不同條件下的藥包塑料薄膜對印刷及復(fù)合中常用溶劑的吸附性

丁 超 ，李志強(qiáng) ，李 俊 ，劉引烽

（1.上海大學(xué) 材料學(xué)院，上海 200444；2.蘇州海順包裝材料有限公司，江蘇蘇州 215228）

0 引言

藥品包裝用薄膜作為藥品包裝用復(fù)合膜的重要組成部分，其在印刷與復(fù)合中需要用到大量的油墨和膠黏劑，而油墨和膠黏劑中又使用了大量的有機(jī)溶劑來調(diào)節(jié)油墨和膠粘劑的粘度。由于印刷和復(fù)合中溶劑在烘箱中往往不能完全揮發(fā)，造成了藥品包裝薄膜中有溶劑的殘留［1-3］。對于藥品包裝薄膜中溶劑殘留的檢測主要采用的是頂空-氣相色譜法。目前，大多數(shù)文獻(xiàn)都集中于藥品包裝用薄膜中的溶劑殘留的檢測［4-7］，對于不同薄膜基材對溶劑的吸附性方面研究還比較少［8］。本文采用頂空-氣相色譜法，測定藥包復(fù)合膜中常用的三種薄膜（LDPE、PP、PET）對油墨和膠黏劑中所用溶劑（乙酸乙酯、甲醇、丁酮、異丙醇和乙酸丙酯）的吸附性，以評估上述有機(jī)溶劑在這些薄膜中殘留可能性大小。對控制企業(yè)在復(fù)合膜生產(chǎn)過程中的溶劑殘留有一定的指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)儀器與原料

Perkin Elmer Clarus 680氣相色譜儀（珀金埃爾默儀器有限公司）；5 μL微型進(jìn)樣器（珀金埃爾默儀器有限公司）；電子天平（賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司）；50 mL容量瓶（上?？蚂`斯試劑有限公司）；小型蒸發(fā)皿（上海柯靈斯試劑有限公司）；密閉的廣口瓶（上?？蚂`斯試劑有限公司）；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；細(xì)線。

1.2 試驗(yàn)試劑

乙酸丙酯（純度99.5%），乙酸乙酯（純度98.5%），丁酮（純度99.5%），異丙醇（純度98.5%），甲醇（純度99.5%，永華化學(xué)科技（江蘇）有限公司）；正己烷（純度98.0%，上海麥克林生物科技有限公司）；甲醇和正己烷均為HPLC級分析純。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

按照《中國藥典2015版通則0861溶劑殘留測定法》中殘留溶劑限度的要求，精密稱取乙酸丙酯0.259 6 g，乙酸乙酯0.274 9 g，丁酮0.253 5 g，異丙醇0.262 8 g，甲醇0.160 9 g，分別加入裝有40 mL稀釋溶劑正己烷的50mL容量瓶中，加溶劑正己烷稀釋至刻度，搖勻，備用。用5 μL的微型進(jìn)樣器精密量取1 μL標(biāo)準(zhǔn)溶液，注入頂空瓶中迅速壓蓋密封。

1.4 樣品預(yù)處理

先將廣口瓶用洗潔精清洗，之后用去離子水沖洗干凈，最后放入55 ℃的烘箱中烘30～60 min，取出備用。取藥包企業(yè)最常用的3種不同材料的薄膜LDPE、PP、PET，將這些薄膜裁成0.1 m×0.1 m的標(biāo)準(zhǔn)正方形樣品若干，然后將它們放入55 ℃烘箱中烘30～60 min，盡可能使薄膜內(nèi)的溶劑揮發(fā)出來，之后將它們?nèi)〕霾⒎湃朊芊獯袀溆谩?/p>

1.5 氣相色譜分析條件

色譜柱為 HP-INNOWAX（60 mm×0.320 mm×0.50 mm），載氣為高純氮?dú)?，流?.0 mL/min，空氣流速450 mL/min，氫氣流速45 mL/min，頂空進(jìn)樣。進(jìn)樣口溫度200℃，檢測器溫度220 ℃。色譜柱的初始溫度50 ℃，保持5 min，以10 ℃/min升溫至150 ℃，保持4 min后進(jìn)樣。

