氣霧劑包裝在個人護理產品上的應用現狀

文/李 崗 張潔慶

本文主要從氣霧劑的定義、作用原理、常用的拋射劑、內容物開發、包裝以及相關的法律法規進行綜合闡述，進一步介紹氣霧劑產品在中國個人護理品應用上的現狀與未來發展趨勢，對氣霧劑產品的開發具有很好的指導意義。

氣霧劑定義及分類

在物理化學領域將煙霧狀液體或固體微粒懸浮在氣體中的狀態稱之為Aerosol（氣霧態），由此發展得到具有使含有有效成分的液體或固體通過拋射劑的壓力向空中噴射的包裝形態被稱之為氣霧劑。此后，泡沫狀、凝膠狀的制品又不斷被開發，所以將凡是具有使內容物通過拋射劑的壓力而噴射功能的包裝形態統稱為氣霧劑。在傳統的推進式和噴霧壓力式包裝中，推進氣或壓力氣同料體在一個容器里，使用時直接接觸料體，推進料體向管口前進，稱為一元包裝。二元包裝指的是，將料體和推進劑分隔在兩個容器內，使用時料體與推進氣分離，不直接接觸料體。見圖1。

按照QB2549-2002《一般氣霧劑產品的安全規定》的要求，氣霧劑產品必須滿足以下條件：

1.壓力0.8Mpa以下（25℃）；

2.容量1000ml以下；

3.最大充填量（25℃時滿充填量的85%以下）；

4.（50±1）℃，浸沒水浴鍋中5分鐘內每罐試樣冒出氣泡數不超過5個；

圖1 氣霧劑包裝結構圖（中間為一元包裝，最右邊為二元包裝）

5.罐體需符合耐壓強度，不可以二次充裝；

6.產品的標志需符合相關法律法規，產品的運輸儲存需符合相關要求；

7.其他。

氣霧劑的作用原理

液相物質與拋射劑同時充入氣霧劑罐，并用閥門密封。使用時按下促動器，閥門開啟，罐內液相物質在氣相拋射劑壓力的作用下通過引液管向上壓送到閥體內，然后再由閥芯計量孔進入閥芯到促動器后由噴嘴噴出。噴出物離開噴嘴時的霧化過程是一個綜合作用的結果，當它從噴嘴高速噴出時因拋射劑的急劇汽化而形成霧滴，然后包含在霧滴中的液相拋射劑的壓力消失，即刻蒸發為氣相。在排出原液后，氣霧劑罐內減少的體積可以由液化氣汽化來補充，這樣不斷循環直到原液全部噴盡為止。圖2為典型的空間氣霧制品剖面圖。

氣霧劑產品一般呈現霧狀和發泡狀態，劑型不同，原理不同。

圖2 氣霧劑制品工作原理剖面圖

氣霧劑產品成霧原理：由于拋射劑的氣化使液體被粉碎，拋射劑與原液的關系主要對霧粒大小產生影響；由于噴嘴的構造使液膜、液柱變形從而使液滴分裂(漩渦槽)。內容物的流動性與噴嘴口部構造的關系：主要對噴霧面積產生影響。圖3為氣霧劑產品成霧原理示意圖，此圖主要用來解釋拋射劑為壓縮空氣的氣霧劑制品。

氣霧劑發泡原理：原液在含有表面活性劑的存在下，表面張力降低，同時液體表面必須具備吸附膜構造，吸附分子在二界面處給予排斥，通過加壓、乳化、分散后的液化氣體氣化膨脹，當乳化混合物從噴嘴高速噴出時因拋射劑的急劇汽化，液體表面積增加而形成泡沫。影響泡沫穩定性的多為以下三個因素：1.液膜粘度：液膜粘度高則泡沫相對穩定；2.氣泡表面張力：表面張力大，則氣泡相對不容易破裂；3.氣泡的均勻性：氣泡越小相對越安定。圖4為氣霧劑產品成泡原理示意圖。

