Quy trình sản xuất các loại Bao bì thủy tinh – Ứng dụng trong ngành dược

0
164
Chế phẩm làm từ thủy tinh
Chế phẩm làm từ thủy tinh

Thành phần của thủy tinh

Thủy tinh có thành phần chính là cát (silic dioxid). Ngoài ra thành phần thủy tinh còn có soda khan (Natri carbonat), đá vôi (Calci carbonat), thủy tinh vụn, các cation (Bo3+, Al3+, Si2+, Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Ba2+, ….), anion (chỉ có O2-), nhôm oxid, các chất màu.

Vai trò của các thành phần

Silic dioxid: thành phần chính cấu tạo nên thủy tinh

Natri carbonat, Calci carbonat: làm giảm nhiệt độ nóng chảy của silic dioxid do đó giúp dễ chảy hơn, tiết kiệm thời gian và năng lượng. Ngoài ra do Natri carbonat dễ thấm hút nước nên thêm Calci carbonat để khắc phục.

Thủy tinh vụn được thêm vào để làm giảm nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp nguyên liệu đồng thời tăng diện tích tiếp xúc với nguồn nhiệt.

3 nguyên liệu chính thường gặp trong sản xuất thủy tinh
3 nguyên liệu chính thường gặp trong sản xuất thủy tinh

Thêm chì để tạo độ trong và sáng đẹp cho thủy tinh tuy nhiên có thể làm mềm thủy tinh.

Nhôm oxid có vai trò tăng độ cứng và độ bền dai cho thủy tinh.

Bo oxyd có khả năng điều hòa quá trình nóng chảy do giảm nhiệt độ. Ngoài ra thêm Bo 6-10% tạo ra thủy tinh trung tính có tính trơ nhất trong các loại thủy tinh, đồng thời giảm tính thấm nước và kháng acid tốt hơn các loại thủy tinh khác.

Các chất màu tạo màu cho thủy tinh giúp hình thức đẹp hơn đồng thời nó có vai trò loại bỏ một số bước sóng ánh sáng nhất định (màu hổ phách khóa được các bước song dưới 450nm).

Phân loại thủy tinh và ứng dụng của các loại thủy tinh trong ngành dược phẩm.

Thủy tinh cấp I hay còn gọi là thủy tinh trung tính.

Đặc điểm: thủy tinh borosilicate trung tính (6-10% Bo) có tác dụng bảo vệ cao, trơ về mặt hóa học hơn thủy tinh natri-calci. Về thành phần, các chất cation có tính kiềm được thay thế bởi Bo3+ hoặc Al3+ và Zn2+ hoặc kết hợp với Bo3+, Al3+ và Zn2+.

Ứng dụng: thích hợp cho tất cả các chế phẩm tiêm, máu và các sản phẩm của máu. Thích hợp với cả chất kiềm hay acid mạnh.

Thủy tinh cấp II

Đặc điểm: thủy tinh natri-calci, giá thành thấp hơn loại 1, dễ sản xuất hơn, chế tạo ở nhiệt độ thấp hơn loại 1.

Có hai cách để xử lý loại kiềm khỏi bề mặt thủy tinh như sau:

Cách 1: cho thủy tinh tiếp xúc với bầu không khí chứa hơi nước và khí acid đặc biệt là SO2 ở nhiệt độ cao.

Cách 2: Ngâm lọ thủy tinh vào dung dịch HCl loãng hoặc đun sôi trong nước muối NaCl đậm đặc 10-30%.

Ứng dụng: thích hợp cho những chế phẩm có tính acid hay trung tính dùng đường tiêm.

Thủy tinh cấp III

Đặc điểm: thủy tinh natri-calci kiềm, có khả năng chống lại tác nhân hóa học ở mức trung bình.

Ứng dụng: có thể dùng cho bột pha tiêm và những chế phẩm không dùng đường tiêm.

Thủy tinh cấp IV

Đặc điểm: độ bền với nước thấp.

Ứng dụng: thích hợp cho chế phẩm không dùng cho đường tiêm như các chế phẩm đường uống và thuốc đắp, thuốc rịt.

