環(huán)烯烴共聚物：醫(yī)療包裝用樹脂的另一種選擇

文/ Topas Advanced Polymers Timothy Kneale

環(huán)烯烴共聚物：醫(yī)療包裝用樹脂的另一種選擇

文/ Topas Advanced Polymers Timothy Kneale

近幾十年，作為各種食品和醫(yī)療包裝的阻隔密封層，聚丙烯腈（PAN）基聚合物一直是包裝行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品。如今，隨著PAN市場供應(yīng)量的逐漸減小，服務(wù)于醫(yī)療行業(yè)的加工商們正在尋找替代產(chǎn)品，一些廠家已經(jīng)對采用環(huán)烯烴共聚物（COC）的新包裝進(jìn)行了商業(yè)化。

Barex是一個(gè)非常著名的聚丙烯腈（PAN）基聚合物品牌。作為各種食品和醫(yī)療包裝的阻隔密封層，Barex PAN近幾十年來一直是包裝行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品。然而，最新進(jìn)入市場的食品包裝阻隔材料如乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）正逐漸占據(jù)PAN原本的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，唯一一家提供PAN的供應(yīng)商Ineos公司在一年前宣布將停止生產(chǎn)這種產(chǎn)品。

正因如此，尋找能夠替代Barex PAN的材料成為了醫(yī)療市場中各大廠商的當(dāng)務(wù)之急，因?yàn)檗D(zhuǎn)換包裝材料會涉及到法規(guī)限制，并非短時(shí)間內(nèi)可以解決的問題。包裝材料如果選擇不當(dāng)會影響到藥物的純度和效力，所以確定一種材料是否能提供所要求的阻隔和吸附曲線，具有低的溶出物和萃取物，且能滿足全球多個(gè)市場中的監(jiān)管要求，這顯得至關(guān)重要。也因?yàn)槿绱耍诟淖兯幬锇b材料時(shí)，進(jìn)行合理的測試是必需的。

全球熱塑性材料供應(yīng)商Topas先進(jìn)聚合物公司（以下簡稱“Topas公司”）的Topas環(huán)烯烴共聚物（COC），已成為能夠在醫(yī)療保健和其他應(yīng)用中替代Barex PAN的一種材料。近幾年，Topas公司與全球領(lǐng)先的包裝供應(yīng)商展開了密切合作，在醫(yī)療包裝如藥袋和吸塑片以及其他終端應(yīng)用中，使用了COC聚合物。這些應(yīng)用都要求包裝材料具有很強(qiáng)的耐化學(xué)性和低滲透性。正當(dāng)COC已經(jīng)在一些商業(yè)應(yīng)用中成功取代了Barex PAN時(shí)，Ineos公司宣布停止生產(chǎn)。

Topas COC是一種透明、高純度的熱塑性塑料，擁有在醫(yī)療方面成功進(jìn)行應(yīng)用的記錄，現(xiàn)在這款材料正在滿足許多醫(yī)療保健公司的需求，而這些公司過去都在尋求安全、隨時(shí)可用且能替代Barex PAN的材料。雖然PAN和COC來自聚合物范圍中相反的兩端，但是它們都能提供類似的阻隔/滲透性能和較強(qiáng)的耐化學(xué)性。Topas COC以其純度而知名，它通過一種先進(jìn)的茂金屬聚合過程產(chǎn)生，具有極低的溶出物和萃取物。

Topas COC為醫(yī)療保健和食品接觸的應(yīng)用提供了廣泛的全球合規(guī)性，并且有許多牌號可以滿足特定加工和最終使用的要求。該聚合物能夠提供優(yōu)良的熱封性能，有利于在和包裝商品直接接觸的應(yīng)用中廣泛使用。Topas COC有一些牌號具有低密封起始溫度，以方便密封；而對于可能會面臨顯著熱暴露的應(yīng)用，有一些具有較高耐熱性的牌號可供選擇。

關(guān)鍵性能

基于COC在柔性、半剛性和容器應(yīng)用中的使用，如成型料片（forming web）、起泡包裝和注射器，醫(yī)藥包裝行業(yè)已經(jīng)熟悉了這種材料。采用COC替代PAN并不是一種臨時(shí)方案，因?yàn)镃OC材料確實(shí)能夠提供有效的耐化學(xué)性和較低的吸附率，且對醫(yī)用級化學(xué)物質(zhì)（如藥用貼片中的尼古丁）有低滲透和低遷移性。值得一提的是，COC的尼古丁吸附要比乙二醇改性聚對苯二甲酸乙二醇酯（PETG）和乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）更低。

另外，COC的其他卓越性能還包括與PAN類似、比PETG優(yōu)異的抗甲基水楊酸性能，以及良好的耐醇性。Topas COC的耐醇性在許多醫(yī)療應(yīng)用中已經(jīng)過了多年的驗(yàn)證。不僅如此，Topas COC的水分阻隔也是一項(xiàng)已知的強(qiáng)項(xiàng)，它推動了COC在醫(yī)療領(lǐng)域中越來越多的應(yīng)用，如起泡包裝。

