Kosmetikverpackungen bestehen hauptsächlich aus Kunststoff, Glas und Papier. Bei Verwendung, Verarbeitung und Lagerung von Kunststoffen wird deren chemische Struktur durch verschiedene äußere Einflüsse wie Licht, Sauerstoff, Wärme, Strahlung, Gerüche, Regen, Schimmel und Bakterien zerstört, wodurch die ursprünglich hervorragenden Eigenschaften verloren gehen. Dieses Phänomen wird allgemein als Alterung bezeichnet. Die wichtigsten Anzeichen der Kunststoffalterung sind Verfärbungen sowie Veränderungen der physikalischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften.
1. Hintergrund der Alterung von Kunststoffen
Im Alltag sind manche Produkte unweigerlich Licht ausgesetzt. Das ultraviolette Licht des Sonnenlichts führt in Verbindung mit hohen Temperaturen, Regen und Tau zu Alterungserscheinungen wie Festigkeitsverlust, Rissbildung, Abblättern, Mattwerden, Verfärbung und Abblättern. Sonnenlicht und Luftfeuchtigkeit sind die Hauptfaktoren für die Materialalterung. Sonnenlicht kann viele Materialien schädigen, was von der Lichtempfindlichkeit und dem Lichtspektrum des jeweiligen Materials abhängt. Jedes Material reagiert unterschiedlich auf das Lichtspektrum.
Die häufigsten Alterungsfaktoren für Kunststoffe in der natürlichen Umwelt sind Hitze und ultraviolettes Licht, da Kunststoffe diesen Einflüssen am häufigsten ausgesetzt sind. Die Untersuchung der Alterung von Kunststoffen durch diese beiden Umwelteinflüsse ist daher besonders wichtig für die praktische Anwendung. Alterungstests lassen sich grob in zwei Kategorien unterteilen: Freilandversuche und beschleunigte Alterungstests im Labor.
Bevor das Produkt in großem Umfang eingesetzt wird, sollte ein Alterungstest durchgeführt werden, um seine Alterungsbeständigkeit zu bewerten. Die natürliche Alterung kann jedoch mehrere Jahre oder sogar länger dauern, bis Ergebnisse sichtbar werden, was offensichtlich nicht mit der tatsächlichen Produktion übereinstimmt. Hinzu kommt, dass die klimatischen Bedingungen an verschiedenen Standorten unterschiedlich sind. Dasselbe Testmaterial muss an verschiedenen Orten getestet werden, was die Testkosten erheblich erhöht.
2. Freilandexpositionstest
Die direkte Bewitterung im Freien bezieht sich auf die direkte Einwirkung von Sonnenlicht und anderen klimatischen Bedingungen. Sie ist die direkteste Methode, die Witterungsbeständigkeit von Kunststoffen zu beurteilen.
Vorteile:
Niedrige absolute Kosten
Gute Konsistenz
Einfach und leicht zu bedienen
Nachteile:
Üblicherweise sehr langer Zyklus
Globale Klimavielfalt
Unterschiedliche Proben weisen in unterschiedlichen Klimazonen eine unterschiedliche Empfindlichkeit auf.
3. Laborbasierte beschleunigte Alterungsprüfung
Die Lichtalterungsprüfung im Labor verkürzt nicht nur den Prüfzyklus, sondern zeichnet sich auch durch hohe Reproduzierbarkeit und ein breites Anwendungsspektrum aus. Sie wird vollständig im Labor durchgeführt, ist unabhängig von geografischen Beschränkungen, einfach durchzuführen und gut kontrollierbar. Durch die Simulation realer Lichtverhältnisse und den Einsatz künstlicher, beschleunigter Lichtalterungsmethoden lässt sich die Materialleistung schnell bewerten. Zu den wichtigsten Methoden zählen die UV-Licht-Alterungsprüfung, die Xenonlampen-Alterungsprüfung und die Kohlebogenlampen-Alterungsprüfung.
