CN101914273A - 聚乳酸药用包装材料及制备方法、应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚乳酸药用包装材料及制备方法、应用，该包装材料的主要成份为聚乳酸，适用于加工药用泡罩包装。在聚乳酸中引入了热稳定剂、增塑剂和抗水解剂，改善了聚乳酸的热稳定性、韧性和耐水解性。同时，将高阻隔的聚乳酸药用片材运用到泡罩铝塑包装中，在保证泡罩包装的各项性能之上极大地改善了药用片材的降解性能。本发明所采用的聚乳酸来源可再生、可完全生物降解。同时，对于泡罩包装，以聚乳酸作为原料可以实现低温加工，降低成本，达到节能减排的效果。

Description

聚乳酸药用包装材料及制备方法、应用

技术领域

本发明涉及一种聚乳酸材料，具体涉及一种可降解且可低温加工的聚乳酸药用包装材料及其制备方法、应用。

背景技术

目前，能源危机、白色污染和温室效应已成为全球性问题，节能减排是可持续发展的重要基石。

2008年世界石油探明储量为1800亿吨左右，储采比约为40年；中国的石油储量世界排名13位，而消耗排名第2，2008年净进口17888万吨，对外依存度达到了49.8％。在环境污染方面，塑料的广泛应用造成了严重的“白色污染”，据统计，1960年城市固体垃圾为39万吨，其中塑料废弃物只占1％，2000年城市固体垃圾为24.7亿吨，塑料废弃物占了10.7％，而且现在每年以超过2000万吨的惊人数量堆积。目前处理废塑料的主要方法为焚烧，然而焚烧塑料产生了大量的二氧化碳排放，导致了地球的温室效应，加重了全球变暖。

生产药用包装材料所需的原材料主要有聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚酯镀铝、铝箔、纸张等，这些材料中又以塑料为主要原料，其中PVC用量最大。专利CN1662372A、CN1184452A、CN101052676A、CN101018820A、CN101128315A、CN101397383等涉及了聚氯乙烯、聚烯烃和其它一些不可降解材料应用于PTP包装领域。通用塑料的熔融加工温度基本都在150-300℃之间，如最常用的泡罩包材聚氯乙烯(PVC)的加工温度为180-210℃，吸塑温度也达到了100-120℃，一方面需要通过加热升温来实现加工，另一方面，又需要空调系统维持净化生产车间的设定温度，为此耗费大量的能量。

此外，由于药用包装材料为一次性消费品，很难被回收循环再利用，所以人们试图用具有同等性能的环保材料代替它们，例如纸张在药包生产中得到了一定利用。专利CN1281406C涉及一种包装层合材料，包括用于提供基材层的纸板基材，和施加到基材上的耐撕裂聚合物和热封聚合物；专利CN1342552A公开了一种模板纸，包括聚烯烃层和纸张层，在纸张层的一面或双面覆盖聚烯烃层，在聚烯烃层外面可再增加铝箔层；专利CN1084122A介绍了一种PTP包装热合膜，由薄纸层、聚氨酯填料层、氯乙烯共聚物中间层和热合外涂层构成。

然而，纸张用于药用包装材料还有许多不足。首先，纸张来源于木材，树木的生长周期较长，而且大量的树木砍伐会破坏生态环境；其次，纸张的制造过程污染较为严重。因此纸张作为替代材料无法根本上解决环保问题，使用环保材料是药用包装材料的发展趋势。

聚乳酸(PLA)是脂肪族中最典型的一种生物降解塑料，它来源于年可再生资源农作物(含糖、淀粉类物质)，降解产物为二氧化碳和水。聚乳酸是以年可再生的生物质资源而非石油资源为原料的生物基高分子，摆脱了人类对化石资源的过分依赖；而且，聚乳酸制品废弃后在堆肥条件下1年内可完全降解，解决了传统塑料不可降解的白色污染问题，整个周期不会造成大气中的二氧化碳的净增长。

发明内容

本发明的目的在于将一种来源可再生、且可完全生物降解的聚乳酸药用包装新材料，同时提供该聚乳酸包装材料的制备方法。

本发明的另一目的在于采用上述聚乳酸材料应用于药用泡罩包装(PTP)领域。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种聚乳酸药用包装材料，其主要成份为聚乳酸。

