یک بطری ضد آفتاب EVOH از یک دیواره چند لایه هم اکسترود شده استفاده می کند که دارای یک لایه مانع اتیلن وینیل الکل (EVOH) است تا از فرمول های ضد آفتاب در برابر نفوذ اکسیژن، تخریب اشعه ماوراء بنفش و تعامل شیمیایی با دیواره ظرف محافظت کند. EVOH نرخ انتقال اکسیژن را به اندازه 0.01-0.1 cc·mm/(m²·day·atm) فراهم میکند. - بسیار برتر از بطری های استاندارد HDPE یا PET - آن را به مواد بسته بندی انتخابی برای فرمولاسیون های ضد آفتاب با SPF بالا، حساس به مواد فعال و طبیعی یا ارگانیک تبدیل می کند که در بطری های پلاستیکی معمولی به سرعت تخریب می شوند.
چرا بطری های پلاستیکی استاندارد برای ضد آفتاب های درجه یک کافی نیستند؟
فرمول های ضد آفتاب امولسیون های پیچیده شیمیایی حاوی فیلترهای UV، آنتی اکسیدان ها، نرم کننده ها و اغلب عصاره های عطری یا گیاهی هستند. این مواد در برابر دو مسیر تخریب اولیه بسیار حساس هستند که بسته بندی پلاستیکی تک لایه معمولی قادر به رفع آنها نیست:
- نفوذ اکسیژن: حتی مقدار کمی از اکسیژن ورودی، مواد غیراشباع - ویتامین E، رتینیل پالمیتات، روغنهای گیاهی - را اکسید میکند و باعث ترشیدگی، تغییر رنگ و کاهش SPF میشود. یک بطری استاندارد HDPE اجازه می دهد 150–500 سی سی/(متر مربع· روز) انتقال اکسیژن؛ لایه های EVOH این میزان را به کمتر از 1 سی سی/(m²·day) در ضخامت دیواره مشابه کاهش می دهند.
- فعل و انفعالات شیمیایی و پوست سر: پلی اتیلن و پلی پروپیلن تک لایه، مولکول های معطر (پوست سر)، مواد فعال فیلتر UV و مواد نگهدارنده را از فرمول به دیواره ظرف جذب می کنند و به تدریج کارایی محصول را کاهش می دهند و مشخصات حسی آن را در طول عمر مفید تغییر می دهند.
برای برندهای ضدآفتاب که ادعای اثربخشی SPF را در یک استاندارد دارند ماندگاری 24 تا 36 ماه ، تخریب ناشی از بسته بندی یک خطر قانونی و اعتباری است. بطری های چند لایه EVOH هر دو حالت خرابی را به طور همزمان برطرف می کنند.
EVOH چیست و چرا به عنوان یک مانع عمل می کند
EVOH (کوپلیمر اتیلن وینیل الکل) یک ترموپلاستیک نیمه کریستالی است که از هیدرولیز کوپلیمرهای اتیلن وینیل استات تولید می شود. ساختار شیمیایی آن – گروه های هیدروکسیل متناوب در طول زنجیره پلیمری – شبکه ای متراکم و کریستالی ایجاد می کند که مولکول های گاز به راحتی نمی توانند به آن نفوذ کنند.
متغیر عملکرد کلیدی محتوای اتیلن است که به صورت درصد مول بیان می شود. محتوای کمتر اتیلن باعث بستهبندی مولکولی محکمتر و عملکرد بهتر سد گاز میشود، اما مقاومت در برابر رطوبت و فرآیندپذیری را کاهش میدهد. محتوای اتیلن بالاتر انعطاف پذیری و تحمل رطوبت را با هزینه ای نسبت به عملکرد مانع بهبود می بخشد.
