化妝品生產(chǎn)線建設要求及關鍵設備介紹

舒 航，張佳陽，趙 揚

(河南應用技術職業(yè)學院 化學工程學院，河南 鄭州 450042)

化妝品產(chǎn)業(yè)是美麗經(jīng)濟和時尚事業(yè)，近年來在我國發(fā)展迅猛，取得了巨大的成就，同時，隨著市場的發(fā)展，越來越多的國內(nèi)外化妝品品牌不斷涌現(xiàn)，市場競爭日趨激烈，為了能在市場中生存下去，除了需要不斷原料及工藝的創(chuàng)新，合理的布局、先進的管理、配套的設備更是新產(chǎn)品研發(fā)的重中之重。

化妝品是由多種原料按照配方及工藝經(jīng)混合、分散及物態(tài)變化等過程復配而制得的混合物，化妝品的制備由于原料種類、配方比例、工藝參數(shù)和設備類型等因素不同，成品種類繁多，千差萬別。本文以中部省份某高校最新建設的化妝品生產(chǎn)線實訓室為基礎，對生產(chǎn)線的設計原則、空間布局、配套設備等進行了介紹和分析，并以沐浴露為例對生產(chǎn)工藝進行說明。

1 建設要求

1.1 宏觀原則

化妝品生產(chǎn)線的車間廠房建設及產(chǎn)品的生產(chǎn)需要滿足化妝品生產(chǎn)良好操作規(guī)范(GMPC)的實施和6S管理[1]，即整理(SEIRI)、整頓(SEITON)、清掃(SEISO)、清潔(SEIKETSU)、素養(yǎng)(SHITSUKE)、安全(SAFETY)，以及我國2015年版《化妝品安全技術規(guī)范》和最新版《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督管理條例》的要求。

為例保證產(chǎn)品的衛(wèi)生及安全，可通過路線的組織形式，進行立體化設計，在滿足標準和規(guī)范的前提下，盡可能做到人流、物流分離，生產(chǎn)人員與非生產(chǎn)人員不交叉，保證時間或空間上的相對獨立，最大程度降低不同的潔凈區(qū)、物料、人員、污染物等之間相互交叉污染的風險[2]。

操作千萬條，安全第一條。逃生門、救生窗、安全標示、逃生通道指示牌、滅火器、安全說明、安全檢查、持證上崗、專人專管、操作規(guī)范等等都是化妝品生產(chǎn)線設計建設之前必須考慮其中的因素，日常管理與維護要以預防為主，重點關注用水電、高溫、中毒、機械方面的安全。

生產(chǎn)安全事故中90%以上是人為因素導致的，這其中由于不規(guī)范的操作又占了絕大多數(shù)。我國在食品、藥品行業(yè)早已實施生產(chǎn)質量管理規(guī)范(GMP)[3]，同時有質量管理體系(ISO)、衛(wèi)生操作標準程序(SSOP)等保證人員安全和產(chǎn)品的質量，但是在化妝品行業(yè)，暫時并沒有強制的GMPC認證制度與法律法規(guī)，人工的操作雖然隨著設備的自動化程度越來越高，但是，專業(yè)的人員培訓和持證上崗較難落實，一但發(fā)生事故只能補救，無法挽回，因此，強化車間人員的安全意識，認真執(zhí)行操作規(guī)程尤為重要。

1.2 空間布局

圖1 化妝品生產(chǎn)線人流圖

圖2 化妝品生產(chǎn)線物流圖

圖3 化妝品生產(chǎn)線車間平面圖

以實際情況為依據(jù)，具體平面及人流圖、物流如圖1～3所示。

1.3 配套設施

化妝品生產(chǎn)線車間的用水主要是常規(guī)自來水和純凈水兩種，兩者均需要滿足不斷流動及定期清洗、消毒或滅菌的需求；水分配系統(tǒng)中應維持持續(xù)的“湍流式”循環(huán)，符合流體力學設計原則；管路設計應使管道的總長度為最短。工業(yè)級用電通常為380 V，總功率需達到生產(chǎn)設備同時開啟時的負荷，為設備、照明、空調、紫外等提供動力。氣體方面包括溫度、濕度調節(jié)、壓差、凈化等級、新風系統(tǒng)等。清潔工具、消防工具、防護服、消毒面具等也是必不可少的配套物資。

2 關鍵設備

2.1 材料

化妝品生產(chǎn)設備對材料的要求較高，通常使用最多的材質為304#不銹鋼，可滿足力學性能及衛(wèi)生等標準，聚四氟乙烯主要用于攪拌槳的刮板及設備摩擦的連接處，保溫棉用于包裹蒸汽及加熱設備出口管道，塑料和橡膠在氣路管道和傳輸帶等使用。