加工COC材料的薄膜供應(yīng)商為透皮行業(yè)開發(fā)了創(chuàng)新的尼古丁貼片包裝。這些包裝材料被設(shè)計(jì)用于提供極佳的產(chǎn)品保護(hù)，同時(shí)滿足了分銷鏈和消費(fèi)者的需求，并符合監(jiān)管要求。起泡包裝解決方案也因?yàn)榭焖僭鲩L的電子煙市場而得到了發(fā)展，在這個(gè)市場中，效力和尼古丁的遏制越來越重要。

與PAN不同，采用最常見的熱塑性塑料加工設(shè)備即可對Topas COC進(jìn)行熔融加工，包括單層膜和多層膜、片材和擠出涂布生產(chǎn)線，以及注塑和吹塑成型工藝。這種多樣性使Topas COC替代Barex PAN成為可能。對于過去專門使用PAN進(jìn)行生產(chǎn)的薄膜制造商而言，轉(zhuǎn)而使用Topas COC還允許采用一系列的共擠選項(xiàng)。

另外，Topas COC是乙烯共聚物，它與其他乙烯基聚合物如聚乙烯（PE）之間可以實(shí)現(xiàn)良好的粘接，這也為薄膜加工商帶來了便利，因?yàn)樵诠矓D出中，可以不需要增粘層。Topas COC的加工條件也與PE非常相似，使得COC樹脂與許多加工商現(xiàn)有的薄膜擠出設(shè)備匹配良好。

Topas COC具有和LLDPE相似的熱封性能

應(yīng)用案例

Topas COC是全球各大醫(yī)療保健包裝公司生產(chǎn)的Barex替代產(chǎn)品中的關(guān)鍵組成部分，這些公司包括Bemis醫(yī)療包裝公司（以下簡稱“BHP公司”）、Rollprint包裝產(chǎn)品有限公司（以下簡稱“Rollprint公司”）和Tekni-Plex公司Tekni薄膜部門。

BHP公司將Topas COC用于其CXB密封膠中。最初研制此密封膠是為了與Barex密封膠進(jìn)行競爭。當(dāng)Ineos公司宣布停止Barex生產(chǎn)時(shí)，BHP公司已經(jīng)準(zhǔn)備把解決方案帶給客戶，幫助緩解轉(zhuǎn)型。

BHP公司采取理論分析和實(shí)際應(yīng)用的方法通過許多藥物和輔料來更好地預(yù)測一對一的包裝解決方案。該公司為透皮吸收、電子煙和口服片的應(yīng)用提供產(chǎn)品。CXB密封膠是一系列密封劑中的一部分。其他密封劑解決方案還包括基于PE、PET和沙林離子樹脂的密封膠。然而，使用Topas COC樹脂的CXB密封膠，是Bemis產(chǎn)品組合中最強(qiáng)的Barex替代產(chǎn)品。

基于吸收尼古丁和煙堿性方面的知識，BHP公司的科學(xué)家開發(fā)了一種電子煙盒吸塑包裝。Bemis Skyblue CXB吸塑成型料片和PerfecPharm L-CXB吸塑封口都含有CXB密封膠。BHP公司在聚合物和尼古丁的相互作用方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)和深入的見解，它已經(jīng)成功把CXB密封膠用于尼古丁透皮吸收和電子煙盒包裝中。

Rollprint公司是一家領(lǐng)先的專注于醫(yī)療保健和消費(fèi)品等行業(yè)用包裝材料的全球供應(yīng)商，隨著Ineos公司宣布關(guān)閉其在美國俄亥俄州的一家Barex生產(chǎn)廠，Rollprint公司已成為提供Barex替代產(chǎn)品的醫(yī)療包裝加工商之一。Rollprint公司生產(chǎn)薄膜、擠出涂層、包含COC的鋪層、驟冷的PET、PP和EVOH、鋁箔紙、Tyvek以及可剝離和焊縫密封選項(xiàng)中的紙。

Rollprint公司認(rèn)識到低的吸附和滲透率在要求嚴(yán)格的醫(yī)療應(yīng)用中的重要性，如透皮貼片。受益于Topas COC，Rollprint公司正采用這種材料替代Barex，以用于這些具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用中。“我們很高興，COC通過為已經(jīng)商業(yè)化和正在開發(fā)的創(chuàng)新醫(yī)療應(yīng)用提供必要的耐化學(xué)性和密封性，而幫助填補(bǔ)了Barex 留下的空白。”Rollprint公司銷售和市場營銷副總裁Dwane Hahn說。

針對Barex的替代，Rollprint公司已經(jīng)開發(fā)了基于不同材料的變種。該公司表示，當(dāng)其增加了一種COC基產(chǎn)品時(shí)，能夠擴(kuò)展其薄膜的應(yīng)用范圍，包含“難以把握”的新增產(chǎn)品。