| محتوای اتیلن EVOH | نرخ انتقال O2 (خشک) | حساسیت به رطوبت | بهترین برنامه |
| 27 مول درصد | 0.01 cc·mm/(m²·day·atm) | بالا | لوازم آرایشی پرکننده خشک، پودر |
| 32 مول درصد | 0.03 cc·mm/(m²·day·atm) | متوسط | لوسیون ضد آفتاب، سرم |
| 38 مول درصد | 0.08 cc·mm/(m²·day·atm) | کم متوسط | امولسیون های آبی، ضد آفتاب های با آب بالا |
| 44 مول درصد | 0.15 cc·mm/(m²·day·atm) | پایین | بسته بندی محیطی مرطوب |
عملکرد سد EVOH بر اساس محتوای اتیلن متفاوت است. نمرات 32 تا 38 درصد مول در کاربردهای بطری ضد آفتاب رایج ترین است
یک محدودیت مهم EVOH این است که عملکرد مانع آن زمانی که لایه رطوبت را جذب می کند، کاهش می یابد - به همین دلیل است که EVOH هرگز به عنوان یک ماده مستقل در بطری های ضد آفتاب استفاده نمی شود. باید بین لایههای بیرونی مقاوم در برابر رطوبت در یک ساختار دیواری چندلایه هماکسترود قرار گیرد.
ساختار دیواری چند لایه بطری ضد آفتاب EVOH
یک بطری استاندارد ضد آفتاب EVOH با قالبگیری دمشی هماکستروژن (برای بطریهای مبتنی بر HDPE) یا قالبگیری ضربهای تزریقی (برای بطریهای مبتنی بر PET) تولید میشود که دیواری را ایجاد میکند. پنج تا هفت لایه مجزا . هر لایه نقش عملکردی خاصی را ایفا می کند:
- لایه ساختاری بیرونی (HDPE یا PET): استحکام مکانیکی، مقاومت شیمیایی و سطح صاف مورد نیاز برای چسبندگی لیبل یا چاپ مستقیم را فراهم می کند. به طور معمول 40-50٪ ضخامت دیواره .
- لایه کش (رزین چسب): یک رزین سازگار (پلی اولفین پیوندی با انیدرید مالئیک) که لایه ساختاری را به EVOH متصل می کند. بدون این لایه، لایه لایه شدن تحت تنش مکانیکی رخ می دهد. به طور معمول 5-10٪ ضخامت دیواره.
- لایه مانع EVOH: هسته عملکردی - معمولاً فقط 5-15٪ ضخامت دیواره (به ضخامت 20 تا 50 میکرون) در عین حال مسئول بیش از 99 درصد عملکرد سد گاز است.
- لایه کراوات (دوم): EVOH را به لایه ساختاری داخلی متصل می کند.
- لایه ساختاری داخلی (HDPE یا PP): تماس مستقیم با فرمول ضد آفتاب. باید از نظر شیمیایی با فاز روغن فرمول، فیلترهای UV و مواد نگهدارنده سازگار باشد. به طور معمول 30-40٪ ضخامت دیواره.
لایههای Regrind از مواد بازیافتی ممکن است بین لایههای ساختاری و لایههای پیوندی در برخی طرحهای تجاری بدون به خطر انداختن عملکرد مانع، کاهش هزینه مواد و حمایت از اهداف پایداری گنجانده شوند.
فرمت های بطری EVOH مورد استفاده در بسته بندی ضد آفتاب
فناوری مانع EVOH با طیف وسیعی از فرمت های بطری مورد استفاده در بازار ضد آفتاب سازگار است:
بطری های پمپ لوسیون
رایج ترین فرمت ضدآفتاب های صورت و بدن با SPF 30-50. به طور معمول از HDPE چند لایه هم اکسترود شده در حجم ساخته شده است 100-500 میلی لیتر . شانه پهن و پروفیل بلند آنها را برای ابزارهای اکستروژن مشترک مناسب می کند. اتصالات پمپ جداگانه تهیه می شوند و همچنین باید از نظر ورود اکسیژن از طریق لوله غوطه ور پمپ و دریچه ورودی هوا ارزیابی شوند.
بطری های بیضی و توتل تخت
فرمتهای بیضی یا توتل (با توزیع پایین) برای ضد آفتابهای در حال حرکت و اسپورت رایج است. سطح مقطع نامنظم به طراحی قالب هم اکستروژن پیچیده تری نیاز دارد تا ضخامت لایه EVOH یکنواخت در سراسر هندسه بطری حفظ شود. تغییر ضخامت لایه بالا ± 15٪ از اسمی کاهش عملکرد مانع در نقاط نازک.
