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化妆品包装的阻隔性 2017/11/18 11:09:58

       包装需要兼具保护性、功能性与装饰性的要求于一体,其中包装的保护性功能是最基本也是最重要的功能,而具备良好的阻隔性是对包装保护性功能的要求之一。

       用于化妆品的包装材料,除去本身就具备良好阻隔性的玻璃、陶瓷和金属材料以外,不论吹塑瓶还是注塑罐,不论软管还是薄膜,都是由高分子材料如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯—乙烯醇共聚物(EVOH)或者这些材料的物理或化学改性类材料组成,也就是我们常提的塑料。塑料的微观结构表明,塑料材料并不是“密不透风”的,塑料材料本身就具有一定的渗透性。

       一、材料阻隔定义

       1、材料的阻隔性是指特定的渗透物从材料一侧渗透通过到达另一侧(一般是由高浓度侧渗透通过材料进入低浓度侧)的阻隔性能,常见的渗透物包括无机气体、水蒸气和有机物。按照这不同性质的渗透物对应的阻隔性称为透气性(透氧性、透氮性、透二氧化碳性等)、透湿性以及透有机物性。

       2、通常,我们说材料阻隔性好就意味着这种材料应该同时具有好的气体阻隔性、水蒸气阻隔性、有机物阻隔性,说某种材料的阻隔性好应该是针对特定渗透物而言阻隔性好。单一材料很难满足对所有渗透物都具有好的阻隔性,比如具有很好的气体阻隔性的材料实际上对水蒸气和有机物的阻隔性未必会好,即使说某种材料的气体阻隔性好指的也是针对特定气体有好的阻隔性,比如好的阻氧性或阻氮性;又比如常用的HDPE比PA的阻水性能好,但阻气性能反却低于PA;再比如EVOH在环境湿度很低时具有很高的气体阻隔性,但随着环境湿度的升高吸水后,其对无机气体的阻隔性会明显下降,相应阻隔水蒸气性能变差。所以在实际对供应商提出化妆品包装阻隔性要求的时候需要具体明确到对什么的阻隔性要求。根据渗透的方向还有阻隔渗入还是渗出的区分。

       二、渗透机理

       1、材料对特定渗透物的高阻隔性表示材料对其的低渗透性,如低透氧率代表高阻氧性,低透湿率表示高阻水性。阻隔性可以说是阻透性,了解渗透物在包装材料中的渗透过程,可以帮助我们理解阻隔性的影响因素。

       2、整个渗透过程可以分为吸附、溶解、扩散、解吸四个部分,气体、水蒸气或有机物从高浓度区进入材料表面,通过在材料内部的扩散,又从低浓度区的另一表面解吸。假定密封的高含水量的化妆品处在低湿度的环境中,我们用这个模型模拟一下包装容器内水分损失的过程,如下图2所示水蒸气会接触包装容器内壁,溶解到包装层后,在材料内沿着浓度梯度扩散,最终解吸附扩散到大气中,如果外在温度增加,会加速这种渗透过程。这也就能解释之前提到的即使密封性已经做到很好的化妆品还是会因为水蒸气的渗出而导致产品变稠变厚影响消费者使用。

       3、小分子渗透物透过聚合物主要是通过非晶区、结晶缺陷部分而实现的,材料的微裂纹、针孔、缺陷均会导致渗透性增加。从图1我们可以在高倍镜显微镜下看到明显的材料缺陷。

       三、高分子材料阻隔性的影响因素

       1、渗透物对包装材料的渗透性取决于渗透物的种类(分子体积、形状和极性)、高分子材料的结构及性能以及渗透物与高分子材料的相互作用(极性相似相容)。实际渗透过程通常由这三个因素综合影响,由于渗透物种类以及其于材料间的相互作用比较复杂,这里就先只分析高分子材料结构及性能对包装阻隔性的影响。