Rollprint公司與Topas公司展開了密切合作，在要求較強(qiáng)耐化學(xué)性的擠出涂層和多層共擠應(yīng)用中采用COC。例如，Rollprint公司在其透明阻隔薄膜技術(shù)（稱為“ClearFoil”，用于軟包裝）中增加了COC作為濕氣阻隔層。

ClearFoil采用鋁或硅涂層聚酯來實(shí)現(xiàn)最終的O2和水分阻隔。Rollprint公司還開發(fā)了透皮貼片包裝，在多層結(jié)構(gòu)中使用COC獲得高的耐化學(xué)性。該公司還發(fā)現(xiàn)COC在化妝品樣品段是有用的，可作為防曬油和遮光劑等產(chǎn)品的最后依靠。

“我們的包裝工程師與Topas公司密切合作，設(shè)計(jì)多層包裝，它們可以承受一些最具挑戰(zhàn)性的化學(xué)品，同時(shí)仍然具有用戶友好性。”Hahn說。

自從20年前COC商業(yè)化推出以來，Topas公司的COC材料市場已經(jīng)迅猛擴(kuò)大，其包裝薄膜的應(yīng)用擁有較高的市場占有率，具體的商業(yè)化案例包括從糖果的扭曲薄膜到軟飲料的收縮標(biāo)簽。在包裝市場中，COC能夠提供普通商品樹脂不能提供的互補(bǔ)性能，同時(shí)和PE相對相容，這是其商業(yè)化成功背后的關(guān)鍵驅(qū)動因素。

COC的注塑成型醫(yī)療應(yīng)用是其市場占有率的另一個(gè)重要組成部分。猶如透明玻璃般的COC憑借其純度和惰性在載藥注射器和可穿戴注射器方面得到了很好的應(yīng)用。基于COC的亞微米細(xì)節(jié)再現(xiàn)能力和低的可抽取物，以及優(yōu)異的耐紫外線和耐化學(xué)性，COC在診斷應(yīng)用中的使用也大量增加。

COC的其他關(guān)鍵應(yīng)用還包括光學(xué)和電子應(yīng)用。現(xiàn)代移動設(shè)備在很多透明和不透明的零部件中含有COC，從導(dǎo)光面板到觸摸屏薄膜再到天線。汽車抬頭顯示器也依賴于COC的防潮性和透明性。

用Kuraray公司的Eval EF-E薄膜制造的透皮貼片是EVOH替代Barex的一個(gè)例子

其他兩種可替代Barex PAN的樹脂

除Topas公司以外，還有其他兩家材料公司在開發(fā)Barex替代物方面取得了進(jìn)展。

其中，Kuraray美洲公司（以下簡稱“Kuraray公司”）被認(rèn)為是世界上唯一一家能制造自己的EVOH基薄膜產(chǎn)品線的EVOH樹脂供應(yīng)商。該公司的單層薄膜以“Eval EF-E”為品牌，可在食品包裝中替代Barex組成部分。另外，藥物應(yīng)用也是其目標(biāo)領(lǐng)域。據(jù)Kuraray公司的技術(shù)服務(wù)工程師Michail Dolgovskij介紹，該薄膜對于透皮貼片用的Barex是一個(gè)很好的替代選項(xiàng)。此薄膜通過采用更高的乙烯含量（44%）制成，提高了密封性能。據(jù)報(bào)道，它的氧氣阻隔性比Barex更好。

Barex提供了對氣體和水分的阻隔性。Dolgovskij指出，在多層包裝中，EVOH的用量非常少，只有總厚度的3%～10%，這是因?yàn)樗哂蟹浅８叩臍怏w阻隔性。但是，由于缺少水分阻隔性能，因此往往需要結(jié)合使用一種共聚酯（如由伊士曼化工公司提供的共聚酯產(chǎn)品），以使材料具有更好的防潮性和密封性能。

第二家可提供Barex替代材料的供應(yīng)商MSM Poly公司是一家初創(chuàng)的新公司，專業(yè)生產(chǎn)用于包裝的丙烯腈-甲基丙烯酸酯共聚物（AMAC）包裝乳膠樹脂，該公司也認(rèn)識到了Barex替代的需求。MSM Poly公司的AMAC樹脂品牌為“Anobex”，由Tiarco化工公司為MSM Poly公司生產(chǎn)。

2016年，MSM Poly公 司宣布，聚合物研究實(shí)驗(yàn)室Bay Materials分析了Anobex并確定AMAC和Barex 210的性能極為相似，在室溫下都表現(xiàn)出了類似的熔體流動性能（黏度）、強(qiáng)度及韌性。此外，諸如紅外、沖擊等測試也已經(jīng)證明AMAC等同于Barex，試驗(yàn)結(jié)果獲得了獨(dú)立第三方專家的驗(yàn)證。Bay Materials還發(fā)現(xiàn)，MSM Poly公司的樣品顏色比標(biāo)準(zhǔn)的Barex樣品更透明。