我國醫(yī)藥包裝瓶到醫(yī)藥包裝設備現狀

醫(yī)藥研發(fā)產業(yè)鏈*的部分。據報道，2013年醫(yī)藥包裝市場的規(guī)模預計將達到623億美元，亞太地區(qū)的增長率將zui為強勁，中國將是促進這一地區(qū)醫(yī)藥包裝行業(yè)增長的zui大推手，年增長率預計將為11.5%。中國醫(yī)藥包裝市場的發(fā)展將受到國內制藥行業(yè)逐步推行與發(fā)達國家看齊的GMP標準的驅動，而這必將推動中國醫(yī)藥包裝系統(tǒng)的全面升級。我國醫(yī)療包裝塑料制品成型設備遠遠落后于同行，努力發(fā)展的包裝醫(yī)療塑料制品注塑成型設備成為當務之急。本文剖析了醫(yī)療包裝塑料制品注塑成型設備、中空成型設備、擠出成型設備、多層擠出成型設備、復合膜多層共擠設備等主要成型設備的現狀，研究了上*的醫(yī)療包裝塑料制品成型設備的技術特點及發(fā)展趨勢，提出了自主創(chuàng)新科學發(fā)展成型設備的方向及需要解決問題的要點。
1.醫(yī)療包裝塑料制品成型設備凈房性能的開發(fā)
　　根據GMP標準，做好醫(yī)療包裝塑料制品成型設備的凈房標準的設計、制造、質量管理。
　　醫(yī)療包裝塑料制品成形過程中不受經由空氣傳送的粒子（灰塵，細菌，病毒）污染，整個成形過程處于一個潔凈的環(huán)境中，所以凈房標準是成型醫(yī)療塑料制品的基本質量標準，也是不同于其他塑料制品成型設備的zui重要區(qū)別。醫(yī)療塑料制品成型設備的凈房標準設計，往往重視不夠，把醫(yī)療包裝塑料制品成型設備潔凈標準等同于普通塑料制品的成型設備，醫(yī)療包裝注塑制品的成型安全質量標準得不到保證。
　　國內醫(yī)療包裝塑料制品成型設備凈房標準的布局，整體放置于潔凈室內，擴大了潔凈室的空間，也給設備設計和制造提出了更高的要求。
　　1.1 凈房標準的成型設備
　　為達到凈房標準的要求，設備驅動形式應采用全電動，以減少油液對環(huán)境的污染。但是全電動驅動也要一個不足，即靜電感應產生污染，所以應采用防靜電感應的設置。防止設備對環(huán)境產生二次污染，如采用無油潤滑導向運動副、防靜電感應設施、金屬件防氧化防銹處理、鑄造件除砂除氧化皮等表面處理、設備表面不用油漆涂裝，相對運動的外露部分等采用鍍鉻達到長壽命防銹、特殊部位采用不銹鋼板隔離、整機采用全封閉防塵結構、滑動導軌加裝特殊保護罩、整機采用全封閉防塵結構，等等，達到zui大限度減小污染物附著、提高清潔度降低清潔難度。液壓驅動油應用符合FDA標準的無毒害液壓油。液壓驅動改為伺服電機驅動，更有利于達到潔凈房標準，提高性能和生產效率。
　　1.2 凈房標準的周邊設備
　　凈房標準的周邊設備及配置。設備制造企業(yè)必須提供從原料的儲存、干燥、制品成型及儲存等完整的整套凈房解決方案。機械手、上料設備、模溫機、冷卻設備、制品輸送設備等，選用、配置應符合GMP等相關標準。避免或減少對潔凈車間的二次污染，表面要求吸附能力低、整潔、便于清洗和消毒。
　　1.3 凈房標準的模具/機頭
　　凈房標準的模具/機頭，必須具有對制品和工作環(huán)境不產生再生污染的性能。整體表面及相關零件表面需特殊涂裝工藝處理，隔絕模具對制品可能產生的污染。模具液體冷卻/吹氣的接口充分密封，防止泄漏對制品產生污染。*實現制品取卸堆垛的人手“無接觸”，防止接觸污染。