بطری های پمپ بدون هوا
ضد آفتاب های ممتاز صورت، به ویژه آنهایی که SPF را با ترکیبات فعال ضد پیری ترکیب می کنند، به طور فزاینده ای در سیستم های پمپ بدون هوا بسته بندی می شوند. اینها از یک پیستون بالارونده در داخل بطری برای از بین بردن فضای سر و جلوگیری از هرگونه تماس هوا با محصول استفاده می کنند. هنگامی که با دیوار چند لایه EVOH ترکیب می شود، بطری های بدون هوا فراهم می کنند قرار گرفتن در معرض اکسیژن نزدیک به صفر در طول عمر استفاده محصول - بالاترین سطح حفاظت اکسیداتیو موجود در بسته بندی های پلاستیکی.
لوله با سد EVOH
لوله های لمینت حاوی لایه های EVOH جایگزینی برای بطری های ضد آفتاب هستند که به بسته بندی انعطاف پذیر نیاز دارند. ساختار لایه مشابه است - پلی اتیلن خارجی یا PP / کراوات / EVOH / کراوات / پلی اتیلن داخلی - اما به جای قالب گیری دمشی توسط لایه لایه تولید می شود. لوله ها به ویژه برای ضد آفتاب های معدنی (اکسید روی، دی اکسید تیتانیوم) که در آن پایداری اکسیداتیو اهمیت کمتری دارد، اما تعامل فرمول-دیواره و فشردن پذیری در اولویت هستند، موثر هستند.
مقایسه عملکرد: EVOH در مقابل مواد بسته بندی استاندارد ضد آفتاب
| مواد بسته بندی | نرخ انتقال O2 | ریسک پوسته پوسته شدن | شفافیت UV | هزینه نسبی |
| HDPE تک لایه | 150–500 سی سی/(متر مربع· روز) | بالا | مات | پایین |
| PET تک لایه | 3-8 سی سی/(متر مربع· روز) | کم متوسط | شفاف (فعال UV) | کم متوسط |
| چند لایه HDPE/EVOH/HDPE | <1 سی سی/(متر مربع· روز) | خیلی کم | مات | متوسط |
| چند لایه PET/EVOH/PET | <0.5 سی سی/(متر مربع· روز) | خیلی کم | شفاف (نیاز به مسدود کننده UV دارد) | متوسط-high |
| شیشه ای | صفر (غیرقابل نفوذ) | هیچ کدام | شفاف (UV متفاوت است) | بالا |
مقایسه سد اکسیژن و پوست سر در مواد بسته بندی رایج ضد آفتاب
فرمول های ضد آفتاب که بیشترین سود را از بطری های EVOH می برند
هر فرمول ضد آفتابی به بسته بندی EVOH نیاز ندارد. هزینه افزایشی - معمولا 15 تا 35 درصد بیشتر از یک بطری تک لایه معادل - زمانی توجیه می شود که فرمول حاوی موادی با حساسیت ثابت شده به اکسیژن یا برهمکنش بسته بندی باشد:
- فیلترهای ارگانیک UV (ضدآفتاب های شیمیایی): آووبنزون، اکتوکریلن و بموتریزینول حساس به نور و حساس به اکسیداسیون هستند. بسته بندی EVOH پایداری آنها را افزایش می دهد و از ادعای ماندگاری 24 تا 36 ماهه بدون بارگذاری بیش از حد آنتی اکسیدانی پشتیبانی می کند.
- یکtioxidant-enriched formulas: محصولاتی که SPF را با ویتامین های C، E یا نیاسینامید ترکیب می کنند - که به عنوان ضد آفتاب ضد پیری قرار می گیرند - به ویژه آسیب پذیر هستند. ویتامین C (اسید ال اسکوربیک) حتی در غلظتهای کم اکسیژن به سرعت اکسید میشود، محصول را قهوهای میکند و در بطریهای استاندارد HDPE ظرف چند ماه اثر خود را از دست میدهد.
