从胶塞清洗机看丁基胶塞的清洗与硅化_丁积飞

从胶塞清洗机看丁基胶塞的清洗与硅化_丁积飞

中国制药装备 2006 第 4 辑

丁基胶塞( 下简称胶塞)是药物成品中与药品直接

接触的包装材料,丁基橡胶以优异的生物安全性、化学

稳定性、气密性等特点将取代天然橡胶用于生产药用

瓶塞,且国家相关机构已发文将限制天然橡胶生产药

用瓶塞的使用。随着国家药品监督力度的加大,药用丁

基胶塞进展很快,特别是伴随着冻干粉针剂生产的大

力兴起,药用丁基胶塞的清洗便成为业界愈来愈关注

的焦点,而它的清洗设备便是胶塞清洗机。就胶塞清洗

机的功能而言,应是清洗( 粗洗与精漂)、灭菌、硅化与

干燥工艺的综合体现,其中最重要的两个环节是清洗

与硅化,这二点也是胶塞清洗机的基础,当然灭菌与干

燥则属设备的关键。本文仅对清洗与硅化二点加以探

讨。现以温州亚光机械制造有限公司( 下简称为亚光公

司)生产的超声波胶塞清洗机( 下简称为胶塞清洗)为

实例,从设备的基本概述角度出发,对丁基胶塞的清洗

与硅化作一探讨。

1 胶塞清洗机的基本概述

1.1 胶塞清洗机的基本构成

胶塞清洗机的基本构成如图 1 所示。

胶塞清洗机应综合清洗( 粗洗与精漂)、灭菌、硅化

与干燥四大基本功能于一体,这四大基本功能是对丁

基胶塞用于无菌生产工艺的体现;再辅以自动进出料

功能,而此功能仅是考察设备先进性的要素。为了确保

胶塞清洗机能完美再现上述功能,在设备的结构设计、

控制与基本参数等方面均需先进、合理与可靠。为了能

便于本文对清洗与硅化的探讨,以下将对亚光公司胶

塞清洗机的基本构成进行简述。

1.1.1 清洗桶

清洗桶( 即胶塞工作腔体)是用来装入所需清洗胶

塞来完成基本功能工作的容器,其是一个筛孔圆筒,圆

筒一端与传动主轴悬臂联结,以带动清洗桶在清洗水

箱中的缓慢转动,翻动所埋结的胶塞;圆筒另一端置有

内螺旋板,在圆筒转动时进一步促进筒内胶塞的有效

翻动,其另一作用是当干燥后圆筒反转时顺利出料。清

不应大于 35%(; 2)要有合理的冲孔直径与冲孔密度,

既有利于排除污垢,又不影响桶体刚度(; 3)清洗桶长

度与直径之比不应小于 1.2~1.5(; 4)要有合理的内螺

旋板,以满足胶塞清洗的翻动和搅拌出料的要求,出料

口要大,以免出料挤压而损伤胶塞。

从胶塞清洗机看丁基胶塞的清洗与硅化

丁积飞

( 温州亚光机械制造有限公司,浙江 温州 325025)

1—进料管 2—蒸汽管 3—搅拌筋 4—清洗桶 5—超声波 6—清洗箱

7—溢流槽 8—放水管 9—疏水阀 10—溢流管 11—胶塞 12—内门

13—呼吸阀 14—风机 15—热风器

图 1 胶塞清洗机构成示意图

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1.1.2 清洗水箱

清洗水箱( 清洗箱)是用来盛浸清洗桶、盛放清洗

工艺用水、承受纯蒸汽灭菌、泄放清洗工艺用水与承受

真空干燥等方面的受压容器,上述基本功能的实现将

依托这一工作腔体的实现,同时液、气、风管路也在此

架与清洗水箱是刚性联结,其联结中心与清洗水箱中

心要有一个合理的偏心量,以保证胶塞能浸在清洗工

艺用水之下(; 2)要有最大的两侧溢流口截面,以保证

顺畅排出污垢,溢流口的水位高度,要合理计算确定;

