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  药物分析杂志   2017, Vol. 37 Issue (4): 707-711.  DOI: 10.16155/j.0254-1793.2017.04.23
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付蒙, 张正辉, 初玎鲒, 胡敏. 差示扫描量热法鉴别低密度聚乙烯滴眼剂瓶及其回收料[J]. 药物分析杂志, 2017, 37(4): 707-711. DOI: 10.16155/j.0254-1793.2017.04.23.
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FU Meng, ZHANG Zheng-hui, CHU Ding-jie, HU Min. Identification of LDPE eye drop bottles and recycled plastics by DSC[J]. Chinese Journal of Pharmaceutical Analysis, 2017, 37(4): 707-711. DOI: 10.16155/j.0254-1793.2017.04.23.
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第一作者

付蒙, Tel:(027)87705260;E-mail:397262414@qq.com

通信作者

胡敏, Tel:(027)87705262;E-mail:604974761@qq.com

文章历史

收稿日期:2016-04-26
差示扫描量热法鉴别低密度聚乙烯滴眼剂瓶及其回收料
付蒙 , 张正辉 , 初玎鲒 , 胡敏     
湖北省食品药品监督检验研究院, 武汉 430075
摘要目的:考察低密度聚乙烯药用滴眼剂瓶塑料掺杂情况,并分析其回收料与新料的差异。方法:采用差示扫描量热法(DSC)分析8家厂家的滴眼剂瓶与原粒料的熔点值,并比较新料与一次料、三次料、六次料的熔融曲线、氧化诱导温度以及氧化诱导时间。结果:差示扫描量热法可以对低密度聚乙烯材质进行鉴别,并区分新料与回收料。结论:差示扫描量热法在考察原料和产品材质一致性上可以提供一定的依据。
关键词低密度聚乙烯滴眼剂瓶    包装材料    差示扫描量热法    回收料    氧化诱导温度    氧化诱导时间    
Identification of LDPE eye drop bottles and recycled plastics by DSC
FU Meng, ZHANG Zheng-hui, CHU Ding-jie, HU Min    
Hubei Institute for Food and Drug Control, Wuhan 430075, China
Abstract: Objective: To identify low-density polyethyene(LDPE) eye drop bottles adulterated with other plastics and to study the differences between LDPE plastic pellets and recycled plastics. Methods: The melting point of LDPE eye drop bottles and plastic pellets of eight manufacturers were determined by differential scanning calorimetry(DSC). The melting curve, oxidation induction temperature(dynamic OIT) and oxidation induction time(isothermal OIT) in LDPE plastic pellets and recycled materials with different times(one, three and six) were obtained by DSC method. Results: DSC can not only identify LDPE materials, but also distinguish the LDPE plastic granules and recycled plastics. Conclusion: DSC analysis can provide the foundation of identifying material consistency in product and the raw materials.
Key words: LDPE eye drop bottles    packing material    DSC method    recycled plastics    oxidation induction temperature    oxidation induction time    

低密度聚乙烯药用滴眼剂瓶为滴眼剂常用的一种塑料包装形式,为保证包装内滴眼剂的质量,制备滴眼剂包装容器的材料应当是新料,而经消费者使用过的再生塑料不允许用于生产其包装材料[1]。再生塑料包括二级再生塑料和多次加热成型的边角料,回收料中高分子化合物及助剂,经再次热加工所产生的反应产物没有经过安全评估,这些潜在的有害物质均有可能通过包装迁移到药品中,带来一定的安全隐患,从而危害公众健康[2]。除了回收料或边角料的再次利用,现在市场上还存在低密度聚乙烯掺杂情况,如混合使用线性低密度聚乙烯或高密度聚乙烯。如果配方随意改动,会使其在生产质量控制上产生盲点[3]。保证材质与配方的一致性,不仅可以有效保证产品的质量,也是保证药品安全性的必要前提。

本次研究采用差示扫描量热法(differential scanning calorimetry,DSC)法[4-5],分析比较8家生产厂家的10批样品和8批粒料的熔融峰值和熔融曲线。委托生产企业经多次热加工制得多次料,在废品市场上收集聚乙烯回收料,尝试采用DSC法,分析比较新料与多次料的熔融曲线、氧化诱导温度以及氧化诱导时间,以弥补国家药包材标准中低密度聚乙烯鉴别方法的不足,且为低密度聚乙烯药用滴眼剂瓶国家药包材标准鉴别方法的修订奠定了数据基础,并为以后考察原料和产品材质一致性提供了一定的依据。

