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国联质检|技术分享|一文全面浅析国内化妆品包装材料现状

更新时间:2022-07-30      点击次数:1425

摘要:随着国内化妆品包装材料市场份额逐年递增,越来越多的化妆品企业和消费者都意识到包装材料的安全性也至关重要,本文主要阐述了现有的化妆品包装材料有哪些,并展开分析了玻璃包装材料和塑料包装材料的优缺点以及相容性问题。


关键词:化妆品、塑料包装、金属包装、包材相容性

前言:

根据第二大市场咨询公司Marketsand Markets日常发布的报告,全球化妆品包装市场规模预计将从2020年的494亿美元(约合人民币3455.1亿元)增长到2025年的609亿美元(约合人民币4259.4亿美元)[1]。我国2017年化妆品包材市场销售规模从2017年72.8亿件到2021年的93.8亿件同比增长28.8%[2]。从需求角度看,中国国民消费力的稳步增长使包括珠宝首饰、化妆品等行业的市场规模在不断增长,同时这些行业的市场竞争不断加剧,劳动力成本不断上涨,环保要求不断提高,进而催生了包括中先端包装材料、包装设计、包装制造领域的大量商机[3]。


化妆品包材除了具有良好的阻隔性,功能性及装饰性也至关重要,化妆品包材形式多样主要分为主包装和辅料包装两大类。与化妆品直接接触的部分称为主包装,各类玻璃瓶、塑料瓶、软管[4]等如图1所示;不直接与化妆品接触的部分称为辅料包装,一般是各类包装盒、化妆袋、纸质标签等如图2所示。


化妆品行业常用包装材料研究现状


现阶段常见的化妆品包装材料主要有四大类:玻璃包装、塑料包装、金属包装及软包装[5]。其中,玻璃包材在化妆品中主要用于膏霜瓶、精华液、爽肤水、精油瓶等领域,玻璃包材主要由主料、辅料、特殊用料三大类组成[4];塑料包材在化妆品领域主要用于软管、膏霜瓶、吹瓶、泵头、外盖等[4];金属包材阻隔性较好,尤其是铝材对水和氧气的阻隔能力非常强,对于内装物可以起到较好保护作用[4],在化妆品领域主要用于一些精油添加类护肤品、彩妆包装盒等。其中塑料是化妆品包装的主要材质,占据市场份额超过70%(如图3所示)[5、6]。


化妆品环境包装材料


玻璃包装材料包装的产品具有无毒、无味、透明美观、阻隔性好、耐压、耐高温等优点[7],相对于塑料、纸质、金属等包装材料,玻璃包装材料化学性质较为稳定,是现阶段安全的一种包装材料。


玻璃包装常见类型


玻璃包装材料在化妆品中主要用于膏霜瓶、精华液、爽肤水、精油瓶领域。日常生活中的玻璃大多是以SiO2为主要成分的硅酸盐玻璃,属Na2O-CaO-SiO2系统。普通玻璃组成含有Na2O(12%~16%),CaO(6%~12%),SiO2(66%~75%),还有少量Al2O3,MgO等氧化物,属钠钙系玻璃。又称Na、Ca、Si玻璃(苏打玻璃、石灰玻璃)、瓶罐玻璃、器皿玻璃,玻璃类包材主要由主料、辅料、特殊用料三大类。主料主要包括硅砂(或石英粉)、纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3);辅料主要包括澄清剂(一般为liu酸盐)、助溶剂(一般为硝酸盐、硫suan盐);特殊用料(一般是氧化剂、物理脱色剂)[8]。


玻璃包装优缺点


玻璃包装是包装业中四大材料之一,市场份额占比15%。玻璃由于其自身的优良特性以及制造工艺的不断改进,现阶段玻璃包装材料依然能够满足食品、医药等大部分行业的应用[9]。玻璃包装材料主要具有以下有点:


玻璃材料具有优良的保护性能,不透气、不透湿,有紫外线屏蔽性,具有良好的化学稳定性,无毒无异味,有一定的力学强度,能有效保存内装物;


玻璃透明性好,易于造型,可以达到美化商品的功能;


玻璃包装材料可塑性较强,可以制成各种样式的包装材料,极大程度上满足商品的多样性;


玻璃的强化、轻量化技术以及复合技术已有一定发展,加强了对包装的适应性,尤其在一次性的包装材料中,玻璃材料有强档的优势。


玻璃包装材料也存在着耐冲击强度低,碰撞时易破损,运输成本高,良好的透光性会使内装物变质等缺点:


首先,环境污染严重,我国的硅质原料开采中,有10%~15%可用矿石被丢弃,硬质砂岩出产率平均不超过60%,石英砂选矿后产出率不超过70%,矿产综合利用率很低。国际上每吨日用玻璃耗费的标准煤为160kg~200kg,而我国为380kg~400kg,电能的消耗也大于,综上所述过高的能耗和资源消耗对环境污染较为严重。