2.2 稱量計量設備

秤、天平、量筒等常規(guī)稱量計量工具即可滿足使用的要求。

2.3 配制設備

2.3.1 真空乳化機

真空乳化機是生產(chǎn)化妝品的主要設備[4]，可制備膏、霜、乳、液各類黏度產(chǎn)品，功能齊全，能較好滿足產(chǎn)品流變性的需求。其主要包括水相鍋、油相鍋、主乳化鍋、真空泵、油壓系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成，水相鍋與油相鍋的物料先充分溶解，經(jīng)負壓被吸入主乳化鍋進行混合、均質乳化。其原理為物料在真空的狀態(tài)下，利用高速轉動的均質頭，將一相物料均勻的分布至另一個連續(xù)相中，物料在2～3 mm定、轉子間的狹隙中，承受剪切、離心、沖撞、亂流等綜合力學作用，短時間內(nèi)均勻分散乳化，迅速破碎成200 nm～2 μm的微粒，在攪拌過程中產(chǎn)生的氣泡被及時抽走，再經(jīng)過高頻循環(huán)過程，即可得到穩(wěn)定的O/W或W/O體系產(chǎn)品。

2.3.2 均質攪拌鍋

均質攪拌鍋適用于不同物料的混合攪拌，如生產(chǎn)洗發(fā)水、沐浴露、洗衣液、洗潔精、洗手液等中低黏度流體的互混、溶解，具有加熱、攪拌、均質、溫控、冷卻等功能，是日化和化妝品生產(chǎn)企業(yè)中必不可少的設備。

2.3.3 皂化釜

皂化釜是在傳統(tǒng)反應釜的基礎上增加了回流冷凝系統(tǒng)，保證生產(chǎn)中的高溫反應、急冷、皂化、加壓、均勻等幾個主要的工藝過程，主要用來完成脂類及有特殊溫度、壓力需要產(chǎn)品的制備。

2.4 儲存設備

2.4.1 移動儲罐

移動儲罐是可將成品與半成品轉移至異地的潔凈貯存設備。在化妝品生產(chǎn)過程中，儲罐配備呼吸閥，能消除物料由于溫度、工藝等原因產(chǎn)生的體積膨脹與收縮效應。

2.4.2 配料桶

配料桶又名攪拌罐、配料罐，具有可加熱自動控溫、保溫、攪拌功能。其具有傳熱快、適應溫差大、清洗方便、經(jīng)濟實用等優(yōu)點，廣泛應用于食品、制藥、日化等行業(yè)，可做為中間緩沖、儲液、攪拌、稱量載體和調配設備。

2.5 灌裝設備

2.5.1 半自動氣動灌裝機

本機采用活塞式推拉桿結構，工作時由氣缸產(chǎn)生強大的推拉力來帶動活塞頭。當主氣缸往回拉活塞頭時進料口閥門打開，出料口閥門關閉，由于料缸內(nèi)存在壓差，物料會被吸進到料缸內(nèi)，此為吸料行程。吸料行程完成后，主氣缸就會往外推動活塞頭，此時進料口閥門關閉，出料口閥門打開，物料被活塞頭推出料缸，通過出料口灌裝至容器，此為灌裝行程。設備采用氣缸和活塞式推拉桿結構，由于工作時料缸內(nèi)能夠形成真空腔，負壓吸取物料，所以能夠有效灌裝粘稠的、流動性差的物料。

2.6 傳輸設備

2.6.1 不銹鋼傳送帶

本設備采用全不銹鋼制造，結構簡單、整潔美觀、操作方便、輸送平穩(wěn)、工作噪音小；輸送帶使用高級進口高強度復合尼龍帶，具有經(jīng)久耐用、耐腐蝕、承載力度大等特點；電機使用RV型立式電機和JWB型臥式電機，美觀大方、規(guī)格可選、調速便捷。

2.6.2 傳遞窗

傳遞窗主要用于潔凈區(qū)與潔凈區(qū)之間、潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間小件物品的傳遞，以減少潔凈室的開門次數(shù)，最大限度的降低潔凈區(qū)的污染。

2.7 包裝設備

2.7.1 超聲波封尾機

早期軟管的接合是使用膠黏劑或電加熱熔接，這些方法效率低、外觀差，接合面容易老化，產(chǎn)品的殘差率高，有損人體健康，一定程度污染環(huán)境，超聲波技術的應用，解決了這些難題。超走波封尾焊接機采用電子程序控制，自動化程度高，操作容易，內(nèi)置電子保護電路。其工作原理是：機器將高頻電能通過換能器轉變成為機械能，該能量通過工具頭傳導到軟管工件上，以每秒兩萬次的超聲頻率及一定的振幅，使軟管工件的接合面產(chǎn)生劇烈摩擦后熔化，瞬間完成膠粘過程，這個過程稱為超聲波軟管焊接。常用于牙膏、化妝品、藥品、食品、工業(yè)用品等各類軟管封尾。

