Le prestazioni di barriera del flacone cosmetico sono un requisito importante per la funzione protettiva dell'imballaggio.
I materiali di imballaggio per i cosmetici sono per lo più realizzati con materiali polimerici come il polietilene (PE), ma quando si tratta di buone proprietà barriera, il polipropilene (PP), il polietilene tereftalato (PET) e il polietilene-vinil alcol copolimero (EVOH) sono materiali che menzioniamo spesso.
La microstruttura della plastica dimostra che i materiali plastici non sono "impermeabili all'aria". Possiamo osservare la superficie dei materiali PE e PP con un microscopio elettronico ad alta potenza e possiamo vedere che ci sono dei fori nei materiali, il che è sufficiente per farci capire che i materiali plastici hanno di per sé un certo grado di permeabilità.
È necessario considerare le proprietà barriera del packaging cosmetico? La risposta è sì. Infatti, nello sviluppo del packaging alimentare, la proprietà barriera del packaging è importante quanto la proprietà sigillante. Svolge un ruolo nel preservare la qualità, la freschezza, il sapore e la durata di conservazione del cibo. Tuttavia, nello sviluppo del packaging cosmetico, la sigillabilità viene spesso enfatizzata trascurando la proprietà barriera della confezione. Questo è il motivo per cui nello sviluppo cosmetico attuale, si incontrano prodotti in crema o lozione con una buona sigillabilità complessiva del packaging. Dopo un certo periodo di tempo, si è scoperto che la consistenza della crema diventava sempre più densa, fino a diventare inutilizzabile; c'erano anche alcune formule contenenti sostanze attive organiche volatili, che penetravano lentamente attraverso i materiali di confezionamento, con conseguente mancanza di principi attivi corrispondenti. Pertanto, la funzione barriera del packaging deve essere considerata nello sviluppo del packaging cosmetico al fine di garantire una buona sensazione sulla pelle, un buon effetto di conservazione e prolungare la durata di conservazione del prodotto. Solo comprendendo correttamente la definizione delle proprietà barriera e del meccanismo di permeazione dei materiali, nonché comprendendo i fattori che influenzano le proprietà barriera dei materiali polimerici, possiamo scegliere materiali di imballaggio con proprietà barriera adatte alle effettive esigenze nello sviluppo di imballaggi cosmetici, in modo da ottenere buoni risultati.
Esistono documenti nel campo della ricerca sui polimeri che indicano che affinché i materiali polimerici abbiano buone proprietà barriera, devono avere le seguenti proprietà strutturali:
1. Un certo grado di polarità. Ad esempio, nella catena molecolare sono presenti atomi di fluoro, gruppi ossidrilici e gruppi estere; come mostrato nella Tabella 1, le proprietà di barriera all'ossigeno dell'alcol polivinilico con gruppi ossidrilici sui gruppi laterali della catena molecolare sono significativamente migliori rispetto al polietilene.
2. La catena polimerica ha un'elevata rigidità ed è inerte alla permeazione;
3. Grazie alla simmetria, all'ordine, alla cristallinità o all'orientamento delle molecole, le catene polimeriche hanno la capacità di compattarsi strettamente; alcuni polimeri possono avere diversi gradi di cristallinità. Un'elevata cristallinità può conferire migliori proprietà barriera. La Tabella 2 seguente confronta le proprietà barriera ai gas delle poliolefine a diversi livelli di cristallinità. In generale, una maggiore cristallinità comporta una minore permeabilità.
L'orientamento delle catene molecolari polimeriche ha una grande influenza sulle sue proprietà barriera. Per i polimeri amorfi, l'orientamento delle catene molecolari può ridurre la penetrazione del 10-15%. Per i polimeri cristallini, si può osservare una riduzione di oltre il 50%. L'orientamento ha una relazione speciale con il processo di soffiaggio della bottiglia. Pertanto, è più efficace migliorare le prestazioni barriera della bottiglia controllando l'orientamento durante il processo di soffiaggio piuttosto che applicare un rivestimento barriera all'esterno della bottiglia. Ad esempio, le proprietà barriera all'ossigeno dei materiali PP, PS e PET dopo l'orientamento sono notevolmente migliorate rispetto a quelli senza orientamento, e l'allungamento. La proprietà barriera del PET con un tasso del 500% è quasi il 50% superiore a quella prima non orientata.
4. Esiste una forza di legame o attrazione tra la catena polimerica e la catena;
5. Elevata temperatura di transizione vetrosa
In generale, i polimeri lineari con strutture molecolari semplici avranno uno stato di impilamento regolare e una maggiore capacità di barriera, ma lo scheletro della catena principale contiene grandi basi di misurazione, il che causa una scarsa regolarità di impilamento e una ridotta capacità di barriera.
Anche i diversi processi di lavorazione e stampaggio dei materiali influiscono sulle proprietà barriera dei materiali. Scegliere polimeri con caratteristiche diverse e utilizzare metodi di lavorazione appropriati per ottenere materiali barriera con eccellenti prestazioni complessive. Ad esempio, le proprietà barriera di LLDPE e LDPE sono inferiori a quelle dell'HDPE. Nell'applicazione di tubi monostrato, LLDPE, LDPE e HDPE possono essere miscelati fisicamente per produrre un pacchetto di tubi flessibili che presenta una certa proprietà barriera ed è facile da saldare a caldo; ad esempio, l'EVOH è un copolimero di etilene/alcol vinilico, che presenta una struttura a catena. Il polimero cristallino combina la buona lavorabilità del polietilene e le elevatissime proprietà barriera ai gas dell'alcol polivinilico. La presenza di segmenti polari di alcol vinilico nella catena molecolare lo rende idoneo anche per solventi non polari come gli idrocarburi. Proprietà barriera. La presenza di segmenti di etilene non polari può migliorare le sue proprietà barriera ai solventi polari come l'acqua. Tuttavia, sono presenti gruppi ossidrilici nella struttura molecolare delle resine EVOH. Le resine EVOH sono idrofile e igroscopiche. Dopo assorbendo l'umidità, le prestazioni di barriera ai gas saranno influenzate, quindi è necessario utilizzare la tecnologia multistrato per avvolgere lo strato di resina EVOH con una resina con una forte barriera all'umidità come la poliolefina per creare un materiale composito con eccellenti proprietà di barriera complete.
l'applicazione di materiali barriera nel packaging cosmetico
Attualmente, l'applicazione di materiali di imballaggio barriera nel settore del packaging cosmetico è in fase di crescente utilizzo. I materiali ad alta barriera comunemente utilizzati in ambito domestico includono lamine di alluminio, alcol polivinilico (PVA), copolimero etilene-alcol vinilico (EVOH), nylon (PA), polietilene tereftalato (PET), ecc. Lamine di alluminio, PVA ed EVOH sono materiali ad alta barriera, mentre PA e PET hanno proprietà barriera simili e sono materiali a media barriera.
Per il confezionamento dei cosmetici in tubi flessibili, se il prodotto stesso ha elevate proprietà barriera, vengono solitamente utilizzati i seguenti tre tipi di tubi flessibili in plastica barriera.
1. Tubo composito alluminio-plastica, la cui struttura tipica è PE/PE+EAA/AL/PE+EAA/PE, costituito da un foglio di alluminio e da una pellicola di plastica mediante coestrusione e assemblati in fogli e poi tubi. La barriera principale è: la proprietà barriera dello strato di foglio di alluminio dipende principalmente dal grado di microforatura del foglio di alluminio. All'aumentare dello spessore del foglio di alluminio, aumenta anche la proprietà barriera;
2. Tubo composito barriera interamente in plastica, la cui struttura tipica è PE/PE/EVOH/PE/PE, tutti composti da plastica, e il cui strato barriera è solitamente EVOH o PET ossidato. All'aumentare dello spessore dell'EVOH, la barriera aumenta;
3. Tubo flessibile in plastica coestrusione con struttura a cinque strati, la cui struttura tipica è PE/MAH-PE/EVOH/MAH-PE/PE, che è costituito da più materie plastiche insieme mediante estrusione a vite in una sola volta per creare un foglio, anch'esso realizzato in EVOH per l'effetto barriera.
Per il confezionamento in pellicola di cosmetici
I film barriera più comuni includono film barriera per coestrusione, film barriera per laminazione (compositi a secco, compositi senza solventi, compositi adesivi hot melt, compositi per estrusione) e film barriera per deposizione da vapore (placcatura in alluminio sotto vuoto), placcatura in ossido di alluminio, placcatura in ossido di silicio), realizzati rispettivamente con metodo di coestrusione, metodo di laminazione, metodo di rivestimento e metodo di evaporazione. Il processo non verrà descritto in dettaglio in questa sede. La struttura comunemente utilizzata nei film cosmetici è PET/AL/PE, PET/Al/CPP, PET/VMPET/PE, PET/EVOH/PE e altre buste composite a tre strati e PET/Al/PET/PE, PET/PE/AL/PE/CPP e altre strutture multistrato. Fondamentalmente, come strati barriera vengono utilizzati fogli di alluminio, EVOH e PET alluminizzato. Nelle applicazioni pratiche, è possibile selezionare una struttura di film barriera adatta considerando in modo completo le proprietà barriera, le proprietà di termosaldatura, la facilità di strappo e i costi del prodotto.