【內(nèi)容提要】全文介紹了包裝老化試驗(yàn)的重要性、分類、依據(jù)及方法、實(shí)際操作中的關(guān)注點(diǎn)以及結(jié)果評(píng)估。
包裝老化試驗(yàn)
1.老化試驗(yàn)的重要性
老化試驗(yàn)也是MDSP設(shè)計(jì)中要考慮的一個(gè)重要項(xiàng)目模切燙印壓痕，因?yàn)閷?duì)于醫(yī)療器械這類安全性要求很高的產(chǎn)品，老化試驗(yàn)關(guān)系到產(chǎn)品有效期的保證，因此是不容忽視的，而老化試驗(yàn)的結(jié)論性報(bào)告也可以作為提交給相關(guān)機(jī)構(gòu)審核，如歐盟的CE認(rèn)證或美國(guó)FDA的510K申請(qǐng)時(shí)承印材料，是對(duì)產(chǎn)品有效期聲明的一個(gè)支持性文件。
在ANSI/AAMI/ISO 11607標(biāo)準(zhǔn)的前后幾個(gè)版本里，一直有這樣一段表述得非常明確的話：“制造商應(yīng)該負(fù)責(zé)證明，產(chǎn)品的終包裝在經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間流通和儲(chǔ)存過程中，只要包裝是未損壞或未打開的，并且是在制造商指定的儲(chǔ)存條件下輸紙，在產(chǎn)品標(biāo)注的有效期內(nèi)其包裝應(yīng)維持完整”，這段話算是產(chǎn)品老化試驗(yàn)直接的權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)了。但這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)畢竟是個(gè)通則性標(biāo)準(zhǔn)，只是提到了應(yīng)該進(jìn)行老化試驗(yàn)以確保產(chǎn)品有效期的有效性，卻并未提及如何進(jìn)行老化試驗(yàn)的細(xì)節(jié)。
其實(shí)，以非?？茖W(xué)的角度來分析老化試驗(yàn)過度包裝，不難發(fā)現(xiàn)這個(gè)試驗(yàn)事實(shí)上是一個(gè)系統(tǒng)的、復(fù)雜的和長(zhǎng)時(shí)間的樣品環(huán)境調(diào)節(jié)過程，這跟ASTM D4332里規(guī)定的那些試驗(yàn)樣品調(diào)節(jié)過程在本質(zhì)上是一致的，就是讓樣品在特定的環(huán)境下經(jīng)過一定時(shí)間的調(diào)節(jié)，然后再對(duì)這些經(jīng)過特定環(huán)境調(diào)節(jié)的樣品進(jìn)行必要的物理、化學(xué)、生物和機(jī)械性能等方面的試驗(yàn)，用以證明樣品經(jīng)過環(huán)境調(diào)節(jié)的前后是否存在各類性能上的差異。如果用一句簡(jiǎn)單的話來總結(jié)老化試驗(yàn)的話過度包裝，應(yīng)該是：老化試驗(yàn)是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的、系統(tǒng)的而又不涉及到產(chǎn)品性能試驗(yàn)的環(huán)境調(diào)節(jié)過程。
2.老化試驗(yàn)的分類
老化試驗(yàn)按照性質(zhì)不同，可以分為真實(shí)老化試驗(yàn)（Real Time Aging Testing）和加速老化試驗(yàn)（Accelerated Aging Testing）。顧名思義，前者是在常溫環(huán)境下，或者說是在產(chǎn)品預(yù)期的流通倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境下放置，直到設(shè)計(jì)的有效期期滿為止包裝裝潢，再將包裝完整的產(chǎn)品拿出來做相關(guān)的性能試驗(yàn)，并以這個(gè)性能試驗(yàn)的結(jié)果跟進(jìn)行老化試驗(yàn)前的樣品性能試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以此來判斷產(chǎn)品的有效期是否設(shè)計(jì)合理。而加速老化試驗(yàn)則是設(shè)計(jì)一個(gè)特定的老化試驗(yàn)環(huán)境，從而大大縮短通常非常漫長(zhǎng)的老化試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間，這個(gè)特定的環(huán)境與縮短時(shí)間的比例之間存在關(guān)聯(lián)性。
由此可以看出酒品包裝，真實(shí)老化試驗(yàn)非常簡(jiǎn)單，但需要的時(shí)間非常長(zhǎng)，可能并不適合激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)時(shí)效性的要求，所以往往要用到加速老化試驗(yàn)。但真實(shí)老化試驗(yàn)是必不可少的，因?yàn)樗慕Y(jié)果才是準(zhǔn)確和權(quán)威的大族冠華，而加速老化試驗(yàn)的結(jié)果只是個(gè)過渡，當(dāng)真實(shí)老化試驗(yàn)結(jié)果出來后，終還是要參考真實(shí)老化試驗(yàn)結(jié)果。本文討論的重點(diǎn)，則是相對(duì)較為復(fù)雜的加速老化試驗(yàn)。
3.加速老化試驗(yàn)的依據(jù)和方法
在談MDSP加速老化試驗(yàn)之前，筆者首先要聲明的是：這是一門模糊科學(xué)數(shù)碼印刷印后加工，因?yàn)樵囼?yàn)本身涉及的化學(xué)反應(yīng)過于復(fù)雜，并且其理論依據(jù)到目前為止還無法得到科學(xué)權(quán)威的證實(shí)。
MDSP加速老化試驗(yàn)依據(jù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是推出時(shí)間并不算很長(zhǎng)的ASTM F1980，它是ASTM下屬的工作組F02.60（F02是ASTM中有關(guān)軟包裝標(biāo)準(zhǔn)的工作組，而60又是F02工作組中關(guān)于MDSP方面的下屬工作組）為MDSP加速老化試驗(yàn)而專門制定的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，目前該標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)版本活動(dòng)，分別是初的1999年5月版和3年后更新過的2002年1月版。ASTM F1980也是個(gè)正式公開出版的指導(dǎo)如何進(jìn)行MDSP加速老化試驗(yàn)方面的標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)包裝加速老化試驗(yàn)發(fā)展的進(jìn)程來說應(yīng)該算是很大的進(jìn)步了。當(dāng)然，這并不是說在這份標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)之前就沒有關(guān)于加速老化試驗(yàn)的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)或方案，只不過有些方法還不夠系統(tǒng)或通用而已。
ASTM F1980的主要內(nèi)容包括指導(dǎo)如何準(zhǔn)備包裝加速老化試驗(yàn)方案，以及一些關(guān)聯(lián)性的信息表述和聲明等包裝貿(mào)易，但不涉及真實(shí)老化試驗(yàn)方案和一些具體的判斷產(chǎn)品包裝性能的試驗(yàn)方法。
ASTM F1980里明確提到了加速老化試驗(yàn)的理論依據(jù)，在其第六部分的6.3條款中有如下描述：加速老化試驗(yàn)理論以假設(shè)材料變質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)遵循Arrhenius反應(yīng)速率定律為基礎(chǔ)。此定律規(guī)定，單一過程中溫度增加或減少10℃時(shí)，化學(xué)反應(yīng)加速比例因子Q10對(duì)應(yīng)增加或減少約一倍。當(dāng)然，這個(gè)理論背后還有些信息性的內(nèi)容需要了解折頁(yè)，比如包裝材料總會(huì)受外界環(huán)境因素影響；比如要確定Arrhenius理論中的加速比例因子Q10是個(gè)非常復(fù)雜的過程，需要材料反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型，所以在MDSP中一般使用比較保守的Q10值，如2.0。
在這里，筆者就不再詳細(xì)描述這個(gè)復(fù)雜的Arrhenius理論了廠商信息，只給出一個(gè)簡(jiǎn)單計(jì)算方法的案例，供讀者自行學(xué)習(xí)。
如Arrhenius理論所說，“10℃的溫度改變將會(huì)導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)速度改變一倍”，所以，加速老化速率（Accelerated Aging Rate,簡(jiǎn)稱AAR）的計(jì)算公式為：
AAR=Q10（Te - Ta）/10
其中色彩，Te為試驗(yàn)控制環(huán)境溫度（Elevated Temperature），Ta為正常環(huán)境溫度（Ambient Temperature）。
由此，加速老化試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間（Accelerated Aging Time Duration，簡(jiǎn)稱AATD）應(yīng)當(dāng)為：
AATD=Desired Real Time/AAR
這里，AATD為對(duì)應(yīng)有效期的加速老化試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間。舉個(gè)例子包裝物流，假如產(chǎn)品設(shè)計(jì)的有效期是3年，正常環(huán)境溫度是22℃，而預(yù)定的加速老化試驗(yàn)環(huán)境溫度是55℃，加速老化因子Q10取2.0，則AAR計(jì)算如下：
AAR=2.0（55-22）/10 =9.85
則每1年的老化試驗(yàn)測(cè)試時(shí)間為
AATD=365天/9.85=37.06天
