Đá gel là vật liệu tích lạnh được đóng trong túi mềm hoặc bình nhựa kín, thường chứa hỗn hợp nền nước kết hợp với chất tạo gel và những thành phần khác tùy theo công thức của nhà sản xuất. Sau khi được làm lạnh hoặc đông, đá gel hấp thụ nhiệt từ môi trường và hàng hóa, qua đó giúp làm chậm quá trình tăng nhiệt độ bên trong kiện hàng.
Tuy nhiên, tên gọi “đá gel” chủ yếu mô tả một nhóm sản phẩm quen thuộc. Hình dạng bên ngoài không cho biết đầy đủ nhiệt độ chuyển pha, năng lực tích trữ nhiệt hay mức độ phù hợp với dược phẩm, vaccine và các sản phẩm nhạy cảm nhiệt độ.
1. Đá gel là gì?
Đá gel, hay gel pack, là một dạng nguồn tích lạnh thụ động được tiền xử lý trong tủ lạnh hoặc tủ đông trước khi bố trí vào thùng cách nhiệt. Sản phẩm không tạo ra hơi lạnh liên tục như máy lạnh mà hấp thụ nhiệt trong một khoảng thời gian giới hạn.
Trong giao tiếp hằng ngày, nhiều tên gọi được sử dụng gần như thay thế cho nhau:
- Đá gel;
- Túi gel giữ lạnh;
- Túi đá khô – cách gọi thông dụng nhưng dễ nhầm với đá khô CO₂;
- Bình tích lạnh;
- Đá khô xanh;
- Ice pack;
- Cold pack;
- Coolant pack.
Các tên gọi này không phải lúc nào cũng đồng nghĩa hoàn toàn về mặt kỹ thuật. Một coolant pack có thể chỉ chứa nước, hỗn hợp gel nền nước hoặc một loại vật liệu chuyển pha chuyên dụng.
Định nghĩa nhanh: Đá gel là một sản phẩm tích lạnh có vật liệu bên trong được đóng kín bằng túi mềm hoặc bình cứng, dùng để hấp thụ nhiệt trong thùng vận chuyển thụ động.
2. Đá gel được cấu tạo như thế nào?
3. Vỏ bình hay vật liệu bên trong quan trọng hơn?
Vật liệu bên trong quyết định đặc tính nhiệt chính, còn lớp vỏ ảnh hưởng đến cách đá gel được sử dụng và trao đổi nhiệt trong cấu hình đóng gói. Hai yếu tố này không nên được đánh giá tách rời.
Một bình nhựa cứng và một túi mềm có thể chứa vật liệu có đặc tính nhiệt tương tự. Ngược lại, hai sản phẩm có hình dáng gần giống nhau có thể chứa công thức hoàn toàn khác nhau.
Do đó, chỉ nhìn màu sắc, kích thước hoặc độ dày của đá gel chưa đủ để biết:
- Vật liệu chuyển pha ở vùng nhiệt độ nào;
- Có bao nhiêu năng lượng được tích trữ;
- Tốc độ trao đổi nhiệt nhanh hay chậm;
- Sản phẩm có thể tái sử dụng bao nhiêu lần;
- Có phù hợp với hàng nhạy cảm đông băng không;
- Có thể sử dụng trong cấu hình 2–8°C hay không.
4. Đá gel hoạt động như thế nào?
Đá gel hoạt động bằng cách tích trữ năng lượng khi được tiền xử lý và hấp thụ nhiệt khi đặt trong kiện hàng. Đối với công thức nền nước, quá trình đông và tan thường đóng vai trò quan trọng trong khả năng tích lạnh.
Quá trình có thể được mô tả theo bốn bước:
- Đá gel được đặt trong tủ lạnh hoặc tủ đông.
- Vật liệu bên trong giảm nhiệt độ và có thể chuyển sang trạng thái rắn hoặc bán rắn.
- Khi đặt vào thùng, nhiệt từ môi trường và hàng hóa truyền về phía đá gel.
- Đá gel hấp thụ năng lượng, nóng lên và có thể chuyển từ rắn sang lỏng.
Trong giai đoạn chuyển pha, vật liệu vẫn hấp thụ nhiệt nhưng nhiệt độ có thể tăng chậm hơn. Đây chính là nguyên lý nhiệt ẩn đã được phân tích trong Bài 02 của chuỗi “Hiểu đúng về PCM”.
