Аэрозольный спрей — это тип системы распыления, которая создает аэрозольный туман из жидких частиц. Он состоит из баллона или бутылки, содержащей полезную нагрузку, и пропеллента под давлением. Когда клапан контейнера открывается, полезная нагрузка выталкивается из небольшого отверстия и выходит в виде аэрозоля или тумана.
Концепция аэрозоля, вероятно, восходит к 1790 году. [1] Первый патент на аэрозольный баллончик был выдан в Осло в 1927 году Эрику Ротхайму , норвежскому инженеру-химику, [1] [2] а патент США на изобретение был выдан в 1931 году. [3] Права на патент были проданы американской компании за 100 000 норвежских крон . [4] Норвежская почтовая служба Posten Norge отпраздновала изобретение выпуском марки в 1998 году.
В 1939 году американец Джулиан С. Кан получил патент на одноразовый баллончик с распылителем, [5] [6], но продукт остался в значительной степени неразвитым. Идея Кана состояла в том, чтобы смешать сливки и пропеллент из двух источников, чтобы сделать взбитые сливки дома — не настоящий аэрозоль в этом смысле. Более того, в 1949 году он отказался от своих первых четырех заявок, которые легли в основу его последующих патентных заявок.
Только в 1941 году аэрозольный баллончик был впервые эффективно использован американцами Лайлом Гудхью и Уильямом Салливаном из Бюро энтомологии и карантина растений США, которые считаются изобретателями современного аэрозольного баллончика. [7] [8] Их конструкция многоразового баллончика, получившая название аэрозольной бомбы или бомбы от насекомых , является предком многих коммерческих аэрозольных продуктов. Это был стальной баллон размером с ладонь, заряженный сжиженным газом под давлением 75 фунтов, и продукт выбрасывался в виде тумана или пены. [9] На изобретение был выдан государственный патент, который был передан министру сельского хозяйства для свободного использования народом Соединенных Штатов. [10] Находящийся под давлением сжиженного газа, который придавал ему свойства пропеллента, небольшой портативный баллончик позволял солдатам защищаться от комаров , переносящих малярию, путем распыления внутри палаток и самолетов в Тихом океане во время Второй мировой войны . [11] 28 августа 1970 года в Осло, Норвегия, Гудхью и Салливан получили первую Золотую медаль Эрика Ротхейма от Федерации европейских ассоциаций по аэрозолям в знак признания их ранних патентов и последующей новаторской работы с аэрозольными распылителями.
В 1948 году три компании получили лицензии от правительства США на производство аэрозольных баллончиков. Две из трех компаний, Chase Products Company и Claire Manufacturing, продолжают производить аэрозольные баллончики. «Обжимной клапан», используемый для управления распылением в аэрозольных баллончиках низкого давления, был разработан в 1949 году владельцем машиностроительного завода в Бронксе Робертом Х. Абпланалпом . [8] [12]
В 1974 году доктора Фрэнк Шервуд Роуленд и Марио Дж. Молина предположили, что хлорфторуглероды , используемые в качестве пропеллентов в аэрозольных распылителях, способствуют истощению озонового слоя Земли . [13] В ответ на эту теорию Конгресс США принял поправки к Закону о чистом воздухе в 1977 году, уполномочив Агентство по охране окружающей среды регулировать присутствие ХФУ в атмосфере. [14] Программа ООН по окружающей среде призвала к исследованию озонового слоя в том же году, а в 1981 году санкционировала глобальную рамочную конвенцию по защите озонового слоя. [15] В 1985 году Джо Фарман , Брайан Г. Гардинер и Джон Шанклин опубликовали первую научную статью, подробно описывающую дыру в озоновом слое. [16] В том же году в ответ на разрешение ООН была подписана Венская конвенция . Два года спустя был официально подписан Монреальский протокол , который регулировал производство ХФУ. Он вступил в силу в 1989 году. [15] США официально отказались от ХФУ в 1995 году. [17]
Если бы аэрозольные баллончики были просто заполнены сжатым газом , он должен был бы находиться под опасно высоким давлением и требовать специальной конструкции сосуда под давлением (как в газовых баллонах ), или количество полезной нагрузки в баллоне было бы небольшим и быстро истощалось. Обычно газ представляет собой пар жидкости с температурой кипения немного ниже комнатной температуры . Это означает, что внутри баллона под давлением пар может существовать в равновесии с его основной жидкостью при давлении, которое выше атмосферного (и способно вытеснить полезную нагрузку), но не опасно высоком. По мере выхода газа он немедленно заменяется испаряющейся жидкостью. Поскольку пропеллент существует в баллоне в жидкой форме, он должен смешиваться с полезной нагрузкой или растворяться в ней. В газовых распылителях и замораживающих спреях сама полезная нагрузка действует как пропеллент. Пропеллент в баллоне газового распылителя — это не «сжатый воздух», как иногда предполагают, а обычно галоидалкан .