即AATD為38天/年(注：計(jì)算時(shí)遇小數(shù)點(diǎn)加1取整)
所以可變數(shù)據(jù)印刷，模擬3年的老化試驗(yàn)測(cè)試時(shí)間是38×3=114天。
在實(shí)際進(jìn)行加速老化試驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意以下有關(guān)加速老化理論的事項(xiàng)：
（1）當(dāng)老化試驗(yàn)環(huán)境溫度超過50℃時(shí)立體印刷，反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系可能就不再是呈線性比例了，這也就是為什么老化溫度不能太高的原因。當(dāng)然，如果老化溫度設(shè)定得太低，那就和真實(shí)老化試驗(yàn)差不多了，所以一般情況下票證印刷，為了平衡老化試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間和化學(xué)反應(yīng)穩(wěn)定性的關(guān)系，加速老化試驗(yàn)溫度通常設(shè)定在55℃，這是筆者查閱很多國(guó)外相關(guān)文獻(xiàn)得到的結(jié)論，ASTM F1980里推薦不要超過60℃。
（2）正如前面所述，加速老化試驗(yàn)是一門模糊科學(xué)出版動(dòng)態(tài)，而含有多種化學(xué)成分的包裝材料在加速老化過程中的反應(yīng)速率也可能是多樣化的，但實(shí)際操作起來是搞一刀切的，只假設(shè)Q10為2.0即可。
（3）過高的試驗(yàn)溫度會(huì)使包裝材料出現(xiàn)在常溫下不可能出現(xiàn)的問題，從而導(dǎo)致老化試驗(yàn)出現(xiàn)非常規(guī)的并且是難以預(yù)測(cè)的失敗，這也是加速老化試驗(yàn)溫度不能超過60℃的原因之一。
（4）目前還沒有已出版的權(quán)威科學(xué)文獻(xiàn)能證明老化試驗(yàn)理論對(duì)包裝材料是有效的。當(dāng)然數(shù)碼印刷機(jī)，既然ASTM能出版相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，也充分說明了雖然MDSP加速老化試驗(yàn)理論無法在科學(xué)上被完全證明，但在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)操作中，MDSP加速老化試驗(yàn)的結(jié)果還是可靠的，或者至少是有參考價(jià)值的。
加速老化試驗(yàn)的方法并不是的立體印刷，筆者查閱資料的過程中還發(fā)現(xiàn)，某些現(xiàn)存的針對(duì)具體產(chǎn)品的測(cè)試環(huán)境也有所區(qū)別，如有溫度40℃、濕度60%環(huán)境下兩周時(shí)間的，有溫度70℃、濕度15%和85%交替變換環(huán)境下兩周時(shí)間的，有溫度60℃、濕度80%環(huán)境下一周時(shí)間的金屬包裝，但這些方法無法找到理論依據(jù)，可能更多的是依靠經(jīng)驗(yàn)的積累而總結(jié)出來的，并且產(chǎn)品及其預(yù)期的流通過程針對(duì)性很強(qiáng)，對(duì)MDSP加速老化試驗(yàn)研究的參考價(jià)值不大。
4.加速老化試驗(yàn)實(shí)際操作中的關(guān)注點(diǎn)
MDSP加速老化試驗(yàn)在實(shí)際操作中也是很有講究的，這意味著并不是仔細(xì)閱讀完一份ASTM F1980就能懂得如何正確地進(jìn)行加速老化試驗(yàn)的具體操作了裁切，下面的一些事項(xiàng)值得在實(shí)踐操作中重點(diǎn)關(guān)注：
（1）在加速老化試驗(yàn)進(jìn)行前，必須有一份負(fù)責(zé)人簽字的書面試驗(yàn)方案，詳細(xì)說明該如何進(jìn)行試驗(yàn)。
（2）試驗(yàn)中用到的檢測(cè)儀器和設(shè)備要進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn)并做記錄。
（3）當(dāng)描繪材料和包裝性能的老化作用時(shí)，了解這種老化作用的變化趨勢(shì)是非常有用的，因?yàn)檫@能讓試驗(yàn)設(shè)計(jì)者及時(shí)探知出現(xiàn)問題的測(cè)試時(shí)間點(diǎn)并采取措施補(bǔ)救機(jī)構(gòu)/組織，而不是白白浪費(fèi)很大的人力物力成本卻僅僅得到一個(gè)試驗(yàn)失敗的結(jié)論性報(bào)告。所以雖然按照要求，加速老化試驗(yàn)測(cè)試時(shí)間點(diǎn)的數(shù)量只要設(shè)定1個(gè)即可（零時(shí)間點(diǎn)的測(cè)試除外），即產(chǎn)品預(yù)期的有效期。但在實(shí)際操作中，往往要設(shè)3個(gè)測(cè)試時(shí)間點(diǎn)，以此來把握老化作用的趨向。比如產(chǎn)品設(shè)計(jì)的有效期是3年水墨平衡，可以考慮設(shè)定6、12、24和36個(gè)月這四個(gè)加速老化試驗(yàn)?zāi)M測(cè)試時(shí)間點(diǎn)。