Tuy nhiên, khi quá trình chuyển pha hoàn tất, nhiệt độ của đá gel sẽ tiếp tục thay đổi rõ rệt hơn. Vì vậy, đá gel không phải nguồn lạnh vô hạn.
5. Đá gel có phải là PCM không?
Xét theo nguyên lý vật lý, vật liệu bên trong đá gel có thể hoạt động như một PCM nếu nó hấp thụ hoặc giải phóng nhiệt trong quá trình chuyển pha. Tuy nhiên, trong thị trường cold chain, “gel pack” và “PCM pack” thường được dùng để chỉ các nhóm sản phẩm có mục tiêu kỹ thuật khác nhau.
Có thể hiểu theo hai góc độ:
Theo nguyên lý vật lý
Nếu vật liệu bên trong đá gel chuyển từ rắn sang lỏng và hấp thụ nhiệt ẩn, nó đang khai thác nguyên lý của vật liệu chuyển pha.
Theo cách gọi thương mại
Thuật ngữ “đá gel” thường được sử dụng cho các gói làm lạnh nền nước hoạt động quanh vùng đóng băng của nước. Trong khi đó, “PCM chuyên dụng” thường chỉ vật liệu được lựa chọn hoặc điều chỉnh để chuyển pha quanh một vùng nhiệt độ mục tiêu cụ thể.
Không nên kết luận rằng mọi đá gel đều giống nhau hoặc mọi PCM chuyên dụng đều có hiệu suất cao hơn trong mọi trường hợp. Hiệu quả chỉ có ý nghĩa khi đánh giá trong một cấu hình cụ thể.
6. Đá gel, bình tích lạnh và coolant pack có giống nhau không?
7. Bình tích lạnh nhựa cứng và túi gel mềm khác nhau thế nào?
Bình cứng và túi mềm khác nhau chủ yếu về hình thức đóng gói, khả năng bố trí và mức độ lặp lại khi thao tác; hình dạng không tự quyết định hiệu suất nhiệt.
| Tiêu chí | Bình tích lạnh nhựa cứng | Túi gel mềm |
|---|---|---|
| Hình dạng | Cố định | Linh hoạt hơn |
| Khả năng xếp chồng | Thường ổn định | Phụ thuộc độ đầy và trạng thái gel |
| Khả năng định vị | Dễ đặt vào vị trí xác định | Có thể dịch chuyển nếu không được cố định |
| Diện tích tiếp xúc | Tương đối ổn định | Có thể ôm sát bề mặt tốt hơn |
| Nguy cơ biến dạng | Thấp hơn | Cao hơn khi xếp chồng hoặc chịu lực |
| Khả năng quan sát vật liệu | Tùy thiết kế | Một số túi cho phép quan sát dễ hơn |
| Tính lặp lại khi đóng gói | Thường thuận lợi | Cần kiểm soát vị trí và hình dạng |
| Hiệu suất nhiệt | Phụ thuộc vật liệu và cấu hình | Phụ thuộc vật liệu và cấu hình |
Không thể kết luận bình cứng luôn tốt hơn túi mềm hoặc ngược lại. Sự lựa chọn phải dựa trên không gian thùng, vị trí lắp đặt, tải hàng, vật liệu bên trong và yêu cầu thẩm định.
8. Những thông số nào quyết định hiệu quả của đá gel
9. Đá gel giữ lạnh được bao lâu?
Không thể xác định thời gian giữ lạnh chỉ từ tên gọi “đá gel”. Thời gian bảo vệ phụ thuộc vào cả đá gel, thùng cách nhiệt, hàng hóa và điều kiện môi trường.
Các yếu tố chính gồm:
- Loại và khối lượng đá gel;
- Nhiệt độ tiền xử lý;
- Nhiệt độ ban đầu của sản phẩm;
- Thể tích và khối lượng tải;
- Độ dày và chất lượng lớp cách nhiệt;
- Kích thước khoảng trống trong thùng;
- Nhiệt độ môi trường;
- Thời gian vận chuyển;
- Tần suất mở nắp;
- Vị trí đá gel;
- Mức độ tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm.
UNICEF lưu ý rằng coolant pack chỉ cung cấp khả năng làm mát trong một khoảng thời gian giới hạn. Tần suất và thời gian mở thùng cũng làm tăng nhiệt độ bên trong và rút ngắn thời gian giữ lạnh. UNICEF
Vì vậy, câu hỏi phù hợp hơn không phải là “đá gel giữ lạnh bao lâu?”, mà là:
Cấu hình thùng, đá gel và tải hàng cụ thể có thể duy trì dải nhiệt yêu cầu trong bao lâu dưới điều kiện môi trường xác định?