( 3)要有喷淋装置,喷淋管能均匀喷淋到清洗桶内的胶

塞,喷淋水压力可由合理计算确定,以达到去除附着在

胶塞表面污物通过溢流口漂出(; 4)清洗水箱内置超声

波换能器安置的方向与距离要能保证均匀可靠地作用

于胶塞,同时清洗水箱应有便于拆装超声波装置的安装

口(; 5)清洗箱前端应设计为可拆式结构,以便能拆出清

洗桶,清除清洗箱内表和清洗桶内外表面因长期硅化运

行聚结在表面的硅化膜和污垢(; 6)清洗水箱的各个液、

气、风管口的设备与安装需符合 GMP 与管道相应规

范(; 7)清洗水箱的设计与制造要符合 GB 150—1998

《 钢制压力容器》和“ 压力容器安全技术监察规程”的规

范(; 8)清洗水箱的外壁要有良好与符合 GMP 的保温

设计。

1.1.3 出料门

胶塞清洗机的出料门,除承担清洗水箱作为容器

密封的盖体外,还承担了出料功能,其有双层门联锁控

方便,操作简单省力(; 2)直径要大,便于出料,不至发

生出料挤压而损伤胶塞(; 3)密封性好,易于调压,密封

结构与材质符合 GMP(; 4)联锁控制,安全可靠(; 5)大

直径出料还可兼作人孔,必要时人可进入清洗桶内对

其内表面进行打磨抛光,清除聚结在表面的硅化膜和

污垢。

1.1.4 其余装置

为了达到四大基本功能,依托清洗水箱这一腔体

的贯通,还置有蒸汽灭菌系统、硅化系统、电热风再加

热和冷却系统。其中对电热风再加热和冷却系统来说,

根据处理工艺,可用此系统对清洗水箱内进行再加热

或循环冷却,并设有循环风再过滤和风阻差压计显示

和自动温控功能。

1.2 胶塞清洗机的基本功能

胶塞清洗机是对各种药用胶塞在一台机内自动完

成清洗( 粗洗与精漂)、灭菌、硅化、干燥以及自动进出

料功能的设备,亚光公司胶塞清洗机的 5 个功能是在

PLC 的控制下,自动地把多功能与多工序操作在一机

内连续完成,避免了多次转序而产生的交叉污染,保证

了清洗和处理后药用胶塞的成品质量。

( 1)清洗,按胶塞清洗工艺又分粗洗与漂洗,故设

备在综合多项清洗技术的基础上,设计成与相应工艺

所匹配的结构,达到清洗速度快、澄明度高以及无损伤

的要求。换句话来说,不管胶塞结构如何复杂,均能达

到工艺所要求的清洗标准。

( 2)灭菌,在众多灭菌方法中,湿热灭菌属是普遍

认可的最可靠灭菌方法,因而清洗箱的箱体是根据胶

塞可进行湿热灭菌的要求而设计的,是一个安全可靠

的受压容器。漂洗干净后胶塞将通过饱和纯蒸汽处理,

达到最理想的灭菌效果。

( 3)硅化,根据处理胶塞的工艺要求,可进行 A、B、

C 三个不同级别的硅化膜厚度的硅化处理。在硅化时,

也可采用超声波辅助硅油在清洗液中进行扩散处理,

则更能保证硅化厚度的均匀性。

( 4)干燥,利用真空干燥原理,并辅以胶塞灭菌时

的温度和再加热提温工艺,采用真空抽吸水分方法,使

胶塞内外表面的水分控制值达到极高指标,或控制在

工艺要求的指标范围。

( 5)自动进出料,胶塞清洗机采用真空自动吸料和

螺旋自动出料,大大减轻了操作人员的劳动强度。

2 从胶塞清洗机看胶塞清洗工艺

药用胶塞在药包材生产工序中是比较复杂的,需

经过配料、混炼、预成型、截片、硫化、除边、筛屑、再硫

化、检验等多道工序才能完成。制成后的胶塞表面各

处,常常会粘附一些污垢毛点或皮屑等不洁物质或析

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出粒子,所以还必须经过严格的清洗工艺确保这些杂

物的去除。虽然,胶塞单个体积小,但处理批量大,时间

要求短,清洗后的澄明度指标要求高,加之类似于开花

型冻干胶塞表面形状复杂,清洗的技术难度也就更大。

如何开发一种高效、经济、先进、合理的胶塞清洗工艺,

就成为值得研究的课题,尤其是要把这些理想工艺过

程通过机器手段达到规模生产更是件难事。

就传统药用胶塞清洗工艺而论,其包含了粗洗与

精漂 2 个方式,亚光公司现在所采用的清洗工艺采用

了多种清洗方法以综合地完成,即通过超声波清洗、慢

速滚动搅拌、中心管强力喷淋、侧壁溢流排污和循环水

泵抽吸双级过滤循环的工艺方法。将这方法有机地组

合地演绎传统药用胶塞清洗工艺,从而达到了高效、经

济、快速的清洗效果。

2.1 超声波清洗

超声波清洗是目前国际上公认的最先进的清洗工

艺,主要特点是速度快,一般只需 100 多 s 时间,清洗

效率高,能达到 98%以上的清洗效果。并具有无损伤、

不用工具、不用高温、不用化学药品、无污染等特点。最

重要一点是其“ 空化”作用对任何复杂工件表面、深孔

与小孔内部均有着良好的清洗效果。

2.1.1 超声波清洗的装置和基本原理

超声波清洗装置是由超声波发生器和换能器两部

转变成 20 kHz 以上的高频电信号,通过高频电缆输送

到换能器上。其多个换能器紧密地固定在密闭的震动

箱内,而震动箱放置在清洗箱中清洗液的底部,当换能

器被加上高频电压后,它的压电陶瓷元件在电场的作

用下,将高频电能转换成强有力的高频机械式震动并

发送到清洗液中,这种震动的震幅很小,约几微米,但

却具有很高的加速度,仿佛是一个小活塞。当多个换能

器被施加相同频率及电压时,就合成为一个巨大的活

塞做高频往复机械震动,这种震动在清洗箱中传播,即

产生“ 空化”作用,被清洗的物件,在清洗液中的“ 空化”

