49●医療用ポリエチレンの開発
四日市研究所 ＰＯ分野 モールドグループ

１．はじめに

坂野 博英
渡邉憲
雪岡聡
大嶽 真都

２．低微粒子グレードの物性

高度医療技術の発展に伴い医療容器の多様化ならび当 社 は か ね て よ り LDPE（ Low Densityに利便性が求められ、容器のディスポーザブル仕様がPolyethylene：低密度ポリエチレン）の医療用グレー浸透する一方、多量の廃棄物問題もクローズアップさドとしてペトロセン175Ｋを上市しており、医薬品容れている。安全性に加え、焼却処理が可能なプラスチ器に使用実績がある。一部の用途では更なる低溶出性

1)ック素材へのニーズは益々高まる傾向 と言える。の要求があり、日本薬局方プラスチック製医療用品容ガラス素材からの転換が期待されているプラスチッ
ク素材の一例としてアンプル用途がある。同用途では、器の試験規格を満足する低微粒子性、低TOC性のグレードを開発した。

従来ブロー成形後に内壁を洗浄する工程を経ていたの

なお、灰化・溶出性、微粒子数、透明性についてはに対して、生産性向上を目的に同洗浄工程を省略すべ第14改正日本薬局方プラスチック製医療用品容器試験

く、ブロー成形と同時に薬液を充填する同時充填ブロに基づき試験を実施した。

ー成形法が開発された（図１）。同時充填ブロー成形
では、溶融樹脂中に薬液を直接充填するため従来の後［1］代表物性充填方式と比較すると薬液中の微粒子数が増加する。

当社の医療用グレードの代表物性を表１に示す。微

従って、ポリエチレン樹脂には微粒子数の低減すなわ

粒子数を低減した開発品１は既存品であるペトロセン

ち低溶出性（クリーン性）が要求されるようになった。

175Ｋと同等の樹脂設計をしており、機械特性（引張本技術資料においては微粒子数やTOC（Total特性、弾性率）、熱的特性（融点、軟化温度）ともにOrganic Carbon：全有機炭素）を低減した医療用ポリ同等の性能を有し、問題なく使用できる。さらに、内エチレンの特徴について紹介する。

容積の大きい製品の成形に適した開発品２、スクイズ性（開栓時の手切れ性）の良好な高密度仕様の開発品３

原料ホッパー
スクリュー
ブローピン
ダイス

エアー

薬液充填

ブロー成形

薬液充填

パリソン
押出機

金型
パリソン押出型締

図１

同時充填ブロー成形の模式図（ 49 ）

口部シール

成形完了

50

TOSOH Research ＆ Technology Review Vol.50（2006）

表１

医療用LDPEグレードの代表物性

175K
開発品1
開発品2
開発品3
既存品
低微粒子品 低微粒子品 低微粒子品
0.6g/10min
0.50.9ISO 1872−10.6
メルトマスフローレイト
JIS K6922−1922kg/m3929
JIS K6922−1
ISO 1872−1922923
密度101115
JIS K6922−2
ISO 1872−2MPa
10引張降伏応力1416
JIS K6922−2
ISO 1872−2MPa
1818
引張破壊応力500
JIS K6922−2
ISO 1872−2620510
500％
引張破壊呼びひずみ
240280130MPa
290
JIS K6922−2
ISO 1872−2
引張弾性率
JIS K6922−2
ISO 1872−2260230290300
MPa
曲げ弾性率
JIS K7215
ISO 86853595953
デュロメーターD硬さ
111
JIS K6922−2
ISO 1872−2117℃
111
111
溶融温度（DSC）
JIS K7206
ISO 306
94
103
94
97℃
ビカット軟化温度
JIS K7216＜−70＜−70＜−70℃
＜−70
ぜい化温度
JIS K6922−2
ISO 1872−2
圧縮
射出
圧縮
圧縮−
試験片の成形法特長
DMF1）登録 低微粒子
低微粒子
低微粒子
スクイズ性
透明性
透明性
透明性
中空成形分野用途
プラスチックアンプル、点眼容器
点眼剤用プラスチック容器試験
衛生性
薬発第336号
（○）
（○）
（○）
○
第14改正日本薬局方 プラスチック製医薬品容器試験
（○）
（○）
○
（○）
厚生労働省告示第20号
食品衛生法
（○）
○
（○）
（○）
ポリオレフィン等衛生協議会自主規制基準適合
（○）
（○）
（○）
○
項目

試験法

対象ISO規格単位

数値は代表値であり規格値ではありません。
衛生性中の（○）は取得予定
1）DMF：Drug Mastr Fileの略［3］微粒子数、TOCも用意し、品揃えの強化を図っている。衛生性については、ペトロセン175Ｋは既にＤＭＦ（Drug Master

