NO895035L - Transparent, steriliserbar emballasje av plast. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en transparent, steriliserbar emballasje av plast.

Med "transparent" i foreliggende sammenheng menes at plasten er transparent i den forstand at det er mulig å skjelne en gjenstand gjennom materialet. En hyppig benyttet praktisk transparenstest for emballasjer, f.eks. flasker, er den såkalte "klokketest" hvorved en emballasje i form av en flaske fylles vann, og skiven på en digitalklokke betraktes deretter gjennom den fylte flasken. Dersom et er mulig å avlese tiden, anses emballasjen for å ha bestått testen, og anses som transparent.

Med "steriliserbar" i foreliggende sammenheng menes at plasten kan motstå vanndampsterilisering tilsvarende minst 121°C i 20 min. For tiden er de aksepterne minimumsfordrin-ger for sterilisering 121°C i 20 min. For sterilisering ved høyere temperaturer kan steriliseringstiden reduseres tilsvarende. Dette betyr at hver økning i steriliseringstemperaturen med en grad bevirker betydelige fordeler i form av kortere steriliseringstider og forøket produktivitet.

I mange forskjellige anvendelser kreves gjenstander som bl.a. er transparente og kan steriliseres. En slik anvendelse er forpakningsområdet, spesielt forpakning av legemidler hvor kravet til synlighet av varene i emballasjen og for sterilisering av emballasjen er spesielt uttalt. En annen anvendelse er området som gjelder innpakning av matvarer.

Poser inneholdende infusjonsoppløsning, steriliseres f.eks. ved en temperatur på 121°C i forskjellige tidsperioder, skjønt minst 20 min. Produktene steriliseres i en autoklav inneholdende ren, mettet vanndamp. Ved start kan temperaturen stige meget sterkt, og videre må det regnes med temperatursvingninger i autoklaven. Sett i sammenheng betyr dette at materialet fortrinnsvis bør kunne motstå temperaturer over 121°C, fortrinnsvis med en så bred margin som mulig, uten å avvike fra noen av de andre fordringene (optiske egenskaper, slagstyrke, osv.). M.a.o. vil hver ytterligere grad materialet kan motstå utover den maksimale steriliseringstemperaturen øke operasjonssikkerheten.

I emballasjer med sterile innhold, slik som sterilisert væske, er det dessuten ofte ønskelig at emballasjen kan tømmes for sitt væskeinnhold uten samtidig å gi adgang for luft inn i emballasjen, fordi dette ville bety at sterilite-ten tapes. Av denne grunn bør emballasjematerialet ikke være sprøtt og hardt, men seigt og deformerbart slik at det kan tømmes uten å bli deformert av det undertrykket som dannes i emballasjen.

Blant nåtidens materialer blant transparente og steriliserbare emballasjer kan nevnes glass som har utmerket transparens, og er meget steriliserbart, men er tungt, skjørt og lett å knuse.

Et annet tidligere kjent materiale er polypropylen som, selv om det eliminerer ulempene med glassets skjørhet, har dårlige mekaniske egenskaper under kalde betingelser og inneholder additiver som kan utfelles som partikler ved sterilisering i en autoklav og således forurense det sterile produktet.

Videre er det kjent å fremstille emballasjemateriale av polyetylenplast (PE). I den tidligere teknikk har imidlertid kravet når det gjelder transparens eller termisk motstands-evne, slik som steriliserbarhet, ikke vært spesielt høy. Således smelter en emballasje fremstilt av polyetylen av lav densitet (LDPE) eller mykner ved 100-110°C og har en maksimum brukstemperatur på ca. 90°C, hvilket betyr at denne plasten ikke tåler sterilisering ved 121°C i 20 min.

På den annen side smelter eller mykner en emballasje fremstilt av polyetylen av høy densitet (EDPE) bare ved 130-135°C, men er for sprø.

Avhengig av om den har en snever eller bred molekylvekts-fordeling (MWD), så har HDPE også andre ulemper i sammenheng med foreliggende oppfinnelse. Med bred MWD menes en verdi på over 10, og med snever MWD menes en verdi som ikke er over 10, fortrinnsvis 2-10, mest foretrukket ca. 4, idet verdien for MWD er kvotienten mellom den vektmidlere verdien og den antallsmidlere vedien for molekylvekten (M^/M^).