10. Đá gel có phù hợp với dải 2–8°C không?
Đá gel có thể được sử dụng trong cấu hình 2–8°C, nhưng không nên đặt đá gel đông trực tiếp cạnh sản phẩm nhạy cảm đông băng nếu cấu hình chưa được đánh giá.
Đá gel lấy trực tiếp từ tủ đông có thể có nhiệt độ thấp hơn nhiều so với giới hạn dưới 2°C. Nếu tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm, nó có thể tạo ra điểm lạnh cục bộ, ngay cả khi nhiệt độ trung bình trong thùng vẫn nằm trong giới hạn.
WHO cho biết việc sử dụng đúng thùng thụ động và coolant pack là một phần quan trọng để giảm nguy cơ vaccine tiếp xúc với nhiệt độ đóng băng. WHO – How to Use Passive Containers and Coolant-Packs
Tùy cấu hình, đá gel có thể cần được:
- Làm đông hoàn toàn;
- Điều hòa sau khi lấy khỏi tủ đông;
- Làm mát ở 2–8°C;
- Bố trí sau một lớp ngăn cách;
- Kết hợp giữa các trạng thái khác nhau.
Không nên áp dụng một quy trình tiền xử lý cho mọi loại thùng hoặc mọi loại sản phẩm.
11. Rủi ro khi dùng đá gel cho dược phẩm
12. Cách lựa chọn đá gel phù hợp
Đá gel nên được lựa chọn dựa trên yêu cầu nhiệt độ, thời gian vận chuyển và cấu hình thùng, không chỉ dựa trên giá thành hoặc kích thước.
Bước 1: Xác định yêu cầu của sản phẩm
Làm rõ dải nhiệt, nguy cơ đông băng, thời gian lệch chuẩn cho phép và nhiệt độ ban đầu của hàng hóa.
Bước 2: Xác định điều kiện vận chuyển
Đánh giá thời gian hành trình, điều kiện mùa nóng – mùa lạnh, thời gian lưu kho, phương tiện và khả năng chậm trễ.
Bước 3: Yêu cầu tài liệu kỹ thuật
Tối thiểu nên tìm hiểu:
- Thành phần hoặc nhóm vật liệu;
- Vùng chuyển pha;
- Khối lượng;
- Hướng dẫn tiền xử lý;
- Điều kiện bảo quản;
- Khả năng tái sử dụng;
- Yêu cầu xử lý khi rò rỉ;
- Dữ liệu thử nghiệm liên quan.
Bước 4: Đánh giá khả năng bố trí
Lựa chọn túi mềm hay bình cứng theo không gian bên trong thùng, yêu cầu tiếp xúc, cách cố định và tính lặp lại khi thao tác.
Bước 5: Thử nghiệm cấu hình hoàn chỉnh
Không đánh giá đá gel riêng lẻ. Cần thử nghiệm cùng thùng, tải hàng, vật liệu đệm và cách đóng gói thực tế.
Bước 6: Chuẩn hóa thao tác
Ban hành hướng dẫn về nhiệt độ, thời gian tiền xử lý, số lượng, vị trí xếp và thời gian tối đa ngoài môi trường.
Bước 7: Giám sát nhiệt độ
Sử dụng data logger tại vị trí phù hợp để có dữ liệu về điều kiện thực tế của sản phẩm trong hành trình.
13. Câu hỏi thường gặp về đá gel
14. Kết luận
Hiểu đá gel là gì đòi hỏi phải nhìn xa hơn hình dáng của túi hoặc bình chứa. Yếu tố quan trọng nằm ở vật liệu bên trong, vùng chuyển pha, khả năng tích trữ năng lượng, điều kiện tiền xử lý và cách sản phẩm được tích hợp vào hệ thống đóng gói.
Một bình nhựa cứng và một túi gel mềm có thể khác nhau về độ bền, diện tích tiếp xúc và tính lặp lại. Tuy nhiên, chỉ biết dạng bao bì vẫn chưa đủ để đánh giá khả năng kiểm soát nhiệt độ.
Đối với vaccine, sinh phẩm, thuốc và mẫu thử, Thermal Packing khuyến nghị doanh nghiệp lựa chọn giải pháp dựa trên tài liệu kỹ thuật và kết quả đánh giá cấu hình hoàn chỉnh, thay vì chỉ so sánh kích thước hoặc giá bán của từng túi đá gel.