1.6 塑料薄膜中溶劑殘留量的計(jì)算方法

采用外標(biāo)法計(jì)算：取樣品，將其迅速裁成10 mm×30 mm碎片。設(shè)定分析溫度為100±2 ℃，分析時間為60 min，以保留時間定性，峰面積定量。由于所測的溶劑殘留的單位是0.01 m2，而最后的溶劑殘留量的面積是以1 m2為單位的，因此需要在原式中乘以100才行。塑料薄膜中溶劑殘留量按下式計(jì)算：

式中 X ——樣品中溶劑的殘留量，mg/m2；

C1——樣品峰的面積；

C2—— 標(biāo)準(zhǔn)溶液中對應(yīng)組分的溶劑峰的面積；

M ——標(biāo)準(zhǔn)溶液中對應(yīng)組分質(zhì)量，mg。

2 分析與測試

2.1 混合標(biāo)準(zhǔn)液的色譜分離

取標(biāo)準(zhǔn)混合溶液1 μL于干凈頂空瓶中，迅速加蓋密封，分析條件見1.5節(jié)，數(shù)據(jù)見表1。由表1可知標(biāo)準(zhǔn)混合溶液在色譜柱HP-INNOWAX（60 mm×0.320 mm×0.50 mm）中的分離結(jié)果。發(fā)現(xiàn)5種有機(jī)溶劑在強(qiáng)極性的色譜柱HP-INNOWAX中分離效果良好，峰型對稱無拖尾，并且保留時間穩(wěn)定。

表1 5種溶劑的GC-FID色譜峰值Table 1 GC-FID peaks of 5 solvents

2.2 溶劑濃度與響應(yīng)峰面積關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)曲線

分別用微型進(jìn)樣器精密量取 1，2，3，4，5 μL的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，注入頂空瓶中迅速壓蓋密封，按照1.5節(jié)中氣相色譜的分析條件進(jìn)行測定。以混合標(biāo)準(zhǔn)溶液中對應(yīng)組分含量M與對應(yīng)峰面積C2進(jìn)行線性回歸，得到各組分的回歸方程，相關(guān)系數(shù)，線性范圍，檢測限見表2。

表2 回歸方程和線性關(guān)系Table 2 Regression equation and linear relationship

由表2可以看出，相關(guān)系數(shù)R2均大于0.998 8，表明5種有機(jī)溶劑在0～30 000的范圍線性良好，檢出限在0.001 1～0.001 8之間，表明該方法準(zhǔn)確度高。因此該方法能夠準(zhǔn)確，快速地測出藥包塑料薄膜中有機(jī)溶劑的含量。

2.3 不同條件下對材料的吸附性試驗(yàn)

（1）不同種類薄膜對溶劑的吸附性試驗(yàn)：取清洗好的廣口瓶一只，置入5只小型蒸發(fā)皿。在5只蒸發(fā)皿中分別放入乙酸乙酯、甲醇、丁酮、異丙醇和乙酸丙酯各10 g。取出密封袋中的3種薄膜 LDPE（25 μm）、PP（25 μm）、PET（25 μm）各兩份。一份放入頂空瓶中直接測定薄膜中原始溶劑的殘留量x0，另一份用細(xì)線穿過5種薄膜后懸掛在廣口瓶內(nèi)，將廣口瓶蓋上蓋子密封。在25 ℃下放置7 h后，取出薄膜置于頂空瓶中測定薄膜中溶劑殘留總量x。則薄膜中溶劑的吸附量為C=x-x0。

（2）不同厚度LDPE薄膜對溶劑的吸附性的影響：由于藥包企業(yè)所使用的PET和PP薄膜的厚度規(guī)格較少，而LDPE薄膜的厚度規(guī)格較齊全，故可作為不同厚度的薄膜對溶劑的吸附性能進(jìn)行研究。分別選取藥包企業(yè)中常見厚度為35 μm、45 μm、55 μm、65 μm、75 μm、85 μm 的 LDPE 薄膜各兩份，一份直接在頂空瓶中測定其溶劑殘留量，另一份在25℃下于密閉廣口瓶中放置7h，然后取出放入頂空瓶中測定溶劑殘留量。以了解不同厚度的LDPE薄膜對溶劑吸附性的影響。