- ضد آفتاب های طبیعی و ارگانیک تایید شده: فرمول هایی که از روغن های مشتق شده از گیاه (روغن دانه تمشک، روغن دانه هویج، عصاره جلبک قرمز) به عنوان تقویت کننده SPF جزئی استفاده می کنند، به پایداری اکسیداتیو اسیدهای چرب اشباع نشده چندگانه متکی هستند که به شدت در بسته بندی های نفوذ پذیر مستعد ترشیده شدن هستند.
- ضد آفتاب های رنگی با رنگدانه های اکسید آهن: اکسیدهای آهن می توانند واکنش های اکسیداسیون را در فرمول کاتالیز کنند. ترکیب با عطر یا مواد گیاهی، بسته بندی سد EVOH را به سرمایه گذاری معناداری تبدیل می کند.
- فرمول های بدون مواد نگهدارنده یا کم نگهدارنده: برندهایی که به تقاضای مصرف کنندگان برای فرمولاسیون "تمیز" با کاهش یا بدون مواد نگهدارنده مصنوعی پاسخ می دهند، با خطر میکروبیولوژیکی و اکسیداتیو بیشتری روبرو هستند. بسته بندی EVOH با به حداقل رساندن تخریب ناشی از اکسیژن، کاهش بار نگهدارنده را جبران می کند.
ملاحظات حفاظت از UV در طراحی بطری ضد آفتاب EVOH
EVOH خود هیچ مانع UV ایجاد نمی کند - در برابر طول موج UV شفاف است. برای فرمول های ضد آفتاب حساس به اکسیداسیون نوری از طریق دیواره ظرف، حفاظت UV باید از طریق یکی از این روش ها در بطری مهندسی شود:
- مواد افزودنی مستربچ جذب کننده اشعه ماوراء بنفش: این جاذب ها (معمولاً مشتقات بنزوفنون یا بنزوتریازول) که در حین اکستروژن به لایه HDPE یا PET خارجی اضافه می شوند، از انتقال UV-A و UV-B از طریق دیوار جلوگیری می کنند. آنها برای بطری های مات کم هزینه و بسیار موثر هستند.
- رنگدانه کربن سیاه یا دی اکسید تیتانیوم: مات کردن لایه بیرونی با کربن سیاه 0.5-2٪ یا TiO2 باعث انسداد کامل نور با حداقل هزینه می شود. اکثر بطریهای ضد آفتاب سفید، مشکی یا پاستلی به طور اتفاقی از طریق رنگآمیزی خود به این امر دست مییابند.
- PET کهربایی یا رنگی: برای بطریهای شفاف یا شفاف که دید محصول در اولویت بازاریابی است، PET کهربایی طول موجهای زیر 450 نانومتر را جذب میکند و از فرمولهای حساس به UV محافظت میکند و در عین حال زیبایی ممتازی را حفظ میکند.
بازیافت و پایداری بطری های چند لایه EVOH
پایداری یک نگرانی رو به رشد برای مارک های لوازم آرایشی است و بطری های چند لایه EVOH چالش های واقعی بازیافت را ارائه می دهند که باید در مرحله طراحی بسته بندی مورد توجه قرار گیرند.
مسئله اصلی این است که EVOH با جریان بازیافت پلی اولفین (HDPE/PP) سازگار نیست. هنگامی که بطری های حاوی EVOH وارد فرآیند بازیافت پلاستیک استاندارد می شوند، لایه EVOH در دمای پردازش پلی الفین تخریب می شود و لکه های تیره تولید می کند و کیفیت رزین بازیافتی را کاهش می دهد. بطری های چند لایه HDPE/EVOH در حال حاضر در اکثر سیستم های جمع آوری شهری به عنوان غیرقابل بازیافت طبقه بندی می شوند.
