化妝品通常會有兩年以上的貨架期，貨架或倉儲的溫度環境因時而異，北方市場冬天的儲存溫度甚至會低至-30℃。為了考察化妝品在惡劣條件下可能發生的變化，抽取了市場上三個大眾化的化妝品品牌，通過試驗驗證，得到低溫下導致不同產品因膨脹造成包裝瓶破裂的條件，為開發適應北方嚴寒氣候的產品提供積極參考。
和大多數物質所具有的熱膨脹特性-樣，化妝品產品質量也會受到環境溫度的影響，大家對化妝品在-10℃～48℃的質量特性比較關注，而對-15℃～-30℃下產品配合包裝的適應性研究就很少。我們通過對市場上的代表性產品進行低溫試驗考察，找到引起瓶子破裂的主要原因，為化妝品產品(包裝和內容物)開發提供有益的參考。
1試驗部分
1.1市售產品耐寒試驗
1.1.1試驗方案
在市場上隨機購買了A、B、C三個大眾品牌的各種類型的產品，先將樣品置-15℃冰箱中正立放置24h，取出后觀察有無異常，隨即轉入-30℃冰箱內正立放置48h，之后取出觀察有無異常。
1.1.2測試結果
對購自市場的3種大眾品牌(A、B、C)下4種包裝材質(PET、PE、玻璃、金屬)的沐浴露、護發素、洗發露、洗手液、啫喱水、花露水、空氣清新劑、爽膚水、柔膚水、補水乳液、焗油膏、潤膚霜、滋潤霜和固體清新劑產品按試驗方案進行耐寒試驗。結果見表1。
1.2異常情況的定量試驗
1.2.1測試目的
為了定量考察以上樣品包裝的破裂條件，我們在此基礎上做了進一步測試，以確定瓶內剩余空間大小對結果的影響。
1.2.2測試方法
先在20℃下測得各樣品的相對密度，再用電子秤測得其質量裝量，然后換算成體積裝量，剩余空間大小按式(1)確定。
剩余空間(％)=(空瓶體積-裝量體積)/空瓶體積×100％(1)
1.2.3測試結果
對3種品牌(A、B、C)玻璃瓶包裝的補水乳液、爽膚水和柔膚水各3瓶樣品按上述測試方法進行測定。具體結果見表2。
1.3內容物性質對產品包裝耐寒的影響
1.3.1測試目的
對內容物的含水量以及低溫膨脹率兩個指標進行測定，從而考察內容物性質對產品包裝耐寒的影響。
1.3.2測試方法
含水率測試方法：取5g樣品于50mL燒杯中，于80℃下烘24h，冷卻后稱量計算。膨脹率測試方法：在常壓下于20℃測得樣品初體積V1，置于-15℃或-30℃冰箱內測得樣品終體積V2，按式(2)測定低溫膨脹率。
膨脹率(％)=(V2-V1)/V1×100％(2)
1.3.3測試結果
對3種品牌(A、B、C)的補水乳液、爽膚水、柔膚水以及純水測得的含水率及低溫膨脹率結果見表3。
1.4膨脹后剩余空間的影響作用
從對3種品牌的玻璃瓶裝補水乳液、爽膚水和柔膚水測試得到的裝量值(表2)和-30℃下相應的膨脹率(表3)可以計算出-30℃下包裝瓶膨脹后的剩余空間，并可考察其對包裝瓶的影響作用，具體結果見表4。
2分析與討論
2.1包裝耐寒結果分析
表1的結果表明，所抽樣品中A品牌120mL裝柔膚水和C品牌120mL裝爽膚水、120mL裝柔膚水、100mL裝補水乳液(均為玻璃瓶)在-30℃條件下會發生瓶子破裂，而在-15℃以上則正常。
花露水和空氣清新香水在低溫下會出現體積減小，且在-15℃和-30℃時都不凝固。其他塑料瓶和金屬瓶裝產品情況正常。
2.2包裝瓶內剩余空間對破裂情況的影響
從表2的結果來看，對于100mL裝補水乳液，A、B、C品牌中發生破裂的包裝瓶的剩余空間分別為1.83％、1.90%、1.88％；對于120mL裝爽膚水，A、B、C品牌中發生破裂的包裝瓶的剩余空間分別為2.31％、2.25％、2.20％；對于120mL裝柔膚水，A、B、C品牌中發生破裂的包裝瓶的剩余空間分別為3.59％、3.17％、3.51％。
包裝瓶破裂的根本原因是化妝品在冷凍條件下發生的體積膨脹。
B、C品牌100mL裝補水乳液，B、C品牌120mL裝爽膚水和120mL裝柔膚水的包裝瓶在正常裝量下不會破裂，而A品牌的爽膚水和柔膚水還未達到標準裝量即發生破裂。
從包裝破裂對應的剩余空間大小來看，綜合3個品牌表現出更易破裂的產品類別依次是柔膚水>爽膚水>補水乳液。
2.3內容物性質的影響
表3的結果表明，-15℃下，不同產品類型的膨脹能力順序依次為柔膚水>爽膚水>補水乳液，而在-30℃下膨脹能力順序依次為柔膚水>補水乳液>爽膚水。不同產品類型的含水率大小順序為爽膚水>柔膚水>補水乳液。
2.4膨脹后剩余空間對包裝瓶的影響
從表4可以看出，冷凍膨脹所產生的瓶內壓力大小依次為100mL裝補水乳液>120mL裝柔膚水＞120mL裝爽肷水。
3個品牌的包裝瓶抗壓強度順序是：A品牌100mL裝補水乳液>C品牌100mL裝補水乳液>B品牌100mL裝補水乳液>B品牌120mL裝柔膚水>A品牌120mL裝柔膚水>C品牌120mL裝柔膚水>A品牌120mL裝爽膚水>B品牌120mL裝爽膚水>C品牌120mL裝爽膚水。
3結論
通過以上試驗，可以得出如下結論：
(1)對于含水量高的化妝品，在低溫條件下會出現膨脹；
(2)不同配方的產品膨脹率大小不同，不同溫度下膨脹率大小也不同；
(3)化妝品中的水分是膨脹的主要原因，但不同產品含水率的高低并不能反映其膨脹率的高低；
(4)塑料瓶裝產品由于瓶子膨脹系數大，即使裝量太多或擠壓冷凍變形后也不會破裂，恢復至室溫后形狀也會恢復；
(5)玻璃瓶裝產品由于瓶子膨脹系數小，裝量至一定程度(表4)時在低溫下會發生破裂，影響其破裂的因素除了內容物的膨脹率(與空瓶體積和裝量共同決定剩余空間)以外，還有瓶子的抗壓強度。
通過本研究，可以幫助化妝品企業在內容物和包裝的開發方面從空瓶容積、內容物膨脹率和瓶子抗壓強度等幾方面充分考慮低溫條件對產品的影響，也有助于提高產品在儲存運輸過程中的安全防護。
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