近些年,隨著醫藥以及藥包行業的迅速發展,特別是中成藥、顆粒劑、粉劑等藥品市場的不斷擴大,軟包裝袋由于其良好的阻隔性,在藥包領域中占有越來越大的比例。由于一些PTP泡罩包裝的高阻隔性要求,使得某些藥品在使用泡罩包裝后還需要在包裝外面加上一層復合膜軟包裝袋,以此來增強對藥品的保護功能,防止水汽、光照等外在因素對包裝內藥品藥效的破壞。本文主要就制袋過程中一些主要工藝參數和實際生產過程中經常出現的一些問題進行簡單的闡述和研究。
目前,熱封合是應用在復合包裝材料中最普遍、最實用的一種制袋方式。它是利用外界各種條件(如電加熱、高頻電壓及超聲波等)使塑料薄膜封口部位受熱變成粘流狀態,并借助一定壓力,使兩層膜熔合為一體,冷卻后保持強度。熱封合方式有很多種,比如熔斷封合、超聲波封合、高頻封合、熱空氣封合、棒式熱封合等。根據醫藥包裝的特點及要求,醫藥軟包裝袋大多都是采用棒式熱封合,它也是整個包裝袋行業中zui常見的一種熱封合方式。這種熱封方式主要是通過對加熱棒溫度、熱封時間、加熱棒與硅膠板之間壓力三者進行協調,zui終達到滿意的封合效果。一般來說,好的封合效果取決于它是否具有良好的熱封強度以及完好無損的外觀。
一、熱封制袋三要素
習慣上我們稱熱封溫度、熱封時間、熱封壓力為熱封制袋的三要素。
1.熱封溫度
熱封溫度的作用是使粘合膜層加熱到一個比較理想的粘流狀態。
由于高聚物沒有確定的熔點,是一個熔融溫度范圍,即在固相與液相之間有一個溫度區域,當加熱到該溫度區域時,薄膜進入熔融狀態。高聚物的粘流溫度與分解溫度分別是熱封的下限與上限,粘流溫度和分解溫度差值的大小是衡量熱封難易的重要因素。
熱封溫度是根據熱封材料的特性、薄膜厚度、熱封燙壓的次數及熱封面積大小而設定。同一部位燙壓次數增加,溫度可適當降低,熱封面積大時,溫度可略高一些。
在熱封復合制袋加工過程中,熱封溫度對熱封強度的影響zui為直接,各種材料的熔融溫度高低直接決定復合袋的zui低熱封溫度。在實際生產過程中,熱封溫度受熱封壓力、制袋機速以及復合基材的厚度等因素影響,因而實際熱封溫度往往要高于熱封材料的熔融溫度。熱封溫度若低于熱封材料的軟化點,則無論怎樣加大壓力或延長熱封時間,均不能使熱封層真正封合。一般來說,隨著熱封溫度的增大,熱封強度也會增加,但到了一定的溫度以后,強度不會增加(見圖1熱封強度與溫度的關系)。如果熱封溫度過高,極易損傷焊接處的熱封材料,熔融擠出產生“根切”現象,大大降低了封口的熱封強度和復合袋的耐沖擊性能。
2.熱封時間
熱封時間是指薄膜在熱刀下停留的時間,它也是影響熱封口強度和外觀的一個關鍵因素。相同的熱封溫度和壓力,熱封時間長,則熱封層熔合更充分,結合更牢固。但熱封時間過長,容易造成熱封焊縫處起皺變形,影響平整度和外觀;同時熱封時間過長,還會造成大分子分解,使封口界面密封性能惡化。
一般來說熱封時間主要由制袋機的速度決定。舊式的制袋機,調節熱封時間只有靠改變制袋機的速度,要延長熱封時間,就必須犧牲生產效率。近年來,國內外的制袋機生產廠家使用獨立的變頻電機技術控制熱封刀下降和送料,使制袋機能夠在不改變制袋速度的情況下獨立調節熱封時間或在控制熱封時間不變的情況下獨立調節制袋速度,大大方便了制袋機的操作和質量控制,提高了制袋機的生產效率。
3.熱封壓力
熱封壓力的作用是使已處于粘流狀態下的高聚物樹脂薄膜在熱封界面之間產生有效的分子相互滲透、擴散,從而達到一定的熱封效果。
要達到理想的熱封強度,必須加以合適的壓力。對于一般輕薄的醫藥包裝袋來說,熱封壓力至少要達到20 N/cm2,而且隨著復合膜總厚度的增加或熱封寬度的增加,所需壓力也應該相應的增加。若熱封壓力不足,兩層塑料薄膜熱封材料之間難以實現真正的貼合和互熔,導致局部熱封不上,或者難以消除熱封層中的空氣,造成虛封或不平整。
但是當熱封壓力過大時會產生熔融材料擠出的現象,擠走了部分熱封材料,使焊縫邊形成半切斷狀態,且焊縫發脆,影響了熱封效果,降低了熱封強度。一般熱封后,封口部位的強度損失不得大于10%~15%。
壓力的變化可以改變熱封特性。顯然,壓力越大,所需熱封時間或者熱封溫度都可以降低,但同時熱封范圍將會變窄。實際操作中壓力是可以調節的,采用較高的操作溫度,通過縮短熱封時間來提高產量,但操作控制難度較大,必須特別小心,以免產生負面效果。
二、復合膜材料本身的因素
除了熱封制袋三要素的工藝參數對制袋影響較大外,復合材料的性能也是zui直接影響熱封制袋的各項性能指標以及制袋過程中設備操作參數的重要因素之一。
1.復合膜熱封材料的種類、厚度
一般醫用復合膜包裝用熱封材料有LDPE、CPP、EVA、VC熱熔膠以及其它一些離子型樹脂surlyn共擠或改性PE、PP等薄膜。同等情況下蒸煮袋包裝常用的CPP熱封強度要比一般的LDPE強,改性的薄膜要比沒經過改性的薄膜強度高。熱封材料的厚度一般在20~80μm,有一些特殊要求的(如蒸煮袋)也有達到100~120μm。同一種熱封材料,其熱封強度隨熱封厚度增大而增大。
此外,材料的總厚度、均勻度、平整度也是很重要的參數指標。均勻度和平整度較差會使熱封壓力、溫度不能夠均勻地傳遞到薄膜的熱封區域上,這樣沿熱封刀具方向的高聚物所處的粘流狀態就不均一,不能確保完好的界面密閉性。
2.復合膜復合強度
復合膜是由非熱封層與熱封層經過擠出、干法復合而來,實際意義屬于層合,不是嚴格意義的復合材料學上的復合概念。內封層(聚乙烯等)與次內層基材的層間復合強度對熱封質量有著很大的影響。與內封層相復合的其它基材對內層熱封來說起著補強的作用,大部分復合膜熱封處的破壞都發生在復合膜的層間或脆斷,一般熱封強度要遠大于復合強度。對于復合剝離強度較低的產品,由于基材薄膜與表層薄膜(含次內層)的拉伸強度、彈性模量及伸長率有很大的不同,在拉力作用下往往是熱封邊處的復合膜層間首先剝離,致使由內層獨立承受破壞拉力,而使其它層材料失去補強作用,熱封強度等質量指標由此大為降低。而且在熱封的同時,熱封部位的復合強度本身也會有一定程度下降,所以要想得到充分的熱封強度,使內封層與次內封層之間具有相當好的復合強度是前提條件。
3.復合膜表層材料
印刷基材和其它復合層基材的耐熱性對復合袋的平整性有著重要的影響。一般來說,表層材料耐熱性越好,袋子的平整性等外觀性能也就越好,因此復合膜表層材料往往也會限制制袋機的熱封溫度。根據實踐經驗,一般表層為PET、PA等耐高溫性較高的基材時,生產過程中常可以通過提高熱封溫度來加快制袋速度,而不會影響制袋的外觀;表層材料為BOPP等耐高溫性較差的基材時,盡量采用較低的熱封溫度。通過改善熱封壓力和延長熱封時間來保證熱封強度和外觀,避免為了加快生產速度而提高熱封溫度。
三、制袋常見問題分析
1.封邊有花斑、氣泡
①材料因素。如PT、NY等吸濕性材料在保存時易吸收水分,在高溫制袋時易產生氣泡、氣斑。另外復合粘合劑因尚未完全固化,在高溫熱封時耐溫不夠、剝離強度差,也易脫層產生氣斑。
②熱封邊部位較寬時易產生氣斑,應調整壓力,調大間隙,將夾氣擠掉。薄膜走動時有波動會夾進空氣,進刀前應排干凈,進熱封刀前夾板應適當夾緊。
③制袋控制不當,如硅橡膠板長時間使用變形、高溫布破損、熱封刀上有臟物等。制袋速度、溫度、壓力等工藝參數不適當和不協調也會產生氣斑。
2.熱封強度差
熱封強度差是制袋過程中zui常出現的疑難問題。
①熱封材料的影響
熱封材料的種類不同,熱封強度不同,如PP、PE、EVA熱封強度不一致;同種薄膜不同聚合方法的產品,熱封強度不同;材料的厚度、均勻性等也會影響熱封強度;熱封層不同的加工方法,如吹塑、流延膜等,均影響熱封強度。薄膜的保存時間過長,析出物增多,經過電暈處理熱封強度差。吸濕性材料吸潮,熱封面脫層,剝離強度下降。
②復合膜加工工藝的影響
印刷油墨耐溫性差或在油墨中添加劑不適當,在制袋高溫下,印刷層發生脫層,熱封強度下降。熱封邊應盡量設計成無圖案。復合工藝中粘合劑選擇也很重要,粘合劑的配比、粘度等參數的合理與否均會影響封口強度。在擠出復合或涂布工藝中,加工溫度高,材料表面氧化程度大,羧基生成量增加,不利于熱封。
③制袋工藝的影響
熱封后的封邊冷卻不夠,定型不足,不能消除內應力,影響強度及外觀,應及時檢查,加強冷卻水循環系統。熱封次數越多,熱封強度越高。縱向熱封次數取決于縱向焊刀的有效長度和袋長之比;橫向熱封次數由機臺橫向熱封裝置的組合數決定。良好的熱封,要求熱封次數至少在兩次以上。
3.封口膜皺、翹曲
①熱封溫度,引起不均衡收縮。
②熱封時間太長,間接導致溫度積累,使膜表面過熱。
③制袋張力控制不當,影響了薄膜的平整度,破壞了間隙送料的均衡性。
④間隙偏大,控制在1~1.5mm之間。
4.裁切線與橫封邊不平齊
①裁切刀的下刃裝得太低。
②切刀下面導梳變彎,高于下刀位置。
③切刀基座安裝不平齊。
5.上下片對不準
①材料的厚度不均勻,有松弛現象。
②浮動輥張力太小。
③運行過程中有些輥轉動不平衡。