进一步地，上述聚乳酸为聚左旋聚乳酸(PLLA)；聚右旋聚乳酸(PDLA)；聚消旋聚乳酸(PDLA)；聚左旋-右旋乳酸共聚物(PLLA-PDLA)；聚右旋-左旋乳酸共聚物(PDLA-PLLA)；立构型聚乳酸(SC-PLA)，还包括各类嵌段聚乳酸和接枝型聚乳酸：聚乳酸与聚(癸二酸)共聚物(PLA-PSA)；聚乳酸与聚己内酯共聚物(PLA-PCL)；聚乳酸与聚乙二醇共聚物(PLA-PEG)中的一种或几种混合物；其中，上述包装材料中D-乳酸组分占整个聚合物的比重为0.1～1。

进一步地，上述聚乳酸为结晶型聚乳酸，通过DSC扫描(10℃/min)进行测试，软化点温度为40-90℃，熔融峰为160-230℃；熔融指数(190℃，2160g)为30-50g/10min。

进一步地，上述包装材料中还包括热稳定剂、增塑剂和抗水解剂，以得到聚乳酸复合材料，以重量百分比计，其添加量分别为：0.5-1％、1-15％、0.1-0.5％；其中，所述热稳定剂为钙锌热稳定剂、抗氧化剂1010或抗氧化剂168；所述增塑剂为柠檬酸酯类的柠檬酸甘油酯、柠檬酸三乙酯或乙酰柠檬酸三乙酯丁二醇-己二酸-对苯二甲酸共聚物；所述抗水解剂为异氰酸酯类或碳化二亚胺类。

本发明又提供一种上述聚乳酸药用包装材料的制备方法，所采用的聚乳酸复合材料在80-120℃下加工制备而成包装片材。

其中，加工步骤具体为：

1)将聚乳酸复合材料在真空条件下烘干；

2)将烘干好的聚乳酸复合材料密闭条件下加入到片材机组的料仓中，在片材机组上用流延成型或多辊压延成型工艺制得片材；螺杆温度控制在80-120℃，模头温度控制在110-120℃，辊内循环介质温度控制在10-25℃。

3)单向或双向拉伸，定型，切割，收卷。

本发明的聚乳酸树脂制成的药用包装材料适用于加工药用泡罩包装。在药用泡罩包装制备过程中采用低温加工，软化成型温度控制在50-80℃。

进一步地，上述泡罩包装为层压结构，包括密封层、聚乳酸层和阻隔层，各层之间通过胶黏剂粘接复合。

优选地，所述胶黏剂为聚酯热熔胶，丙烯酸热熔胶，乙烯-醋酸乙烯热熔胶，热塑弹性体热熔胶，聚氨酯反应型热熔胶黏剂，或改性淀粉基型聚乳酸生物全降解热熔胶。

本发明的有益效果：

(1)在聚乳酸中引入了热稳定剂、增塑剂和抗水解剂，改善了聚乳酸的热稳定性、韧性和耐水解性，扩大了材料的应用领域。

(2)通过采用聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)等材料对聚乳酸片材(PLA)进行涂布，可以极大提高聚乳酸片材阻隔性能。

(3)将高阻隔的聚乳酸(PLA)药用片材运用到泡罩铝塑包装(PTP)中，在保证泡罩包装的各项性能之上极大地改善了药用片材的降解性能。本发明所采用的聚乳酸来源可再生、可完全生物降解。同时，对于泡罩包装，以聚乳酸作为原料可以实现低温加工，降低成本，达到节能减排的效果。

附图说明

图1为本发明实施例的制备工艺流程图；

图2为本发明泡罩药用包装的结构示意图。

具体实施方式

以下实施例有利于理解本发明，但不限制本发明的内容。

本发明中所涉及的乳酸分子中有一个不对称的碳原子，即手性碳原子，具有旋光性。左旋性的称为L-乳酸，右旋性的称为D-乳酸，外消旋的称为D，L-乳酸。其中外消旋是指两种对映体的混合物。

图1示出了本发明实施例的制备工艺流程。

1、聚乳酸片材制备

(1)聚乳酸、热稳定剂、增塑剂和抗水解剂在严格生产环境的真空条件下(1,000-5,000Pa)烘干2-4小时，烘干温度为40-50℃；或者在鼓风烘箱中烘干3-5小时，烘干温度为50-60℃。