Chế tạo thủy tinh trong công nghiệp

Giai đoạn 1: tiến hành chuẩn bị nguyên liệu

Cân khối lượng các nguyên liệu cát, soda khan, đá vôi theo đúng tỉ lệ, nghiền nhỏ rồi trộn đều chúng với nhau trong thiết bị thích hợp. Thủy tinh vụn cũng được cân với khối lượng đã định sẵn.

Với nguyên liệu cát, cần lọc sạch nhiều lần để loại bỏ tạp chất. Cát phải sạch và không chứa sắt để thủy tinh trong hơn vì sắt lẫn trong cát làm cho thủy tinh làm ra có màu xanh lục. Nếu không tìm thấy cát không có lẫn sắt thì cần bổ sung thêm Mangan dioxid để điều chỉnh hiệu ứng màu sắc của thủy tinh.

Lưu ý các thông số kỹ thuật cần kiểm soát trong giai đoạn này là:

  • Tỉ lệ thành phần các nguyên liệu: Tỉ lệ khác nhau sẽ tạo ra thủy tinh có chất lượng khác nhau.
  • Nguyên liệu đầu vào: về độ tinh khiết, khối lượng, tỉ trọng.
  • Tốc độ khuấy trộn và thời gian khuấy trộn: Ảnh hưởng đến độ đồng đều của thủy tinh.
  • Kích thước tiểu phân của nguyên liệu: Việc làm giảm kích thước tiểu phân giúp các nguyên liệu được trộn đều hơn và tăng diện tích tiếp xúc của nguyên liệu với nhiệt nên hiệu quả nóng chảy cao hơn.

Giai đoạn 2: Đun chảy nguyên liệu.

Hỗn hợp nguyên liệu được đổ vào nồi nấu kim loại hoặc thùng chứa chịu nhiệt (có chứa thủy tinh vụn). Hỗn hợp được nung nóng ở 1000ºC để tạo thành chất lỏng. Nung liên tục trong khoảng 36 giờ. Một số tạp trơ không bị nóng chảy thì sẽ được loại đi bằng cách vớt (tạp nổi lên trên) hoặc để lắng rồi gạn lấy phần trong (tạp ở dưới đáy). Bong bóng (bọt tăm) trong hỗn hợp thủy tinh lỏng được loại bỏ bằng cách cho thêm các chất hóa học như natri sunfat, natri clorid hoặc antimon oxid …

Lưu ý các thông số kỹ thuật cần kiểm soát: Nhiệt độ nung, thời gian nung đủ để nóng chảy hết hỗn hợp nguyên liệu.

Giai đoạn 3: Đổ khuôn

Sau khi nung hỗn hợp thủy tinh lỏng sẽ được làm mát để dễ định hình khuôn nhưng vẫn duy trì được trạng thái lỏng. Thủy tinh lỏng được rót vào khuôn có hình dạng yêu cầu và được thổi khí trơ như khí nitro để tạo hình

Lưu ý các thông số kỹ thuật cần kiểm soát:

  • Nhiệt độ làm mát.
  • Áp suất thổi, nhiệt độ và thời gian thổi.
  • Tốc độ rót và lượng thủy tinh lỏng rót vào khuôn để thu được thủy tinh có bề dày phù hợp.

Giai đoạn 4: Ủ, làm nguội

Thủy tinh sau khi thổi sẽ được truyền qua một dây chuyền ủ và làm nguội dần dần từ vùng nhiệt độ cao đến vùng nhiệt độ thấp. Quá trình này được gọi là tăng cường ủ. Làm nguội dần dần vì nếu làm lạnh nhanh thì thủy tinh sẽ giòn và dễ vỡ.

Lưu ý các thông số kỹ thuật cần kiểm soát:

  • Nhiệt độ và thời gian làm nguội.
  • Tốc độ băng chuyền sẽ quyết định thời gian mà thủy tinh tiếp xúc với các nguồn nhiệt.

Quy trình sản xuất lọ thủy tinh

Giai đoạn 1: Cắt lọ.