如原料加工处理过程中的有害粉尘、玻璃融化过程中排放的有害气体、烟尘、废渣等,加工过程排出的废水、废油等,都对自然环境产生严重破坏;第二,生产效率较低,我国的玻璃包装工艺水平落后,产品附加值低,产品设计缺乏创意,市场竞争力不足。我国在玻璃熔炼技术、玻璃成形工艺、原材料质量控制等方面虽然取得了较大的进展,但是纵观整个国际商场我们与发大还是存在较大差距;第三,回收再利用率低,日本的玻璃回收率约为50%,德国的玻璃回收率约为80%,而我国的玻璃回收率仅20%,这样会产生大量的废弃物不利于我国的可持续发展[10-12]。


玻璃包装材料相容性研究


我国关于玻璃包装材料的法规主要集中在药品和食品领域,如《直接接触药品的包装材料和容器管理办法》(食品药品监督管理局令第13号)[13],《化学药品注射剂与塑料包装材料形容性研究技术指导原则(试行)》(国食药监注[2012]267号)[14],《定量包装商品计量监督管理办法》(总局令第75号)[15],《农产品包装和标识管理办法》(农业部令第70号)[16],《出口商品运输包装检验管理办法》(试行)[17]等,但是关于化妆品包装材料的法规却少之又少,关于化妆品玻璃包装材料相容性的研究主要参考药品、食品包装检测手段和方法[18]。


由于玻璃瓶罐在制作过程中添加较多的助剂,因此在玻璃类包材相容性检测中。


首先检测pH值、耐候性、瓶身震荡后脱落程度等内容;


其次,作为化妆品包装材料,透明玻璃制品缺少一定的美观性,在制作的过程中会添加Cu2O(使透明玻璃变成红色),CuO(使透明玻璃变成蓝绿色),CdO(使透明玻璃变成黄色)等金属物质[19]如图4所示,因此检测金属物质迁移进入化妆品;


第三,玻璃包材中会使用橡胶材料的垫圈和密封垫,橡胶类物质在合成过程中会加入各类助剂,因此检测这些助剂是否迁移进入化妆品也至关重要。


塑料包装材料


塑料包装是包装业中四大材料之一占比25%,塑料包材在化妆品领域主要用于软管、膏霜瓶、吹瓶(精华瓶、水剂瓶)、泵头、外盖等[9]。


塑料包装常见类型


常见的化妆品塑料包材主要包括:聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯(PETG)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(AS)、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚(ABS)等[2]。


(1)聚丙烯(PP),是丙烯通过加聚反应合成的聚合物。为白色蜡状材料,外观透明而轻。化学式为(C3H6)n,密度为0.89~0.91g/cm3,熔点189℃,在155℃左右软化,使用温度范围为-30~140℃。在80℃以下能耐酸、碱、盐等多种有机溶剂的腐蚀,能在高温和氧化作用下分解[20]。


缺点主要包括:高温刚性不足,低温发脆;耐环境能力差,室外使用,易变黄变色发脆;抗拉强度的各向异性大,制品易变形,连续使用温度低,不难长期载荷[21]。现阶段聚丙烯材料在化妆品领域主要用于霜膏瓶、乳液瓶、瓶盖、睫毛膏容器等[2]如图5所示。

 


(2)聚乙烯(PE)是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。为乳白色半透明,有蜡状滑腻感,易燃烧、耐腐蚀、电绝缘性良好[22]。聚乙烯常见类型如下:低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、氯化聚乙烯(CPE)、交联聚乙烯(PEX)[23]。现阶段聚乙烯在化妆品包材中主要用于软管、乳液瓶、瓶盖等[2]如图6所示。

 

(3)聚苯乙烯(PS)由苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物,无色透明的热塑性塑料。通式[(CH2CHC6H5)n],无臭、无色、无味、透明、易燃、无延展性。聚苯乙烯包括普通聚苯乙烯、发泡聚苯乙烯(ESP)、高冲击聚苯乙烯(HIPS)及见规聚苯乙烯(SPS)[23]。聚苯乙烯在化妆品中主要用于乳液瓶、霜膏瓶、唇彩瓶、眼影盒包材[2]如图7所示。


(4)聚对苯二甲酸类塑料主要包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)。聚对苯二甲酸乙二醇酯俗称涤纶树脂,是对苯二甲酸与乙二醇的缩聚物。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)电绝缘性能好,受温度影响小,但是耐电晕性较差;耐化学腐蚀性相对其他热塑性树脂稍差,不宜在浓酸、浓碱环境中工作;耐热性好,长期使用温度在120℃左右,熔点260℃;耐蠕变、抗疲劳性、耐摩擦性好、磨耗小而硬度高;有强韧性、较强吸水性等特点[23]。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)在化妆品中主要用于乳液瓶、霜膏瓶、化妆袋等包装材料如图8所示。