1. Xenonlicht-Alterungstestverfahren
Der Xenonlampen-Alterungstest simuliert das gesamte Sonnenlichtspektrum. Er ermöglicht die Nachbildung eines natürlichen künstlichen Klimas in kurzer Zeit. Der Test ist ein wichtiges Mittel zur Überprüfung von Rezepturen und zur Optimierung der Produktzusammensetzung in Forschung und Produktion und ein wesentlicher Bestandteil der Produktqualitätskontrolle.
Die Daten aus Alterungstests mit Xenonlampen können bei der Auswahl neuer Materialien, der Modifizierung bestehender Materialien und der Bewertung der Auswirkungen von Rezepturänderungen auf die Haltbarkeit von Produkten helfen.
Grundprinzip: Die Xenonlampen-Prüfkammer simuliert mithilfe von Xenonlampen die Wirkung von Sonnenlicht und mithilfe von Kondenswasser Regen und Tau. Das Prüfmaterial wird bei einer bestimmten Temperatur einem Wechsel von Licht und Feuchtigkeit ausgesetzt. So lassen sich Gefahren, die im Freien über Monate oder sogar Jahre auftreten, innerhalb weniger Tage oder Wochen nachbilden.
Testanwendung:
Es kann entsprechende Umweltsimulationen und beschleunigte Tests für wissenschaftliche Forschung, Produktentwicklung und Qualitätskontrolle bereitstellen.
Es kann zur Auswahl neuer Werkstoffe, zur Verbesserung bestehender Werkstoffe oder zur Bewertung der Haltbarkeit nach Änderungen der Werkstoffzusammensetzung verwendet werden.
Es kann die Veränderungen, die durch die Einwirkung von Sonnenlicht auf Materialien unter verschiedenen Umweltbedingungen hervorgerufen werden, gut simulieren.
2. UV-Fluoreszenzlicht-Alterungstestverfahren
Der UV-Alterungstest simuliert hauptsächlich die Schädigungswirkung von UV-Licht im Sonnenlicht auf das Produkt. Gleichzeitig kann er auch Schäden durch Regen und Tau nachbilden. Der Test wird durchgeführt, indem das zu prüfende Material einem kontrollierten Wechselspiel von Sonnenlicht und Feuchtigkeit bei gleichzeitig steigender Temperatur ausgesetzt wird. Zur Simulation von Sonnenlicht werden UV-Leuchtstofflampen verwendet, und der Einfluss von Feuchtigkeit kann durch Kondensation oder Besprühen simuliert werden.
Die UV-Fluoreszenzlampe ist eine Niederdruck-Quecksilberdampflampe mit einer Wellenlänge von 254 nm. Durch die Zugabe von Phosphor zur Verlängerung der Wellenlänge hängt die Energieverteilung der UV-Fluoreszenzlampe vom Emissionsspektrum des Phosphors und der Diffusion im Glasrohr ab. Fluoreszenzlampen werden üblicherweise in UVA- und UVB-Lampen unterteilt. Die Art der UV-Bestrahlung bestimmt, welcher Lampentyp verwendet werden sollte.
3. Lichtalterungstestverfahren für Kohlebogenlampen
Die Kohlebogenlampe ist eine ältere Technologie. Ursprünglich wurde sie von deutschen Farbstoffchemikern zur Bestimmung der Lichtechtheit gefärbter Textilien eingesetzt. Man unterscheidet zwischen geschlossenen und offenen Kohlebogenlampen. Unabhängig vom Lampentyp unterscheidet sich ihr Lichtspektrum deutlich vom Sonnenlichtspektrum. Aufgrund ihrer langen Geschichte wurde diese Technologie bereits in den ersten künstlichen Lichtalterungstests verwendet. Daher findet sich dieses Verfahren noch in älteren Normen, insbesondere in den frühen japanischen, wo die Kohlebogenlampentechnologie häufig als Prüfverfahren für künstliche Lichtalterung eingesetzt wurde.
Veröffentlichungsdatum: 20. August 2024