　　模具/機頭的流道的特殊處理。熔融的原料被注射入模腔、保壓、冷卻定性后從成型區(qū)中取出，經歷了從熔融態(tài)到固態(tài)、從高溫到低溫、高剪切等過程，為了避免產生變質和被污染，模具的流道設計應該合理，流道表面應該經過特殊處理。熱流道系統(tǒng)能有效地控制熔融料的填充溫度、減小流動阻力，有效地控制了熔融料過熱產生分解的可能性，特別對PC、PET之類加工中易過熱分解的產品，起到有效的性能保護功能。
　　1.4 自潔性上料系統(tǒng)
　　保證塑化塑料原料不受外界的污染是確保醫(yī)療塑料制品純潔性的首要，保證塑料原料潔凈度的上料系統(tǒng)成為研發(fā)的課題。TSMAuto-Clean*設計的自動控制并監(jiān)視清潔處理的自潔性上料系統(tǒng)，包括吸料機到混料槽的完整的清潔系統(tǒng)，自動清潔程序的計量混料機，在配方轉換之間，不會造成物料間的交叉污染；五段控制程序利用自動氣閥清除整個混料線統(tǒng)殘留的塑料粒子；特別設計的自動分流進料管閥，在清潔過程中，仍然可以供給主原料進入機筒塑化。
　　1. 5 自潔性機筒加熱系統(tǒng)
　　機筒加熱塑化裝置是包裝塑料制品成型設備共有的系統(tǒng)。電磁感應加熱系統(tǒng)本身是在低溫下工作，不會燃燒吸附在它表面的異物：如塑料顆粒、油污、灰塵等，不會產生有害氣體，不會對周圍環(huán)境產生污染。
　　2 醫(yī)療包裝注塑制品注塑成型設備的開發(fā)
    注塑成型設備是指塑料原料塑化注塑是用注射機構進行的，熔融塑料在高壓注射下進入模具型腔成為產品，成型機構根據成型產品的需要具有多種多樣的型式，成型模具也同樣具有不同的結構及模式。醫(yī)療包裝注塑成型設備主要成型腔體和瓶口等徑的瓶類容器、等腔體容器、瓶蓋、瓶坯。
　　2.1 醫(yī)療包裝塑料制品注塑設備整機性能的開發(fā)
　　醫(yī)療包裝塑料制品注塑設備不同于通用注塑設備，有其自己特點，特別是整機的潔凈度的設計、制造、裝配等等。
　　2.1.1 潔凈性能開發(fā)
　　動力驅動都采用水冷卻形式，水冷卻轉換器和水冷電機保證了有效的熱分散，杜絕由于局部高溫而產生有害氣體，同時穩(wěn)定液壓油溫度，提高運行精度。全封閉外觀設計符合GMP認證標準，并設置清潔門，方便整機消毒和清洗。獨立制品成型區(qū)和注塑區(qū)。制品成型區(qū)和落料裝置的金屬表面做防氧化處理。密閉的注塑區(qū)設有廢水、氣排出口。
　　高品質熱流道群腔醫(yī)療產品模，保證了熔融料進入模具不發(fā)生性能變化，杜絕成型過程熔融料發(fā)生質的變化給制品帶來污染的可能性。
　　2.1.2高產率
　　高動力配置及高科技的運動系統(tǒng)，實現短的循環(huán)周期和高精度生產，提高生產效率,減少能耗、降低生產成本。優(yōu)化成型工藝工序，縮短周期時間，提高產率。
　　2.2 潔凈化合模機構的開發(fā)
　　模具的凹凸模分別安裝在合模機構的固定模板與移動模板上，完成制品的成型。固定模板與移動模板之間空間的潔凈度直接關系到制品的潔凈度，潔凈化的結構設計成為醫(yī)療塑料制品注塑機合模機構的重點。
　　2.2.1潔凈化潤滑系統(tǒng)
　　普通臥式注塑機的合模機構都有四根拉桿，彈性變形產生合模力，同時用作移動模板導向，拉桿上的潤滑油不但易粘上環(huán)境中灰塵造成污染，而且在相對高速運行下易產生高溫分解有害有毒氣體對制品直接污染。
　　封閉式的循環(huán)潤油系統(tǒng)，避免了由于潤滑油泄漏而污染產品。無潤滑拉桿導向副，*杜絕了普通合模機構拉桿用作導向而潤滑副帶來的污染。箱式結構設計的頂針驅動減少污染產品的風險。