Selv om HDPE med snever MWD er transparent, er den vanskelig å bearbeide. Den dårlige bearbeidbarheten kan avhjelpes med additiver, slik som fluorholdige polymerer, f.eks. av Vitom®-typen, men i mange anvendelser, slik som matvarer og legemidler, er additiver uønsket fordi de kan være helsefarlige. HDPE med bred MWD lar seg lettere bearbeide, men er sprø, og har den ytterligere ulempe at den har en dårlig transparens. En ytterligere type av polyetylenpolymer er lineær polyetylen av middels densitet (LMDPE), dvs. en densitet i området på 0,930-0,940 g/cm3 . LMDPE har et smeltepunkt på ca. 126" C og følgelig en maksimum brukstemperatur som ligger 5-10°C under denne temperaturen. Dette betyr at LMDPE kan tåle sterilisering ved 121°C i 20 min., men ikke ved høyere temperaturer, slik som 127° C. Avhengig av om den har en snever eller en bred MWD, har LMDPE ytterligere andre ulemper i sammenheng med foreliggende oppfinnelse. Således er LMDPE med snever MWD vanskelig å bearbeide, og LMDPE med bred MWD er ikke transparent.

Selv om det således er et behov for en emballasje av et materiale som er transparent og steriliserbart, og som fortrinnsvis også er deformerbart, vil det forstås ut fra det som er angitt ovenfor at de tidligere kjente materialer alle er beheftet med en eller flere ulemper som i ett eller annet henseende gjør dem uegnet for fremstilling av slike emballasjematerialer.

I sammenheng med foreliggende oppfinnelse har det nå overraskende blitt funnet at en spesiell type plast er i stand til å tilfredsstille alle de ovennevnte krav m.h.t. transparens og steriliserbarhet, samtidig som materialet er slag-bestandig, lett å bearbeide og billig.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebragt en transparent, steriliserbar emballasje av plast, kjenne-tegnet ved at plasten består av en blanding av 55-75 vekt-# polyetylen av lav densitet (0,915-0,930 g/cm5 ) og av 25-45 vekt-# polyetylen av høy densitet (0,941-0,965 g/cm5 ).

Ytterligere karakteristiske trekk ved oppfinnelsen vil fremgå fra følgende beskrivelse og krav.

Det skal påpekes at blandinger av polyetylen for forskjellige formål er tidligere kjent. Således beskriver US 4.536.549 en polymersammensetning som består av en blanding av 40-90 vekt-% lineær polyetylen av lav densitet (LLDPE) og 10-60 vekt-# polypropylen (94-99 vekt-56 propylen og 1-6 vekt-# etylen). Videre kan 1-15 vekt-56 polyetylen av høy densitet (HDPE) innblandes. Det er natulig at denne sammensetningen er termisk motstandsdyktig fordi sammensetningen inneholder polypropylen som har et smeltepunkt på ca. 150° C. Således inneholder polymersammensetningen ifølge US 4.536.549 polypropylen som en vesentlig bestanddel, hvilket ikke er tilfelle i foreliggende oppfinnelse. Videre er polyetylen av høy densitet (HDPE) innbefattet i foreliggende oppfinnelse som en vesentlig bestanddel i en mengde på 25-45 vekt-#, mens HDPE når den er til stede i US patent 4.536.549 utgjør kun 2-15 vekt-%.

Dessuten beskriver US 2.983.704 en fremgangsmåte for fremstilling av polyetylen av høy densitet (HDPE). Blanding av HDPE med polyetylen av lav densitet (LDPE) er også nevnt, men fremstillingen av transparente og sterlllserbare emballasjer er ikke beskrevet.

US 4.461.873 omtaler en blanding av polyetylen av middels densitet (LMDPE) og polyetylen av høy densitet (HDPE), ikke en blanding av LDPE (densitet 0,915-0,930 g/cmJ ) og HDPE, som i foreliggende oppfinnlse.

JP 5.103.4956 beskriver en polymerblanding av HDPE med til-blanding av 0,1-30$ polyolefin, f.eks. LDPE. Dette er forskjellig fra foreliggende oppfinnelse som krever en LDPE-andel på 55-75 vekt-$.

