Analizzare gli additivi dei materiali di packaging

Packaging cosmetico: gli additivi da analizzare in laboratorio

Stabilizzanti, coloranti, agenti anti-UV, antiossidanti… Esistono numerosi additivi diversi che possono essere aggiunti alle materie plastiche polimeriche per migliorarne le proprietà e le prestazioni.

Quali sono? Quali sono le loro funzioni e proprietà? E come si possono identificare?

Cosa si intende per additivi?

Innanzitutto, occorre definire cosa si intende per additivi. Gli additivi, che sono sostanze chimiche, possono essere integrati nelle formulazioni polimeriche e plastiche.

Essi apportano benefici al packaging di un prodotto cosmetico, sia in termini fisici, chimici, meccanici…

Perché analizzarli?

Se questi additivi sono indispensabili per ottenere materiali performanti e adatti alle esigenze dei brand, il loro utilizzo implica anche un controllo rigoroso.

La loro natura chimica può influenzare la compatibilità con la formula del prodotto
La loro concentrazione deve essere controllata per ottimizzare le prestazioni e la conformità del packaging
La loro evoluzione nel tempo può comportare fenomeni di migrazione verso la formula cosmetica
Alcuni additivi possono interagire con gli ingredienti del prodotto, modificandone la stabilità o l’odore.
Possono inoltre influire sulla riciclabilità o sulla durabilità del packaging
La loro presenza e il loro dosaggio devono rispondere ai requisiti normativi specifici del settore cosmetico.

Gli additivi più comuni nei polimeri plastici:

I plastificanti
sono utilizzati per rendere gli imballaggi più morbidi e flessibili.
Esempi: ftalati, DEHP, DBP, TOTM, ecc.

Gli agenti anti-UV
sono impiegati per proteggere il packaging dagli effetti nocivi dei raggi UV.
Esempi: Benzofenone-3, Tinuvin 770, Tinuvin 622, Chimassorb 944, Tinuvin 327, Tinuvin 328, Tinuvin P

Gli stabilizzanti termici e antiossidanti
aiutano a prevenire la degradazione del materiale quando è esposto ad alte temperature o all’ossidazione. Esempi : Irganox® (Irganox 1010, Irganox 1076, Irganox 3114), Irgafos® (Irgafos 168), fosfito di trifenile (TPP), BHT ecc.

Agenti di rinforzo
per migliorare la resistenza meccanica della plastica, come la resistenza alla trazione, la flessibilità, la durezza, ecc. Esempi: fibre di vetro, cariche minerali, nanoparticelle, ecc.

I coloranti
vengono aggiunti per dare un colore specifico al packaging cosmetico.
Esempi: pigmenti organici e inorganici, coloranti liquidi, ecc.

Agenti antistatici
impediscono l’accumulo di carica elettrostatica sulla superficie della plastica. Esempi: ammidi, esteri, sali di ammonio quaternario, ecc.

Lubrificanti e agenti distaccanti
sono utilizzati per migliorare le proprietà di lavorazione della plastica durante la produzione (scorrimento, riduzione dell’attrito, ecc). Esempi: acidi grassi, acidi stearici, cere, ecc.

Come identificare e analizzare gli additivi dei vostri materiali di packaging?

Innanzitutto, esistono diverse tecniche separative (cromatografiche) per analizzare gli additivi nelle plastiche, a seconda del tipo di additivo e della quantità da rilevare.

Infatti, per gli additivi volatili e semivolatili, le tecniche da privilegiare sono:

Cromatografie in fase gassosa (GC) : HS-GC/MS, GC/MS, GC-MS/MS, Pirolisi-GC/MS
Questo metodo consente di separare i diversi componenti di un campione di plastica utilizzando una colonna cromatografica e un solvente. Gli additivi possono essere rilevati e quantificati in base al loro tempo di ritenzione.

Tuttavia, per gli additivi non volatili, le tecniche da privilegiare sono:

Cromatografie in fase liquida (LC): LC-UV, LC-ELSD, LC-RI, LC/MS, LC-MS/MS, LC-QTOF/MS, LC-ORBITRAP/MS
Questo metodo consente, a sua volta, di separare i diversi componenti di un campione di packaging utilizzando una colonna cromatografica e un solvente. Gli additivi possono essere rilevati e quantificati in base al loro tempo di ritenzione.

QTOF, ORBITRAP… Perché ricorrere all’Alta Risoluzione?

Innanzitutto, la spettrometria di massa ad alta risoluzione (HR-MS) è una tecnica avanzata di analisi chimica che consente di misurare con precisione le masse molecolari dei composti presenti in un campione. Questa precisione è ottenuta grazie alla presenza di un rivelatore ad alta risoluzione, come l’ORBITRAP o il tempo di volo QTOF (Quadrupole Time of Flight)).

Inoltre, l’HR-MS è molto utile per l’identificazione di composti sconosciuti in un campione e per la caratterizzazione di miscele complesse di composti… in particolare all’interno di un packaging cosmetico.

Infine, le due tecniche di spettrometria di massa ad alta risoluzione (QTOF e Orbitrap) presentano vantaggi e svantaggi distinti.

Vantaggi e svantaggi

In effetti, il vantaggio del QTOF è la sua capacità di fornire risultati con un’elevata risoluzione di massa , un’elevata sensibilità, una grande precisione di misura e un’ampia linearità. Inoltre, è in grado di eseguire analisi rapide, il che è molto utile nelle applicazioni di routine.

Per quanto riguarda l’Orbitrap, è spesso considerato dotato di una sensibilità e di una selettività ancora migliori rispetto al QTOF. Inoltre, è in grado di analizzare campioni molto complessi ed eterogenei, come le miscele di polimeri.

Queste due tecniche sono molto complementari nell’identificazione degli additivi nei materiali di packaging; la scelta dell’una o dell’altra tecnica dipenderà dalla natura del campione, dai composti ricercati…

D’altra parte, esistono banche dati di additivi per il packaging che possono essere utilizzate per identificare gli additivi presenti nelle plastiche e per ottenere informazioni sulle loro proprietà.

La soluzione: rivolgersi a un laboratorio specializzato ed esperto

In conclusione, in funzione delle esigenze e delle applicazioni, numerosi metodi e tecniche di analisi possono essere impiegati per caratterizzare gli additivi all’interno di un materiale di packaging: