果表明：抑菌圈大小基本无变化，所以不同温度对整理剂的抗菌性能无明显影响，所以确定为非要因。

（9）针对原因九：未制定生产指导书。通过现场调查，已制定生产指导书，操作流程规范，所以确定为非要因。

（10）针对原因十：培训不足。通过现场调查，紫罗兰家纺科技股份有限公司每年对相关操作工人至少进行了两次关于益生菌抗菌家纺产品的生产培训，并进行了考核，分数均在95分以上，所以确定为非要因。

（11）针对原因十一：空气粉尘、细菌过多。紫罗兰家纺科技股份有限公司建有1 500 m2的净化车间，生产环境洁净，基本无粉尘和细菌，所以确定为非要因。

综上所述，影响益生菌抗菌家纺产品耐洗性能的主要原因最终确定为4个：保压时间设置不合理、负压压力设置不合理、烘干整理的温度设置不合理和黏合剂的选择不合理。

5 制定对策

针对黏合剂的选择不合理、保压时间设置不合理、负压压力设置不合理、烘干整理的温度设置不合理这4个要因制定对策，并通过试验分析，找出最佳工艺参数，需达到水洗20次后抑菌率为80.00%的产品性能指标，并且规定责任人和预计完成时间[2-3]。

6 对策实施

6.1 黏合剂的选择

通过现场试验分析发现，采用合成的树脂黏合剂可以在极大程度上改善面料的抗菌性能，但是普通的黏合剂整理会使产品手感变硬。经过大量的资料收集和分析发现，改性树脂黏合剂—水溶性纳米PU黏合剂是一种环保水溶性树脂黏合剂，具有无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好等优点，并且经过试验发现，采用这种黏合剂整理后，不仅能增强整理剂与面料的结合牢度，而且不影响织物风格，所以选择水溶性纳米PU作为黏合剂。

6.2 黏合剂最佳浓度确定

采用单因素分析法，改变黏合剂的质量分数，其余整理工艺参数不变，对试样进行益生菌抗菌处理。黏合剂质量分数对抑菌率的影响如表1所示。

表1 黏合剂质量分数对产品抑菌率的影响

结果表明：随着黏合剂质量分数的增大，产品的抑菌率也有所增加；当黏合剂质量分数为4.00%时，产品的抑菌率达到最大值；随着黏合剂质量分数的继续增加，产品的抑菌率稍有下降并逐渐趋于平稳。因此，当黏合剂质量分数为4.00%时，产品水洗20次后的抑菌率最佳。

6.3 针对要因找出最佳工艺参数—正交试验

将黏合剂的质量分数固定为4.00%，选择保压时间、负压压力、烘干整理的温度作为3个因素，每个因素设置3个水平，选择L9（34）正交表安排试验。按照正交设计表，共进行9组试验，测试样品水洗20次后的抑菌率。正交试验因素-水平如表2所示，正交试验方案和结果如表3所示。

表2 正交试验因素-水平

表3 正交试验方案和结果

通过正交试验结果分析：（1）分析A、B、C因素各水平对试验指标的影响，计算K值和极差R，确定试验因素的优水平和优水平组合。结果表明：主次顺序A＞C＞B，优水平A3B2C3。（2）通过方差分析，进行显著性检验，选择最优工艺参数，方差分析如表4所示。

表4 方差分析

方差分析表明：保压时间的改变对抑菌率有显著影响，由K值可知，选取保压时间的3水平；负压压力对抑菌率无显著影响，在最佳试验条件中，选取1水平较高；烘干整理的温度对抑菌率无显著影响，同样，在最佳试验条件中选取3水平较高。最优水平为A3B1C3，即保压时间为80 s、负压压力为-0.06 MPa、烘干整理的温度为130 ℃。

7 效果检查

7.1 产品性能测试

（1）通过4个要因的试验对比分析，得到了最佳整理工艺参数：水溶性纳米PU黏合剂质量分数为4.00%、保压时间为80 s、负压压力为-0.06 MPa、烘干整理的温度为130 ℃。采用以上最佳工艺参数对全棉、天丝、涤棉3种不同面料进行整理，测试初始和水洗20次后的抗菌效果。

结果表明：水洗20次后，全棉、天丝、涤棉面料的抑菌率均大于80.00%，超过预定的目标，其中，全棉面料的抗菌率达到87.00%，面料耐水洗性能优良。

采用本次研究得到的最佳工艺参数，对公司不同品种的产品（生机立体被、蚕丝被、益生一号套件面料）进行益生菌抗菌处理，送国家纺织制品质量监督检验中心（CTTC）检测。

结果表明：经专业机构检测，生机立体被、蚕丝被、益生一号套件面料对大肠埃希菌的初始抑菌率均达99.00%；水洗20次后，对大肠埃希菌的抑菌率均大于80.00%，其中，生机立体被对大肠埃希菌的抑菌率最高达到87.00%。因此，采用最佳工艺参数整理后的产品经专业机构检测，达到预定的目标，从原来的50.00%提高到了80.00%以上，达到了国内外先进水平，耐水洗效果优良。

7.2 活动前后目标值对比

经过本次研究探讨，益生菌抗菌产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%，实现并超出了预期80.00%的目标值。

7.3 经济效益

益生菌抗菌产品耐洗性能提高后，满足了消费者对功能持久性的需求，市场反应良好，益生菌抗菌产品的销售额也有了明显提高。

8 结语

本研究以益生菌抗菌家纺产品为研究对象，采用QC小组（即质量控制小组）的创新活动方法，排查影响益生菌抗菌产品耐洗性能的因素，并制定对策，通过正交试验分析，得到最佳工艺参数，提升产品的耐水洗性能；同时在实际生产过程中，进一步修订益生菌抗菌家纺产品生产作业指导书，加强职工培训教育，提高工人操作水平，大大提升产品质量，进而取得良好的经济效益。