1 仪器与材料 1.1 仪器

沃特世公司DSC Q200差示扫描量热分析仪,梅特勒公司XS205电子分析天平。

1.2 材料

USP标准品:低密度聚乙烯(LDPE),批号1546809;高密度聚乙烯(HDPE),批号1546707。低密度聚乙烯滴眼剂瓶及其粒料:厂家A,滴眼剂瓶(批号150903),粒料(厂家牌号:中海壳牌石化2420H);厂家B,滴眼剂瓶(批号150827),粒料(厂家牌号:扬子石化-巴斯夫2420H);厂家C,滴眼剂瓶(批号15-080705-1),粒料(厂家牌号:兰州石化2426H);厂家D,滴眼剂瓶(批号141001),粒料(厂家牌号:大庆石化18D);厂家E,滴眼剂瓶(批号150116),粒料(厂家牌号:秦皇岛恒捷塑料2100TN00);厂家F,滴眼剂瓶(批号20150805),粒料(厂家牌号:上海石化Q281);厂家G,滴眼剂瓶(批号150603,150306),粒料(厂家牌号:燕山石化1F7B);厂家H,滴眼剂瓶(批号20130911308001,14150221508001),粒料(厂家牌号:吉林石化7042线性低密度聚乙烯LLDPE)。回收料:委托生产一次回收料、三次回收料、六次回收料,市场购买回收料。加工粉碎料温度控制信息见表 1

表 1 加工粉碎料温度控制信息 Table 1 Temperature control information of processingand grinding materials(℃)
2 方法 2.1 材质鉴别

参考GB/T 19466.3-2004/ISO11357-3:1999[6-7]中峰值测定方法,取样量为5.0 mg,采用高纯氮,流量为20 mL·min-1,从40 ℃以10 ℃·min-1升温至200 ℃,然后降温至40 ℃,保持5 min,再从40 ℃以10 ℃·min-1升温至200 ℃,结果以第2次升温曲线达到最大值(或最小值)所对应的温度计,用以消除热历史。

2.2 回收料鉴别

参考GB/T 19466.3-2004/ISO11357-3:1999[6-7]中熔融曲线测定方法,取样量为5.0 mg,采用高纯氮,流量为20 mL·min-1,从40 ℃以10 ℃·min-1升温至200 ℃,然后降温至40 ℃,保持5 min,再从40 ℃以10 ℃·min-1升温至200 ℃,结果以第2次升温曲线计,用以消除热历史。

参考GB/T 19466.6-2009[8-9]中氧化诱导温度测定方法,取样量为5.0 mg,采用高纯氧,流量为20mL·min-1,从40 ℃以10 ℃·min-1升温至250 ℃,记录曲线。氧化诱导温度采用切线法测的交点(即基线与热分析曲线上明显氧化反应切线的交点)。

参考GB/T 19466.6-2009[8-9]中氧化诱导时间测定方法,取样量为5.0 mg,先采用高纯氮,流量为20 mL·min-1,从40 ℃以20 ℃·min-1升温至160 ℃,保持10 min,切换高纯氧气,流量为20 mL·min-1,再保持30 min。氧化诱导时间采用偏移法,在距离第1条基线0.05 W·g-1处画一条与其平行的第2条基线,将第2条基线与放热曲线的交点定义为氧化起始点,氧气切换点与氧化起始点之间的时间差即为氧化诱导时间。

3 结果 3.1 材质鉴别

美国药典[10]规定,低密度聚乙烯与标准品相比,不得有8 ℃的差异,高密度聚乙烯与标准品相比,不得有6 ℃的差异。如图 1显示,低密度聚乙烯标准品熔点为110.8 ℃,而高密度聚乙烯标准品熔点为136.0 ℃。由于线性低密度聚乙烯没有标准品,查阅相关资料[11]得知其熔点范围约为120~125 ℃,将收集到的吉林石化7042线性低密度聚乙烯粒料作为对照,测其熔点为123.6 ℃,与上述熔点范围一致。

图 1 对照品熔融曲线(峰值/℃) Figure 1 Melting curve of the reference standard(peak value/℃)

收集到8家生产企业的10批低密度聚乙烯药用滴眼剂瓶及其相应粒料,从表 2可以看出,8批样品的瓶身与粒料熔点均一致,2批样品的瓶身与粒料熔点不一致,样品G,熔点均有2个峰值,分别为104.0 ℃、129.9 ℃和108.4 ℃、128.7 ℃,但其使用的粒料为燕山石化的1F7B粒料,熔点为105.0 ℃。滴眼剂瓶与原粒料的熔点不一致,提示可能存在低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯混用情况,厂家有可能未按规定使用低密度聚乙烯原料。