圖3 氣霧劑產品成霧原理示意圖

圖4 氣霧劑產品成泡原理示意圖

氣霧劑產品常用的拋射劑

氣霧劑的拋射劑常常使用二氟二氯甲烷，即通常所說的氟利昂。但隨著科技的進步，人們對氟利昂的認識逐步加深。多年的研究結果表明氟利昂對大氣的臭氧層有嚴重的破壞作用。為了保護人類的生存空間，1987年9月20日，多個國家簽署了蒙特利爾議定書，決定陸續停止生產各種氟利昂制品，因此人們開發了氣霧劑中拋射劑的替代品。目前，氣霧劑產品的拋射劑主要有以下幾種：

1.液化石油氣類（LPG：Luquified Petoroleum Gas）：丙烷、丁烷混合氣

2.醚類：二甲醚（DME：Dimethyl Ether）

3.氫氯氟烴（HCFC）

4.氫氟烴（HFC）

5.壓縮空氣、CO、NO（氧化亞氮）、N等

LPG（丙烷、丁烷等）拋射劑從生態學角度來說有3個優點：一是對臭氧層沒有破壞作用；二是分解時不會產生有毒的氫鹵酸，噴霧壓力適中，化學性能穩定，價格低廉，是目前氯氟烴較好的替代物；三是以LPG為拋射劑的氣霧劑制品在產品的多樣性及趣味性上相對較多。缺點是，這類替代物易燃，其有效成分與溶劑的相容性不好等，給產品的配制、生產、運輸及使用都帶來一些問題。優缺點在一定程度上又可以相互轉化，例如LPG氣體溶解力略差，比重輕，但是具有極高的化學穩定性，因此加水不分解，這也是導致LPG與其他拋射劑混合使用的機會增多，也是目前來說使用最廣泛的拋射劑。DME與水的相溶性極好，具非常大的溶解能力，但易燃，一般用于開發摩絲等水溶性配方的產品。

R152a、R134a由于氟利昂的使用限制而被作為氟利昂的替代品使用，一般應用于制冷劑，噴發膠等，由于對其純度及理化性質要求程度不同，R152a、R134a經常被用于產品出口至VOC（揮發性有機化合物(volatile organic compounds））有嚴格要求的國家。N2對幾乎所有的有機溶劑均不溶解，壓力變化遵從理想氣體的狀態方程式，不燃、不活潑，一般較多的被用于開發二元水劑噴霧產品。相對于N，CO對多數有機溶劑具有一定的溶解度，因此壓力變化也相對較復雜。隨著壓力升高，溶解度相對增加，在某種程度上顯示出與液化氣體相似的性質。壓縮空氣、CO、N等氣體，相對安全，攜帶方便，使用此類氣源的拋射劑多開發為一些一元或二元的保濕噴霧。氣霧劑產品常用拋射劑見表1和表2。

氣霧劑產品市場現狀

氣霧劑自20世紀20年代發明、生產、應用以來，已在人們日常生活中扮演了重要角色，且應用十分廣泛。氣霧劑的發展從醫藥品開始，現已廣泛應用于化妝品、美發、護發、殺蟲劑、家庭用品、工業用品、汽車用品、食品等各領域，形成各種霧狀、泡沫狀、凝膠狀以及其它形式噴霧狀態的制品。在全球范圍內近三年上市的個人護理用品524870瓶中，氣霧劑產品以17317瓶，占3.3%，而其在中國這一比例為0.54%（120瓶／22382瓶），而最近一年內，全球的這個占比上升為3.5%，中國上升為0.6%（數據來自2017/8/2 Mintel數據庫），但是仍然遠遠低于全球平均水平。因此中國在對于氣霧劑內容物開發以及內容物與拋射劑相容性上的研究，可供參考的相關報道仍然很少，幾乎是個空白。

