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药用塑料容器生产技术

日期:2017-01-26

1、 中空挤出吹塑(Extrusion-Blow molding)

中空挤出吹塑是利用挤出机连续地挤出空心管,然后用剪刀(人工)或切割装置(自动)将其切成小段后移到挤吹模具内吹制成型。其优点是:设备简单,投资小,成本价格低;缺点是:瓶口不平,密封性能差。此外,中空挤出吹塑工艺所适用的塑料原料是PE,常用的为LDPE,其阻透性能远远低于HDPE和PP,装药保质期短。

2、 二步法“注-吹”(Two steps injection-Blow molding)

二步法“注-吹”实际上是指注射、吹塑分别由两台机器进行操作,俗称“二步法”。具体而言,第一步是由一台普通的注塑机注射成型管坯,此时,管坯的瓶头部分(瓶口、螺纹)已经成型;第二步是由人工将管坯放在蜂窝状的加热器或自动循环加热传送带上,经加热调温后,再将其移到吹瓶机内用压缩空气吹制成型。这种方法的优点是:设备比较简单,投资也比较少;瓶口整齐,密封性能良好;产品品种开发速度快,模具费用比较低。其缺点是:注射管坯与吹塑成型分步进行,使制品易被污染,难以保证产品通过菌检;产品的同一性差,不太适应大批量生产。

3、 一步法“注-吹”(One step injection-Blow molding)

一步法“注-吹”是指注射和吹塑在同一台机器上完成。根据不同的机种,通常分为三工位和二工位“注-吹”。

三工位“注-吹”制瓶机的三个工位以120°角成等边三角形分布,其中,第一工位为注射成型工位,第二工位为吹塑成型工位,第三工位为脱瓶工位。这三个工位可同时运行,不仅大大提高了生产效率,而且可与传送带连接,自动计数包装,真正实现了药用塑料瓶生产全过程的“无人手接触”,从而确保了产品的洁净卫生。

二工位“注-吹”制瓶机的两个工位可上下或前后排列,第一工位为注射成型工位,第二工位为吹塑成型工位。由于缺少一个专用的脱瓶及冷却工位,所以难以实现全自动计数包装(一般为散装人工计数)。同三工位制瓶机相比,其生产效率较低,生产周期较长。
一步法“注-吹”工艺的优点是:自动化程度高,机器的产能大;瓶口的平整度高,密封性极好。当选用HDPE/PP作为原料时,瓶子的壁厚比较均匀,阻透性能优良,使药品的保质储存期长。其缺点是:设备投资较大,模具复杂,系统配置要求较高,因此,不适合小品种、小批量的生产。但是,对于大批量生产而言,可得到高品质低成本的产品,经济效益较好。

目前,国内标准化的药用包装企业基本上都是采用一步法“注-吹”工艺设备,并以三工位设备为主。

国际上著名的“注-吹”成型设备制造厂家主要有美国的Wheaton公司和Jomar公司、德国的Battenfeld公司和Bekum公司、日本的ASB公司和青木固公司以及意大利的Uniloy Milacron公司,这些公司目前所生产的机型均采用一步法三工位的方式,其中,美国产品采用垂直螺杆结构,德国和意大利的产品采用卧式螺杆结构。

在国内,江苏维达机械有限公司自1989年开始,首家研制“三工位”一步法“注-吹”成型机,并于1991年将产品投向市场。目前,其生产规模达到每年100条生产线,带动了中国药品包装容器(特别是固体药物片剂、胶囊包装)生产技术的提高。

药用塑料瓶常用塑料原料

1、 聚烯烃

适合于制作药用塑料容器的聚烯烃类塑料原料包括:聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)。其中,聚乙烯又包括:高密度聚乙烯(HDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE);聚苯乙烯包括高抗冲聚苯乙烯(GPPS-HIPS)。

2、 聚酯

聚酯类塑料原料主要有:聚对本二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚对萘二甲酸丁二醇酯(PEN)。

常用塑料原料的密度性能见表1。从表1可以看出:

