Analyser les additifs de matériaux packaging

Packaging cosmétique : les additifs à analyser en laboratoire

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 propriétés ? Et comment peut-on les identifier ?

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 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…

Pourquoi les analyser ?

Si ces additifs sont indispensables pour obtenir des matériaux performants et adaptés aux exigences des marques, leur utilisation implique également un contrôle rigoureux.

Leur nature chimique peut influencer la compatibilité avec la formule du produit
Leur concentration doit être maîtrisée pour optimiser la performance et la conformité du packaging
Leur évolution dans le temps peut entraîner des phénomènes de migration vers la formule cosmétique
Certains additifs peuvent interagir avec les ingrédients du produit, modifiant sa stabilité ou son odeur.
Ils peuvent également impacter la recyclabilité ou la durabilité du packaging
Leur présence et leur dosage doivent répondre aux exigences réglementaires spécifiques au secteur cosmétique.

Les additifs les plus courants dans les polymères plastiques :

Plastifiants
sont utilisés pour rendre les emballages plus souples et plus flexibles.
Exemples : phtalates, DEHP, DBP, TOTM, etc.

Agents anti-UV
sont employés pour protéger, eux, le packaging contre les effets néfastes des rayons UV.
Exemples : Benzophénone-3, Tinuvin 770, Tinuvin 622, Chimassorb 944, Tinuvin 327, Tinuvin 328, Tinuvin P

Stabilisants thermiques et antioxydants
aident à prévenir la dégradation du matériau lorsqu’il est exposé à des températures élevées ou à une oxydation. Exemples : Irganox® (Irganox 1010, Irganox 1076, Irganox 3114), Irgafos® (Irgafos 168), Triphenyl phosphite (TPP), BHT 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 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.

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.

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 rétention.

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 :