益生菌抗菌產(chǎn)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(huán)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(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，近年來，積極研發(fā)了抗菌、防螨、遠紅外、負氧離子等功能性家紡產(chǎn)品。紫羅蘭家紡科技股份有限公司針對消費者對家紡產(chǎn)品的功能性需求方面進行了市場調(diào)研，結(jié)果顯示，消費者對抗菌功能性家紡產(chǎn)品的需求量最大，其次是負氧離子功能性家紡產(chǎn)品。因此，該公司將抗菌功能性家紡產(chǎn)品作為主要研發(fā)方向。傳統(tǒng)的抗菌產(chǎn)品生產(chǎn)工藝基本采用抗菌整理劑，經(jīng)過浸軋、浸漬等環(huán)節(jié)對產(chǎn)品進行了后整理。傳統(tǒng)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(tài)環(huán)保性等問題?；诖?，公司創(chuàng)新性地采用了益生菌作為抗菌整理劑，該整理劑具有生態(tài)環(huán)保的優(yōu)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(chǎn)品又需要經(jīng)常洗滌，所以提高益生菌抗菌產(chǎn)品的耐洗性能顯得尤為重要。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

本研究調(diào)查并收集了當前市面上抗菌產(chǎn)品的抗菌性能數(shù)據(jù)，并對此進行統(tǒng)計。結(jié)果表明：（1）國內(nèi)外產(chǎn)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(nèi)外產(chǎn)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(chǎn)品的抗菌性能明顯低于其他產(chǎn)品；（4）紫羅蘭家紡科技股份有限公司普通抗菌產(chǎn)品能達到國內(nèi)外先進水平，而益生菌抗菌產(chǎn)品的耐洗性能與國內(nèi)外先進水平差距較大。

2 目標設定

基于以上現(xiàn)狀調(diào)查分析，設定目標如下：水洗20次后，抑菌率從現(xiàn)在的50.00%提高到80.00%，達到國內(nèi)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(chǎn)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(chǎn)品不耐水洗的問題展開頭腦風暴，結(jié)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(huán)這五大方面進行了分析，結(jié)果如圖1所示。

圖1 “人、機、料、法、環(huán)”原因分析

4 確認要因

針對每項原因，采用現(xiàn)場試驗、現(xiàn)場測量、現(xiàn)場調(diào)查等方法進行逐一排查，具體分析方法和結(jié)論如下。

（1）針對原因一：保壓時間設置不合理。采用現(xiàn)場試驗的方法，改變保壓時間，其余整理工藝參數(shù)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(jié)果表明：改變保壓時間后，整理劑的滲透高度發(fā)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(xiàn)場試驗的方法，改變負壓壓力，其余整理工藝參數(shù)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(jié)果表明：改變負壓壓力后，整理劑的滲透高度發(fā)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(xiàn)場試驗的方法，改變烘干整理的溫度，其余整理工藝參數(shù)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(jié)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(chǎn)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(shù)（烘干時間設定為3 min）下的回潮率。測試結(jié)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?，F(xiàn)場測量不同時間的軋機壓力，匯總分析多次測量結(jié)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(jié)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(xiàn)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(jié)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(xiàn)場試驗，研究不同溫度對益生菌抗菌整理效果的影響。結(jié)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(chǎn)指導書。通過現(xiàn)場調(diào)查，已制定生產(chǎn)指導書，操作流程規(guī)范，所以確定為非要因。

（10）針對原因十：培訓不足。通過現(xiàn)場調(diào)查，紫羅蘭家紡科技股份有限公司每年對相關(guān)操作工人至少進行了兩次關(guān)于益生菌抗菌家紡產(chǎn)品的生產(chǎn)培訓，并進行了考核，分數(shù)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(chǎn)環(huán)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(chǎn)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(shù)，需達到水洗20次后抑菌率為80.00%的產(chǎn)品性能指標，并且規(guī)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(xiàn)場試驗分析發(fā)現(xiàn)，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(chǎn)品手感變硬。經(jīng)過大量的資料收集和分析發(fā)現(xiàn)，改性樹脂黏合劑—水溶性納米PU黏合劑是一種環(huán)保水溶性樹脂黏合劑，具有無污染、安全可靠、機械性能優(yōu)良、相容性好等優(yōu)點，并且經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，采用這種黏合劑整理后，不僅能增強整理劑與面料的結(jié)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(zhì)量分數(shù)，其余整理工藝參數(shù)不變，對試樣進行益生菌抗菌處理。黏合劑質(zhì)量分數(shù)對抑菌率的影響如表1所示。

表1 黏合劑質(zhì)量分數(shù)對產(chǎn)品抑菌率的影響

結(jié)果表明：隨著黏合劑質(zhì)量分數(shù)的增大，產(chǎn)品的抑菌率也有所增加；當黏合劑質(zhì)量分數(shù)為4.00%時，產(chǎn)品的抑菌率達到最大值；隨著黏合劑質(zhì)量分數(shù)的繼續(xù)增加，產(chǎn)品的抑菌率稍有下降并逐漸趨于平穩(wěn)。因此，當黏合劑質(zhì)量分數(shù)為4.00%時，產(chǎn)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(shù)—正交試驗

將黏合劑的質(zhì)量分數(shù)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(jié)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(jié)果

通過正交試驗結(jié)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(yōu)水平和優(yōu)水平組合。結(jié)果表明：主次順序A＞C＞B，優(yōu)水平A3B2C3。（2）通過方差分析，進行顯著性檢驗，選擇最優(yōu)工藝參數(shù)，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(yōu)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(chǎn)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(shù)：水溶性納米PU黏合劑質(zhì)量分數(shù)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(shù)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(jié)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(yōu)良。

采用本次研究得到的最佳工藝參數(shù)，對公司不同品種的產(chǎn)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(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（CTTC）檢測。

結(jié)果表明：經(jīng)專業(yè)機構(gòu)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(shù)整理后的產(chǎn)品經(jīng)專業(yè)機構(gòu)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(nèi)外先進水平，耐水洗效果優(yōu)良。

7.2 活動前后目標值對比

經(jīng)過本次研究探討，益生菌抗菌產(chǎn)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(xiàn)并超出了預期80.00%的目標值。

7.3 經(jīng)濟效益

益生菌抗菌產(chǎn)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(chǎn)品的銷售額也有了明顯提高。

8 結(jié)語

本研究以益生菌抗菌家紡產(chǎn)品為研究對象，采用QC小組（即質(zhì)量控制小組）的創(chuàng)新活動方法，排查影響益生菌抗菌產(chǎn)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(shù)，提升產(chǎn)品的耐水洗性能；同時在實際生產(chǎn)過程中，進一步修訂益生菌抗菌家紡產(chǎn)品生產(chǎn)作業(yè)指導書，加強職工培訓教育，提高工人操作水平，大大提升產(chǎn)品質(zhì)量，進而取得良好的經(jīng)濟效益。