Analyse von Verpackungsmaterial-Additiven

Kosmetikverpackungen: Die im Labor zu analysierenden Additive

Stabilisatoren, Farbstoffe, UV-Schutzmittel, Antioxidantien… Es gibt viele verschiedene Additive, die Polymerkunststoffen zugesetzt werden können, um ihre Eigenschaften und ihre Leistungsfähigkeit zu verbessern.

Welche sind das? Welche Funktionen und Eigenschaften haben sie? Und wie kann man sie identifizieren?

Was versteht man unter Additiven?

Zunächst gilt es zu definieren, was man unter Additiven versteht. Die Additive, die chemische Substanzen sind, können in Polymer- und Kunststoffformulierungen eingearbeitet werden.

Sie bringen Vorteile für die Verpackung eines Kosmetikprodukts, sei es in physikalischer, chemischer oder mechanischer Hinsicht…

Warum sollten sie analysiert werden?

Wenn diese Additive unerlässlich sind, um leistungsfähige Materialien zu erhalten, die den Anforderungen der Marken entsprechen, erfordert ihr Einsatz auch eine strenge Kontrolle.

Ihre chemische Natur kann die Verträglichkeit mit der Produktformel beeinflussen
Ihre Konzentration muss kontrolliert werden, um die Leistung und Konformität der Verpackung zu optimieren
Ihre Veränderung im Laufe der Zeit kann zu Migrationsphänomenen in die kosmetische Formulierung führen
Einige Additive können mit den Inhaltsstoffen des Produkts interagieren und dabei dessen Stabilität oder Geruch verändern.
Sie können auch die Recyclingfähigkeit oder Haltbarkeit der Verpackung beeinträchtigen
Ihr Vorhandensein und ihre Dosierung müssen den spezifischen regulatorischen Anforderungen des Kosmetiksektors entsprechen.

Die häufigsten Additive in Kunststoffpolymeren:

Weichmacher
werden verwendet, um Verpackungen weicher und flexibler zu machen.
Beispiele: Phthalate, DEHP, DBP, TOTM usw.

UV-Schutzmittel
werden eingesetzt, um die Verpackung vor den schädlichen Auswirkungen von UV-Strahlen zu schützen.
Beispiele: Benzophenon-3, Tinuvin 770, Tinuvin 622, Chimassorb 944, Tinuvin 327, Tinuvin 328, Tinuvin P

Wärmestabilisatoren und Antioxidantien
helfen, den Abbau des Materials zu verhindern, wenn es hohen Temperaturen oder Oxidation ausgesetzt ist. Beispiele : Irganox® (Irganox 1010, Irganox 1076, Irganox 3114), Irgafos® (Irgafos 168), Triphenylphosphit (TPP), BHT usw.

Verstärkungsadditive
zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs, wie Zugfestigkeit, Flexibilität, Härte usw. Beispiele: Glasfasern, mineralische Füllstoffe, Nanopartikel usw.

Farbstoffe
werden hinzugefügt, um der Kosmetikverpackung eine bestimmte Farbe zu verleihen.
Beispiele: organische und anorganische Pigmente, flüssige Farbstoffe usw.

Antistatische Mittel
verhindern, dass sich elektrostatische Ladung auf der Oberfläche des Kunststoffs ansammelt. Beispiele: Amide, Ester, quartäre Ammoniumsalze usw.

Schmiermittel und Entformungsmittel
werden verwendet, um die Verarbeitungseigenschaften des Kunststoffs während der Produktion zu verbessern (Fließfähigkeit, Verringerung der Reibung usw.). Beispiele: Fettsäuren, Stearinsäuren, Wachse usw.

Wie identifiziert und analysiert man die Additive Ihrer Verpackungsmaterialien?

Zunächst gibt es verschiedene Trenntechniken (chromatographische Verfahren), um Additive in Kunststoffen zu analysieren, je nach Art des Additivs und der nachzuweisenden Menge.

Für flüchtige und halbflüchtige Additive sind insbesondere folgende Techniken zu bevorzugen:

Gaschromatographien (GC) : HS-GC/MS, GC/MS, GC-MS/MS, Pyrolyse-GC/MS
Diese Methode ermöglicht es, die verschiedenen Bestandteile einer Kunststoffprobe mithilfe einer Chromatographiesäule und eines Lösungsmittels zu trennen. Die Additive können anhand ihrer Retentionszeit nachgewiesen und quantifiziert werden.

Für nichtflüchtige Additive sind hingegen folgende Techniken zu bevorzugen:

Flüssigchromatographien (LC): LC-UV, LC-ELSD, LC-RI, LC/MS, LC-MS/MS, LC-QTOF/MS, LC-ORBITRAP/MS
Diese Methode ermöglicht es wiederum, die verschiedenen Bestandteile einer Verpackungsprobe mithilfe einer Chromatographiesäule und eines Lösungsmittels zu trennen. Die Additive können anhand ihrer Retentionszeit nachgewiesen und quantifiziert werden.

QTOF, ORBITRAP… Pourquoi passer par de la Haute Résolution ?

Zunächst ist die Hochauflösungs-Massenspektrometrie (HR-MS) eine fortschrittliche chemische Analysetechnik, mit der sich die Molekülmassen der in einer Probe enthaltenen Verbindungen präzise messen lassen. Diese Genauigkeit wird durch einen Hochauflösungsdetektor wie das ORBITRAP oder die Flugzeit-QTOF (Quadrupole Time of Flight) erreicht.

Anschließend ist HR-MS sehr nützlich für die Identifizierung unbekannter Verbindungen in einer Probe und für die Charakterisierung komplexer Verbindungsgemische… insbesondere innerhalb einer Kosmetikverpackung.

Letztlich haben die beiden Techniken der Hochauflösungs-Massenspektrometrie (QTOF und Orbitrap) unterschiedliche Vor- und Nachteile.

Vor- und Nachteile

Tatsächlich liegt der Vorteil von QTOF darin, dass es in der Lage ist, Ergebnisse mit hoher Massenauflösung, hoher Empfindlichkeit, großer Messgenauigkeit und großem linearen Dynamikbereich zu liefern. Außerdem ist es in der Lage, schnelle Analysen durchzuführen, was in Routineanwendungen sehr nützlich ist.

Was das Orbitrap betrifft, wird es oft als ein System angesehen, das eine noch höhere Empfindlichkeit und Selektivität als QTOF bietet. Darüber hinaus ist es in der Lage, sehr komplexe und heterogene Proben wie Polymermischungen zu analysieren.

Diese beiden Techniken ergänzen sich bei der Identifizierung von Additiven in Verpackungsmaterialien sehr gut; die Wahl der einen oder anderen Technik hängt von der Art der Probe, den gesuchten Verbindungen …

Abgesehen davon gibt es Datenbanken für Verpackungsadditive, die verwendet werden können, um in Kunststoffen vorhandene Additive zu identifizieren und Informationen über ihre Eigenschaften zu erhalten.

Die Lösung: die Beauftragung eines spezialisierten und erfahrenen Labors

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass je nach Bedarf und Anwendung zahlreiche Analyseverfahren und -techniken eingesetzt werden können, um Additive in einem Verpackungsmaterial zu charakterisieren: