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医药软包装用复合膜热封制袋工艺研究
发布人:  时间:2011-11-23
 
    近些年,随着医药以及药包行业的迅速发展,特别是中成药、颗粒剂、粉剂等药品市场的不断扩大,软包装袋由于其良好的阻隔性,在药包领域中占有越来越大的比例。由于一些PTP泡罩包装的高阻隔性要求,使得某些药品在使用泡罩包装后还需要在包装外面加上一层复合膜软包装袋,以此来增强对药品的保护功能,防止水汽、光照等外在因素对包装内药品药效的破坏。本文主要就制袋过程中一些主要工艺参数和实际生产过程中经常出现的一些问题进行简单的阐述和研究。
    目前,热封合是应用在复合包装材料中最普遍、最实用的一种制袋方式。它是利用外界各种条件(如电加热、高频电压及超声波等)使塑料薄膜封口部位受热变成粘流状态,并借助一定压力,使两层膜熔合为一体,冷却后保持强度。热封合方式有很多种,比如熔断封合、超声波封合、高频封合、热空气封合、棒式热封合等。根据医药包装的特点及要求,医药软包装袋大多都是采用棒式热封合,它也是整个包装袋行业中最常见的一种热封合方式。这种热封方式主要是通过对加热棒温度、热封时间、加热棒与硅胶板之间压力三者进行协调,最终达到满意的封合效果。一般来说,好的封合效果取决于它是否具有良好的热封强度以及完好无损的外观。
   一、热封制袋三要素 