表1 氣霧劑產品常用拋射劑

表2 LPG相關參數

根據全球數據上看，除亞太地區外，其他區域中香體噴霧產品是最重要的產品類型，幾乎占了其他產品類型的一半以上。而根據亞太地區的市場新品上市情況來看，護膚品、發用品、香水這三類產品新品數占據了產品品類的前三位，其次是剃須與脫毛類，然后才是彩妝。護膚品，品類細分最多，其中面部頸部產品是其最重要的組成部分，防曬產品列為第二，身體護理類產品列入第三。剃須類產品雖然在亞太列入到第四，但其品類單一。氣霧劑產品本身的特點，彩妝類產品的開發相對較少，但是在未來的幾年會有比較好的發展潛力。

化妝品內容物隨著配方使用的原料不同，料體的性狀不同，一般普通泵式包裝對低粘稠度料體的使用率在80%～95%左右，對粘稠度高的使用率很低，所以大多黏稠度高的保濕霜、營養霜、防曬霜等膏霜類還是采用瓶裝包裝。二元包裝氣霧劑內容物是通過拋射劑擠壓囊袋產生壓力，內容物從閥門中被擠壓出來。只要按動按鈕，內容物就能輕松連續做到360°全方位出料，內部充填的拋射劑氣體能滿足內容物完全擠壓干凈（產品內壓為0.8Mpa左右），所以內容物在一定粘度范圍內，噴空率都可達到95%或以上，使料體的利用率提高。較傳統的膏霜乳液使用二元包裝后，物料容易涂抹，噴射覆蓋范圍較大，尤其在對背部等不易涂抹部位，凸顯出氣霧劑的獨特優勢。

氣霧劑產品的包裝

氣霧罐是氣霧劑的重要組成部分，是氣霧劑成為壓力包裝的主體。氣霧罐的發展引領氣霧劑產品的發展，是氣霧劑行業發展的核心要素。我國氣霧罐行業起步較晚，于20世紀80年代后期開始工業化生產，自1991年發布第1個氣霧罐標準（GB13042—91《包裝容器噴霧罐》）以來，氣霧劑行業才迅速發展起來。在產量上，我國氣霧罐的增長幅度較大，尤其是珠三角、長三角，以及山東、河北等地區，2017年全國氣霧罐總產量已達21億罐，約占全球總產量的15%。

在技術上，通過國際交流不斷引進國外先進生產工藝和設備，加上企業自主研發、技術改造，國內氣霧罐技術得到大幅度提升，尤其是印刷、內涂、壁厚減薄等方面。中國氣霧罐產業在全球產業鏈占有重要位置，在深度參與國際合作與競爭過程中，國際化程度非常高，在質量控制及標準化方面尤為突出。

按照氣霧劑產品的包裝類型，可分為一元包裝和二元包裝，一元包裝氣霧劑包含容器、閥門、噴嘴、外蓋。容器的材質又分為：鋁罐、馬口鐵罐、塑料罐（PET）、玻璃容器罐。二元包裝氣霧劑包含容器、閥袋、噴嘴和外蓋，材質同一元包裝材質。氣霧劑容器必須具有一定的耐壓性，耐沖擊性和耐腐蝕，根據GB13042-2008和GB/T25164-2010標準中對普通馬口鐵罐、鋁罐的耐壓規定，1.2Mpa壓力時不變形，1.4Mpa壓力時不破裂，方可用于氣霧劑產品的填充，具體參照指標見表3。

氣霧劑閥門最主要的作用就是將密閉在氣霧劑容器中的內容物通過閥門的特殊結構釋放出來，閥門是控制內容物和拋射劑從容器噴射流出的主要部件，其精密程度會直接影響到內容物的質量，GB17447-2012《氣霧劑閥門》對氣霧劑閥門進行了閥門外觀、通道暢通、泄露等指標作出了相應的規范，見表4，圖5所示為氣霧劑閥門的構造示意圖。

表3 GB/T25164-2010中規定鋁罐參考指標

表4 GB/T 17447-2012中固定閥門的參考指標Table 4 Reference indicators of fixed valves in GB/T 17447-2012