作用下,达到了被清洗的目的。

2.1.2 超声波清洗的特点

由于超声波的频率很高,可以说是连续不断地在

进行,因此清洗液中由“ 空化”现象所产生的气泡数难

以计数,且无处不在,对工件的清洗非常彻底,即使是

胶塞表面形状极为复杂( 如胶塞脐眼很深,或缝隙很小

的工件),只要是能浸没在清洗液中的,都能产生良好

的清洗效果。这里所述的超声波清洗是完全不同于超

声波探伤、测量、焊接等领域所应用的,它不是利用超

声波直接对着物件进行超声波放射、被吸收、折射等物

理作用。胶塞清洗机所用的超声波清洗是经过能量转

换,且在水介质作用下转化为机械式的震动能,即“ 空

化”作用来实现清洗的目的,因而,对被清洗的物件无

任何损伤。

超声波清洗的任务是完成传统工艺中的粗洗工

序,即把胶塞上的污垢清洗下来,如何将污物脱离、排

除?则由以下工艺方法与结构设计来完成。

2.2 控制清洗水桶的胶塞充装量和清洗液的上水位

清洗的胶塞在清洗水桶内的充装量绝不能超过桶

容量的 35%,当清洗箱内注满清洗液至上水位时,应保

证清洗桶内胶塞的堆积平面要低于工艺用水的上水

位,且有相当的一个距离。由于胶塞的密度比工艺用水

大一些,所以胶塞一般下沉堆积在清洗桶的下面,使堆

积的胶塞之间的间隙变小,影响清洗下来的污物向外

排出。此时,在清洗桶慢速转动的翻动作用下,因有足

够工艺用水的上水位,胶塞会在翻动作用下,产生翻滚

和漂浮动作,并拉大了胶塞之间的堆积间隙,使污物易

于排出。

2.3 翻动作用与强力中心管喷淋

用超声波开始清洗后,胶塞上大部分的污物均能

顺利地从胶塞表面脱离随清洗液流动排出,但有些污

物由于静电作用依旧附着在胶塞表面,特别是脐眼深

处和深孔内的污物则较难排除。此时,清洗桶内的螺旋

挡板随着清洗桶慢速旋转,将胶塞翻动,以每个胶塞而

言,提升至清洗桶中心线以上,然后缓慢下降。与此同

时,清洗桶内中心管的喷淋水的均匀上喷水柱与下降

胶塞相碰而产生强力喷淋,使胶塞再次产生翻滚和碰

击,能将未脱离的污物冲击下来,并随径向流动的水波

从溢流槽内被排出清洗桶。如此反复循环运行,达到真

正意义上的漂洗目的。

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2.4 侧壁溢流和补水

为了使清洗下来的漂浮污物能顺利排出清洗箱

外,在箱壁两侧沿轴向开有长条溢流槽( 约为清洗箱轴

向长度的 85%)。在清洗桶转动状态下产生的径向水

波,并在清洗箱底部补水的条件下,即能形成良好的溢

流,把清洗下来的污物迅速排出箱体外部。

2.5 抽吸循环过滤

为了确保有效漂洗的目的,对于清洗下来的污垢

密度稍大,不能完全漂浮在液面用溢流方法排除的,则

由强力的循环水泵在清洗箱下部抽吸清洗液,经两级

过滤后,重新通过中心喷淋管返回清洗箱,清洗污物截