(5)聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯(PETG),是一种非结晶共聚酯,PETG常用的共聚单体为1,4-环己烷二甲醇(CHDM),全称为聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯。由对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)、1,4-环己烷二甲醇(CHDM)三种单体进行缩聚的产物,与PET比较多了1,4-环己烷二甲醇共聚单体,与PCT比多了乙二醇共聚单体,因此,PETG的性能和PET、PCT大不相同。至今全球仅有美国伊士曼、韩国SK两家公司技术比较成熟。PETG其制品高度透明,韧性好,适宜成型后壁透明制品,PETG加工成形性能,能够按照设计者的意图进行任意形状设计,可以采用传统的挤出、注塑、吹塑及吸塑等成型方法。PETG在化妆品中主要用于香水瓶、瓶盖、化妆品瓶和瓶盖、口红管、化妆盒、除臭剂包装、爽身粉瓶和眼线笔套等[24]如图9所示。


塑料包装优缺点


随着树脂合成技术的发展,塑料包装的优势越来越突出:首先,塑料具有优良的物理机械性能,如有一定的强度、弹性、耐折叠、耐摩擦、抗震动、防潮,还有较好的气体阻漏性等;塑料的化学稳定性好。耐酸碱、耐化学试剂、耐油脂、防腐蚀、无毒等;塑料属于轻质材料。比重约为1g/cm3,约为金属的1/5、玻璃的1/2;塑料的加工成型技术简单,可以制成多种形态的包装。塑料的成型技术有多种,如吹塑、挤压、铸塑、真空、热收缩、拉伸等,利用这些技术可以将其制成薄膜、片材、管材、编织布、无纺布、发泡材料等;塑料具有优良的透光性和表面光泽的,印刷和装饰性能良好[22、23、25]。

塑料作为包装材料也存在着很多缺点与不足,强度不如钢铁,耐热性不及玻璃,在外界因素长期作用下容易老化,有些塑料有异味,废弃物难处理、易产生公害等。


塑料包装材料相容性研究


化妆品包装与其内容物的相容性广义上指塑料包装与化妆品之间的相互影响,包括化学相容性、物理相容性、生物相容性[26]。以聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)树脂为例,合成过程中反应不*就会残留苯乙烯、氯乙烯等小分子单体迁移进入内容物进一步对人体造成伤害;再比如PET树脂的原料之一是乙二醇,在反应过程中后处理若不到位,会残留一定量的二甘醇,而二甘醇能与水混合,水又是化妆品配料中*的一部分,因此混入二甘醇的化妆品对人体也有伤害[2、27、28]。但是随着近些年塑料包材合成技术的不断进步,这些在高分子化合物聚合过程中和加工成型过程中产生的有害物质都是极其微量的,对人体的伤害也是微乎其微的,塑化剂才是塑料包材对人体造成伤害的“罪魁祸首"。


为了提高树脂的可塑性,在合成的过程中都要加入一定量的塑化剂以增加塑料的延展性和柔韧性,使树脂具有优良的加工性。现阶段用到的增塑剂主要有邻苯二甲酸酯类、蒽油、磷酸酯类等。以邻苯二甲酸酯类为例,是现阶段使用广泛、增塑效果好的一类增塑剂,但是这类增塑剂对人体生殖健康有很大影响,现已被严格限用、禁用。蒽油含有大量的多环芳烃,具有生理毒性,也已经被限用、禁用[28、29]。因此在研究塑料包装材料相容性时除了要考虑有害物质的迁移,增塑剂也是包材相容性检测的重中之重。


展望


随着时代的进步、科技的发展,化妆品已经不是简单的美妆产品,我们赋予它更多的可能性:可以自行修复表皮细胞,增强皮肤调节能力,有助于皮肤恢复的智能性化妆品;增强人体表皮细胞能量,有利于皮肤吸收营养成分的能量性化妆品;敏感肌救星的天然性化妆品,这些都会成为未来化妆品的趋势。

作为盛放化妆品的容器——化妆品包装材料,肩负着安全、绿色、环保、可回收的责任,现阶段我国的化妆品包材法规监管较为薄弱,相较于食品、药品包材完善的法律、法规,化妆品包材只有在现行《化妆品安全技术规范》(2015年版)中规定“直接接触化妆品的包装材料应当安全,不得与化妆品发生化学反应,不得迁移或者释放对人体产生危害的有毒有害物质"。后续应该出台一系列包材相关的法律法规,规范市场、壮大市场、繁荣市场。

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