泡罩包裝新趨勢：聚丙烯應(yīng)用的挑戰(zhàn)與應(yīng)對

文/凌云

聚氯乙烯和聚偏二氯乙烯是制藥行業(yè)常用的兩種泡罩包裝材料——但它們卻可能會對環(huán)境造成污染、還會對人體造成危害。因此制藥企業(yè)正在尋求新的替代物。聚丙烯是一種有力的候選材料，不過其加工卻存在一些難點。對此，本文進行了簡要分析，并分享了一些應(yīng)對策略。

聚氯乙烯（Polyvinyl chloride，以下簡稱“PVC”）片是一種藥用泡罩包裝材料，它容易成型和密封、價格低廉，還能為安瓿瓶、西林瓶、注射器等玻璃包裝提供足夠的支撐和防護，因此在生產(chǎn)中被制藥企業(yè)廣泛采用。但PVC 熱穩(wěn)定性差，尤其是防潮阻隔性能與阻氧性能不好，一些PVC 包裝的產(chǎn)品常常會因為吸潮或氧化導(dǎo)致藥品無法通過包材的穩(wěn)定性實驗，甚至產(chǎn)生用藥風險。

因此在濕度較高的亞熱帶或熱帶地區(qū)，對于容易吸潮或吸潮后不穩(wěn)定的產(chǎn)品，制藥企業(yè)通常會選用涂布聚偏二氯乙烯（Polyvinylidene chloride，以下簡稱 “PVDC”）來進行包裝。其不同的涂布厚度還能實現(xiàn)不同的阻隔性能，所以PVDC 硬片憑借良好的防潮性能以及優(yōu)異的易成型和密封性，成為制藥行業(yè)常用的包材之一。

不過PVC 或PVDC 也有很多缺點。PVC 燃燒會產(chǎn)生氫氯化物，在不完全燃燒的情況下還會產(chǎn)生劇毒的二 英，因此德國和瑞士甚至立法禁止對其進行焚燒[1]；而PVDC 膜在加熱后會產(chǎn)生氯氣和氯化氫，對金屬機械、模具和加熱板特殊保護涂層產(chǎn)生腐蝕，對操作人員的身體健康造成影響。所以制藥企業(yè)一直在尋找它們的替代選項。在這種情況下，聚丙烯（Polypropylene，以下簡稱“PP”）膜作為一種性能良好的替代物進入了制藥企業(yè)的視野。

PP 是一種部分結(jié)晶的塑料，具有很高的透明度。它作為泡罩包裝材料，能夠克服PVC 及PVDC 的一些缺點。例如，PP 分子沒有極性，故不會像PVDC 那樣會與金屬生產(chǎn)設(shè)備發(fā)生粘合。因此，其加入性能遠超越PVC 及PVDC。

相比于PVC，PP 片材的密度更低，因此與PVC 膜材具有相同面積和厚度的PP 膜材要更輕。這意味著在重量相同的情況下，PP 片材可以包裹更多的藥品。

PP 的材料結(jié)構(gòu)

另外，PP 片材具有良好的阻隔性。實驗證明，無涂層PP 的水汽透過率低于無涂層的PVC，與帶PVDC 涂層的PVC 水汽透過率基本相當。如果密封層采用PP 的話，其性能也堪比鋁箔：它適用于所有印刷過程并能像一般鋁箔那樣輕易揭開取出藥品，且擁有與鋁箔不相上下的密封性。

PP 的另一個重要的優(yōu)勢就是環(huán)保：它易回收，焚化時不釋放毒素。Recipharm 公司曾做過一個研究，結(jié)果顯示，在引起全球變暖問題上，PP 泡罩包裝的影響程度比傳統(tǒng)的鋁塑泡罩包裝低86%[2]。這主要是因為前者的材料生產(chǎn)加工過程比鋁材和PVC 的耗能要少。

盡管擁有如此多的優(yōu)勢，目前在市場上由PP 單一材質(zhì)制成的泡罩包裝仍然比其他鋁塑泡罩包裝少。這是因為PP單材質(zhì)泡罩包裝的加工性不如PVC。問題主要集中在以下幾個方面：一是PP 的熱脹和冷收縮較為明顯；二是PP 僅在一個很窄的溫度范圍里可以進行成型；三是在沒有輔助成型的情況下，PP 通常不可以使用；四是PP 的成型溫度較高，對熱量有更高的要求；五是PP 在密封后的冷卻過程中所需的冷量也要更高；六是PP 膜吸收熱量的速度比較慢，冷卻時釋放熱量的速度也慢。