JP 5.303.3259 angår en klebende polyetylen som består av en blanding av LDPE og HDPE. Bruken for transparente og steriliserbare emballasjer er ikke beskrevet. JP 60-55.042 beskriver en blanding av HDPE med polyetylen av ultrahøy molekylvekt (LDPE) for oppnåelse av forbedret flytbarhet.

JP 59-84.942 beskriver fremstillingen av filamenter (ikke emballasjer) av en blanding av 5-75$, fortrinnsvis 10-50$ LDPE og 25-95$, fortrinnsvis 50-90$ HDPE. LDPE utgjør således fortrinnsvis en mindre andel av sammensetningen, og dette er forskjellig fra foreliggende oppfinnelse, hvori LDPE skal utgjøre hovedandelen.

GB 860.329 beskriver en blanding av 50-85 deler HDPE og 15-50 deler LDPE, dvs. utgjør også her en mindre andel av sammensetningen .

US 3.375.303 beskriver en sammensetning som består av en blanding av LDPE og 1-9$ HDPE, hvilket er forskjellig fra foreliggende oppfinnelse, hvor 95-45 vekt-$ HDPE er nødven-dig.

Sammenfatningsvis beskriver den tidligere kjente teknikk ikke anvendelsen av blandinger av polyetylen av lav densitet og polyetylen av høy densitet (HDPR) i de mengdeforhold som spesifiseres i foreliggende oppfinnelse, for fremstilling av transparente og steriliserbare emballasjer.

I betraktning av behovet for transparens foretrekkes det i foreliggende oppfinnelse at det som HDPE anvendes et HDPE av snever MWD. I betraktning av de mekaniske egenskapene, transparensen og bearbeidbarheten, er andelen av LDPE 55-75 vekt-#, og andelen av HDPE 25-45 vekt-# av blandingen. Spesielt foretrekkes en blanding av ca. 45 vekt-$ LDPE og ca. 35 vekt-$ HDPE for tilveiebringelse av en optimal kombinasjon av bearbeidbarhet, transparens, mekaniske egenskaper og steriliserbarhet. Smeltepunktene til LDPE og HDPE som benyttet iforeliggende oppfinnelse, ligger innenfor de ovennevnte temperaturområder og fortrinnsvis ved ca. 107"C for LDPE og ved ca. 133°C for HDPE.

Det må anses som overraskende at det er mulig å fremstille et emballasjemateriale som tilfredsstiller de ovennevnte krav, fra polymerblandingen ifølge oppfinnelsen, spesielt en polymerblanding inneholdende hovedsakelig LDPE i betraktning av denne polymerens lave smeltepunkt. Man ville forvente at smelte- eller mykningstemperaturen til emballasjematerialet ville domineres av materialets hovedbestanddel, dvs. LDPE, men dette er ikke tilfelle. Selv om polymerblandingen har to smeltepunkter tilsvarende smeltepunktene for polymerene som er inkludert i blandingen, kan den fremdeles tåle sterilisering ved 121°C 120 min. Den spesielt foretrukne polymerblandingen av 65 vekt-# LDPE og 35 vekt-$ HDPE tåler endog sterilisering ved 127°C.

Det er også overraskende at polymerblandingen av HDPE og LDPE ifølge oppfinnelsen har bedre egenskaper enn LMDPE som har en tilsvarende densitet. Som nevnt ovenfor kan en 65/35 vekt-$ blanding av LDPE/HPDE ifølge oppfinnelsen, som har en midlere densitetsverdi på 0,935 g/cm5 , tåle sterilisering ved 127° C til tross for det faktum at det LDPE-materialet som er innbefattet, har et smeltepunkt på ca. 107°C. Et LMDPE-materiale som har en densitet på 0,935 g/cm5 , som skulle forventes å ha bedre egenskaper, har et smeltepunkt på 126° C og tåler således ikke sterilisering ved 127°C. Grunnen til hvorfor steriliseringsegenskapene til polymerblandingen er bedre enn de til den direkte polymeriserte polymeren av middels densitet (LMDPE) er ikke klar.