Nguyên liệu đầu vào: Các ống thủy tinh dài rơi xuống lò xo để làm nóng và cắt từ dưới lên trên thành các đoạn bằng nhau nhờ ngọn lửa có nhiệt độ cao (khí đốt gas). Các ống thủy tinh vừa được xoay tròn vừa cắt. Sau khi cắt thì lọ được kín 2 đầu.

Các thông số kỹ thuật cần kiểm soát:

  • Nguyên liệu đầu vào.
  • Nhiệt độ của ngọn lửa.
  • Tốc độ xoay.
  • Thời gian ống thủy tinh tiếp xúc với ngọn lửa.

Giai đoạn 2: Tạo miệng lọ.

Dùng ngọn lửa thổi từ dưới lên để tạo miệng lọ rồi cho lọ đi qua ngọn lửa 1500ºC để làm mềm thủy tinh. Sau đó cho đi qua giữa 2 con lăn thép chịu nhiệt để tạo các đường xoáy cho miệng lọ. Các lọ sau khi tạo đường xoáy sẽ đi qua hệ thống quang học để kiểm tra.

Các thông số kỹ thuật cần kiểm soát:

  • Nhiệt độ của ngọn lửa.
  • Tốc độ xoay của lọ.
  • Thời gian lọ tiếp xúc với ngọn lửa.
  • Tốc độ xoay của 2 con lăn.

Giai đoạn 3: Tạo đáy lọ

Các lọ sau khi tạo miệng lọ lại tiếp tục được cắt ra để thu được ống có chiều dài quy định nhờ ngọn lửa nhiệt độ cao đồng thời được hàn kín ở đáy (vừa xoay lọ vừa cắt). Dùng khí nóng thổi từ dưới lên trên để làm phồng đáy. Sau đó làm nóng đáy bằng ngọn lửa nhiệt độ cao nên đáy phẳng lại. Tiếp tục cho qua cánh tay quay kim loại nóng để tạo độ lõm cho đáy.

Các thông số kỹ thuật cần kiểm soát:

  • Nhiệt độ, áp suất của khí thổi
  • Tốc độ xoay của lọ
  • Thời gian lọ tiếp xúc với ngọn lửa.

Quy trình sản xuất ống ampoule

Giai đoạn 1: Chuẩn bị các ống thủy tinh dài kín 2 đầu có đường kính và chiều dài quy định. Các ống sẽ được đẩy xuống dần dần theo các chu kỳ.

Các thông số kỹ thuật cần kiểm soát:

  • Chất lượng ống thủy tinh
  • Kích thước ống thủy tinh
  • Tốc độ di chuyển của ống.

Giai đoạn 2: Phân đoạn và định hình cổ.

Dùng khí đốt làm nóng chảy ống thủy tinh ở vị trí cách mép cuối của ống 1 đoạn bằng chiều cao ống ampoule. Các ống thủy tinh được xoay tròn liên tục tại chỗ để khí đốt tác động nhiệt lên ống 1 cách đồng đều. Các thiết bị phun khí gas được sắp xếp ở các độ cao khác nhau để định hình phần cổ của ống ampoule và để phân bố nhiệt độ đồng đều tại các vị trí.

Các thông số kỹ thuật cần kiểm soát:

  • Nhiệt lượng khí đốt
  • Thời gian tác động nhiệt lên ống
  • Tốc độ xoay ống của trục
  • Loại khí đốt
  • Tốc độ di chuyển băng chuyền.

Giai đoạn 3: Cắt ống và hàn đáy.

Nhờ lực xoay của trục, khí đốt và thiết bị cắt để cắt phần trên và dưới của ống dài (phần dưới là một ống ampoule hoàn chỉnh với miệng trên hở).

Phần trên sẽ được hàn kín lại tạo thành đáy kín để tiếp tục chu kỳ tạo ống tiếp theo.

Các thông số kỹ thuật cần kiểm soát:

  • Tốc độ xoay của trục
  • Nhiệt lượng khí đốt
  • Lực cắt ống
  • Tốc độ di chuyển của băng chuyền.

Giai đoạn 4: Tạo đáy ống

Thổi khí nóng làm căng bề mặt đáy, sau đó thủy tinh sẽ chuyển sang thể chất mềm dẻo và lõm xuống tạo bề mặt lõm giúp ống đứng vững.