　　2.2.2 潔凈化的無拉桿合模機構
　　無拉桿合模機構，合模力由“C”型架受力彈性變形產生，沒有拉桿，從根本上杜絕了拉桿合模機構的拉桿導向潤滑副帶來的污染，而且易設計成全封閉的制品成型環(huán)境，提高了成型環(huán)境的潔凈度。而且由于其結構簡單、容模空間大、裝拆模具方便、有利于機械手的作業(yè)。Engel公司首先開發(fā)了無拉桿合模機構，應用于醫(yī)療塑料制品的注塑成型，占領了較大的醫(yī)療塑料注塑設備的*。
　　國內設備研發(fā)商對無拉合模機構的*性能認識不足，還未引起足夠的重視。吉林華王塑料機械有限公司于己于1998年在國內*家試制成功了合模力為500kN的無拉桿合模機構的注塑機，但到現在國內還沒有其他有關廠家進研究開發(fā)制造。
　　2.2.3 潔凈化的直壓式合模機構
　　普通直壓式合模機構的移動模板的導向雷同于肘桿合模機構，同樣存在潤滑油污染問題。直壓式合模機構，由于合模油缸直接作用于移動模板的中心區(qū)域，提高了移動模板運行的平穩(wěn)性。無油潤滑的滾珠直線導軌的發(fā)展為移動模板的導向提供了新的機構，用作于直壓式合模機構移動模板的導向機構，去掉拉桿與移動模板之間的潤滑副，*消除了潤滑油帶來的污染。
　　2.2.4 潔凈化的“C型立式合模機構
　　“C型立式合模機構，合模力由“C型架受力彈性變形產生，沒有拉桿，所以不存在拉桿與模板的導向潤滑副，具有與無拉桿合模機構同樣的潔凈度性能。
　　2.3 高速率的PET、PP醫(yī)療瓶坯油電復合驅動塑化注射系統(tǒng)
　　塑化注塑運行速度和周期直接關系到制品成型周期。創(chuàng)新塑化注塑機構，提高塑化質量和生產速率。注射塑化機構的性能直接關系到瓶坯的質量。普通的往復式螺桿塑化注射，由于前、后塑化質量不一致，導致瓶坯質量不一致；又因為注射與塑化兩者之間不能同時進行，降低了生產效率。而采用擠注復合的塑化注射系統(tǒng)[1]，將塑化與注射兩種功能由常規(guī)的一個部件分為兩個部件，即伺服馬達驅動擠出螺桿獨立塑化及液壓柱塞獨立注射，兩者之間互不干擾），則能夠穩(wěn)定PET、PP熔體軸向溫度進而實現塑化質量的一致性，同時還大大提高了生產率。加拿大Husky公司[2]注射PET瓶坯的PET400瓶坯注塑機，應用擠注復合塑化注射系統(tǒng)，交流伺服電機直接驅動擠出螺桿塑化，系統(tǒng)結合該公司的領前的熱流道模具，成形一模96個瓶坯，周期不到7.5秒，即每小時產量達到46000支；PET300瓶坯注塑機，成形一模72個瓶坯，周期不到5.5秒，即每小時產量達到47100支。
　　值得一提的是螺桿注料動作，該機在將熔融料注射動作是螺桿的注射不是單純直線向前運動而是以同塑化旋轉方向的極低速度旋轉的向前運動，降低了注射活塞與注射缸內壁的剪切力，降低了乙醛分解的幾率，同時杜絕了注射可能產生的熔融料回流。采用大直徑螺桿塑化，縮短塑化行程，塑化行程在1D左右，縮短了成型周期，提高了塑化熔融料的溫度均一性，有利于群腔瓶坯的質量一致性，同時提高了生產效率。泓利PET630-96高速瓶坯注塑機，注射塑化系統(tǒng)采用同步塑化雙階式擠注復合系統(tǒng)，塑化與注射同時進行，縮短了生產周期，提高了生產率。
　　3 醫(yī)療中空包裝塑料容器的成型設備