充填水として純水を用いて同時充填ブロー成形後、File：欧米における医薬品等登録原簿）に登録してお105℃で30分間蒸気滅菌を行い、充填水の微粒子数とり、各種衛生試験にも適合している。今回開発した低TOCを測定した。その結果を表３、図２に示す。
微粒子数は光遮へい型の自動微粒子測定装置を用い微粒子グレードも各種衛生試験の規格に適合するものて測定され、規格では５μｍ以上の微粒子を計測すると考えられ、今後取得の予定である。

ことが定められている。微粒子は粒子径が小さくなる［2］灰化・溶出性

ほど数は多くなる傾向にあるので、医療品メーカーで容器試験法に定められた灰化、溶出物試験の結果をはより厳しい条件である１μｍ以上の微粒子数を管理

表２に示す。低微粒子グレードは既存の医療グレードしている場合が多い。当社においても１μｍ以上の微と同様に同規格をクリアーしている。

粒子数の低減を図っている。低微粒子グレードは既存の医療グレードと比較して微粒子数が大幅に低減して

表２

項目

医療用グレードの灰化・溶出物試験結果

単位

規格値

％
0.10％以下
強熱残分μg/g 検出限度（20μg/g）以下
重金属s
180s以内に消失
溶出物試験 泡消え時間−1.5以下△pHml
1.0ml以下
過マンガン酸カリウム還元物質−0.08以下
紫外吸収スペクトル 220〜241nm
241〜350nm−0.05以下の吸光度mg1.0mg以下
蒸発残留物
灰化試験

試験方法：第14改正日本薬局方プラスチック製医薬品容器試験（ 50 ）

175K
既存品

開発品1開発品2開発品3低微粒子品 低微粒子品 低微粒子品
0.06
20以下
30以内
0.1
0.2
0.01
0.010.2東ソー研究・技術報告 第50巻（2006）

表３

項目単位

メルトマスフローレイト
密度
微粒子数
未滅菌
（1μm以上） 滅菌後TOC（全有機炭素）
透過率g/10min
kg/m3
個/ml
個/ml
ppm％

51

医療用グレードの容器物性

175K
既存品
0.6922411040.5373

開発品1低微粒子品
0.692212120.3475

開発品2低微粒子品
0.592313110.3476

他社品
1921
331
2100.4764

成形：同時充填ブロー成形（容器容量200ml、厚み500μm）
充填液：純水（100ml）
滅菌条件：105℃×30分蒸気滅菌

期間を長くすることが可能となる。

微粒子数（1μm以上）［個/ml］

250［4］透 明 性200

透明性は紫外可視光度測定法により波長450nmの透過率を測定した（表３）。低微粒子グレードは既存の150

医療グレードと同等であり、規格の55％以上を満足す100る。また、他社品よりも良好な値を有している。

50［5］加 工 性
ブロー成形を行うには、溶融物性の中でダイスウェ

0175K

開発品1

開発品2ルと溶融張力が重要となる。ダイスウェルとは押出成他社品形において溶融物の径がダイの径よりも大きくなる現
図２象であり、一般的にダイスウェルや溶融張力が大きい

医療用LDPEグレードの微粒子数樹脂ほど内容積の大きい製品の成形が可能となる。

成形：同時充填ブロー成形
充填液：純水滅菌条件：105℃×30分蒸気滅菌

ダイスウェルと溶融張力を表４に示す。また、190℃における溶融粘度を図３に示す。
開発品１は従来の医療グレードと同等の加工性（ダおり、滅菌によっても微粒子数は増加しない。
TOCは試料水中の酸化されうる有機物の全量を主

イスウェル、溶融張力、溶融粘度）を示す。開発品２

要構成成分である炭素の量で示したものであり、有機は既存の医療グレードと比較して高分子量成分を多く物中の炭素を酸化して二酸化炭素とし、赤外吸収法で含む様に設計している。一般にダイスウェルや溶融張定量される。プラスチック製医療品容器試験には規定力を大きくすると溶融粘度は高くなる傾向があるが、されていないものの重要な評価項目であり、TOCが開発品２は既存品に近い溶融粘度を維持しつつ、ダイ少ないほど製品（薬液）の有効期間が長くなる。低微スウェル、溶融張力を高くして、より内容積の大きい粒子グレードは既存の医療グレードと比較してTOC製品への適用を目指している。

が少なく、規格の厳しい製品に使用可能であり、有効表４

医療用LDPEグレードの加工性（ダイスウェル、溶融張力）

項目

単位

ダイスウェル（at 190℃）
溶融張力（at 190℃）−mN

ダイスウェル
溶融張力

175K
既存品
1.9120

使用機器：メルトインデクサー
押出量：3g/min使用機器：毛管粘度計
キャピラリ：L/D＝8/2.095mm
押出速度：10mm/min（ 51 ）

開発品1低微粒子品
2.0140

開発品2低微粒子品
2.222052TOSOH Research ＆ Technology Review Vol.50（2006）に示す。微粒子数はLLDPEのブレンドにより低減し、10000