（3）不同加熱溫度對PET、LDPE和PP薄膜的溶劑吸附性的影響：取藥包企業(yè)復(fù)合膜生產(chǎn)中經(jīng)常使用的 PET膜（12 μm）、LDPE膜（40 μm）和PP膜（25 μm）各兩份，一份直接測定其溶劑殘留量，另一份分別在25℃、35℃、45℃、55℃、65 ℃和75 ℃的加熱溫度下將其放入密閉的廣口瓶中7 h，然后取出測定其溶劑殘留。來了解不同加熱溫度對薄膜溶劑吸附性的影響。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同種類塑料薄膜對溶劑的吸附傾向

不同種類塑料薄膜對溶劑的吸附傾向如圖1所示。從圖1中可以看出，薄膜在試驗(yàn)前可能就有微量溶劑的存在，因此薄膜吸附的溶劑量應(yīng)為試驗(yàn)后薄膜中所測得的溶劑殘留量減去試驗(yàn)前薄膜測得的溶劑殘留量。但是由于原材料膜中的溶劑量相對于吸附溶劑后薄膜中的溶劑量而言極其微小。因此，在不考慮原材料膜中原有的溶劑量時，可以用試驗(yàn)后薄膜中所測的溶劑殘留量來表示薄膜對溶劑的吸附量。

圖1 3種薄膜對5種不同溶劑的吸附傾向Fig.1 Adsorptive tendency of 3 types of films of 5 different solvents

對于圖1中不同藥包塑料薄膜對溶劑的吸附傾向，可以從溶度參數(shù)來分析［9-10］。溶度參數(shù)：一般情況下薄膜容易吸附溶度參數(shù)δ（單位為 H，1H=1（cal/cm3）1/2=2.046×103（J/m3）1/2） 相近的溶劑。其中溶劑極性順序：甲醇（δ=14.5H）＞異 丙 醇（δ=11.1H）＞丁 酮（δ=9.3H）＞乙 酸乙酯（δ=9.1H）＞乙酸丙酯（δ=8.8H），薄膜極性順序：PET（δ=10.7H）＞PP（δ=8.0H）＞LDPE（δ=7.9H）。PET薄膜的溶度參數(shù)與甲醇和異丙醇溶劑較為相近，因此薄膜對甲醇和異丙醇溶劑的吸附性較好，與其他溶劑的溶度參數(shù)相差比較大，吸附性較差。LDPE薄膜和PP薄膜由于極性較小，所以對極性溶劑的吸附能力也較差。因此企業(yè)在生產(chǎn)過程中要充分考慮到塑料薄膜對溶劑的吸附傾向，選擇合適的溶劑和生產(chǎn)工藝。

3.2 不同厚度薄膜對溶劑的吸附性

不同厚度下LDPE薄膜對溶劑的吸附性如圖2所示。

圖2 厚度對溶劑吸附性的影響Fig.2 Influence of thickness on solvent adsorbability

從圖2（a）可以看出，從總體上看，隨著LDPE薄膜厚度的增加，LDPE薄膜對溶劑的吸附量是增加的。這是由于隨著LDPE薄膜厚度的增加，溶劑慢慢地滲透進(jìn)薄膜的內(nèi)部，導(dǎo)致了LDPE薄膜吸附溶劑量的增加［11］。圖2（b）顯示了對于不同厚度的LDPE薄膜而言，隨著薄膜厚度的增大，單位厚度的LDPE薄膜對溶劑的吸附量反而是降低的。這是由于溶劑從薄膜外層滲透入內(nèi)層的過程中，所受到的阻力越來越大，這就造成了隨著LDPE薄膜厚度的增加，單位厚度的LDPE薄膜對溶劑的吸附量反而降低的現(xiàn)象。因此，對于藥包企業(yè)中塑料薄膜厚度的選擇，在工藝條件允許的情況下應(yīng)該盡量選擇較薄的塑料薄膜。

3.3 加熱溫度對薄膜的溶劑吸附性的影響

加熱溫度對薄膜的溶劑吸附性的影響如圖3所示。

圖3 3種常見印刷復(fù)合膜對溶劑的吸附性隨溫度的變化Fig.3 Change of 3 types of common print composite film with temperature for solvent adsorbability