　　醫(yī)療中空包裝塑料容器主要有注吹中空成型設備、注拉吹中空成型設備、擠吹中空成型設備、多層共擠中空成型設備、拉吹中空成型設備等組成。注吹/注拉吹中空成型設備主要加工中小型的腔大于口徑的薄壁容器類醫(yī)療制品。擠吹中空成型設備主要用來加工腔大于口徑的厚壁小容積固態(tài)藥物醫(yī)藥瓶。拉吹中空成型設備主要加工腔大于口徑的薄壁類輸液瓶和清洗衣服瓶等較大容積的醫(yī)療制品。多層共擠中空設備主要加工對盛放液體藥劑有特殊化學性能和物理性能要求的容器類醫(yī)療制品。
　　3.1 醫(yī)療中空包裝塑料容器的注吹中空成型設備
　　 國家藥品*早在“九五”期間就提出采用注吹中空成型設備方法生產的塑料藥瓶注吹中空成型設備是指熔融料經注射后，熔融料經過型坯定型—吹塑兩道工藝才成zui終制品,主要用來加工HDPE、PP原料的醫(yī)藥瓶。注吹中空成型不能成型形狀復雜的產品，且成型的瓶子多數容積較小（一般為10～300ml）。注吹中空成型的瓶口平整度高，瓶壁壁厚均勻，特別是瓶口與瓶蓋間有很好的密封性能，能達到防止塑料瓶內的藥品氣體的揮發(fā)和外部氣體向瓶內滲透的性能要求，從而使得這種瓶子*符合藥品包裝的特殊要求。目前，我國從國外引進的注吹中空成型設備生產線達40余條，總生產能力約7億個／年。
　　注吹中空成型設備又分為三工位和二工位。三工位注吹中空成型設備的三個工位以120°角成等邊三角形分布，*工位為注射成型工位，第二工位為吹塑成型工位，第三工位為脫瓶和冷卻工位。三個工位可同時運行，生產效率高，周期短，可與傳送帶連接自動計數包裝，真正實現藥用塑料瓶生產全過程中與人手的“無接觸”，從而確保產品衛(wèi)生潔凈。二工位注吹中空成型設備缺少一個的脫瓶和冷卻工位，難以實現全自動計數包裝。
　　注吹中空成型設備是我國發(fā)展較快的醫(yī)藥瓶成型設備，在國內市場上占有較大的比例，技術進步也較快。
　　3.2醫(yī)療中空塑料容器“注-拉-吹”成型設備
　　注拉吹中空成型設備是指熔融料經注射后，熔融料經過型坯定型—拉伸—吹塑三道工藝才成zui終制品,主要用來加工PET、PP原料的液體藥物灌裝的容器，注射型坯、加熱型坯、拉伸型坯與吹塑、成型制品脫模等工序可在同一臺設備上連續(xù)進行的設備。根據成型工序，一步法機型分為三工位（以日本青木固機器為代表）和四工位（以日本日精機器為代表）兩種機器。二者的主要區(qū)別是：“三工位”是指注射型坯與加熱型坯在一個工序上完成，“四工位”則是指注射型坯與加熱型坯在二個工序上完成。一步法機型不會造成產品的二次污染，且產品同一性好。盡管價格較高，但為達到藥瓶的高潔凈度要求，近年來國內的制藥廠家更趨向于使用一步法“注-拉-吹”藥瓶成型設備。國內的一些設備廠家在消化吸收*技術的基礎上加緊研制可代替國外設備的一步法機型，并取得了一定的成果。
　　 一步法“注-拉-吹”藥瓶成型設備的研發(fā)主要解決的重點是研制注射型坯的模具，模具的研制重點是模具的材料、熱流道噴嘴及熱流道的設計、溫度的控制系統(tǒng)。
　　3.3 醫(yī)療中空包裝塑料容器的擠吹成型設備
　　擠吹成型設備（包括吹塑模具）的造價較低，更換產品靈活，能成型注吹不能成型的小瓶口大內腔中空容器。擠出吹塑可成型形狀復雜、不規(guī)則且為整體式的HDPE、PP原料的硬質醫(yī)療中空塑料容器。產品的生產成本也較低。型坯是在較低壓力下通過擠出機頭成型并在低壓（多數為0.2～1.0MPa）下吹脹的，因而產品的殘余應力較小，且耐拉伸、沖擊、彎曲與環(huán)境等各種應變的性能較高，具有較好的使用性能。由于吹塑模具僅由陰模構成，故通過簡單地調節(jié)機頭?？陂g隙或擠出條件即可改變瓶體的壁厚。由于吹塑模具上可設置滑動式底模塊，故瓶體底部形狀的設計靈活性較大。