Các thông số kỹ thuật cần kiểm soát:

  • Tốc độ thổi khí
  • Nhiệt độ khí thổi
  • Độ lõm yêu cầu.

Giai đoạn 5: Các ống ampoule được tạo ra sẽ đi qua một thiết bị quang học để kiểm tra chất lượng của ống.

  • Các thông số kỹ thuật cần kiểm soát:
  • Độ chính xác thiết bị quang học.
  • Với loại ống ampoule kín sau đó sẽ có thêm bước hàn kín đầu ống nhờ lực xoay và khí đốt làm nóng chảy.

Giai đoạn 6: Mài nhẵn ống và in nhãn.

Các thông số kỹ thuật cần kiểm soát:

  • Lực mài
  • Lực in nhãn, loại mực in
  • Tốc độ di chuyển băng chuyền.

Một số loại bao bì thủy tinh hiện nay

  • Chai lọ, bơm tiêm
  • Ống tiêm
  • Bao bì đựng máu và các sản phẩm của máu
  • Quy trình sản xuất một số bao bì thủy tinh trên thị trường.

Ưu nhược điểm của bao bì thủy tinh

Ưu điểm: Thủy tinh được coi là nguyên liệu đóng gói đạt tiêu chuẩn vàng trong ngành dược phẩm do nó có nhiều ưu điểm vượt trội so với các loại bao bì khác như khả năng chịu nhiệt tốt, sức bền tốt, dễ làm sạch và tiệt trùng, không bị suy giảm về chất lượng theo thời gian, dễ tạo khuôn với kích thước và hình dạng phong phú, kháng nhiệt tốt nên có thể tiệt trùng bằng nhiệt ẩm hoặc nhiệt khô, không thấm khí, trơ nhất trong các loại bao bì đóng gói, trong suốt nên dễ kiểm tra độ ổn định của chế phẩm.

Nhược điểm: thủy tinh nặng, giòn, dễ vỡ nên khó khan trong việc vận chuyển. Hơn nữa so với bao bì kim loại và bao bì chất dẻo, bao bì thủy tinh đắt hơn và tốn thời gian chế tạo hơn nên đang dần bị thay thế bởi chất dẻo và một số hỗn hợp nguyên liệu khác.

Yêu chất chất lượng của bao bì thủy tinh

Độ bền với nước của mặt trong đồ đựng

Nguyên tắc: Xác định lượng kiềm mà bao bì thủy tinh nhả ra nước cất đóng trong bao bì sau khi hấp trong nồi Autoclav bằng cách chuẩn độ với dung dịch HCl 0,01N. Phép thử áp dụng với đồ đựng mới, chưa qua sử dụng.

Thủy tinh phải đảm bảo các tiêu chí chất lượng nhất định
Thủy tinh phải đảm bảo các tiêu chí chất lượng nhất định

Tiến hành: Đầu tiên cần tráng sạch đồ đựng 2 lần với nước cất rồi đóng đầy đồ đựng bằng dung dịch acid HF 4%, để yên ở nhiệt độ phòng trong 10 phuta rồi đổ đi và tráng lại bằng nước cất ít nhất 5 lần để đảm bảo đã loại bỏ hoàn toàn acid hydrofluoric. Sau đó tráng với nước cất không có carbon dioxyd để rửa sạch mẫu rồi đóng đầy đồ đựng bằng nước cất không có khí carbondioxyd với thể tích thích hợp với từng loại bao bì. Ví dụ với chai, lọ, đóng đến 90% dung tích của chai lọ rồi dùng một đĩa thủy tinh trung tính hoặc giấy nhôm đã rửa sạch bằng nước cất không có khí carbon dioxyd để đậy kín miệng, còn với ống thủy tinh thì đóng nước cất không có khí carbon dioxid đến vai ống rồi hàn kín bằng đèn gas. Tiếp đến đặt đồ đựng đã đóng đầy nước cất trên vào khay của nồi hấp, các khay không được chạm vào nước trong nồi và nước của nồi hấp phải là nước cất rồi vận hành nồi hấp như sau:

Trước hết loại khí trong nồi ở 100°C/10 phút rồi nâng nhiệt độ từ 100°C lên 121°C trong vòng 20 phút. Sau đó duy trì nhiệt độ 121°C trong 60 phút. Cuối cùng hạ nhiệt độ từ 121°C xuống 100°C trong khoảng 40 phút. Lấy mẫu thử ra khỏi nồi hấp theo và làm nguội bằng nước thường.