       2、包装材料阻隔性的影响因素包括材料本身的链结构、相结构、结晶度,链的取向与堆砌状态,另外制成包装工艺的不同也会对最终材料的阻隔性有影响。

       “不同的材料加工成型工艺对材料阻隔性也有影响,选择具有不同特性的聚合物,采用合适的加工方法可以得到综合性能优良的阻隔材料。比如LLDPE, LDPE的阻隔性低于HDPE,在挤出单层管应用时,可以将LLDPE、LDPE和HDPE物理共混制得具有一定阻隔性同时易热封的软管包装;再比如EVOH是乙烯/乙烯醇的共聚物,是一种链状结构的结晶性聚合物,集聚乙烯良好的加工性和聚乙烯醇极高的气体阻隔性于一体,分子链中极性乙烯醇链段的存在,使得其对烃类等非极性溶剂也具有良好的阻隔性,非极性乙烯链段的存可以提高其对水等极性溶剂的阻隔性,但EVOH树脂的分子结构中存在着羟基,EVOH树脂具有亲水性和吸湿性,吸附湿气后,气体的阻隔性能会受到影响,所以需要使用多层技术将如聚烯烃等强隔湿树脂把EVOH树脂层包裹起来,做成综合阻隔性能优异的复合材料。

       四、阻隔性材料在化妆品包装中的应用

       目前,阻隔性包装材料在化妆品包装领域的应用处于使用的增长期,国内常用的高阻隔性材料有铝箔、聚乙烯醇(PVA)、乙烯—乙烯醇共聚物(EVOH)、尼龙(PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。铝箔、PVA、EVOH属于高阻隔性材料,PA与PET的阻隔性相近,属于中等阻隔性材料。

       针对软管包装类化妆品,如果产品本身有高阻隔性要求,通常选用以下三种结构的阻隔塑料软管。

       1、铝塑复合软管,其典型结构为PE/PE+EAA/AL/PE+EAA/PE,由铝箔、塑料薄膜经过共挤复合制成片材后再制管,起阻隔作用的主要是铝箔层,其阻隔性主要取决于铝箔的针孔度,当铝箔厚度增加时阻隔性增强。

       2、全塑阻隔复合软管,其典型结构为PE/PE/EVOH/PE/PE,全部由塑料组成,其阻隔层通常为EVOH或氧化物镀层PET,随着EVOH厚度的增加,阻隔性增强。

       3、五层结构塑料共挤软管,其典型结构为PE/MAH-PE/EVOH/MAH-PE/PE,由多种塑料在一起一次通过螺杆挤出成型制成片材,也是通过EVOH起到阻隔作用。

       (1)针对薄膜包装类化妆品:常见的阻隔性薄膜有共挤出类阻隔性薄膜、贴合类(干法复合类、无溶剂复合类、热熔胶复合类、挤出复合类)阻隔性薄膜、蒸镀类(真空镀铝、镀氧化铝、镀氧化硅)阻隔性薄膜,分别由共挤出法、贴合复合法、涂布法以及蒸镀法制成,这里对工艺就不详细赘述,常用于化妆品薄膜的结构有PET/AL/PE、PET/Al/CPP、PET/VMPET/PE、PET/EVOH/PE等三层复合袋以及PET/Al/PET/PE 、PET/PE/AL/PE/CPP等多层结构,基本上也是选用铝箔、EVOH以及镀铝PET作为阻隔层,实际应用中可从阻隔性、热封性、易撕性以及产品成本方面综合考虑来选用合适的阻隔性薄膜结构。

       (2)对于增强PET瓶子:其阻隔性使用改性材料以及新工艺也有文献报道,但对于作为化妆品的PET瓶目前如果不是遇到比较敏感的配方基本能满足现有阻隔性需求。

       需要注意的是对以上化妆品包装的阻隔性主要是指对无机气体以及水蒸气的阻隔,如果针对配方中有一些易挥发的小分子有机物,需要以实际情况为主,因为影响阻透的因素不仅仅是包装材料本身,还跟小分子有机物本身的结构、尺寸以及小分子有机物与高分子材料间的相互作用有关,需要了解化妆品配方中的这些易挥发的活性成分,再配合选择几种不同的阻隔性包装做阻隔性测试,最终选择出合适的包装容器。

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