非PVC多層共擠輸液用膜結構與阻隔性能研究

王勇祥，姜志英，惠正新（湖南新五洲醫藥包裝有限責任公司，湖南 長沙 410100）

·制藥工藝·

非PVC多層共擠輸液用膜結構與阻隔性能研究

王勇祥，姜志英，惠正新
（湖南新五洲醫藥包裝有限責任公司，湖南 長沙 410100）

本論文通過測量不同厚度與不同生產工藝生產的多層共擠輸液薄膜的阻隔性能，發現影響該薄膜的阻隔性能的主要因素為薄膜的厚度，撥膜越厚，其阻隔性能越好。實驗發現當薄膜厚度超過0.18 mm時，其水蒸氣透過量、氧氣透過量、氮氣透過量等阻隔性能指標均能滿足標準要求，另外隨著生產工藝的變化，其阻隔性能也存在著少量變化。

多層共擠膜；阻隔性能；水蒸氣透過量；氧氣透過量；氮氣透過量

輸液包裝從包裝形式上先后經歷了玻璃瓶、塑料瓶、軟袋等包裝形式，其中軟袋包裝是目前輸液包裝最理想的包裝方式，它具有輸液安全、易運輸等優點。

全密閉式軟包裝輸液為第三代輸液形式，其特點和優勢突出，臨床在用的包裝形式有PVC和非PVC兩種，美國多采用PVC軟袋，歐洲與日本等則采用非PVC軟袋。但由于PVC需要加入大量增塑劑DEHP，而這種成份對藥物的污染非常嚴重，對人的傷害性巨大，我國已經基本禁止此類產品的生產和銷售。而非PVC軟袋包裝除不含塑化劑外，比之PVC軟袋具有更好的滅菌適應性、透明度、藥物適應性以及阻隔性能。其安全性和環保性已經得到大家的認可，是國際和國內的輸液包裝的發展趨勢。

非PVC軟袋由于選用的材質多為聚丙烯、聚酯等惰性且環保的材質，因此在藥物相容性方面能很好滿足包裝需求，另外為保證藥品的長期儲存性能，要求該材質需要較高的阻隔性能，良好的水蒸氣阻隔性能能確保藥液濃度的穩定性，而較低的氣體透過率則能有效較低藥液長期儲存過程中變質的可能性。我國國家藥品監督管理局在藥品包裝材料（容器）標準YBB00342002中提出如下要求：

表1 YBB00342002中阻隔性能要求

從上表中可以看出，多層共擠輸液用膜的短板在于氣體阻隔性能，較高的氣體透過率能加速部分不穩定性藥物變質，特別是一些易揮發或易氧化類藥物。影響薄膜阻隔性能的因素主要有材質、薄膜厚度、薄膜結構等因素。目前，國際上采用的多層共擠輸液用膜多為三層結構與五層結構，如德國玻利西尼公司，生產的APP114,美國希悅爾生產的M312C。其總厚度根據材質與結構的不同有一定差異。但決定薄膜阻隔性能大小的仍是薄膜的厚度。

我公司通過技術引進以及自主創新研發了以上兩種結構的薄膜，其中三層共擠輸液用膜是采用改性聚丙烯、SEBS等為原材料，經過下吹水冷的方式于萬級凈化車間加工而成；五層共擠輸液用膜則是采用改性聚丙烯、乙-丙共聚樹脂、丙烯酸樹脂、聚酯等原料經過流延加工而成。

對于三層共擠輸液薄膜而言，由于其材質多為非極性的聚丙烯，其氣體阻隔性能比五層共擠薄膜采用的聚酯、丙烯酸樹脂等差，因此本文主要考察三層共擠輸液用膜厚度與膜層結構與其阻隔性能的關系，以便于指導生產、改進。

表2 不同厚度薄膜的阻隔性能

1 儀器與材料

1.1 儀器

W3/030水蒸氣透過率測定儀（濟南蘭光機電）；VAC-VBS壓差法氣體透過率測定儀（濟南蘭光機電）；千分尺（上海量具刃具廠）；千分手式薄膜測厚儀（上海六菱儀器廠）。

1.2 材料

自生產多層共擠輸液薄膜；蒸餾水；高純氧氣；高純氮氣。

2 方法與結果

按外層25%，中層45%，內層30%的比例，模頭溫度180℃，吹漲比1:2，牽引速度20 m/min的工藝條件下生產不同厚度的三層共擠輸液薄膜（0.15 mm 、0.16 mm、0.17 mm、0.18 mm、0.19 mm、0.20 mm），按照YBB00342002標準方法測定其水蒸氣透過率與氣體透過率。測試前膜材于同等條件下放置4 h以上。測量結果如下：

根據表2數據作圖，得以下兩個圖表：

圖1 不同厚度薄膜的氣體透過量

圖2 不同厚度薄膜的水蒸氣透過量

從圖中可以看出，選用的不同厚度的薄膜在水蒸氣透過量與氮氣透過量方面均符合國家標準的要求，但在氧氣透過量方面，當薄膜厚度低于0.18 mm時即超過標準要求。同時可以得出當薄膜越厚，其阻隔性能越好。