(2)将所述聚乳酸、热稳定剂、增塑剂和抗水解剂按重量配比放入高速搅拌机混合均匀，用双辊塑练机或挤出机或密炼机共混，加工温度120-140℃，得到聚乳酸复合材料。

(3)将烘干好的聚乳酸复合材料(密闭条件下)加入到片材机组的料仓中，在片材机组上用流延成型或多辊压延成型工艺制得片材；螺杆温度控制在80-120℃，模头温度控制在110-120℃，辊内循环介质温度控制在10-25℃。聚乳酸复合材料，通过挤出设备和高速搅拌机混合后采用平板流延或挤出后金属轧辊压制后冷却、切割制得聚乳酸片材。也可以通过单向或双向拉伸后，定型，切割，收卷制得聚乳酸片材。

本发明中，步骤(1)中所述的生产环境须按中国国家药品监督管理局在2000年发布21号令《直接接触药品的包装材料生产管理规范(药包材GMP)》的明确规定，PLA药用片材必须在符合GMP要求的洁净厂房内进行制备和生产。这样才能保证和满足PLA药用片材的产品质量和品质的稳定性。

本发明中，步骤(1)中所述的聚乳酸为聚乳酸树脂，包括聚左旋聚乳酸(PLLA)；聚右旋聚乳酸(PDLA)；聚消旋聚乳酸(PDLA)；聚左旋-右旋乳酸共聚物(PLLA-PDLA)；聚右旋-左旋乳酸共聚物(PDLA-PLLA)；立构型聚乳酸(SC-PLA)，还包括各类嵌段聚乳酸和接枝型聚乳酸：聚乳酸与聚(癸二酸)共聚物(PLA-PSA)；聚乳酸与聚己内酯共聚物(PLA-PCL)；聚乳酸与聚乙二醇共聚物(PLA-PEG)等和这其中的两种或两种以上的不同聚乳酸混合而成复合材料，各乳酸材料种类中D-乳酸组分占整个聚合物的比重为(0.1～1)。

本发明中，步骤(1)中所述的热稳定剂主要有钙锌热稳定剂、1010(抗氧剂1010，化学名称：四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，分子式：C₇₃H₁₀₈O₁₂)、168(抗氧剂168，化学名称：三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯)等，添加量为0.5-1％wt。

本发明中，步骤(1)中所述的增塑剂主要为柠檬酸酯类，包括柠檬酸甘油酯、柠檬酸三乙酯、乙酰柠檬酸三乙酯丁二醇-己二酸-对苯二甲酸共聚物等，添加量为1-15％wt。

本发明中，步骤(1)中所述的抗水解剂主要有异氰酸酯类和碳化二亚胺类，如1，6-己二异氰酸酯，添加量为0.1-0.5％。

本公开发明的上述聚乳酸片材具有良好的韧性，强度，阻隔性，无毒性。其主要理化性能要求为：密度：1.20-1.30(g/cm³)；拉伸强度大于44MPa；热合强度大于7N。本发明在挥发物及纯净度的要求为：重金属小于1(mg/L)；还原性物质小于1.0ml；水浸液不挥发物小于30mg、乙醇浸液不挥发物小于30mg、正乙烷浸液不挥发物小于30mg。(试验方法参照标准YBB00212005)

2、高阻隔性的聚乳酸(PLA)药用片材制备

聚乳酸(PLA)药用片材是属于直接接触药品“非洗即用”的药包材，须具有良好的阻隔性能，稳定性和与铝箔的热封性能。本发明涉及提高聚乳酸(PLA)药用片材阻隔性能的工艺方法有：

(1)涂布工艺

通过采用聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)等材料对聚乳酸片材(PLA)进行涂布，从而提高聚乳酸片材阻隔性能。以聚偏二氯乙烯(PVDC)涂布为例，具体涂布工艺为：