（4）初始的、滅菌的及加速老化的包裝樣品里面可以沒有產(chǎn)品或用模擬產(chǎn)品替代，當(dāng)然還是使用終的完整產(chǎn)品，這樣雖然成本高一點(diǎn)，但試驗(yàn)結(jié)果能模擬實(shí)際情況，因而也權(quán)威、可信；當(dāng)然油墨，在某些情況下可能一定要用終的完整產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)。
（5）應(yīng)選擇經(jīng)過工藝驗(yàn)證過的樣品做老化試驗(yàn)，因?yàn)檫@樣的樣品值得信賴，是連續(xù)穩(wěn)定的。而如果用不能確保質(zhì)量連續(xù)穩(wěn)定的樣品做老化試驗(yàn)，試驗(yàn)所需要的時(shí)間成本可能不是每家企業(yè)都負(fù)擔(dān)得起的。
（6）樣品滅菌應(yīng)使用驗(yàn)證過的滅菌程序，因?yàn)闇缇^程可能會(huì)影響包裝材料或系統(tǒng)的穩(wěn)定性噴墨印刷，所以應(yīng)當(dāng)使用惡劣的滅菌狀態(tài)，這包括滅菌參數(shù)惡劣和滅菌次數(shù)增加兩種情況。
（7）雖然Arrhenius理論本身并沒有提及濕度在化學(xué)反應(yīng)加速中的作用，但結(jié)合包裝材料和產(chǎn)品特性來具體考慮，加速老化試驗(yàn)中應(yīng)該考慮濕度的影響，也就是要將濕度控制在常規(guī)范圍內(nèi)。
（8）完成加速老化試驗(yàn)的樣品不能立即進(jìn)行各項(xiàng)性能試驗(yàn)印前工藝，應(yīng)參照ASTM D4332進(jìn)行樣品調(diào)節(jié)，一般來說是在常規(guī)環(huán)境，即溫度（23±2）℃、濕度±5%的環(huán)境下調(diào)節(jié)24小時(shí)；結(jié)合實(shí)際情況，有些樣品還需要進(jìn)行運(yùn)輸試驗(yàn)，運(yùn)輸試驗(yàn)方案應(yīng)參照ISTA（International Safety Transit Association平版印刷，國(guó)際安全運(yùn)輸協(xié)會(huì)）系列試驗(yàn)方案中的合適者，而且用于運(yùn)輸試驗(yàn)的樣品必須是完整的樣品。
（9）應(yīng)當(dāng)對(duì)照原始包裝的性能要求來評(píng)估加速老化試驗(yàn)后樣品的包裝性能，并得出加速老化試驗(yàn)后樣品是否合格的結(jié)論。
5.加速老化試驗(yàn)的結(jié)果評(píng)估
后剩下來的問題可能就是如何進(jìn)行加速老化試驗(yàn)的結(jié)果評(píng)估，這個(gè)結(jié)果評(píng)估存在以下兩種情況：
（1）如果加速老化試驗(yàn)結(jié)果符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，則產(chǎn)品的有效期取決于真實(shí)老化試驗(yàn)的結(jié)果CTP，這也是符合預(yù)期常規(guī)情況的。
（2）如果加速老化試驗(yàn)結(jié)果不符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，那么有以下兩個(gè)選擇：是調(diào)查產(chǎn)品包裝工藝生產(chǎn)過程，重新設(shè)計(jì)產(chǎn)品或包裝，嘗試驗(yàn)證更短的產(chǎn)品有效期；第二是等真實(shí)老化試驗(yàn)結(jié)果，如果真實(shí)老化試驗(yàn)結(jié)果是通過的色序，那么在這種情況下，只能證明我們?cè)O(shè)計(jì)的加速老化試驗(yàn)比實(shí)際情況更嚴(yán)格和保守。
真實(shí)老化試驗(yàn)結(jié)果也有同樣模式的評(píng)估問題：如果真實(shí)老化試驗(yàn)結(jié)果符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，那么包裝的有效期就是經(jīng)過驗(yàn)證的；如果真實(shí)老化試驗(yàn)結(jié)果不符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，儲(chǔ)存期限必須減少到已經(jīng)通過真實(shí)老化試驗(yàn)的長(zhǎng)時(shí)間，這也就是在前面提到的要多設(shè)定幾個(gè)老化試驗(yàn)測(cè)試時(shí)間點(diǎn)以掌握老化試驗(yàn)變化趨勢(shì)的重要性。如果產(chǎn)品根據(jù)有風(fēng)險(xiǎn)的加速老化試驗(yàn)數(shù)據(jù)（即加速老化試驗(yàn)通過印前工藝，真實(shí)老化試驗(yàn)沒有通過的情況）已經(jīng)被投放到市場(chǎng)中，必須進(jìn)行細(xì)致的評(píng)審并收集證明文件，而且應(yīng)采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)救措施來規(guī)避相關(guān)市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。