Bearbeidbarheten til polymerblandingen ifølge oppfinnelsen er også bedre.

Emballasjematerialet ifølge foreliggende oppfinnelse kan i prinsippet være en hvilken som helst type emballasje, men er fortrinnsvis i form av flasker, bokser eller poser. Emballasjen fremstilles fortrinnsvis ved formblåsing, filmblåsing eller sprøytestøping av plasten på i og for seg kjent måte. Sterilisering av emballasjen kan foretas i forbindelse med fremstillingen av emballasjen, eller ved et senere trinn når emballasjen har blitt fylt med sitt innhold.

Som også nevnt ovenfor er legemidler en anvendelse hvor kravet til steriliserbarhet av emballasjer er spesielt uttalt, og emballasjen ifølge oppfinnelsen er således særlig egnet for denne anvendelse. Produktene som skal steriliseres, kan være faste eller flytende og emballeres både i flasker og i bokser. En annen fordelaktig emballasje er poser, f.eks. for forpakning av blod, som varmeforsegles etter fylling. P.g.a. dens utmerkede varmeforseglings-egenskaper er plasten ifølge foreliggende oppfinnelse velegnet for denne type emballasjer.

Veggtykkelsen til emballasjen ifølge oppfinnelsen er i og for seg ikke kritisk, men for å gjøre emballasjen tilstrekkelig deformerbar slik at den kan tømmes for dens væskeinnhold uten å gi adgang for luft, bør veggtykkelsen ikke overskride 2,0 mm. På den annen side bør veggtykkelsen fortrinnsvis ikke være mindre enn 0,02 mm, fordi dette kan sette emballa-sjens funksjon på spill og gjøre den for skjør.

For å lette forståelsen av oppfinnelsen gis følgende eksemp-ler .

EKSEMPEL 1

65 vekt-# av en langkjedet, forgrenet LDPE-polymer med M^ = 140.000, M^/M3"n= 9, smeltepunkt 107°C, smeltelndeks (2 kg vekt) = 0,3 g/mln. og densitet 922 (ISO 1183 D) ble blandet med 35 vekt-$ av en lineær HDPE-polymer med 0,3 etylsideforgreninger/1000 karbonatomer, smeltepunkt = 132°C, Mw/Mn= 44°S smeltelndeks (2 kg vekt) = 0,85.

Densiteten til den resulterende blanding var 0,935 g/cm<J>(ISO 1183 D). LD-polyetylenen og HD-polyetylenen var kommersielle produk-ter, førstnevnte fremstilt i en høytrykk-rørreaktor, sist-nevnte i en lavtrykk-hvirvelsjiktreaktor ved hjelp av organometalliske katalysatorer av Ziegler-Natta-typen.

Polymerene ble blandet i smeltet tilstand ved 210°C slik at det ble oppnådd en homogenblanding, hvorved en 100 pm film ble fremstilt ved konvensjonell filmblåseteknikk.

Operasjonsbetingelservar følgende:

Filmen ble omdannet etter ekstrudering til 1000 ml poser, fylt med vann og forseglet ved impuls-varmeforsegling.

Dampsterilisering ble utført ved anbringelse av posene i en autoklav, og deretter ble posene utsatt for dampbehandling ved 121-129°C I 20 min. med et støttetrykk på 1,8 bar.

Etter sterilisering ble posene inspisert med henblikk på strukturstabilitet, og det ble funnet at de ovennevnte materialer og emballasjer tålte en steriliseringstemperatur på 126°C i 20 min. uten noen effekt på posene.

EKSEMPEL 2 ( sammenligningseksempel)

En film ble fremstilt fra 100$ lineær polyetylen av middels densitet (LMDPE) med den samme densiteten som blandingen i eksempel 1, dvs. 935 kg/m<3>(ISO 1183 D). De andre egenskapene til LMD-polyetylen var som følger:

8 etyl-sideforgreninger/1000 karbonatomer

Mw = 130.000

M^/Mn= 4

Smeltelndeks =0,85(ISO 133)

Smeltepunkt = 126°C.

LMD-polyetylenen ble homogenisert i smeltet tilstand ved 210°C. En film ble blåst under ekstruderingsbetingelsene i eksempel 1, hvoretter vannfylte poser ble fremstilt.