1)PLA/PVDC涂布片材的生产工艺是逆向凹版涂布；

2)胶粘剂配制：将主剂、固化剂和溶剂按配比加入不锈钢桶中用搅拌机混合均匀，然后加入到涂布头胶槽中；

3)PVDC乳液配制：在PVDC乳液中加入润滑剂助剂搅拌后加入PVDC中间槽，用泵打入PVDC涂布头；

4)聚乳酸(PLA)片材放卷后调整表面张力，在涂布头上涂上胶粘剂后，进入50-70℃热风烘道将胶粘剂中所含溶剂烘干，再经过PVDC布辊涂上PVDC后，进入50-70℃热风烘道将PVDC中所含溶剂烘干，冷却后收卷；然后再多次涂布PVDC至达到要求的PVDC涂布量；

5)涂布好的料卷在50-60℃温度下熟化3-4天后，用分切机裁切成各种不同规格的产品。

由于聚乳酸(PLA)系列药用复合片材有卫生方面的要求，因此选用的PVDC乳液的偏二氯乙烯单体(VDCM)含量必须小于3ppm。

(2)复合工艺

采用聚三氟氯乙烯(PCTFE)、尼龙(PA)、聚乙烯(PE)、铝箔(AL)等材料与聚乳酸片材进行复合(可通过胶粘复合，超声波焊接或片材共挤出达到复合目的)，提供聚乳酸片材阻隔性能。

3、药用泡罩铝塑包装(PTP)的制备

如图2所述，本实施例泡罩包装为层压结构，包括密封层1、聚乳酸层2和阻隔层3，各层之间通过胶黏剂粘接复合。其中，密封层1可以采用但不限于铝箔材料。阻隔层3为前述在聚乳酸层2表面涂布的阻隔材料，比如聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)等。该阻隔层3设置在聚乳酸层2的外层，其与药品不产生直接接触。当然，阻隔层3还可以选择设置在聚乳酸层2的内层。

药用泡罩铝塑包装(PTP)，首先将高阻隔的聚乳酸(PLA)药用片材输送到电热器上使之软化，软化温度为50℃-80℃；再将之置于模具内，然后从上模内向其充入压缩空气或在下模内抽真空，使其形成泡罩(blister)或空穴4，成型后冷却；将药品置入泡罩或空穴内，涂有胶粘剂的药用铝箔的一面在规定的温度、压力、时间条件下与已成型的装有药品的聚乳酸(PLA)药用片材热封，形成泡罩铝塑包装。

实施例1

将100Kg聚左旋聚乳酸(PLLA)、0.8Kg热稳定剂、2Kg增塑剂和0.5Kg抗水解剂混合，用双辊塑练机或挤出机或密炼机共混，加工温度120-140℃，得到聚乳酸复合材料。

聚乳酸复合材料在真空48℃条件下烘干3小时后加入到片材机组中，片材机螺杆温度分别为85℃、110℃、110℃、110℃、110℃和115℃，模头温度为110℃，辊的冷却循环水温度为18℃，制备得到聚乳酸片材。其中，加工的螺杆温度是分段设定的，根据设备的差异有所不同，但目的都是为了塑化完全。

聚乳酸片材通过涂布一定厚度的聚偏二氯乙烯，在模具中软化形成泡罩(blister)或空穴，软化温度为52℃，并与铝箔在聚氨酯粘合剂的作用下层压成型，形成泡罩铝塑包装，其性能见表1。

表1 聚左旋聚乳酸泡罩铝塑包装的性能指标

实施例2

将100Kg立构型聚乳酸(SC-PLA)、1Kg热稳定剂、10Kg增塑剂和0.2Kg抗水解剂混合，用双辊塑练机或挤出机或密炼机共混，加工温度190-220℃，得到聚乳酸复合材料。

聚乳酸复合材料在55℃条件下鼓风干燥4小时后加入到片材机组中，片材机螺杆温度分别为175℃、180℃、185℃、190℃、195℃和200℃，模头温度为115℃，辊的冷却循环水温度为20℃，制备得到聚乳酸片材。

聚乳酸片材通过涂布一定厚度的聚偏二氯乙烯，在模具中软化形成泡罩(blister)或空穴，软化温度为75℃，并与铝箔在聚氨酯粘合剂的作用下层压成型，其性能见表2。

表2 立构型聚乳酸泡罩铝塑包装的性能指标

实施例3

将50Kg聚右旋聚乳酸(PDLA)、50Kg聚消旋聚乳酸(PDLA)、1Kg热稳定剂、10Kg增塑剂和0.5Kg抗水解剂混合，用双辊塑练机或挤出机或密炼机共混，加工温度190-220℃，得到聚乳酸复合材料。

