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药品包装用复合膜的生产工艺及控制要点

时间:2018-01-24 10:04:26来源:科印网作者:李 翠 赵术顺

  药品包装用复合膜指的是直接与药品接触的复合膜,其是众多固体口服类药品选择最多的包装材料。由于药品包装用复合膜伴随着药品生产、流通和使用的全过程,因此其质量可靠性、安全性成为影响药品质量的重要潜在因素。只有做好药品包装用复合膜生产工艺环节的控制、完善,确保所生产药品包装用复合膜的安全可靠,才能真正有效地保证药品质量和广大人民群众的用药安全。下面,笔者就将对药品包装用复合膜的几种常规生产工艺及相应的控制要点做简要介绍。

  典型药品包装用复合膜结构及工艺流程

  在复合膜生产工艺中,通常用简写的方式表示一个多层复合材料的结构,典型的药品包装用复合膜结构为聚酯/印刷层/黏合层/铝箔/胶黏剂层/聚乙烯,用简式表示为PET/AL/PE。典型药品包装用复合膜结构如图1所示。此种含铝箔的典型药品包装用复合膜采用PET里印,色彩丰富、图案清晰,并且具有优良的阻氧、防潮、避光及密封性,能延长内容物的保质期,此外化学稳定性、耐药品性及与各种包装机械的适应性均十分优异,因此广泛适用于粉状、片剂、颗粒等固体制剂的包装。

  PET/AL/PE药品包装用复合膜一般工艺流程如图2所示。其中,复合时既可用干式复合,也可用无溶剂复合,黏合层为一般的胶黏剂;还也可用挤出复合,黏合层为PE或EVA、EMA、EAA等树脂。


  各工序生产工艺及控制要点

  1.印刷工艺及控制要点

  药品包装用复合膜生产企业广泛采用凹印这种自动化程度高、效率高、制版质量好的印刷方式,工艺流程为:基材准备→调墨→打样确认→正式印刷→印后处理。在整个工艺流程中,需重点关注以下控制要点。

  ①印刷色序

  塑料薄膜一般采用里印。根据三原色变化规律及套印原理,里印的印刷色序应由深色到浅色,具体为:黑色→青色→品红→黄色→白色,有时侯根据工艺要求还可以做适当调整。

  ②凹印张力

  张力根据承印材料的拉伸强度来设定,拉伸强度小则相应的张力设定要小些,拉伸强度大则相应的张力设定要大些。张力设定值要以能套印准确、收卷整齐的最小张力为准。一般情况下,收卷张力要比放卷张力略大,主要是为了把卷收紧、收实和端面平整,避免因松卷、串卷等现象发生而不利于下道工序。不同规格、批次的承印材料,其张力设定会有所不同,要在实际印刷过程中进行重点控制。

  ③烘箱温度

  烘箱温度需根据承印材料的性质来决定,强度较高、受热不易变形的薄膜,应设定较高的烘箱温度。烘箱温度、印刷速度和溶剂挥发速度三者之间存在一定关系。当烘箱温度一定时,若溶剂挥发速度慢,则印刷速度要降低;反之,印刷速度要提高。当溶剂挥发速度一定时,若印刷速度加快,则应提高烘箱温度;反之,应降低烘箱温度。当印刷速度一定时,若溶剂挥发慢,则烘箱温度要升高;反之,烘箱温度要降低。另外,烘箱温度还与印刷工艺条件、油墨性质和油墨厚度等因素有关。当使用不同溶剂及油墨或印刷速度变化时,都要对烘箱温度进行适当调整,以完全烘干油墨且承印材料没有变形为准。

  ④印刷压力

  印刷压力即印刷橡胶压印辊的压力。如果印刷压力不够,则油墨转移不佳,容易出现图文缺损的现象。反之,则容易造成压印痕迹。通常凹印机上均配备静电吸墨辊,利用静电帮助油墨转移,其对高速凹印机来讲是必不可少的。通过静电吸墨系统,油墨能非常好地转移到基材表面。没有静电吸墨系统,油墨得不到充分转移,图案、线条、文字等可能出现发糊、漏印以及色相不均、深浅不一的现象。不同的承印材料,其印刷压力也不同,具体要根据印刷效果以及油墨性能等相关因素进行适当调整。

