Экструзионная машина для производства листов PETG: почему она находит все большее применение в медицине

В 1985 году, когда я впервые начал настраивать экструзионные линии, PETG был нишевым материалом, известным в основном для изготовления витрин и лицевых панелей для торговых точек. Никто в индустрии медицинского оборудования этого не хотел. В то время процессы стерилизации в значительной степени зависели от автоклавирования при температуре 121°C, что разрушало PETG. Перенесемся на четыре десятилетия вперед, и ситуация полностью изменилась. Сегодня экструзионная машина для производства листов PETG является одной из наиболее часто запрашиваемых систем для производителей медицинской упаковки, и причины этого заслуживают глубокого понимания.

Что PETG привносит в медицинскую упаковку

PETG — полиэтилентерефталат, модифицированный циклогександиметанолом, — представляет собой сополиэфир, модифицированный гликолем. Циклогександиметанол нарушает регулярность молекулярной цепи ПЭТ, что полностью предотвращает кристаллизацию. В результате получается материал, который сочетает в себе химическую стойкость и барьерные свойства ПЭТ с прочностью и формуемостью поликарбоната, за вычетом стоимости.

Для медицинской упаковки PETG предлагает комбинацию свойств, которым одновременно могут соответствовать немногие другие полимеры:

• Превосходная прозрачность — почти стеклянная прозрачность, позволяющая визуально проверять стерильное содержимое.

• Высокая ударная вязкость — PETG не трескается и не разбивается, как акрил или хрупкий PS, при падении.

• Химическая стойкость — выдерживает воздействие изопропилового спирта, солевых растворов и многих дезинфицирующих средств без растрескивания под напряжением.

• Легкость термоформования — коэффициенты глубокой вытяжки 2:1 являются обычными, а 3:1 достижимы при правильном нагреве.

• Совместимость со стерилизацией гамма-излучением и EtO — PETG сохраняет свои свойства после воздействия оксида этилена и гамма-излучения — двух наиболее распространенных методов низкотемпературной стерилизации.

Именно этот последний момент и привел к резкому росту спроса. Поскольку индустрия медицинского оборудования перешла от стерилизации в автоклаве к методам EtO и гамма-излучения, PETG внезапно стал пригодным для изготовления хирургических лотков, блистерных упаковок и контейнеров для устройств. Я своими глазами наблюдал за этим переходом в более чем дюжине стран.

Конфигурация машины для листов PETG

Требования к сушке

PETG менее гигроскопичен, чем стандартный ПЭТ, что удивляет многих операторов, привыкших к линиям APET. Тем не менее, он все равно требует сушки. Рекомендуемые условия: 65–70°C в течение 3–4 часов, содержание влаги должно быть ниже 0,02%. Пересушка PETG представляет собой реальный риск: если вы случайно пропустите его через сушилку для ПЭТ при температуре 170°C в течение пяти часов, полимерные цепи разрушатся, что приведет к обесцвечиванию и потере молекулярного веса.

Однажды я посетил завод, который по ошибке настроил свою сушилку на параметры APET во время работы PETG. Лист вышел желтым и ломким. Им потребовалось два дня, чтобы отследить причину проблемы в настройках сушилки. Такого рода ошибки никогда не должны происходить, но они случаются, особенно на заводах, которые переключаются между сортами ПЭТ.

Технические характеристики экструдера

Стандартный одношнековый экструдер с соотношением L/D от 25:1 до 30:1 легко обрабатывает PETG. Шнек не требует барьерной конструкции, необходимой для ПЭТ с высоким IV. Хорошо работает обычный трехзонный винт с умеренной степенью сжатия от 2,5:1 до 3:1. Температуры ствола умеренные: зона питания 200–210°С, переходная 220–235°С, дозирование 235–250°С.

PETG имеет относительно узкое окно обработки по сравнению с PP или PS. При температуре ниже 220°C вязкость расплава становится высокой, а нагрузка на двигатель резко возрастает. При температуре выше 260°C материал начинает желтеть. Оставайтесь в рамках «окна», и производство будет работать бесперебойно. Выйдите за его пределы, и вы поймете, почему опытные операторы относятся к PETG с таким вниманием.