經過以上實驗我們知道：在當前工藝條件（外層25%，中層45%，內層30%的比例，模頭溫度180℃，吹脹比1:2，牽引速度20 m/min）下，當薄膜厚度大于0.18 mm時，其阻隔性能能滿足標準要求?？紤]到溫度、吹漲比、牽引比等因素的影響進行以下實驗：

選定薄膜厚度為0.18 mm，在原材料不變的前提下，改變工藝條件，如改變共擠薄膜各層比例、共擠溫度、共擠速度等參數，生產5個樣品：

樣品2#的工藝條件為：各層比例為外層20%，中層60%，內層20%的比例，模頭溫度180℃，吹脹比1:2，牽引速度20 m/min；

樣品3#的工藝條件為：各層比例為外層30%，中層40%，內層30%的比例，模頭溫度180℃，吹脹比1:2，牽引速度20 m/min；

樣品4#的工藝條件為：各層比例為外層25%，中層45%，內層30%的比例，模頭溫度200℃，吹脹比1:2，牽引速度20 m/min；

樣品4#的工藝條件為：各層比例為外層25%，中層45%，內層30%的比例，模頭溫度200℃，吹脹比1:2，牽引速度20 m/min；

樣品5#的工藝條件為：各層比例為外層25%，中層45%，內層30%的比例，模頭溫度200℃，吹脹比1:1.5，牽引速度20 m/min；

樣品6#的工藝條件為：各層比例為外層25%，中層45%，內層30%的比例，模頭溫度180℃，吹脹比1:2，牽引速度30 m/min；

測量其氧氣透過量，測量數據如下：

表3 不同工藝條件下生產薄膜的氧氣透過率

作圖得：

從表中數據基本可以得出，當薄膜厚度超過0.18 mm時，無論怎樣改變該薄膜的生產工藝，其氧氣透過量均能達到標準要求。

另外，試驗中不同工藝條件下生產的非PVC多層共擠輸液薄膜的阻隔性能存在著小量差異，除測量誤差外，主要是由于在不同溫度、速度下生產的薄膜的分子結構有差異，有的緊密，空隙率較小，透過率也相對較??；有的分子間空隙率較大，易使氧氣、氮氣等小分子透過，透過率也相對偏高。但實驗表明，它并不是影響薄膜阻隔性能的主要因素。

3 討論

通過實驗發現，該多層共擠輸液薄膜的阻隔性能主要與薄膜厚度有關，其中氧氣透過量是限制薄膜厚度的主要因素。相對而言水蒸氣透過量與氮氣透過量則比較寬松，其主要原因可能是：對于水蒸氣透過量而言，由于生產該薄膜的主要原材料為聚丙烯或改性聚丙烯，它是一種非極性材料，而水是極性物質，根據相似相容原則，該材質與水很難相溶，水蒸氣透過只能透過薄膜間的細小縫隙滲透，因此其透過量較小。而對于氧氣透過量而言，其透過量與薄膜的分子結構密切相關，分子間縫隙的大小與密度決定透過量的大小，而氮氣相對于氧氣二樣，其分子直徑較氧氣的分子直徑大，故在相同材料中，氮氣的透過量比氧氣的小。

本次試驗確認當薄膜厚度超過0.18 mm時，以聚丙烯為主要材質的多層共擠輸液薄膜的阻隔性能基本滿足標準要求，它能很好的指導今后的生產與研發。

[1]劉 娟,陳 穎,汪國華.大力發展我國的非PVC大輸液包裝容器[J].中國藥業,2005,14(1):15-16.

[2]董志森.Clear-flex復合膜軟袋一世界最新的輸液制劑包裝技術[J].上海醫藥,1996,153(2):34.

[3]YBB00342002，多層共擠輸液用膜、袋通則（試行）[S].

[4]Klaus Heilmann,Thomas Nicola,Thomas Kreischer.Non-PVC multilayer film for medical bags[P].US Patent:5783269, 1998-07-21.

[5]Deenadayalu Chundury,L.Steven Edge, Kenneth D.Zabielski, Medical multilayer film structure[P], US Patent:20030232212Al, 2003-12-18.

[6]潘松年,塑料薄膜包裝材料的滲透反應動力學研究[J].北京印刷學院學報,2004,12(4):65-66.

[7]劉 菲.阻隔薄膜在包裝行業的選擇應用[J].中國包裝工業,2010,(4):105-106.

[8]楊福馨,周 駿.包裝塑料薄膜透氧性測試技術及分析[J].中國包裝工業,2003,(10):86-87.

（本文編輯 李新剛）

Study of compositions and barrier property of multi-layer co-extrusion films used for infusion

WANG Yong-xiang,JIANG Zhi-ying,HUI Zheng-xin
(Hunan Xinwuzhou Medical Packaging Limited Liability Company,Changsha,Hunan 410100,China)

Multi-layer co-extrusion films;Barrier property;Water vapor permeance;Oxygen permeance;Nitrogen permeance

TQ460.6

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湖南省科技廳科技開發項目（2011WK2013）；長沙市科學技術局科技開發項目（K1109073-11）

王勇祥，男，本科。