二元氣霧劑的發展

二元包裝是由氣霧罐、囊袋、拋射劑、閥門、噴嘴和按鈕組成。通過設備封口，將拋射劑充填入氣霧罐與囊袋之間，護理內容物裝進囊袋里，使用時通過按壓按鈕，使推進劑由外向內擠壓囊袋，將內容物從噴嘴處噴射出來。氣霧劑二元包裝的生產工藝如圖6。

二元氣霧劑的包裝材質主要是鋁，鋁可以回收利用；另一方面二元噴霧不需要丙丁烷等拋射劑，只需要將壓縮空氣或者氮氣作為推進氣體，更環保。拋射劑既非可揮發性有機物，又不產生溫室效應，對環境友好，消除了對大氣污染的風險。最重要的是，二元氣霧劑包裝適應人們的需要，值得我們關注和探索。它有利于提高消費者對產品使用的體驗感，二元保濕噴霧水較一元保濕噴霧產品能使消費者獲得更佳的體驗感，具有霧化更柔和、噴霧角度大、噴霧顆粒小等特點，可滿足各種場合和私密條件下的使用。

圖5 氣霧劑閥門構造示意圖

氣霧劑的現狀與展望

根據歐洲氣霧劑聯盟（FEA）以及中國包裝聯合會氣霧劑專業委員會（ACCPF）的最新數據，截止到2017年年底，全球氣霧劑總產量突破160億罐，歐洲總產量超過57億罐，中國總產量超過21億罐。圖7為2017年中國氣霧劑產品類別及產量分析圖，圖8為近5年中國氣霧劑產量變化圖。（以上數據均來源于FEA及中包聯氣霧劑委員會秘書處）

盡管氣霧劑的發展日趨增加，市場潛力巨大，但就目前發展情況而言，相關的法律法規制約，生產倉儲的條件不足，以及氣霧劑特有的安全、穩定性等技術難題的有待攻克，一直是阻礙氣霧劑進一步發展的壁壘。氣霧劑尤其是一元氣霧劑，屬于危險化學品，因此國家在監督管理方面，較傳統化妝品力度大。

圖6 二元氣霧劑產品生產工藝

圖7 2017年中國氣霧劑產品類別及產品

圖8 中國近5年氣霧劑產品變化

《危險化學品安全管理條例》規定，生產、經營、使用危險化學品均需獲得安監部門頒發的許可證，違反本條例規定，未取得危險化學品經營許可證從事危險化學品經營的，由安監部門責令停止經營活動，沒收違法經營的危險化學品以及違法所得，并處10萬元以上20萬元以下的罰款；構成犯罪的，依法追究刑事責任。

對于中國氣霧劑生產企業，需取得由國家藥品監督管理局發的《化妝品生產許可證》，并含有“氣霧劑及有機溶劑單元”生產許可之后方可生產，對生產的相關車間及設備需加裝防爆措施。根據JT/T617.1-7-2018《危險貨物道路運輸規則》和GB28644.2-2012《危險貨物有限數量及包裝要求》等規定，對危險品的倉儲、運輸、標識等進行了一系列的規定。此外，氣霧劑的穩定性同樣是制約其發展的一大關鍵因素，孔蝕（容器腐蝕）、堵塞（閥門、噴嘴堵塞）和泄漏（氣體、內容物的泄漏）是氣霧劑的3大致命缺陷。孔蝕主要是內容物的化學反應使金屬、合金慢慢被破壞；堵塞主要是因為內容物成分的析出、絮凝或者灌裝過程中帶入的一些孔徑較大的顆粒物導致；異常的泄露通常是由于封口尺寸異常、容器卷封部的凹凸（傷痕、皺紋）、封口墊圈、閥桿墊圈不適宜（收縮、壓縮不足）等。此外，氣霧劑在隨著內容物的噴出減少，罐內壓力迅速降低，影響產品的穩定性使用，這些缺陷都影響氣霧劑產品的普及。由于氣霧劑較早來源于醫療用品、精密電子行業和消防產品等行業，在個人護理品中，尤其是在中國，發展相對較晚，可參考數據相對較少，因此氣霧劑在中國市場的發展還有很長的路要走。