Рекомендации по штамповке и холодному прокату

PETG менее склонен к прилипанию кромки штампа, чем PET, но он более чувствителен к качеству отделки поверхности. Если на ваших охлаждающих роллах есть даже микроскопические царапины, на прозрачном листе они будут выглядеть как видимые дефекты. Для линий PETG я указываю поверхности валков, отполированные до Ra 0,05 или выше.

Температура охлаждающих валков немного выше, чем у APET — обычно 30–40°C. PETG передает тепло медленнее, чем аморфный ПЭТ, а чрезмерное охлаждение валков вызывает внутреннее напряжение, которое проявляется в виде двойного лучепреломления — радужных полос, видимых в поляризованном свете. Для листа оптического качества необходимо контролируемое охлаждение.

Толщина и ширина листа

Толщина медицинского листа PETG обычно составляет от 0,3 мм до 2,0 мм, а ширина — от 600 мм до 2200 мм в зависимости от используемой далее термоформовочной машины. Линии, производящие медицинские лотки большой толщины, часто используют более толстый лист — до 3,0 мм — но для этого требуется более мощный калибратор и более мощное охлаждение.

Почему переработчики медицинской упаковки переходят на PETG

Переход от жесткого ПВХ и ПС к PETG в медицинской упаковке был постепенным, но решительным. Эту миграцию стимулируют несколько факторов.

Регулирующее давление на ПВХ. Хотя ПВХ остается законным для медицинской упаковки на большинстве рынков, регулирующие органы в ЕС и некоторых частях Азии ужесточили ограничения на фталатные пластификаторы и мономер винилхлорида. Переработчики, производящие блистерную упаковку для фармацевтических таблеток, все чаще переходят на PETG, чтобы избежать будущих регуляторных рисков. Технология экструзионных машин для производства листов ПВХ , которая когда-то доминировала в производстве фармацевтических блистеров, постепенно уступает место альтернативам PETG.

Потребительский и институциональный спрос на прозрачность. Команды закупок больниц хотят видеть покупаемые ими устройства, не открывая стерильную упаковку. Ясность PETG придает им такую ​​уверенность. Хирургические лотки из термоформованного полиэтилена PETG позволяют медсестрам и хирургам сразу проверить содержимое.

Совместимость со стерилизацией. Современные медицинские изделия часто не переносят стерилизацию паром. Электроника, покрытия и полимеры в самих устройствах требуют низкотемпературной стерилизации. PETG процветает в этой среде, потому что он никогда не проектировался как термостойкий — он был спроектирован так, чтобы быть прочным и прозрачным, а низкотемпературная стерилизация не ухудшает ни одно из свойств.

Пригодность к вторичной переработке. В отличие от ПВХ, который загрязняет потоки вторичной переработки и сложен в переработке, PETG можно перерабатывать вместе с ПЭТ-бутылками во многих муниципальных системах. Поскольку системы здравоохранения сталкиваются с необходимостью сокращения отходов, возможность вторичной переработки стала настоящим критерием покупки.

Краткий обзор производственных параметров

Общие производственные проблемы

Пожелтение. Самый распространенный дефект при производстве листов PETG. Причинами могут быть чрезмерная температура плавления, пересушенная смола, чрезмерное содержание измельченного материала или слишком длительное время пребывания в экструдере. Если появляется пожелтение, сначала проверьте температуру, а затем уменьшите процент перемола.

Плохая формовка при глубокой вытяжке. Если на термоформованных деталях имеются тонкие пятна или поломки стенок, вероятно, лист имеет чрезмерное внутреннее напряжение. Уменьшите разницу температур охлаждающих валков между верхним и нижним валками и убедитесь, что лист охлаждается равномерно по всей ширине. Напряженный PETG имеет неравномерную толщину стенок во время формования.