● 固体药物的包装宜选用HDPE和PP,这2种材料具有优良的抗水蒸气渗透性能,可以有效地防止药物因吸潮而变质。但是,对于易氧化变质的药物,应慎用HDPE和PP材料。HDPE和PP材料通常是采用一步法“注-吹”工艺;

● LDPE的阻氧性能极差,不适合用作药用塑料瓶的原料,更不能灌装贮存期较长的药物; 

● PET对水和氧气均具有优良的阻透性,且外观透明,是灌装液体药物(糖浆、口服液类)的理想原料,一般采用“注-拉-吹”工艺。

表1 常用塑料原料密度性能比较
 

种类

密度

透光性

硬度

水蒸气渗透率

透氧率

LDPE

0.910.92

半透明

软性

20

40000

HDPE

0.940.96

半透明

(低于LDPE

中等

10

600

PVC

(食品级)

1.351.45

较透明

硬性

40

150

PP

0.900.91

半透明

(接近透明)

硬性

11

860

PET

1.4

透明

硬性

27

60

PC

1.2

透明

硬性

80

200

 注:水蒸气渗透率单位g/m2 24h MPa(0.025mm)JIS-Z-0208方法;氧气渗透率单位cm3 .m/m2 Mpa 24h 20℃ 65%RH(0.025mm)压力法。

3、 着色剂与加工助剂

药瓶的着色剂通常选用二氧化钛TiO2(锐钛型或金红石型),TiO2的含量≥98%Wt,添加量为1.0%~1.5%Wt。

常用的加工助剂有润滑剂硬脂酸锌和聚乙烯蜡,它们均为白色粉末,添加量为0.1%~1%Wt。

近年来,为满足GMP及十万级净化的要求,一般将TiO2、硬脂酸锌、聚乙烯蜡与LDPE(高M·I)混合在一起制成浓缩母粒,可大大减少生产过程中的粉尘污染。典型的TiO2色母配方为:TiO2(特级)60%,硬脂酸锌8%,聚乙烯蜡10%,LDPE22%。

GMP规范及工艺流程的规划 

药用塑料瓶生产企业不仅应选择性能可靠的“注-吹”成型机和精密的“注-吹”模具,还应对相应的GMP规范及工艺流程进行系统设计规划,主要内容包括:
1、中央空调系统(GMP标准厂房、十万级进化,GB/T16292-16294-1996)的主要指标:洁净度十万级,三级过滤(粗、中、高),顶送侧回方式。换气次数≥15次/h,温度T=26℃~28℃。
2、冷冻水系统:温度T=5℃~15℃,压力P≥0.2MPa,流量Q≥额定值。
3、冷却水系统:温度T≤28℃,压力P≥0.2MPa,流量Q≥额定值,采用喷淋冷却循环系统。
4、压缩空气系统:配置稳压罐、冷冻干燥器和自动排水阀,压力P≥1.0MPa,流量Q≥标定值,压缩空气温度可从65℃左右调节到20℃以下,以提高生产效率;二级过滤(40?,5?),可保证产品洁净度。 
5、模具温控器

● 水介质模温机:工作温度Tmax≥120℃,P≥0.4MPa,微处理器或PID控制。

● 油介质模温机:工作温度Tmax=30℃~300℃,P≥0.2MPa,PID或一次位式控制仪表。

通常,生产药用塑料瓶选用水介质模温机更为适宜,可以保证药瓶的质量,防止油介质泄露污染药瓶。

6、混料、加料、粉碎装置

● 采用定时器确保混料时间可控,时间过长或过短均难以达到最佳的混料效果;

● 最好采用顶层加料或自动真空吸料的方式加料,并选用浓缩母粒着色,防止车间内粉尘污染超标;

● 粉碎机应选用低噪音、高效率的旋转切刀(主要是粉碎瓶盖注塑流道料架及少量的废瓶),回料的添加量应合适(小于15%Wt),防止反复循环降解影响性能。不同牌号的原料回料必须分开处理,不能随意混用。一般,瓶用树脂M·I≤1.0,盖用树脂M·I>5。

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