Dung dịch được lấy ra khỏi đồ đựng và trộn lẫn với nhau rồi cho vào một bình nón lượng dung dịch được quy định như sau: nếu đồ đựng có dung tích dưới 5ml thì lấy 50ml dung dịch, nếu dung tích từ 5 đến 30ml thì cũng lấy 50ml dung dịch còn nếu dung tích đồ đựng trên 30ml thì lấy 100ml dung dịch thử. Đồng thời cho vào bình nón 2 một lượng nước cất không có carbon dioxyd tương đương lượng dung dịch ở bình 1 để làm chứng. Thêm 0,05 ml thuốc thử đỏ methyl tương ứng với mỗi 25 ml dung dịch thử vào mỗi bình.

Tiến hành định lượng bình 2 bằng acid HCl 0,01M đến khi dung dịch chuyển sang màu hồng nhạt. Tiếp theo định lượng bình 1 bằng dung dịch HCl 0,01 M cho đến khi chuyển sang màu tương đương với màu của bình 2. Số ml acid hydrocloric 0,01 M được qui định theo 100 ml dung dịch sau khi hấp đem định lượng dùng để trung hòa lượng kiềm do bao bì thủy tinh nhả vào nước được gọi là độ bền đối với nước của mặt trong đồ đựng,

Phân biệt thủy tinh cấp I và II: xác định thể tích dung dịch HCl 0,01M được xác định như trên rồi so sánh với số liệu trong bảng giới hạn quy định cho thử độ bền đối với nước của đồ đựng thủy tinh. Nếu thể tích dung dịch acid HCl 0,01 M không vượt quá qui định cho phép thủy tinh cấp I hoặc thủy tinh cấp II thì bao bì mẫu thử là thủy tinh cấp I. Còn nếu như lượng thể tích dung dịch acid HCl 0,01M vượt quá qui định cho phép của thủy tinh cấp I và cấp II, nhưng không vượt quá qui định cho thủy tinh cấp II thì bao bì mẫu thử là bao bì thủy tinh cấp II.

Thử giới hạn asen

Áp dụng: bao bì thủy tinh đựng thuốc tiêm (như ống tiếm) với dung môi là nước.

Cách tiến hành:

Chuẩn bị dung dịch thử: thử nghiệm trên các ống thủy tinh. Đầu tiên rửa sạch các ống thử với nước cất ít nhất 5 lần. Sau đó chuẩn bị dung dịch thử như đã nói trong phần thử độ bền của đồ đựng thủy tinh với nước để thu được 50ml dung dịch thử. Hút lấy 10 ml dung dịch thử bằng pipet rồi cho vào bình nón có nút mài rồi thêm 10 ml acid nitric. Dung dịch sau đó được làm bay hơi cho tới khô bằng cách đun cách thủy thu được căn. Sấy cắn trong tủ sấy ở 130°C trong 30 phút để làm khô. Lấy cắn ra để nguội rồi thêm vào cắn 10 ml dung dịch hydrazin molybdat. Lắc bình để hòa tan cắn rồi tiến hành đun cách thủy có ống sinh hàn ngược trong vòng 20 phút rồi để nguội đến khi dung dịch đạt nhiệt độ phòng.

Chuẩn bị dung dịch chuẩn: chuẩn bị 0,1 ml dung dịch arsen mẫu 10 phần triệu As.

Tiến hành đo độ hấp thụ của dung dịch thử và chuẩn bằng máy quang phổ UV-Vis ở bước sóng cực đại khoảng 840 nm với mẫu trắng là 10,0 ml dung dịch hydrazin molybdat.

Yêu cầu: Độ hấp thụ đo được của mẫu thử không được vượt quá độ hấp thụ của dung dịch chuẩn được chuẩn bị trong cùng điều kiện.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here