那么是否有辦法可以解決PP 加工成型的問題呢？熱成型膜在泡罩包裝機上加工性能的好壞主要取決于膜熱彈性（thermo elastic）范圍的大小。范圍越廣，越容易加工，反之則越難處理。達成良好熱彈性范圍的難點在于：一是要在相應(yīng)的工藝時間里，將膜升溫至要求溫度；二是泡罩包裝機的預(yù)熱板應(yīng)更長，或在設(shè)備設(shè)計時就將加熱功率考慮進去。

本文接下來將以柯爾柏泡罩包裝機的設(shè)計為例，來闡述如何通過溫度、成型工藝控制以及對設(shè)備的改進來優(yōu)化PP膜的泡罩包裝。通過對PP 膜的溫度進行控制可實現(xiàn)工藝的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。主要的方法是最大化結(jié)晶態(tài)膜的時間，并減少PP 膜的收縮。

首先是溫度控制。成型膜加熱至少需要3 個沖程，每個區(qū)域的溫度加熱都可以進行調(diào)節(jié)。設(shè)計時，可以在上料區(qū)域前對網(wǎng)膜進行正確的固定，避免網(wǎng)膜在垂直于牽引方向有收縮的趨勢。成型后，必須對膜的溫度進行控制，并將其溫度控制在設(shè)定的范圍里。將上料區(qū)域溫度控制在50℃～60℃，可以使PP 膜一直處于結(jié)晶態(tài)，同時這對減少膜的內(nèi)部張力也有幫助。通過密封輥溫度實現(xiàn)精確控制，可以確保工藝的穩(wěn)定性。密封后，還需要對冷卻輥溫度進行精確控制，以減少材料內(nèi)部的張力。

其次是對成型工藝進行調(diào)整。網(wǎng)膜的牽引、真空、機械輔助成型、壓縮空氣和停留時間的相互作用都是非常重要的影響參數(shù)。能否找到最佳的工藝參數(shù)在很大程度上取決于技術(shù)人員的經(jīng)驗。每一種PP 材料的反應(yīng)都不盡相同。從理論上講，網(wǎng)膜長時間的停留是可取的，這樣可以使材料的結(jié)晶態(tài)時間盡可能地延長。

熱成型材料的狀態(tài)形式與溫度關(guān)系

通過溫度控制實現(xiàn)工藝的穩(wěn)定性和可重復(fù)性

微調(diào)成型過程

最后，在泡罩包裝設(shè)備方面可以對其進行升級以優(yōu)化PP 膜的處理。具體的一些升級手段包括：（1）將預(yù)熱工位長度設(shè)計在3 次牽引以上，并可以單獨控制加熱溫度，讓膜的升溫更平緩并確保膜內(nèi)外溫度的均一性，以增加成型工藝的穩(wěn)定。（2）對成型模具進行直接水冷，成型之時即可將膜和泡眼基本定型，這與成型之后再進行分開冷卻的傳統(tǒng)方式相比，能減少PP 膜的收縮影響。具體方法如下：加熱輔助成型工具并控制溫度——一方面輔助成型工具的應(yīng)用可以使得PP 膜的加工成型更容易，同時還能增加泡壁厚度的均一性；另一方面輔助成型溫度的控制減少了不可控的因素，增加了工藝的穩(wěn)定性。（3）可以對密封蓋膜進行預(yù)熱，讓泡罩的所有組成部分都變得可控。（4）對密封工位進行直接水冷，作用和成型時直接冷卻類似，但減少了PP 膜加熱后帶來的收縮。（5）可以在沖切前，全自動控制網(wǎng)膜和泡罩位置，保證精確沖切，以符合產(chǎn)品的質(zhì)量要求。（6）反藥板卷曲裝置盡可能安排在工藝上靠后的位置，確保藥板在進盒前平整且符合藥板進盒要求。

雖然PVC 和PVDC 在短期內(nèi)仍不可替代，但隨著泡罩包裝技術(shù)的突破，過去不可加工的PP 膜將逐步成為一種更優(yōu)質(zhì)的替代選擇。由于其更環(huán)保、更經(jīng)濟的特性，它的使用量正逐漸增加，這為泡罩包裝的發(fā)展注入了新的動力。