2~3 min 时间内,对清洗箱内的清洗液进行一次抽吸

过滤最好。

2.6 胶塞的清洗时间

胶塞清洗机清洗原理是在传统工艺基础上的整合

与发展,胶塞的清洗方法还可分粗洗、一次精洗、二次

精洗及冲洗。粗洗是充注纯化水用超声波法进行洗涤,

时间为 5~8 min;精洗则要充注注射用水用喷淋方法进

行洗涤,根据需要可进行 1~2 次,时间为 5~10 min,经

检验合格后进行硅化,最后再冲洗 2~3 min。

管强力喷淋、侧壁溢流排污、循环水泵抽吸和双级过滤

循环的 5 种方法的综合,能取得最佳的清洗效果。其

中,超声波为主体清洗工艺,其他的则是为了更快更完

全地将污物脱离胶塞和排出,以保持清洗液的澄明度。

只有清洗液的澄明度达到要求,胶塞的澄明度也自然

达到要求。要做到这一点,必须将以上 5 种工艺方法有

机地联合在一起。除此之外,清洗箱内还有全方位的自

清洗功能,最后能将清洗桶、清洗箱的内外壁用 360°

旋转喷头进行强力清洗,保证箱壁的清洁。

3 从胶塞清洗机来看硅化

硅化是药用胶塞质量的又一个重要指标,硅化量

太高会使胶塞发生粘连或胶塞在抗生素瓶压塞过程中

回弹,硅化量太低则会造成胶塞不合格或影响药品的

质量,这样就需在设备本身和操作 SOP 中得到保证。

一般硅化工序是在精洗合格后进行,根据硅化膜厚度

的要求,将核定用量的硅油加入清洗箱内,清洗箱内的

注射水温度应在 80~90 ℃之间,在稍高的清洗桶转速

下进行硅化,这是常用的工艺。经过多年的应用,很多

单位积累了不少好经验,这些经验使硅化膜形成更加

均匀。

( 1)如果是人工加硅油时,最好将硅油用注射水先

稀释后加入硅油杯,以便加入到清洗液中时更容易分

散。

( 2)泵加或人工加硅油时,可不停止超声波作用加

入硅油,利用超声波作用,使硅油在清洗液中得到很好

分散。

( 3)不论是人工或计量泵加硅油,其硅油加入管必

须伸入清洗液液面下,同时适当提高清洗桶转速,并停

止溢流水补水。

( 4)只要硅油在清洗液中分散的很均匀,胶塞硅化

后的硅化膜也自然会均匀。

4 结语

本文以亚光公司胶塞清洗机的基本概述为切入

点,从胶塞清洗机的角度来阐述胶塞清洗与硅化工艺,

可以说这二工艺在胶塞清洗机所能达到的清洗、灭菌、

硅化与干燥功能中最为直观。然而,基于丁基药用胶塞

个体小、处理批量大、清洗后澄明度要求高的特点,开

发出一种高效、经济先进合理的胶塞清洗工艺是当前

医包行业值得研究和探讨的一项课题。亚光公司虽然

在国内已对此类设备率先研发,但还将进一步致力于

此设备的提高与升级。本文旨在更好地与大家交流,愿

中国的胶塞清洗机技术能尽快占领国际同类产品的最

高点。

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