如圖 3（a）、3（b），隨著溫度的上升，薄膜吸收溶劑的量呈上升態(tài)勢，圖3（c）在剛開始升溫時薄膜的溶劑吸附量也呈上升的態(tài)勢。在相同的時間內(nèi)，隨著加熱溫度的上升，高分子薄膜的分子鏈運(yùn)動和小分子溶劑的運(yùn)動都隨之加劇，從而使小分子溶劑更容易滲透進(jìn)入薄膜。薄膜和溶劑之間的溶度參數(shù)之差越小，薄膜與溶劑之間的相互作用力越大。當(dāng)加熱溫度上升時，有機(jī)溶劑就越容易滲透進(jìn)薄膜內(nèi)。如圖3（a），LDPE薄膜與5種有機(jī)溶劑溶度參數(shù)差由大到小為：甲醇（Δ δ=6.6H）＞異丙醇（Δ δ=3.2H）＞丁酮（Δ δ=1.4H）＞乙酸乙酯（Δ δ=1.2H）＞乙酸丙酯（Δ δ=0.9H）。所以隨著加熱溫度的上升，LDPE薄膜對乙酸乙酯和乙酸丙酯溶劑的吸附性最大，對異丙醇和丁酮的吸附性較大，對甲醇的吸附性最小。圖3（b）中PP薄膜與5種有機(jī)溶劑的溶度參數(shù)差由大到小為：甲醇（Δ δ=6.5H）＞異丙醇（Δ δ=3.1H）＞丁酮（Δ δ=1.3H）＞乙酸乙酯（Δ δ=1.1H）＞乙酸丙酯（Δ δ=0.8H）。由于異丙醇，丁酮，乙酸乙酯，乙酸丙酯與PP薄膜的溶度參數(shù)差比較接近，因此薄膜對上述4種溶劑的吸附性都比較高；甲醇與PP薄膜之間溶度參數(shù)差較大，因此PP薄膜對甲醇的吸附性小。另外，甲醇溶劑由于沸點(diǎn)最低（64 ℃），因此是所有溶劑中最容易揮發(fā)的。

對于圖3（c）而言，加熱溫度在55 ℃之前，隨著加熱溫度的上升，PET薄膜對溶劑的吸附量的增加。當(dāng)加熱溫度超過55 ℃之后，隨著溫度的上升，PET薄膜對溶劑吸附量反而下降。這主要是因?yàn)楫?dāng)加熱溫度不超過55 ℃時，隨著加熱溫度的提高，溶劑分子運(yùn)動更加活躍，使溶劑分子滲透進(jìn)PET薄膜的量大于溶劑分子從PET薄膜中脫出的量，因此PET薄膜對溶劑的吸附量迅速上升；當(dāng)加熱溫度超過了55 ℃之后，溶劑在PET薄膜中的脫出量漸漸大于PET薄膜對溶劑的吸附量，導(dǎo)致PET薄膜溶劑吸附量下降。因此對于溫度對藥包塑料薄膜基材溶劑吸附性的影響，應(yīng)根據(jù)不同基材對溶劑的吸附規(guī)律合理的選擇加熱溫度。

4 結(jié)語

采用頂空-氣相色譜法同時對5種有機(jī)溶劑進(jìn)行了分析，溶劑分離效果好，相關(guān)系數(shù)R2均大于0.998 8，表明5種有機(jī)溶劑在0～30000的范圍內(nèi)線性良好，檢出限在0.001 1～0.001 8之間，表明該方法準(zhǔn)確度高。

因此，使用頂空-氣相色譜法能夠準(zhǔn)確，快速的測出藥包塑料薄膜中有機(jī)溶劑的殘留量。另外，在生產(chǎn)過程中要充分考慮到薄膜對溶劑的吸附選擇性，以此為標(biāo)準(zhǔn)來選擇合適的工藝條件。對于塑料薄膜厚度的選擇，應(yīng)該盡量選擇厚度較薄的薄膜。對于溫度對藥包塑料薄膜的影響，應(yīng)該根據(jù)不同薄膜基材對溶劑的吸附規(guī)律合理的選擇加熱溫度。