Хлорфторуглероды (ХФУ) когда-то часто использовались в качестве пропеллентов, [18] но с тех пор, как Монреальский протокол вступил в силу в 1989 году, они были заменены почти в каждой стране из-за негативного воздействия ХФУ на озоновый слой Земли . Наиболее распространенными заменителями ХФУ являются смеси летучих углеводородов , как правило, пропана , н- бутана и изобутана . [19] Также используются диметиловый эфир (ДМЭ) и метилэтиловый эфир . Все они имеют недостаток в том, что они воспламеняемы . Закись азота и диоксид углерода также используются в качестве пропеллентов для доставки продуктов питания (например, взбитых сливок и кулинарного спрея ). Лекарственные аэрозоли, такие как ингаляторы от астмы, используют гидрофторалканы (ГФА): либо ГФА 134а (1,1,1,2,-тетрафторэтан), либо ГФА 227 (1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропан), либо их комбинации. В последнее время жидкие гидрофторолефиновые (ГФО) пропелленты стали более широко применяться в аэрозольных системах из-за их относительно низкого давления паров, низкого потенциала глобального потепления (ПГП) и негорючести. [20] Ручные насосные спреи можно использовать в качестве альтернативы хранимому пропелленту.
Машины для заправки жидких аэрозольных пропеллентов требуют дополнительных мер предосторожности, например, их следует устанавливать снаружи производственного склада в газовом доме. Машины для заправки жидких аэрозольных пропеллентов обычно изготавливаются в соответствии с правилами ATEX Zone II/2G (классификация Zone 1). [21]
Современные аэрозольные распылители состоят из трех основных частей: баллона, клапана и привода или кнопки. Баллон чаще всего представляет собой лакированную жесть (сталь со слоем олова) и может быть изготовлен из двух или трех кусков металла, спрессованных вместе. Алюминиевые банки также распространены и обычно используются для более дорогих продуктов или для продуктов, которые должны иметь более премиальный внешний вид, таких как средства личной гигиены. Клапан обжимается на внутреннем ободе баллона, и конструкция этого компонента важна для определения скорости распыления. Пользователь нажимает на привод, чтобы открыть клапан; пружина снова закрывает клапан, когда он отпускается. Форма и размер сопла в приводе контролируют размер аэрозольных частиц и распространение аэрозольного спрея. [22]
Настоящие аэрозольные спреи высвобождают пропеллент во время использования. [2] [3] Некоторые альтернативы, не содержащие пропеллента, включают различные аэрозольные баллончики, гибкие бутылки и аэрозольные системы сжатого газа Bag on Valve (BoV) или Bag in Can (BiC).
Упаковка, использующая поршневую барьерную систему от CCL Industries или EarthSafe от Crown Holdings, часто выбирается для высоковязких продуктов , таких как пост-пенящиеся гели для волос , густые кремы и лосьоны , пищевые пасты , промышленные продукты и герметики . Главное преимущество этой системы заключается в том, что она исключает проникновение газа и обеспечивает разделение продукта от пропеллента, сохраняя чистоту и целостность формулы на протяжении всего срока ее службы у потребителя. Поршневая барьерная система также обеспечивает постоянную скорость потока с минимальным удержанием продукта.
Другой тип системы дозирования — это система «мешок в банке» (или BOV, технология «мешок на клапане»), в которой продукт отделен от нагнетающего агента герметично запечатанным многослойным ламинированным пакетом, который сохраняет полную целостность формулы, поэтому дозируется только чистый продукт. [23] Среди многочисленных преимуществ система «мешок в банке» продлевает срок годности продукта, подходит для дозирования в любом положении (360 градусов), бесшумного и неохлаждающего выброса. Одним из ключевых отличий в производительности по сравнению с настоящими аэрозольными системами является то, что традиционное давление дозирования BoV (BoV, нагнетаемое исключительно сжатым газом) падает по мере дозирования продукта. Эта система «мешок в банке» используется для упаковки фармацевтических, промышленных, бытовых, средств по уходу за домашними животными и других продуктов, которые требуют полного разделения между продуктом и пропеллентом или требуют почти полной эвакуации тонких или вязких составов.
Более поздняя разработка — 2K (двухкомпонентный) аэрозольный спрей, в котором основной компонент хранится в основной камере, а второй компонент хранится во вспомогательном контейнере. Когда аппликатор активирует 2K аэрозоль, разбивая вспомогательный контейнер, два компонента смешиваются. 2K аэрозольный баллон выгоден для доставки реактивных смесей; например, 2K реактивная смесь может использовать низкомолекулярный мономер , олигомер и функционализированный низкомолекулярный полимер для получения конечного сшитого высокомолекулярного полимера. 2K аэрозоль может увеличивать содержание твердых веществ и поставлять высокоэффективные полимерные продукты, такие как отверждаемые краски , пены и клеи .
Аэрозольные баллончики представляют опасность для здоровья в трех основных аспектах:
В Соединенных Штатах непустые аэрозольные баллончики считаются опасными отходами , [26] но по-прежнему считаются «пригодными для вторичной переработки в пустом виде» в программах переработки отходов на обочине дороги в США. [29]
Аэрозольная продукция в Европейском Союзе должна соответствовать нормам охраны труда и техники безопасности, изложенным в Директиве 75/324/EEC. [30] которая установила маркировку « обратный эпсилон ». [a] Эта маркировка обязательна для аэрозольных продуктов объемом более 50 мл. [31] Такая же маркировка используется и в Соединенном Королевстве, хотя планируется, что маркировка UKCA заменит ее в Великобритании . [32]
, что химические соединения фреона в бытовых холодильниках, системах охлаждения воздуха и в качестве
носителя
ДДТ
в аэрозольных
бомбах для борьбы с насекомыми
более эффективны при тушении пожаров, чем углекислый газ.