Dampsteriliseringstesten viste en tilbøyelighet for deformasjon av posetoppsidene ved 124°C i 20 min., og fullstendig smelting har inntruffet ved behandling ved 125°C i 20 min.

EKSEMPEL 3

Den samme blanding som i eksempel 1 ble benyttet.

Flaskene ble formblåst 1 en konvensjonell formblåsemaskin. Flaskene hadde en veggtykkelse på 0,5 mm, en vekt på 110 g, og et volum på 125 ml.

Flaskene hadde utmerket transparens ekvivalent med den til lineær polyetylen av tilsvarende densitet.

Flaskene ble fylt med vann og autoklavert ved 121 og 124°C i 20 min. uten noen innvirkning på materialet. Ved autoklavering ved 127°C ble flaskene svakt deformert.

EKSEMPEL 4 ( sammenlignlngseksempel)

En lineær polyetylen med de samme egenskapene som i eksempel 2 ble benyttet for formblåsing av flasker i en konvensjonell formblåsemaskin. Flaskene hadde en veggtykkelse på 0,5 mm, en vekt på 10 g og et volum 125 ml.

Flaskene ble fylt med vann og autoklavert ved 121°C i 20 min. uten noen innvirkning på materialet.

Ved autoklavering ved 124°C i 20 min. ble flaskene svakt deformert.

Ved autoklavering ved 127°C smeltet materialet, og flaskene falt sammen.

EKSEMPEL 5

55 vekt-$ av et LDPE-materlale med de samme egenskapene som i eksempel 1 ble blandet med 45 vekt-$ av et EDPE-materlale som også hadde egenskapene angitt i eksempel 1.

Densiteten til den resulterende blanding var 0,940 g/cm<5>(ISO 1183 D).

Blanding, filmfremstilling, posefremstilling og dampsterilisering ble utført ifølge eksempel 1.

Etter sterilisering ble posene infisert med henblikk på strukturstabilitet, og det ble funnet at de ovennvnte materialer og emballasjer tålte en steriliseringstemperatur på 127° C i 20 min. uten noen mekanisk effekt på posene. Imidlertid hadde 45 vekt-$ HDPE-filmen en opasitet som er et grensetilfelle av det som er akseptabelt. Et høyere HDPE-innhold gir en film som er uakseptabelt m.h.t. tansparens.

EKSEMPEL 6

75 vekt-$ av et LDPE-materiale med de samme egenskapene som i eksempel 1 ble blandet med 25 vekt-# av et HDPE-materiale som også hadde egenskapene ifølge eksempel 1.

Densiteten til den resulterende blanding var 930 kg/m<2>(ISO 1183 D).

Blanding, filmfremstilling, posefremstilling og dampsterilisering ble utført ifølge eksempel 1.

Etter sterilisering ble posene inspisert med henblikk på strukturstabilitet, og det ble funnet at de ovennevnte materialer og emballasjer tålte en steriliseringstemperatur på 124° C i 20 min. uten noen effekt på posene, mens høyere temperaturer forårsaket deformasjon.

Claims (7)

1. Transparent, steriliserbar emballasje av plast, karakterisert ved at plasten består av en blanding av 55-75 vekt-5é polyetylen av lav densitet (0,915-0,930 g/cm* ) og av 25-45 vekt-5é polyetylen av høy densitet (0,941-0,965 g/cm* ).

2. Emballasje ifølge krav 1, karakterisert ved at polyetylenen av høy densitet har en snever molekylvektfordeling, idet verdien for kvotienten mellom den vektmidlere verdi og den antallsmidlere verdi for molekylvekten er 2-10, fortrinnsvis ca. 4.

3. Emballasje ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at andelen av polyetylen av lav densitet er ca. 65 vekt-%, og at andelen av polyetylen av høy densitet er ca. 35 vekt-%.

4. Emballasje ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at polyetylenen av lav densitet har et smeltepunkt på ca. 107 <6> C, og at polyetylenen av høy densitet har et smeltepunkt på ca. 133"C.

5. Emballasje ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den har en veggtykkelse på 0,02-2,0 mm.

6. Emballasje ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den er i form av en pose.

7. Emballasje ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den er i form av en flaske.