  ⑤油墨的使用、调整与控制

  印刷过程中油墨黏度的准确性和持续性很重要,特别是高速凹印过程中,油墨黏度的控制与一系列印刷故障有关,是影响印品质量的重要因素。印刷时,油墨黏度越大,油墨转移效果就越差。当油墨黏度过大时,整个油墨体系就处于过饱和状态,油墨中的物质流动性较差,容易聚集在一起,不容易顺利地进出版辊的网穴。如果油墨黏度太小,油墨中的有机溶剂含量多,树脂、颜料等成分相对较少,干燥后不能结成平滑的表膜,墨层泛白、暗淡无光、缺乏光泽。因此,凹印过程中,首先要调整好油墨黏度,并在保证色相稳定的前提下尽量使用低黏度油墨。另外,在生产过程中,由于油墨一直在不停的循环,溶剂时刻在挥发,因此应每隔一段时间检测一次油墨黏度,当其超出控制范围时要及时补充新的溶剂来调整油墨黏度在正常范围内。笔者所在企业采用黏度自动控制器来控制油墨黏度,控制精度在±0.2s以内,控制过程稳定,取得了很好的效果。

  油墨配制方面,根据客户提供的色样,主操作人员先确定所调油墨的大概配比,然后上机打样,与色样进行比较,再进行微调,直到与色样一致后方可正式生产。笔者所在企业采用自动调墨系统,大大提高了生产效率并减少了油墨的浪费,是一项比较值得推广的应用设备。

  此外,油墨也有一定的保质期,未开桶的油墨保质期在1年左右,开桶后的油墨在严格密封的情况下可保存半年,有些加白墨调色的油墨,因白墨容易沉淀,因此只能保质3个月左右,过期油墨在色彩、印刷质量上都难以保证。不同类型的油墨不能互相调配,这是因为所含树脂不同,易发生化学反应而结块,影响印刷质量。

  ⑥刮刀的调整与控制

  刮刀的高度位置和前后位置决定了刮刀片与印刷版辊的接触位置,也就决定了刀版接触线与压印线的距离,该距离的长短应根据印刷速度、油墨黏度、网穴深度、干燥速度、版面质量、印刷版辊直径等进行调整,一般为40mm左右。一般来说,该距离越长,网穴内的油墨变干机会就越大,油墨的转移率就越低。从印刷效果来看,就相当于该部分的油墨被撤淡。同时该距离长短是对油墨印刷适性的一个考验。当该距离较大时,有些油墨会从网穴内溢出,进而影响印刷质量。反之,虽然有利于提高油墨转移率,但又容易产生脏版等印刷故障。

  刮刀接触角即刮刀片和印刷版辊接触点的切线与刮刀片之间的夹角,一般为30°~60°。提高接触角,容易将版面的油墨刮净,使图文清晰,但可能产生墨层过薄、印刷油墨光泽差等现象,且容易损伤印刷版辊。反之,减少接触角,虽然印刷墨层厚重、印品光泽好,但图文边角容易模糊,同时油墨中的杂质容易带入刀缝,引起印刷刀丝等印刷故障。

  刮刀压力一般根据需要来进行设定,调整的原则是在不影响印刷质量的前提下尽量降低。刮刀压力越大,版辊与刮刀之间的摩擦力就越大,容易损坏刮刀和版辊。影响刮刀压力的因素有印刷速度、版辊加工精度、刮刀自身质量、油墨黏度、油墨对刮刀的冲击力、刮刀接触角等。其中,刮刀压力与印刷速度成正比,印刷速度越快,则刮刀压力应相应增大;刮刀硬度大,则刮刀压力应适当减小,以免损坏版辊。

  刮刀平整度主要取决于安装的方法,当然也有可能与刀架槽或刮刀片、压片上粘有异物有关。如果刮刀没有装平,当印刷大面积满色产品时,很可能会出现墨层厚度不一或刮墨不干净等,从而严重影响产品质量和正常生产。

  此外,为了提高刮墨效果,在印刷版辊转动的同时,刮刀也要在印刷版辊表面的长度方向上做周期性的往复运动。这样一来,就能够减少对局部固定位置的磨损,并能够避免油墨在刮刀底部的积聚。刮刀左右移动对减少刀线、提高刮刀利用率、减少对印刷版辊的磨损有着重要作用。

