确定无菌医疗器械软包装材料最佳热封参数的一种试验方法

吴平 于晓慧 董丹丹 山东省医疗器械产品质量检验中心 (济南 250101）

1.确定热封参数的意义

ISO 11607-2：2006《最终灭菌医疗器械的包装 第2部分：成形、密封和装配过程的确认要求》是对医疗器械包装生产体系的要求，包装的成形、密封和装配过程开发后，需要进行ISO 11607-2中规定的无菌屏障系统制造过程的“确认”，包括三个鉴定过程：安装鉴定（IQ）、运行鉴定（OQ）和性能鉴定（PQ）。其中，运行鉴定是为安装鉴定后的设备是否适用于某一具体医疗器械（无器械在场的情况）无菌屏障系统的成形、密封和装配过程提供证据。通过运行鉴定工作，应能确定设置的过程参数在正常情况甚至极限情况下，是否能满足医疗器械的无菌屏障系统的成形、密封和装配过程。显然，最佳热封参数的确定是医疗器械包装过程确认中不可缺少的一个重要环节。

2.确定材料热封参数的依据

2.1 影响热封的过程参数

包装的热封材料选定后，影响热封强度的热封过程参数有热封温度、热封时间和热封压力，其中热封温度是影响热封质量的最主要因素，对热封强度等指标的影响最为直接。各种热封材料的熔融温度的高低，直接决定包装材料的起封温度和热封温度的范围。因此不同的热封材料有着不同的温度-热封强度关系曲线。达到起封温度后，热封强度随热封温度的升高而升高。当达到一定温度后，热封强度达到最大值。对于塑料复合包装来说，其热封受到热封压力、制袋速度以及所用热封材料等多方面影响。热封的压力越小，要求热封温度越高；热封机速度越快，热封层和复合膜的厚度越厚，要求的热封温度也越高。

要达到理想的热封强度，还要对热封材料施加一定的压力，而且随着复合膜厚度的增加所需要的热封压力也相应提高。如果热封压力不足，两层薄膜之间难以达到真正的熔合，可导致局部脱封、虚封或密封不平整；然而，热封压力也并非越大越好，因为热封温度较高时，封边处的热封材料已处于半熔融状态，太大的压力使得热封部位变薄，易造成热封边发脆、热封强度降低甚至断裂。另外，在调整压力前，还应注意上下热封刀是否对齐且平行。

热封时间也是影响热封强度和外观的一个关键因素。相同的热封温度和热封压力下，热封时间长，则热封层熔合更充分，结合更牢固。但热封时间过长，容易造成热封部位起皱变形，影响外观，也有可能造成封口界面的密封性能劣化。

2.2 测定材料最佳热封参数的方法

ASTM F 2029《通过测量密封强度确定软包装材料的热封性能标准规范》给出的试验方法，通过测定不同热封条件下的破坏力和破坏模式，绘制材料的热封曲线，进一步确定包装材料的最合适的热封参数。该试验方法可用于测定相同或不同包装材料之间的热封强度。本文第3部分用一个无菌医疗器械的典型包装形式-组合袋的实例，对ASTM F 2029试验方法的可行性和有效性进行了验证。

3.确定医疗器械包装材料最佳热封参数的实例

3.1 试验仪器

SL-10热封性能试验仪，Zwick/Roell万能材料试验机Z2.5，已经过生产商校准，符合本试验的要求。

3.2 试验样品

本试验采用医疗器械包装中常见的透气性材料/塑料膜组合包装，透气性材料为涂胶Tyvek，塑料膜为PET/PE双层复合膜。

3.3 试验程序

3.3.1 按GB/T 6672《塑料薄膜和薄片 厚度测定 机械测量法》中规定的试验方法，在塑料膜上取10个不同的点测量膜材的厚度，取其平均值，如表1所示。

3.3.2 裁取适宜尺寸的PET/PE膜和涂胶Tyvek试片。

3.3.3 由表1中塑料膜的厚度，根据ASTM F 2029中的要求，规定其热封持续时间为1s。

3.3.4 根据经验将热封压力设定为0.2MPa。

3.3.5 设定热封初始温度为70℃，随后以5℃的间隔递增，直到135℃密封区域产生收缩及严重的弯曲变形。在这些温度下分别对PET/PE膜和涂胶Tyvek进行热封（PE面与涂胶面接合，试片热封方向一致）。

表 1.塑料膜的厚度单位：μm

表2. Tyvek与PET/PE膜不同温度条件下的密封强度（热封压力0.2MPa、持续时间 1s）单位：N

3.3.6 将这些试样沿与胶合方向垂直的方向，分别裁剪成15mm宽的试样，各裁5条。

3.3.7 在（23±2）℃，相对湿度（50±5）%条件下将试样调节至少24h。

3.3.8 按YY/T 0681.2《无菌医疗器械包装试验方法 第2部分 软性屏障材料的密封强度》中规定的试验方法，设定夹具初始间距为25mm，移动速度为200mm/min，尾部握持方式为无支持，分别测定各热封温度下试样的最大密封强度。

3.4 试验结果

3.4.1 试片在各温度下热封后的状态如图1所示。

可以看出，随着热封温度的升高，热封区域逐渐产生弯曲变形，当温度达到135℃时，热封区域还产生了褶皱，这说明适宜的热封温度应在135℃以下。

3.4.2 各温度下试样的破坏模式皆为界面剥离，测得的密封强度如表2所示。

表2中有些热封温度下个别试条与平均值的偏离程度较大，这是由于Tyvek材料厚度或涂胶层不均匀，影响了热封区域密封强度的稳定性。

3.4.3 根据表2的数据得到的热封曲线如图2所示。

可见，热封温度在115℃以后基本达到稳定，同时，由于115℃之后热封区域的变形逐渐严重进而影响了包装的外观，因此适宜的热封参数可以选择为热封温度115℃±5℃，持续时间1s，热封压力0.2MPa。

4.结束语

ASTM F 2029给出的试验方法用热封仪对软性屏障包装材料进行热封，通过测量压力和持续时间不变时，热封温度变化对材料热封强度的影响，绘制热封曲线，进而确定使材料达到最佳热封效果的热封参数。ASTM F 2029可以帮助企业按ISO 11607-2对包装过程参数进行确认。企业可以自行或委托有资质的实验室对包装的密封按ASTM F 2029建立规定条件下的热封曲线，以此来确定产品包装适宜的最佳热封参数。

然而，对材料热封质量的要求不仅局限于密封牢固性这一点上。试验表明，最佳热封强度处呈现出的可能并非是最佳密封外观。按ISO 11607-2：2006中附录B的要求，在建立热封强度对温度的曲线的同时，保留曲线对应于各试验点的实物样品是非常必要的。在确定最佳热封参数时，建议结合热封强度和密封样品剥离前后的实物外观（包括热封剥离前的完好性和剥离后无基材破坏）综合考虑确定最佳热封参数。

[1]ISO 11607-2：2006最终灭菌医疗器械的包装 第2部分：成形、密封和装配过程的确认要求

[2]ASTM F 2029 通过测量密封强度确定软包装材料的热封性能标准规范

[3]YY/T 0681.2 无菌医疗器械包装试验方法 第2部分 软性屏障材料的密封强度

[4]GB/T 6672 塑料薄膜和薄片 厚度测定 机械测量法

[5]塑料软包装热封检测http://www.cpp114.com/news/newsShow_18016.htm