   习惯上我们称热封温度、热封时间、热封压力为热封制袋的三要素。
   1.热封温度
    热封温度的作用是使粘合膜层加热到一个比较理想的粘流状态。
    由于高聚物没有确定的熔点,是一个熔融温度范围,即在固相与液相之间有一个温度区域,当加热到该温度区域时,薄膜进入熔融状态。高聚物的粘流温度与分解温度分别是热封的下限与上限,粘流温度和分解温度差值的大小是衡量热封难易的重要因素。
    热封温度是根据热封材料的特性、薄膜厚度、热封烫压的次数及热封面积大小而设定。同一部位烫压次数增加,温度可适当降低,热封面积大时,温度可略高一些。
    在热封复合制袋加工过程中,热封温度对热封强度的影响最为直接,各种材料的熔融温度高低直接决定复合袋的最低热封温度。在实际生产过程中,热封温度受热封压力、制袋机速以及复合基材的厚度等因素影响,因而实际热封温度往往要高于热封材料的熔融温度。热封温度若低于热封材料的软化点,则无论怎样加大压力或延长热封时间,均不能使热封层真正封合。一般来说,随着热封温度的增大,热封强度也会增加,但到了一定的温度以后,强度不会增加(见图1热封强度与温度的关系)。如果热封温度过高,极易损伤焊接处的热封材料,熔融挤出产生“根切”现象,大大降低了封口的热封强度和复合袋的耐冲击性能。
    2.热封时间
    热封时间是指薄膜在热刀下停留的时间,它也是影响热封口强度和外观的一个关键因素。相同的热封温度和压力,热封时间长,则热封层熔合更充分,结合更牢固。但热封时间过长,容易造成热封焊缝处起皱变形,影响平整度和外观;同时热封时间过长,还会造成大分子分解,使封口界面密封性能恶化。
一般来说热封时间主要由制袋机的速度决定。旧式的制袋机,调节热封时间只有靠改变制袋机的速度,要延长热封时间,就必须牺牲生产效率。近年来,国内外的制袋机生产厂家使用独立的变频电机技术控制热封刀下降和送料,使制袋机能够在不改变制袋速度的情况下独立调节热封时间或在控制热封时间不变的情况下独立调节制袋速度,大大方便了制袋机的操作和质量控制,提高了制袋机的生产效率。
3.热封压力
    热封压力的作用是使已处于粘流状态下的高聚物树脂薄膜在热封界面之间产生有效的分子相互渗透、扩散,从而达到一定的热封效果。
    要达到理想的热封强度,必须加以合适的压力。对于一般轻薄的医药包装袋来说,热封压力至少要达到20 N/cm2,而且随着复合膜总厚度的增加或热封宽度的增加,所需压力也应该相应的增加。若热封压力不足,两层塑料薄膜热封材料之间难以实现真正的贴合和互熔,导致局部热封不上,或者难以消除热封层中的空气,造成虚封或不平整。
    但是当热封压力过大时会产生熔融材料挤出的现象,挤走了部分热封材料,使焊缝边形成半切断状态,且焊缝发脆,影响了热封效果,降低了热封强度。一般热封后,封口部位的强度损失不得大于10%~15%。
   压力的变化可以改变热封特性。显然,压力越大,所需热封时间或者热封温度都可以降低,但同时热封范围将会变窄。实际操作中压力是可以调节的,采用较高的操作温度,通过缩短热封时间来提高产量,但操作控制难度较大,必须特别小心,以免产生负面效果。
   二、复合膜材料本身的因素
    除了热封制袋三要素的工艺参数对制袋影响较大外,复合材料的性能也是最直接影响热封制袋的各项性能指标以及制袋过程中设备操作参数的重要因素之一。
    1.复合膜热封材料的种类、厚度
    一般医用复合膜包装用热封材料有LDPE、CPP、EVA、VC热熔胶以及其它一些离子型树脂surlyn共挤或改性PE、PP等薄膜。同等情况下蒸煮袋包装常用的CPP热封强度要比一般的LDPE强,改性的薄膜要比没经过改性的薄膜强度高。热封材料的厚度一般在20~80μm,有一些特殊要求的(如蒸煮袋)也有达到100~120μm。同一种热封材料,其热封强度随热封厚度增大而增大。
   此外,材料的总厚度、均匀度、平整度也是很重要的参数指标。均匀度和平整度较差会使热封压力、温度不能够均匀地传递到薄膜的热封区域上,这样沿热封刀具方向的高聚物所处的粘流状态就不均一,不能确保完好的界面密闭性。
   2.复合膜复合强度
   复合膜是由非热封层与热封层经过挤出、干法复合而来,实际意义属于层合,不是严格意义的复合材料学上的复合概念。内封层(聚乙烯等)与次内层基材的层间复合强度对热封质量有着很大的影响。与内封层相复合的其它基材对内层热封来说起着补强的作用,大部分复合膜热封处的破坏都发生在复合膜的层间或脆断,一般热封强度要远大于复合强度。对于复合剥离强度较低的产品,由于基材薄膜与表层薄膜(含次内层)的拉伸强度、弹性模量及伸长率有很大的不同,在拉力作用下往往是热封边处的复合膜层间首先剥离,致使由内层独立承受破坏拉力,而使其它层材料失去补强作用,热封强度等质量指标由此大为降低。而且在热封的同时,热封部位的复合强度本身也会有一定程度下降,所以要想得到充分的热封强度,使内封层与次内封层之间具有相当好的复合强度是前提条件。
   3.复合膜表层材料
   印刷基材和其它复合层基材的耐热性对复合袋的平整性有着重要的影响。一般来说,表层材料耐热性越好,袋子的平整性等外观性能也就越好,因此复合膜表层材料往往也会限制制袋机的热封温度。根据实践经验,一般表层为PET、PA等耐高温性较高的基材时,生产过程中常可以通过提高热封温度来加快制袋速度,而不会影响制袋的外观;表层材料为BOPP等耐高温性较差的基材时,尽量采用较低的热封温度。通过改善热封压力和延长热封时间来保证热封强度和外观,避免为了加快生产速度而提高热封温度。
 三、制袋常见问题分析
    1.封边有花斑、气泡
    ①材料因素。如PT、NY等吸湿性材料在保存时易吸收水分,在高温制袋时易产生气泡、气斑。另外复合粘合剂因尚未完全固化,在高温热封时耐温不够、剥离强度差,也易脱层产生气斑。
    ②热封边部位较宽时易产生气斑,应调整压力,调大间隙,将夹气挤掉。薄膜走动时有波动会夹进空气,进刀前应排干净,进热封刀前夹板应适当夹紧。
    ③制袋控制不当,如硅橡胶板长时间使用变形、高温布破损、热封刀上有脏物等。制袋速度、温度、压力等工艺参数不适当和不协调也会产生气斑。
    2.热封强度差
    热封强度差是制袋过程中最常出现的疑难问题。
    ①热封材料的影响
    热封材料的种类不同,热封强度不同,如PP、PE、EVA热封强度不一致;同种薄膜不同聚合方法的产品,热封强度不同;材料的厚度、均匀性等也会影响热封强度;热封层不同的加工方法,如吹塑、流延膜等,均影响热封强度。薄膜的保存时间过长,析出物增多,经过电晕处理热封强度差。吸湿性材料吸潮,热封面脱层,剥离强度下降。
    ②复合膜加工工艺的影响
    印刷油墨耐温性差或在油墨中添加剂不适当,在制袋高温下,印刷层发生脱层,热封强度下降。热封边应尽量设计成无图案。复合工艺中粘合剂选择也很重要,粘合剂的配比、粘度等参数的合理与否均会影响封口强度。在挤出复合或涂布工艺中,加工温度高,材料表面氧化程度大,羧基生成量增加,不利于热封。
    ③制袋工艺的影响
    热封后的封边冷却不够,定型不足,不能消除内应力,影响强度及外观,应及时检查,加强冷却水循环系统。热封次数越多,热封强度越高。纵向热封次数取决于纵向焊刀的有效长度和袋长之比;横向热封次数由机台横向热封装置的组合数决定。良好的热封,要求热封次数至少在两次以上。
    3.封口膜皱、翘曲
    ①热封温度,引起不均衡收缩。
    ②热封时间太长,间接导致温度积累,使膜表面过热。
    ③制袋张力控制不当,影响了薄膜的平整度,破坏了间隙送料的均衡性。
    ④间隙偏大,最好控制在1~1.5mm之间。
    4.裁切线与横封边不平齐
    ①裁切刀的下刃装得太低。
    ②切刀下面导梳变弯,高于下刀位置。
    ③切刀基座安装不平齐。
    5.上下片对不准
    ①材料的厚度不均匀,有松弛现象。
    ②浮动辊张力太小。
    ③运行过程中有些辊转动不平衡。
  
 
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