聚乳酸复合材料在60℃条件下鼓风干燥3小时后加入到片材机组中，片材机螺杆温度分别为175℃、180℃、185℃、190℃、195℃和200℃，模头温度为115℃，辊的冷却循环水温度为20℃，制备得到聚乳酸片材。

聚乳酸片材通过涂布一定厚度的聚偏二氯乙烯，在模具中软化形成泡罩(blister)或空穴，软化温度为80℃，并与铝箔在聚氨酯粘合剂的作用下层压成型。

以上通过示例性实施例的方式对本发明进行示例性的说明，但本发明并不局限于此。应该理解为，在不偏离本发明的构思、工作原理的情况下，以上实施例中的聚乳酸复合材料、工艺过程、控制条件和装置可通过本技术领域人员知悉的其它替换或等同手段来替换。

Claims (10)

1.由聚乳酸树脂制成的药用包装材料适用于加工药用泡罩包装。

2.一种权利要求1所述聚乳酸药用包装材料，其特征在于：该包装材料的主要成份为聚乳酸。

3.根据权利要求2所述的聚乳酸包装材料，其特征在于：所述聚乳酸为聚左旋聚乳酸、聚右旋聚乳酸、聚消旋聚乳酸、聚左旋-右旋乳酸共聚物、聚右旋-左旋乳酸共聚物、或立构型聚乳酸、还可以为各类嵌段聚乳酸和接枝型聚乳酸、聚乳酸与聚癸二酸共聚物、聚乳酸与聚己内酯共聚物、或者聚乳酸与聚乙二醇共聚物中的一种或几种混合物；其中，上述包装材料中D-乳酸组分占整个聚合物的比重为0.1～1。

4.根据权利要求2所述的聚乳酸包装材料，其特征在于：所述聚乳酸为结晶型聚乳酸，通过DSC扫描(10℃/min)进行测试，软化点温度为40-90℃，熔融峰为160-230℃；熔融指数(190℃，2160g)为30-50g/10min。

5.根据权利要求2所述的聚乳酸药用包装材料，其特征在于：所述包装材料中还包括热稳定剂、增塑剂和抗水解剂，以得到聚乳酸复合材料，以重量百分比计，其添加量分别为：0.5-1％、1-15％、0.1-0.5％；

其中，所述热稳定剂为钙锌热稳定剂、抗氧化剂1010或抗氧化剂168；所述增塑剂为柠檬酸酯类的柠檬酸甘油酯、柠檬酸三乙酯或乙酰柠檬酸三乙酯丁二醇-己二酸-对苯二甲酸共聚物；所述抗水解剂为异氰酸酯类或碳化二亚胺类。

6.一种权利要求5中所述的聚乳酸药用包装材料的制备方法，其特征在于：聚乳酸复合材料在80-120℃下加工制备而成包装片材。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：加工步骤具体为：

1)将聚乳酸复合材料在真空条件下烘干；

2)将烘干好的聚乳酸复合材料密闭条件下加入到片材机组的料仓中，在片材机组上用流延成型或多辊压延成型工艺制得片材；螺杆温度控制在80-120℃，模头温度控制在110-120℃，辊内循环介质温度控制在10-25℃。

3)单向或双向拉伸，定型，切割，收卷。

8.一种如权利要求1中所述的聚乳酸药用包装材料用于加工药用泡罩包装的方法，其特征在于：在药用泡罩包装制备过程中采用低温加工，软化成型温度控制在50-80℃。

9.权利要求8中所述的聚乳酸药用泡罩包装加工方法，其特征在于：所述泡罩包装为层压结构，包括密封层、聚乳酸层和阻隔层，各层之间通过胶黏剂粘接复合。

10.权利要求9中所述的聚乳酸药用泡罩包装加工方法，其特征在于：所述胶黏剂为聚酯热熔胶，丙烯酸热熔胶，乙烯-醋酸乙烯热熔胶，热塑弹性体热熔胶，聚氨酯反应型热熔胶黏剂，或改性淀粉基型聚乳酸生物全降解热熔胶。

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