用于化妝品的包裝材料,除了本身就具備良好阻隔性的玻璃、陶瓷和金屬材料外,還有吹塑瓶、注塑罐、軟管、薄膜軟包裝等由高分子材料如PE、PP、PET、EVOH,或這些高分子材料經(jīng)物理或化學改性后制成的塑料制品。從微觀上來看,塑料并不是“密不透風”的,如圖1所示,在高倍電鏡下觀察PP和PE材料的表面形態(tài),能看到材料表面存在許多孔洞,這就說明塑料本身具有一定的滲透性。
那么,在選擇塑料包裝材料之前,我們是否有必要去考慮其阻隔性呢?答案是肯定的。但品牌商在開發(fā)化妝品包裝時,往往只強調包裝的密封性,而忽視了其阻隔性。這也是為什么在實際化妝品開發(fā)過程中會遇到,整體包裝密封性做得很好的膏霜或乳液類產品,經(jīng)過一段時間后質地變稠、變厚的情況,有些化妝品甚至已經(jīng)變質而無法使用。還有一些化妝品的配方中含有易揮發(fā)的有機活性物,會通過化妝品包裝慢慢滲透出去導致相應活性成分欠缺。所以,品牌商在開發(fā)化妝品包裝時,必須考慮包裝材料的阻隔性功能,這樣才能保證化妝品的效果,延長保質期。
對于化妝品包裝工程師來說,只有正確認識和了解化妝品包裝材料的阻隔性及其影響因素,才能在化妝品包裝開發(fā)中按實際需求游刃有余地選擇阻隔性適宜的包裝材料。
包裝材料阻隔性及其影響因素
阻隔性是指對特定滲透物從材料一側滲透到另一側(一般是由高濃度側滲透到低濃度側)的阻隔性能,常見的滲透物包括無機氣體、水蒸氣和有機物。然而,單一材料很難滿足對所有滲透物都具有良好的阻隔性。比如,具有良好氣體阻隔性的材料,實際上對水蒸氣和有機物的阻隔性未必好。所謂的某種材料的氣體阻隔性好,也是指對某種特定氣體具有良好的阻隔性,如阻氧或阻氮。又如,化妝品包裝材料常用的HDPE比PA的阻水性好,但其阻氣性卻低于PA。再如,EVOH在環(huán)境濕度很低的情況下,具有很強的氣體阻隔性,但隨著環(huán)境濕度的升高,EVOH會受潮吸水,其對無機氣體以及水蒸氣的阻隔性便會隨之變差。
因此,品牌商在對包裝供應商提出化妝品包裝阻隔性要求時,需明確指出所需包裝對具體哪些物質的阻隔要求。
此外,包裝材料對某種特定物質的高阻隔性,也可理解為其對該物質的低滲透率,如低透氧率代表高阻氧性,低透濕率表示高阻水性。了解滲透物在包裝材料中的滲透過程及原理,能幫助我們理解包裝材料阻隔性的影響因素。
滲透物對包裝材料的滲透性主要取決于滲透物性質(分子體積、形狀和極性)、高分子材料的結構及性能,以及滲透物與高分子材料的相互作用(極性相似相容)。但實際滲透過程通常受3個因素的綜合影響,即滲透物種類、滲透物與材料之間的相互作用、高分子材料結構及性能,由于前兩者比較復雜,筆者在此只分析高分子材料結構及性能對包裝材料阻隔性的影響。
包裝材料的阻隔性與高分子材料結構及性能包括鏈結構、相結構、結晶度、鏈取向與堆砌狀態(tài)密切相關,同時不同的加工工藝,也會對包裝材料最終的阻隔性產生一定的影響。