  ⑦印刷速度

  印刷速度与烘箱温度、风量、套印等工艺参数息息相关,考虑到残留溶剂等质量问题,在以上规定的参数下,印刷速度设定需要考虑产品规格、印刷面积大小等条件。

  2.复合工艺及控制要点

  目前,国内广泛采用干式复合和挤出复合两种复合工艺。

  (1)干式复合

  干式复合就是涂胶后将胶液中的溶剂通过加热排气的方法使其充分干燥,然后在“干的”状况下进行复合。

  ①温度

  温度要根据材料本身的耐热性、复合速度、胶黏剂的特性综合考虑后设定。干燥烘箱一般分3段工作区:蒸发区、硬化区和排除异味区,各段推荐设置温度分别为50~65℃、70~80℃、80~90℃。复合部温度设定为50~70℃。

  ②张力

  受张力和热容易延伸的PE等材料通常放在第二放卷部,7~9μm厚的AL容易断裂、起皱,也只能放在第二放卷部。而受张力不易延伸的PET常放第一放卷部,且经过较大的涂布张力。再次说明一下,工艺参数的控制及设置总是与材料本身的特性密切相关。

  ③复合压力

  复合压力应在不起皱的前题下尽量大,以保证复合初始剥离力较大。当胶黏剂流动性较好时,一般取值0.3~0.5MPa。

  ④烘箱进排风风压的控制

  烘箱进排风风压影响涂胶烘干效果及复合膜的平整度,经过设备验证后,一般不允许私自调节,生产时应查看其是否在正常范围内,有异常时须停机检查。

  ⑤胶黏剂的调配使用及涂布量控制

  配胶前要确认胶黏剂的外观质量,观察其是否有颜色变化、悬浮物、沉淀、发白现象。使用的醋酸乙酯溶剂要现抽现用,禁止预先抽取溶剂为下次配胶使用,特别是夏季,以防溶剂中的水分超标。冬季期间,应把胶黏剂提前一天移入加工区,必要时置于固化间预热,冬季使用的胶黏剂的黏度要比夏季高一点。配制好的胶黏剂的使用期限为夏季12小时,其他季节24小时(有特别注明使用期限的除外),超过使用期限的胶黏剂一般不得使用。

  复合过程中应每隔20~30分钟检测一次胶黏剂的黏度,控制每次测量的黏度与初始测量的黏度误差在±1秒内。另外,需根据胶黏剂特性和产品要求对涂布量进行严格控制。

  ⑥复合速度

  复合速度与温度、风量、压力等工艺参数相互影响。复合速度根据需要一般在70~160米/分范围内调整。复合速度过快往往是造成产品溶剂残留超标的重要因素之一。

  ⑦固化控制

  双组分胶黏剂在复合下机后,并不会立即具有理想的粘接强度,需要将干式复合半成品送入固化间固化。根据胶黏剂种类、产品种类的不同来设定不同的固化时间和温度,固化间的热能均衡非常关键,即设计固化间时,需要尽可能地设计成热能循环,四周环风,同时固化间的定时排风也很重要,足够的排风可以减少固化时间,而且能够进一步降低溶剂残留。常规固化温度一般设定在40~50℃之间,固化时间为24~72小时。

  (2)挤出复合

  挤出复合工艺流程为:将基材分别置于主、辅放卷部,通过张力控制装置将其展平,用EPC跟边装置调节各基材相对位置,后经电晕、底涂、烘干等处理,经过复合部由挤出机挤出高温树脂压合成型。

  ①挤出温度

  挤出温度主要由所用树脂决定。合理的温度对挤出复合极为重要。温度太低,复合膜的剥离强度差、塑化不良、外观暗淡;温度太高,则塑料易分解,复合膜脆硬,挤出膜的收缩率增大。另外,T型模头较宽,两端易散发热量,因此模头两端的温度可提高2~3℃;挤出复合应对被涂覆基材的耐温性给予充分注意,温度太高,停留时间太长,都有可能损坏基材薄膜。

  ②冷却辊水温

  聚乙烯是具有结晶能力的聚合物。聚乙烯熔体与其他薄膜复合后,需要经过急冷使其温度骤然下降,此时分子链段尚未能及时完全排成晶形阵列,就已部分丧失了运动能力,形成无定形区,具有了很好的柔顺性,既提高了聚乙烯的可粘接性能,也提高了聚乙烯的热封性能。