表 2也可以看出,10批样品中4批样品的熔点值与低密度聚乙烯标准品存在很大差别,其中包括前面所说的厂家G的2批样品,另2批样品为厂家H的样品,熔点均在123 ℃左右。厂家H使用的为吉林石化的线性低密度聚乙烯7042粒料,提示该产品实际为线性低密度聚乙烯滴眼剂瓶,非低密度聚乙烯材质。材质不同,滴眼剂瓶的各项性能也会不同,但现行质量标准和产品名称未对此进行区分,可能导致质量安全隐患。

表 2 不同厂家低密度聚乙烯药用滴眼剂瓶峰值比较(℃) Table 2 The comparison of peak value of LDPE eye drop bottles from different manufacturers
3.2 回收料鉴别

从熔融曲线图 2中可以看出,与原料相比,回收料在熔融曲线中呈现较宽的熔融峰,且随着回收次数的增加,熔融峰逐渐展宽。从熔融曲线导数图 3中可以看出,与原料相比,随着回收次数的增加,回收料在熔融过程中变化越来越缓慢,显示较宽的熔融峰。市场购买的回收料出现2个较明显的变化趋势,有118.2 ℃和124.3 ℃2个熔融峰值,有可能是由于其掺杂了其他塑料。

图 2 熔融曲线图 Figure 2 Melting curve chart

图 3 熔融曲线导数图 Figure 3 Derivative chart of melting curve

图 4表 3可以看出,与原料相比,随着回收次数的增加,氧化诱导温度越来越低,氧化诱导时间越来越短,而市场购买的回收料大于30 min,是由于它有118.2 ℃和124.3 ℃ 2个熔融峰值,其中124.3 ℃为主要熔融峰,熔融峰值越高,氧化诱导时间越长。

图 4 低密度聚乙烯对照品氧化诱导温度与时间 Figure 4 The dynamic OIT and isothermal OIT of LDPE reference standard

表 3 不同回收料氧化诱导温度与时间比较 Table 3 The comparison of dynamic OIT and isothermal OIT of recycled materials with different times
4 讨论 4.1 材质鉴别

国家药包材标准中鉴别项[12]包含红外光谱和密度2项,红外光谱对低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯无法区分,密度法也无法鉴别是否为纯的低密度聚乙烯塑料。低密度聚乙烯结晶度小,小分子挥发性物质相对容易透过,线性低密度聚乙烯具有更高的结晶性使其表面粗糙,光泽度不好,高密度聚乙烯材料较硬,抵抗应力破裂性能较弱[13],材质不一样,其性能是不一样的,有必要将其区分开。DSC分析显示有样品实为线性低密度聚乙烯,有样品实为低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯的混料,表明DSC可以很好地区分其材质。

4.2 回收料鉴别

经DSC分析发现,多次料的熔融峰展宽,氧化诱导温度降低,氧化诱导时间缩短,提示材料的理化性质已发生变化[14-15]。以上结果说明,如使用边角料再次加工,需要更高的温度才能将其熔融,材料的氧化诱导温度下降及氧化诱导时间下降,产品更容易被氧化。且如一直添加边角料,则会造成重复循环使用,上述变化越来越大,最终带来安全隐患。

4.3 展望

DSC分析鉴别低密度聚乙烯药用滴眼剂瓶掺杂其他烯烃,可弥补国家药包材标准中鉴别的不足,为标准修订提供了依据。在回收料方面,DSC法虽然可以分析出不同级别回收料的差异,但是否能区分添加一定比例的回收料所制成的滴眼剂瓶还需进一步分析与验证。

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表 1 加工粉碎料温度控制信息 Table 1 Temperature control information of processingand grinding materials(℃)
图 1 对照品熔融曲线(峰值/℃) Figure 1 Melting curve of the reference standard(peak value/℃)
表 2 不同厂家低密度聚乙烯药用滴眼剂瓶峰值比较(℃) Table 2 The comparison of peak value of LDPE eye drop bottles from different manufacturers
图 2 熔融曲线图 Figure 2 Melting curve chart
图 3 熔融曲线导数图 Figure 3 Derivative chart of melting curve
图 4 低密度聚乙烯对照品氧化诱导温度与时间 Figure 4 The dynamic OIT and isothermal OIT of LDPE reference standard
表 3 不同回收料氧化诱导温度与时间比较 Table 3 The comparison of dynamic OIT and isothermal OIT of recycled materials with different times
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