Статические проблемы. PETG генерирует значительный статический заряд, который притягивает пыль и затрудняет работу с листами. Установите планки для снятия статического электричества на намоточном устройстве и рассмотрите возможность использования антистатических добавок, если загрязнение пылью является повторяющейся проблемой.

Край рвется во время намотки. PETG прочен, но может вызвать напряжение на кромках, если лезвия триммера затупились или были смещены. Регулярно заменяйте лезвия триммера и проверяйте выравнивание лезвий при каждом запуске линии.

Интеграция производства PETG в существующий завод

Многие из тех переработчиков, которые я советую, уже используют линии APET или PVC и хотят добавить возможность PETG. Хорошей новостью является то, что PETG можно производить на том же Экструзионная машина для производства пластиковых листов с относительно небольшими модификациями — в первую очередь корректировка настроек сушилки и изменение конфигурации температурных профилей. Плохая новость заключается в том, что переключение между материалами требует тщательной очистки, поскольку даже небольшое количество загрязнений ПВХ в PETG может привести к обесцвечиванию и разрушению.

Для заводов, рассматривающих как PETG, так и APET, наше сравнение Материалы Pet Vs Petg Sheet Extrusion предоставляют подробную информацию о различиях в обработке, финансовых последствиях и пригодности для конечного использования.

Будущее PETG на медицинских рынках

Спрос на медицинские листы PETG продолжает расти примерно на 6–8% в год, что обусловлено старением населения на развитых рынках и расширением доступа к здравоохранению в развивающихся странах. Конкретные области роста, которые я вижу:

• Предварительно заполненные блистеры для шприцев заменяют стеклянные флаконы для инъекционных препаратов.

• Индивидуальные хирургические лотки, адаптированные к конкретным операциям.

• Упаковка имплантатов, требующая абсолютной стерильности от контаминации.

• Корпуса диагностических устройств, которым необходима ясность для визуального считывания.

Переработчики, инвестирующие сегодня в современную экструзионную линию для производства листов PETG, позиционируют себя на рынке, который будет только расширяться. Капитальные затраты умеренны по сравнению с линиями по производству многослойной медицинской пленки, а технические барьеры для входа — хотя и реальные — преодолимы при надлежащей инженерной поддержке.

В частности, что касается медицинской упаковки, более широкий контекст технологии экструзионных машин для производства листовой медицинской упаковки охватывает дополнительные материалы и аспекты стерилизации, которые дополняют производство PETG.

Полный обзор технологии экструзии листов см. в нашем руководстве по экструзионной машине для производства листов жесткого ПВХ.

Узнайте больше о черных пятнах на экструзионных машинах.

Узнайте больше о том, как выбрать экструзионную машину для производства пластиковых листов.

Часто задаваемые вопросы

Подходит ли PETG для стерилизации паром? Нет. PETG начинает размягчаться при температуре выше 70–80°C и не выдерживает температуру автоклава 121°C. Он совместим с EtO, гамма-излучением и стерилизацией электронным лучом.

Можно ли переработать лист PETG? Да. PETG можно измельчать и повторно экструдировать, обычно при степени измельчения 20–30% без значительной потери свойств. Некоторые предприятия по переработке отходов также принимают PETG вместе с ПЭТ-бутылками.

В чем разница между PETG и APET? PETG обеспечивает лучшую ударопрочность, облегчает термоформование при глубокой вытяжке и исключает риск непреднамеренной кристаллизации. APET более жесткий, имеет лучшие барьерные свойства и дешевле за килограмм.

Как предотвратить пожелтение листа PETG? Поддерживайте температуру плавления ниже 260°C, избегайте пересушивания смолы (максимум 65–70°C), ограничьте переизмельчение до 25–30 % и минимизируйте время пребывания в цилиндре экструдера.

Какая толщина характерна для медицинского листа PETG? В большинстве медицинских блистеров используется лист PETG толщиной 0,3–0,6 мм. Хирургические лотки и более тяжелые контейнеры для устройств обычно имеют толщину 1,0–2,0 мм.