2.7.2 膜包機

膜包機是可將被包裝物形成三維六面體折疊封包的設備[5]。其工作流程是利用汽缸推動堆垛被包裝物，經(jīng)折疊-一次熱封-成型-二次熱封-展平一系列動作完成包裝過程。

2.8 清洗消毒設備

2.8.1 CIP清洗機

CIP清洗的工作原理為化學作用與機械作用，化學作用是決定洗滌效果最主要因素，其主要由加入的化學洗滌劑所產(chǎn)生，常用1%～2%的硝酸溶液，1%～3%的氫氧化鈉溶液，使用溫度為65～80℃。溫度的上升可以改變污物的物理狀態(tài)，加快化學反應速度，同時增大污物的溶解度，便于清洗時雜質脫落，從而增強清洗效果、縮短清洗時間；機械作用由運動而產(chǎn)生，如攪拌、噴射清洗液產(chǎn)生的撞擊、壓力和摩擦力等。清洗效果的影響因素有設備清潔程度、殘留物性質及產(chǎn)品生產(chǎn)工藝等，提高清洗劑濃度可適當縮短清洗時間或彌補清洗溫度的不足。其主要工藝循環(huán)流程為水洗-堿液洗-水洗-酸液洗-水洗。

2.8.2 蒸汽發(fā)生器

生產(chǎn)線所用蒸汽發(fā)生器由密閉蒸汽容器、全自動電控系統(tǒng)、高壓進水泵、法蘭式不銹鋼電熱管組件、內(nèi)置式水位觀測液位計、安全閥等部分組成，通過電加熱原件加熱密閉容器里的軟化水來產(chǎn)生高壓蒸汽。

2.8.3 紫外燈

紫外燈可以產(chǎn)生紫外線，紫外線分為UVA、UVB、UVC、UVD四個波段，UVC波段具有殺菌作用，采用紫外燈發(fā)出254 nm波長的光線，與微生物細胞中DNA或RNA的吸收光譜吻合，從而破壞分子結構，造成細胞死亡，最終達到殺菌消毒的效果。

2.9 其他

2.9.1 水處理系統(tǒng)

本生產(chǎn)線與純水生產(chǎn)線相鄰，符合飲用標準的水源可直接由純水生產(chǎn)線引入。

2.9.2 噴碼機

噴碼機是一種通過軟件控制，使用非接觸方式在產(chǎn)品上進行標識的設備。本生產(chǎn)線采用小字符噴碼機，可進行34點陣噴印，墨水系統(tǒng)和噴嘴經(jīng)過改良，可適應多種不同的墨水需求。

2.9.3 貼標機

貼標機的工作原理：產(chǎn)品流經(jīng)貼標裝置，傳感器檢測到產(chǎn)品經(jīng)過，傳回信號到貼標控制系統(tǒng)，在適當位置控制系統(tǒng)控制送出標簽，標簽貼附在產(chǎn)品待貼標位置上，一張標簽的貼附動作完成。操作過程為產(chǎn)品放置-產(chǎn)品輸送-產(chǎn)品分距-產(chǎn)品貼標-產(chǎn)品收集。

3 生產(chǎn)工藝實例

以沐浴露為例，其配方如表1所示。

表1 配方組成

沐浴露的制備工藝如下：

①將月桂酸加熱熔化并升溫至80℃；

②將去離子水加入攪拌鍋，再將KOH溶解，升溫至80℃，邊攪拌邊緩慢加入已熔化好的月桂酸，保持80℃皂化30 min，調節(jié)pH值為9～9.5，繼續(xù)攪拌，冷卻至40℃待用；

③依次將AES、6501、CAB加入攪拌鍋，升溫至50℃并攪拌均勻，再將配方量50%的水加入，繼續(xù)加入EDTA、珠光片、檸檬酸并攪拌均勻；

④將皂基、剩余的水緩慢加入，升溫至75℃恒溫30 min，使全部物料分散均勻；

⑤開啟冷卻水，攪拌冷卻至45℃，保持降溫速率0.5～1℃/min，加入香精、防腐劑、色素等輔料，攪拌均勻并繼續(xù)冷卻至30℃；

⑥靜置消泡，出料，檢測合格后至下一步工序。

4 結語

化妝品生產(chǎn)線是一個系統(tǒng)工程，設備的發(fā)展更趨于自動化，同時，對安全與衛(wèi)生的要求也越來越高，其中每一個環(huán)節(jié)與設備都會影響產(chǎn)品的質量，以上介紹的設備及流程能基本滿足小規(guī)?；瘖y品的生產(chǎn)需求，作為高校的實訓項目，亦能完全滿足師生的教學與科研工作?，F(xiàn)在全國具有同等級規(guī)模的化妝品生產(chǎn)線在高校并不多見，因此，本生產(chǎn)線可給其他高校乃至化妝品生產(chǎn)企業(yè)的建設提供有價值的參考。