برندها می توانند از طریق چندین استراتژی طراحی و پایان عمر به این موضوع بپردازند:
- ضخامت لایه EVOH را به حداقل برسانید: کاهش لایه EVOH به زیر 5 درصد وزن کل دیوار اجازه می دهد بطری در جریان های استاندارد بازیافت HDPE در برخی دستورالعمل های منطقه ای پردازش شود، زیرا محتوای EVOH به اندازه کافی رقیق شده است. این نیاز به کنترل دقیق اکستروژن همزمان دارد.
- محتوای بازیافتی پس از مصرف کننده (PCR) در لایه های ساختاری: در حالی که خود لایه EVOH نمی تواند از منابع PCR باشد، لایه های HDPE خارجی می توانند 30 تا 50 درصد رزین PCR را در خود جای دهند و محتوای پلاستیکی بکر را بدون به خطر انداختن عملکرد مانع کاهش دهند.
- برنامه های بازیابی و بازیافت تخصصی: برخی از برندها با TerraCycle یا برنامههای مشابه که بستهبندی چندلایه را برای بازیافت شیمیایی یا بازیابی انرژی میپذیرند، شریک میشوند و مسیر پایان عمر مسئولانهای را فراهم میکنند.
- فن آوری های جایگزین جایگزین: پوششهای SiOx (اکسید سیلیکون) و AlOx روی بطریهای PET موانع اکسیژن بسیار خوبی را بدون عوارض بازیافت چند لایه ایجاد میکنند، هرچند با هزینه ابزار بالاتر. اینها به عنوان جایگزین های مبتنی بر پایداری برای EVOH برای مارک های ضدآفتاب درجه یک در حال ظهور هستند.
هنگام تهیه بطری های ضد آفتاب EVOH چه چیزی باید مشخص شود
تیم های خرید و مهندسان بسته بندی باید تامین کنندگان را با توجه به این نکات مهم ارزیابی کنند تا اطمینان حاصل شود که ادعاهای عملکرد اثبات شده است:
- درجه EVOH و محتوای اتیلن: درخواست تایید درجه رزین EVOH. برای امولسیون های ضد آفتاب آبی، مشخص کنید محتوای اتیلن 32-38 درصد مول برای متعادل کردن عملکرد مانع با تحمل رطوبت.
- ضخامت و یکنواختی لایه EVOH: حداقل ضخامت لایه EVOH (معمولا 30 تا 60 میکرون) و حداکثر تغییرات ضخامت قابل قبول (15% در سراسر بدنه بطری) را مشخص کنید. میکروگراف های مقطع یا داده های آزمایش ضخامت لایه را از سوابق کیفیت تامین کننده درخواست کنید.
- داده های تست نرخ انتقال اکسیژن (OTR): نیاز به نتایج آزمایش OTR برای هر ASTM D3985 یا ISO 15105-2 ، روی بطری تمام شده (نه نمونه فیلم) آزمایش شده است. OTR ≤1.0 سی سی/(بسته روز) را در دمای 23 درجه سانتیگراد، 0% RH برای اکثر کاربردهای ضد آفتاب هدف قرار دهید.
- تست سازگاری: انجام آزمایشهای استخراجپذیر و قابل شستشو (E&L) و مطالعات تعامل بستهبندی فرمول در 40 درجه سانتی گراد / 75٪ RH برای حداقل 12 هفته قبل از تعهد به مقدار تولید عدم تغییر ویسکوزیته، تغییر رنگ، یا تخریب ماده فعال مربوط به بسته بندی را تأیید کنید.
- مقاومت در برابر افت و تنش در برابر ترک: دیوارهای چند لایه EVOH می توانند شکننده تر از HDPE تک لایه باشند، به خصوص در دماهای پایین. نیاز به گواهینامه آزمون افت در هر ASTM D2463 اگر توزیع زنجیره سرد پیش بینی شده باشد، هم در دمای محیط و هم در دمای یخچال.
- اسناد انطباق مقررات: انطباق با FDA 21 CFR (برای بازار ایالات متحده) یا مقررات اتحادیه اروپا 10/2011 (برای بازار اروپا) را برای مواد تماس با غذا، که استانداردهای قابل اجرا برای بسته بندی لوازم آرایشی در تماس با آماده سازی پوست باقی مانده است، تأیید کنید.
