Stabilisants, colorants, agents anti-UV, anti-oxydants… Il existe de nombreux additifs différents qui peuvent être ajoutés aux plastiques polymères pour améliorer leurs propriétés et leurs performances.
Quels sont-ils ? Quelles sont leurs fonctions ? Et comment peut-on les identifier afin de les intégrer dans une évaluation toxicologique d’un produit cosmétique ?
Qu’appelle-on des additifs ?
En premier lieu, il convient de définir ce qu’on appelle des additifs. Les additifs qui sont des substances chimiques qui peuvent être intégrer à des formulations polymères et plastiques. Ils apportent des bénéfices au packaging d’un produit cosmétique, que ce soit en termes physiques, chimiques, mécaniques…
Cependant, certains d’entre eux peuvent être potentiellement toxiques pour la santé humaine, ou avoir des effets néfastes sur l’environnement, notamment en raison de leur concentration. C’est pourquoi il est important de les employer à bon escient, avec précaution et de s’assurer qu’ils sont éliminés de manière appropriée après utilisation.
Les additifs les plus courants dans les polymères plastiques :
- Plastifiants sont utilisés pour rendre les emballages plus souples et plus flexibles. Exemples : phtalates, adipates, citrates, etc.
- Agents anti-UV sont employés pour protéger, eux, le packaging contre les effets néfastes des rayons UV. Cela peut entraîner une décoloration ou une dégradation. Exemples : benzophénone, benzotriazole, HALS (stabilisateurs de lumière à base d’absorbeurs de radicaux), etc.
- Stabilisants thermiques et antioxydants aident à prévenir la dégradation du matériau lorsqu’il est exposé à des températures élevées ou à une oxydation. Cela peut conduire à une décoloration, une fragilisation ou une détérioration. Exemples : phosphites, phosphates, amides, stéarate de calcium, Irganox®, Irgafos®, etc.
- Agents de renforcement pour améliorer la résistance mécanique du plastique, comme la résistance à la traction, la flexibilité, la dureté, etc. Exemples : fibres de verre, charges minérales, nanoparticules, etc.
- Les colorants sont ajoutés pour donner une couleur spécifique au packaging cosmétique. Exemples : pigments organiques et inorganiques, colorants liquides, etc.
- Agents ignifuges permettent, quant à eux, de rendre le plastique ignifuge et de retarder la propagation des flammes. Exemples : dérivés bromés, chlorés, phosphorés, etc.
- Agents antistatiques empêchent la charge électrostatique de s’accumuler sur la surface du plastique. Exemples : amides, esters, sels quaternaires d’ammonium, etc.
- Lubrifiants et agents démoulants sont utilisés pour améliorer les propriétés de traitement du plastique lors de la production (écoulement, réduction de la friction, etc). Exemples : acides gras, acides stéariques, cires, etc.
La concentration des additifs dans les matières plastiques peut varier en fonction de leur type et de leur fonction. En général, les additifs sont présents dans les plastiques à des concentrations relativement faibles, généralement inférieures à 5% (m/m), mais cela peut varier en fonction de l’application spécifique du plastique.
Comment identifier et analyser les additifs de vos matériaux packaging ?
En premier lieu, il existe différentes techniques séparatives (chromatographiques) pour analyser les additifs dans les plastiques, selon le type d’additif et la quantité à détecter.
En effet, pour les additifs volatiles et semi-volatiles, les techniques à privilégier sont :
Chromatographies en phase gazeuse (GC) : HS-GC/MS, GC/MS, GC-MS/MS, Pyrolyse-GC/MS
Cette méthode permet de séparer les différents composants d’un échantillon de plastique en utilisant une colonne de chromatographie et un solvant. Les additifs peuvent être détectés et quantifiés en fonction de leur temps de rétention.
Les substances visées par cette technique sont les plastifiants (tels que le dioctylphtalate (DOP) et le dibutylphtalate (DBP)), les retardateurs de flamme (tétrabromobisphénol A (TBBPA)…), les agents antistatiques (stéarate de zinc), les agents aromatiques et les parfums.
Toutefois, pour les additifs non-volatiles, les techniques qui sont à privilégier sont :
Chromatographies en phase liquide (LC) : LC-UV, LC-ELSD, LC-RI, LC/MS, LC-MS/MS, LC-QTOF/MS, LC-ORBITRAP/MS
Cette méthode permet, quant à elle, de séparer les différents composants d’un échantillon de packaging en utilisant une colonne de chromatographie et un solvant. Les additifs peuvent être détectés et quantifiés en fonction de leur temps de rétentionE.
QTOF, ORBITRAP… Pourquoi passer par de la Haute Résolution ?
Tout d’abord, la spectrométrie de masse haute résolution (HR-MS) est une technique d’analyse chimique avancée qui permet de mesurer avec précision les masses moléculaires des composés présents dans un échantillon. Cette précision est obtenue grâce à la présence d’un détecteur de haute résolution, tel que l’ORBITRAP ou le temps de vol QTOF (Quadrupole Time of Flight)).
Ensuite, l’HR-MS est très utile pour l’identification de composés inconnus dans un échantillon et pour la caractérisation de mélanges complexes de composés… notamment au sein d’un packaging cosmétique.
Finalement, les deux techniques de spectrométrie de masse haute résolution (QTOF et Orbitrap), ont des avantages et des inconvénients distincts.
Avantages et inconvénients
En effet, l’avantage du QTOF c’est sa capabilité de fournir des résultats avec une résolution de masse élevée, une haute sensibilité, une grande précision de mesure et une linéarité étendue. Aussi, il est capable d’effectuer des analyses rapides, ce qui est très utile dans les applications de routine.
Quant à l’Orbitrap, il est souvent considéré comme ayant une sensibilité et une sélectivité encore meilleures que le QTOF. De plus, il est capable d’analyser des échantillons très complexes et hétérogènes, tels que les mélanges de polymères.
Ces deux techniques sont très complémentaires dans l’identification d’additifs dans les matériaux packaging ; le choix de l’une ou de l’autre technique dépendra de la nature de l’échantillon, des composés recherchés…
D’autre part, il existe des bases de données d’additifs pour les packagings qui peuvent être utilisées pour identifier les additifs présents dans les plastiques et pour obtenir des informations sur leurs propriétés.
La solution : faire appel à un laboratoire spécialisé et expérimenté
Pour conclure, en fonction des besoins et des applications, de nombreuses méthodes et techniques d’analyses peuvent être employées pour caractériser les additifs au sein d’un matériau packaging :
- Identification des additifs par GC/MS, LC-QTOF, LC-ORBITRAP…
- Détermination de la teneur en additifs d’un packaging cosmétique
- Analyse chimique de vernis et résine
- Analyse de polymères
- Déformulation de produit pour évaluer la présence d’additifs
- Analyse chimique sur-mesure
- Extractibles et Relargables