　　擠出吹塑機械的技術要求不高，生產效率的要求也不高，對成型的醫(yī)藥瓶的質量要求也不高，所以，在這一領域以國產設備為主。
　　提高成型速度、降低制品重量，是擠出吹塑機械的發(fā)展方向。
　　3.4 醫(yī)療中空塑料容器壓縮吹塑成型設備
　　意大利Sacmi機械集團創(chuàng)新研發(fā)出特別適用于成型醫(yī)療使用的小型寬頸中空容器的壓縮吹塑成型設備。這一生產技術按照單一的集成順序，將該公司為塑料瓶蓋生產開發(fā)的壓縮程序工藝與傳統(tǒng)的吹塑工藝結合起來。壓縮模具安裝在旋轉式傳送帶上，并裝有一個聚合物熔體劑量塞來進行預成型，可配置成吹塑成型或拉吹成型。一種規(guī)格為16腔成型設備，可生產zui大為77mm直徑的容器；另一種規(guī)格為20腔成型設備，可生產zui大為56mm直徑的容器。設備還可與Combo灌裝生產線整合在一起，不再需要對容器進行分揀和進一步處理。該技術減輕容器重量，減少廢料產生，提高產品質量，能耗要比注拉吹成型設備少30～40%。
　　3.5 醫(yī)療OPP大輸液瓶的拉吹成型設備
　　OPP透明瓶在大輸液瓶是近年來開發(fā)的新產品。從瓶坯注塑、瓶坯熱流模具，直至拉吹成型設備，形成整條生產線，數百臺套拉吹成型設備成功應用于國內外用戶，其中國外的生產線分布于德國、日本等十多個國家和地區(qū)。自主創(chuàng)新推出單模生產率1500支/小時的PET瓶高速直線式拉吹成型設備。型號CLP-1200SP，12個模腔每小時產能達到18000支；型號CLP-1500SP，14個模腔每小時產能達到21000支。CLP系列PET瓶高速直線式拉伸吹瓶機的主要技術特征：取坯及其傳輸全部采用當代zui先好的高動態(tài)反映性能的伺服油缸系統(tǒng)；通過特殊旋轉轉盤式的輸送機構將瓶坯平穩(wěn)輸送到加熱夾具上。不同規(guī)格的夾具可適應不同規(guī)格的瓶坯快捷卸裝；特殊電壓模塊，自反饋功能自動識別電網電壓變化調整加熱功率輸出，保證瓶坯加熱不受外界電網的影響，達到加熱穩(wěn)定；通過自主創(chuàng)新的凸輪機構高速控制吹瓶底模的上下運動，達到縮短吹瓶周期；高速靈敏的集成吹氣閥提高吹瓶速度；冷風/冷水的雙功能冷卻系統(tǒng)保護瓶坯瓶口尺寸的穩(wěn)定性。
　　提高拉吹成型速率和成品率。研發(fā)高速穩(wěn)定的輸送機構、吹瓶系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、取瓶系統(tǒng)。液壓驅動改為伺服驅動，提升潔凈度。旋轉式拉吹成型機的齒輪傳動機構、大量的潤滑副，給制品潔凈度帶來隱患，應創(chuàng)新和改進。
　　3.6 醫(yī)療中空塑料容器的環(huán)保吹瓶設備
　　液態(tài)醫(yī)藥灌裝瓶一般為拉吹成型。SMI公司開發(fā)的新型空氣回收系統(tǒng)，可以有效減少40%的壓縮空氣的消耗量。節(jié)約了能源成本?？諝饣厥障到y(tǒng)使部分吹瓶回路中的高壓氣體得以重復用于預吹瓶。預吹瓶回路的工作壓力可由電子控制器調節(jié)，伺服回路通過手動減壓閥控制。國內研發(fā)的吹瓶設備無一空氣回收系統(tǒng)，浪費了能源，需吸收*技術，創(chuàng)新開發(fā)，實現環(huán)保吹瓶，提高潔凈度。
　　3.7 資源節(jié)約型醫(yī)療中空包裝塑料容器成型設備