  一般来说,用聚乙烯熔体作为涂覆材料时,冷却温度应控制在15~25℃。用聚乙烯添加部分牢靠AE做黏合层与铝箔等金属箔复合时,冷却温度需要控制在20℃以下。

  ③张力

  张力的目的是通过对薄膜作用纵向反作用力使薄膜展平,以利于复合生产。张力的大小根据薄膜材料的厚度、宽度等来定。薄膜在印刷、挤出复合等生产中,因受到一定的张力,拉伸了其长度,在熟化过程中会产生收缩。当收缩力大于粘附力时,粘接强度会明显下降。因此控制好放卷、干燥、收卷等过程中的张力,避免薄膜产生过多的收缩应力是很重要的。

  ④气隙

  从模唇口到冷却辊、复合压力辊接触线的距离称为气隙。气隙大,则复合温度低、复合牢度差、透明度不好,但另一方面,气隙大也增加了熔体表面的热氧化程度,促进了复合膜剥离强度的提高。气隙一般控制在50~100mm。模口挤出的PE熔膜要略向复合橡胶辊方向倾斜,绝不可向冷却辊方向倾斜,避免因熔体急剧降温而影响复合膜的剥离强度。另外,与牢靠AE相混的PE宜选用涂布级LDPE,因为其不含开口剂、滑爽剂等助剂,黏合性较好且涂布级LDPE的分子量分布较窄,挤出复合时的缩颈现象较小。

  ⑤速度

  螺杆转速高,牵引速度慢,薄膜厚度大;螺杆转速小,牵引速度快,薄膜厚度小。如果挤出量偏大,牵引速度过快,会造成薄膜的透明度下降,纵向取向增大,使薄膜的机械方向性增高。

  ⑥其他控制点

  挤复粒子混料时,注意搅拌均匀,一次性配料不宜过多,建议有条件的厂家引进自动称量混料系统。

  3.分切工艺及控制要点

  分切就是将宽幅的复合膜用分切机上的切刀割成若干个相同宽度或不同宽度的产品,并收成卷。相对于印刷、复合工艺来说,工艺简单一些,主要有以下几点需注意。

  ①导辊卫生

  分切产品对导辊的表面平滑度、表面卫生要求较高,所以每次开机前必须确认各导辊表面光滑,无毛刺、灰尘、杂物等。

  ②张力及梯度控制

  收卷的松紧度一是会影响卷膜分切端面的平整性和卷底起皱,二是会影响制袋或自动包装使用的顺畅性。对于不同厚度和宽度的卷膜,如果每一卷的长度已经确定,就必须选择合适的收卷初始张力和张力锥度值(即张力递减比例)。如果收卷初始张力设定小加上锥度值不合适,就会造成卷膜松卷,膜就会滑脱,还会有端面不整齐甚至脱卷散开的可能。

  ③纠偏及尺寸控制

  分切尺寸是分切工序最重要的控制点之一,这里的要领是按要求的分切尺寸,调好切刀位置,并且在生产过程中保证切刀位置不发生变化,这样分切出来的产品才能始终满足要求。

  ④其他控制点

  此外,还需要注意成品表面质量控制、端面整齐度、折皱、起筋、接头数、长度、毛刺、杂物、亮边等。

  目前,药品生产企业已经全面实行GMP管理,对药品软包装用材料的形式和质量稳定性要求也日益提高,这就要求药品软包装企业要不断提高自身的工艺管理和质量控制水平。就工艺管理而言,以下基本要求应当做到。

  ①制定完整、适宜的生产工艺,并根据实际运行情况对其作系统回顾性验证,确定该工艺能够连续一致地生产出符合预定质量标准的产品。

  ②关键生产工艺及其重大变更都要经过工艺验证。

  ③相关设备、设施均已有适当的书面操作指南或工艺规程。

  ④操作人员经过培训,能按照工艺规程正确操作。

  ⑤生产全过程均有记录,记录应能表明所需执行的规程和指令均已实施,产品数量和质量符合预期要求。所有重大偏差记录完整并进行全面调查。

  只有这样,药品包装用复合膜产品才能做到质量稳定、可靠,进而才能有效地保证药品质量和广大人民群众的用药安全。


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