因此,選擇不同特性的聚合物,同時采用合適的加工工藝,便可以得到綜合性能優(yōu)良的阻隔包裝材料。比如,LLDPE、LDPE的阻隔性低于HDPE,在擠出單層軟管時,可以將LLDPE、LDPE和HDPE物理共混制得具有一定阻隔性,同時又具有良好熱封性的軟管。再如,EVOH是乙烯/乙烯醇的共聚物,是一種鏈狀結構的結晶性聚合物,集聚乙烯良好的加工性和聚乙烯醇極高的氣體阻隔性于一體,分子鏈中極性乙烯醇鏈段的存在,使其對烴類等非極性溶劑具有良好的阻隔性,而非極性乙烯鏈段的存在可以提高其對水等極性溶劑的阻隔性,但EVOH樹脂分子結構中存在羥基,EVOH樹脂具有親水性和吸濕性,吸濕后,材料的阻氣性會受到影響。所以,需要使用多層技術,采用如聚烯烴等強阻濕樹脂將EVOH樹脂層包裹起來,做成綜合阻隔性優(yōu)異的復合包裝材料。
阻隔材料在化妝品包裝中的應用
目前,阻隔材料在化妝品包裝領域的應用處于增長期,國內常用的阻隔材料有鋁箔、PVA、EVOH、PA、PET等。其中,鋁箔、PVA、EVOH屬于高阻隔性材料,PA與PET的阻隔性相近,屬于中等阻隔性材料。
針對軟管包裝類化妝品,如果產品本身對包裝有高阻隔要求,通常選用以下3種結構的阻隔性軟管。
(1)鋁塑復合軟管:典型結構為PE/PE+EAA/AL/PE+EAA/PE,由鋁箔、塑料薄膜經(jīng)過共擠復合制成片材后再制管,起阻隔作用的主要是鋁箔層,其阻隔性主要取決于鋁箔的針孔度,當鋁箔厚度增加時阻隔性增強。
(2)全塑阻隔復合軟管:典型結構為PE/PE/EVOH/PE/PE,全部由塑料組成,其阻隔層通常為EVOH,隨著EVOH厚度的增加,阻隔性增強。
(3)5層結構塑料共擠軟管:典型結構為PE/MAH-PE/EVOH/MAH-PE/PE,由多種塑料混合在一起,通過螺桿一次性擠出成型,最后再制成片材,該結構也是EVOH起阻隔作用。
針對薄膜包裝類化妝品,常見的阻隔性薄膜有共擠阻隔性薄膜、貼合類(干式復合類、無溶劑復合類、熱熔膠復合類、擠出復合類)阻隔性薄膜、蒸鍍類(真空鍍鋁、鍍氧化鋁、鍍氧化硅)阻隔性薄膜,分別由共擠法、貼合復合法、涂布法以及蒸鍍法制成,這里對工藝就不詳細贅述。
常用于化妝品包裝薄膜的結構有PET/AL/PE、PET/AL/CPP、PET/VMPET/PE、PET/EVOH/PE等3層復合結構,以及PET/AL/PET/PE、PET/PE/AL/PE/CPP等多層復合結構,基本上也是選用鋁箔、EVOH以及鍍鋁PET作為阻隔層。在實際應用中,可從包裝的阻隔性、熱封性、易撕性及產品成本方面進行綜合考慮,來選用合適的阻隔性薄膜結構。
對于增強PET瓶的阻隔性使用改性材料以及新工藝也有文獻報道,但對于作為化妝品包裝的PET瓶,目前如果不是遇到比較敏感的配方,基本能滿足現(xiàn)有化妝品對包裝的阻隔需求。
需要注意的是,對以上化妝品包裝的阻隔性主要是指對無機氣體以及水蒸氣的阻隔,如果化妝品配方中有一些易揮發(fā)的小分子有機物,應視實際情況再行調整。因為影響包裝阻隔性的因素不僅僅是包裝材料的本身結構,還跟小分子有機物本身的結構、尺寸以及小分子有機物與高分子材料之間的相互作用有關,因此需要了解化妝品配方中易揮發(fā)的活性成分,再配合選擇幾種不同的阻隔性包裝做阻隔性測試,最終選擇出合適的包裝容器。