LDPEを低微粒子グレードに変更することにより更な溶融粘度［MPa］る低減が可能である。
1000［2］透 明 性
LDPEにLLDPEをブレンドしたときの透明性（光線透過率）を図５に示す。LLDPEのブレンド量と共に100

光線透過率は向上する。一方で光線透過率は製品厚み175K
開発品1開発品2に依存し、製品厚みが厚くなると光線透過率は低下するものの、LLDPEのブレンドにより光線透過率が向1010

100
1000
せん断速度［s−1］10000

上できることから、LDPE単独よりも使用できる製品厚みの範囲が広がる。

図３

医療用LDPEグレードの粘度曲線

使用機器：毛管粘度計温度：190℃
キャピラリ：L/D＝20/1mm［3］ＥＳＣＲESCR（Environmental Stress Cracking Resistance：耐ストレスクラック性）は製品が応力を受けると亀裂を生じる現象であり、薬品中ではさらに促進される。

３．ブレンドによる物性の改良とその応用

LDPEにLLDPEをブレンドしたときのESCRを図６に

医薬品容器は、容器の形状や内容積のみならず内溶示す。ESCRはLLDPEのブレンド量の増加と共に向上

液の種類などにも応じて要求性能が多岐にわたるのし、ブレンドするLLDPEについてはMFRと密度を低で、そのニーズに対応すべくLLDPE（Linear Low

くすることが効果的である。LLDPEの選定とブレン

Density Polyethylene：直鎖状低密度ポリエチレン）

ド量により使用できる薬液の適用範囲が広がるものとブレンド系の検討を進めた。LLDPEのブレンドによ期待される。

りLLDPEの優れた機械的強度、耐熱性、低微粒子性とLDPEの優れた加工性を両立させることが可能にな［4］加 工 性
LLDPEをブレンドしたときのドローダウン性を図る。

７に示す。ドローダウンはブロー成形時に押出された［1］微 粒 子

パリソン（円筒状溶融物）が自重により垂れ下がる現LDPEにLLDPEをブレンドしたときの微粒子数を図４象である。所定の長さにパリソンが到達する時間が一8012060
光線透過率［％］

微粒子数（1μm以上）［個/ml］

70
100

8060504030
開発品1開発品1/LLDPE＝90/10
開発品1/LLDPE＝80/20

2040102000.70.80175Ｋ

図４0.9
厚み［mm］

175K/LLDPE=80/20 開発品1/LLDPE=80/20

図５

LDPE/LLDPEブレンド品の微粒子数

LDPE/LLDPEブレンド品の透明性

成形：ダイレクトブロー成形
温度：200℃
滅菌：なし
LLDPE：MFR＝4［g/10min］、d＝923［kg/m3］
光線透過率：450nm

成形：同時充填ブロー成形
充填液：純水滅菌条件：105℃×30分蒸気滅菌
LLDPE：MFR＝2［g/10min］、d＝905［kg/m3］（ 52 ）

1.0東ソー研究・技術報告 第50巻（2006）

5345

1000

40

到達時間［s］

35

ESCR［h］

1003025201510

開発品1（180℃）（180℃）
開発品1/LLDPE＝80/20（190℃）
開発品1/LLDPE＝80/20

10175K/LLDPE−1175K/LLDPE−2
開発品2/LLDPE−25001051015
LLDPE配合量［％］20図７
図６1025LDPE/LLDPEブレンド品のESCR

2030
パリソン長さ［cm］

4050

LDPE/LLDPEブレンド品のドローダウン性（パリソン長さと到達時間の関係）

形成機：65mmφブロー成形機
ダイス/コア径：40/39mm、ダイバージョンタイプLLDPE：MFR＝2［g/10min］、d＝905［kg/m3］

試験温度：50℃［g/10min］、d＝905［kg/m3］
LLDPE−1：MFR＝2［g/10min］、d＝923［kg/m3］
LLDPE−2：MFR＝4

つの目安となり、ドローダウンが大きい（到達時間がに適した低微粒子グレードを中心に紹介した。医薬品短い）樹脂は均一な製品厚みが得られにくい。LDPE

容器のプラスチック化の傾向を受けて、今後も引続きにLLDPEをブレンドするとドローダウン性は小さく低微粒子、低TOCグレードの特徴を生かした用途開（到達時間は長く）なる傾向にある。一方、LLDPEの発が期待される。また、多様化するニーズに対応すべブレンド量が増加すると押出製品の表面にシャークス

く同時充填成形ブローはもちろんのこと、その他の医キン（鮫肌）が発生するので、加工温度を高くする必薬品容器についても新たなグレード開発を進めていく

要がある。高温加工ではドローダウン性が大きくなり予定である。

ブレンド量に限界があるものの、実用上は問題ないレベルにあり、製品化の実績も多数ある。

引用文献
１）矢野経済研究所編；

４．おわりに状と展望2006年版

本技術資料では同時充填ブロー成形用の医薬品容器（ 53 ）

医薬品容器・包装市場の現