    實現醫(yī)療塑料中空包裝塑料容器的輕量化、薄壁化，節(jié)約塑料原材料，降低社會能耗。薄壁化、輕量化的醫(yī)療中空包裝塑料容器，從容器設計到托盤裝載等的每一個過程，從注塑瓶坯到拉吹成型，都是對設備傳統(tǒng)結構及成型加工的革命，揭開了醫(yī)藥瓶成型設備的又一次革命。醫(yī)療中空包裝塑料容器節(jié)能降耗的潛力很大，效益相當可觀。500毫升的PET中空瓶，國產的瓶重一般zui輕的為16克，上一般為12克，zui輕的僅為6.6克[5]，如以12克可計算，即每個瓶子降低4克，一個年產30億個瓶子的企業(yè)，全年可節(jié)約原料12000噸，每噸按1.3萬元計算，可節(jié)約1.56億元。2009年在Drinktec展覽會上，通過改進瓶形設計，8.8克重、500毫升的PET瓶承載質量30公斤，優(yōu)于四年前在同一展覽會上展出的12克重、500毫升的PET瓶承載質量15公斤，說明降低重量，不等于降低性能。
　　3.8 拉吹成型設備與灌裝線無縫結合的連線設備
　　拉吹成型設備與灌裝線的無縫結合生產線是指將瓶坯的拉吹塑成型、原料的灌裝、貼標、封口、包裝等多道工序集于一次完成，在生產醫(yī)用包裝的灌充清潔衛(wèi)生方面得到了可靠的保證。原料的灌充不需要對瓶進行再清洗，不需要空氣輸送帶，灌充在封閉無污染的環(huán)境中進行，真正實現了生產全過程的“無人手接觸”，從而確保了產品的潔凈衛(wèi)生。瓶坯在過濾空氣下有效除塵，灌裝環(huán)境與外界環(huán)境隔離，瓶蓋除塵，正壓密閉封蓋。例如：洛美拉公司生產的醫(yī)用輸液瓶吹塑成型生產線采用凈化壓縮空氣吹塑成型輸液瓶后，立即注入藥液及封口，再由傳送機構輸送到包裝工位進行包裝的生產線。Rommelag公司的Boffelpack三合一設備，采用PP塑料瓶，適用于121℃滅菌工藝，在一臺設備上完成了吹瓶—灌裝—封口的無縫結合的液態(tài)劑的無菌包裝，*避免了空氣對藥物污染的風險，達到簡單、可靠、經濟。
　　解決拉吹成型設備和灌裝設備的同步是影響整個系統(tǒng)效率的*因素，是兩者無縫結合的技術關鍵。
　　3.9 醫(yī)療多層中空塑料容器的多層共擠中空成型機
　　多層復合藥瓶具有避免透光以及防止CO2等氣體滲透的性能，可滿足某些需要特殊貯存條件的生物工程藥物的要求，目前已成為醫(yī)藥包裝市場上的主要產品之一。例如，三層共擠塑料藥瓶（zui外層為PA材料,中間層為PET材料,里層為PC材料），具有良好的透明度和密封性，能隔絕潮氣和氧氣，不僅可用作常規(guī)血液制品，如人血白蛋白和纖維蛋白膠原等產品的直接外包裝，也可作為各種生物工程藥品，如干擾素、各種抗體藥品的包裝材料。
　　多層共擠中空藥瓶成型機與其他中空成型機相比，復雜性大大提高，特別是在機頭設計方面。
當前對于該機種的研發(fā)，主要集中于以下三點：（1）研究具有一定使用范圍的共擠出機頭，以滿足不同材料、不同層數及機頭直徑等要求。機頭是多層共擠中空塑料成型機的“心臟”，它的性能應達到：控制每一層達到狀態(tài)以實現完滿的圓周及側向材料分布；可不受材料分布的影響而加工變化廣泛的塑料原料。螺旋芯棒組合系統(tǒng)具有高度適應性，應是多層共擠機頭優(yōu)先采用的系統(tǒng)。（2）研究組合包裝系統(tǒng)，從而可根據不同的原料特制出可能允許的組合數的機頭。（3）研究基礎機械程序，以確定模塑工位的數量、生產速度以及制品設計的平臺尺寸。