Аэрозольный распылитель — это тип дозирующей системы, которая создает аэрозольный туман из жидких частиц. Он состоит из баллона или бутылки с полезной нагрузкой и топлива под давлением. Когда клапан контейнера открывается, полезная нагрузка выталкивается из небольшого отверстия и выходит в виде аэрозоля или тумана.
Концепция аэрозоля, вероятно, возникла еще в 1790 году. [1] Первый патент на аэрозольный баллончик был выдан в Осло в 1927 году Эрику Ротхайму , норвежскому инженеру-химику, [1] [2] и патент США был выдан на изобретение в 1931 году. [3] Права на патент были проданы компании из США за 100 000 норвежских крон . [4] Норвежская почтовая служба Posten Norge отпраздновала это изобретение выпуском марки в 1998 году.
В 1939 году американец Джулиан С. Кан получил патент на одноразовый баллончик с распылителем, [5] [6] , но продукт так и остался в значительной степени неразработанным. Идея Кана заключалась в том, чтобы смешать сливки и пропеллент из двух источников, чтобы приготовить взбитые сливки дома — а не настоящий аэрозоль в этом смысле. Более того, в 1949 году он отказался от своих первых четырех претензий, которые легли в основу его последующих патентных заявок.
Лишь в 1941 году аэрозольный баллончик впервые начали эффективно использовать американцы Лайл Гудхью и Уильям Салливан из Бюро энтомологии и карантина растений США, которые считаются изобретателями современного аэрозольного баллончика. [7] [8] Их конструкция многоразового аэрозольного баллончика, получившая название « аэрозольная бомба» или «бомба от насекомых» , является прародителем многих коммерческих аэрозольных продуктов. Это был стальной баллон размером с руку, наполненный сжиженным газом под давлением 75 фунтов и продуктом, который выбрасывался в виде тумана или пены. [9] На изобретение был выдан общественный патент, переданный министру сельского хозяйства для свободного использования народом Соединенных Штатов. [10] Небольшой переносной баллончик, находящийся под давлением сжиженного газа, который придавал ему пороховые качества, позволял солдатам защищаться от комаров , переносчиков малярии , путем распыления внутри палаток и самолетов в Тихом океане во время Второй мировой войны . [11] Гудхью и Салливан получили первую золотую медаль Эрика Ротхайма от Федерации европейских ассоциаций аэрозолей 28 августа 1970 года в Осло, Норвегия, в знак признания их ранних патентов и последующей новаторской работы с аэрозольными распылителями.
В 1948 году правительство США предоставило трем компаниям лицензии на производство аэрозольных баллончиков. Две из трех компаний, Chase Products Company и Claire Manufacturing, продолжают производить аэрозольные баллончики. «Обжимной клапан», используемый для управления распылением аэрозольных баллончиков низкого давления, был разработан в 1949 году владельцем механического цеха в Бронксе Робертом Х. Абпланальпом . [8] [12]
В 1974 году д-р. Фрэнк Шервуд Роуленд и Марио Дж. Молина предположили, что хлорфторуглероды , используемые в качестве топлива в аэрозольных распылителях, способствуют истощению озонового слоя Земли . [13] В ответ на эту теорию Конгресс США в 1977 году принял поправки к Закону о чистом воздухе , разрешающие Агентству по охране окружающей среды регулировать присутствие ХФУ в атмосфере. [14] Программа ООН по окружающей среде призвала к исследованию озонового слоя в том же году и 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 Венская конвенция была подписана в ответ на разрешение ООН. Два года спустя был официально подписан Монреальский протокол , регулирующий 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 наполнены сжатым газом , он либо должен был бы находиться под опасно высоким давлением и требовал бы специальной конструкции баллона под давлением (как в газовых баллонах ), либо количество полезной нагрузки в баллончике было бы небольшим и быстро истощалось. Обычно газ представляет собой пар жидкости с температурой кипения немного ниже комнатной . Это означает, что внутри баллона под давлением пар может существовать в равновесии с объемной жидкостью при давлении, превышающем атмосферное давление (и способном вытеснить полезную нагрузку), но не опасно высоком. По мере выхода газа он тут же заменяется испаряющейся жидкостью. Поскольку топливо находится в баллоне в жидкой форме, оно должно смешиваться с полезной нагрузкой или растворяться в ней. В газовых распылителях и замораживающих спреях в качестве топлива выступает сама полезная нагрузка. Пропеллентом в газовом баллончике является не «сжатый воздух», как иногда полагают, а обычно галоалкан .
Хлорфторуглероды (ХФУ) когда-то часто использовались в качестве топлива [18] , но с момента вступления в силу Монреальского протокола в 1989 году они были заменены почти во всех странах из-за негативного воздействия ХФУ на озоновый слой Земли . Наиболее распространенной заменой ХФУ являются смеси летучих углеводородов , обычно пропана , н- бутана и изобутана . [19] Также используются диметиловый эфир (ДМЭ) и метилэтиловый эфир . Все они имеют тот недостаток, что являются легковоспламеняющимися . Закись азота и углекислый газ также используются в качестве пропеллентов для доставки пищевых продуктов (например, взбитых сливок и кулинарных спреев ). В медицинских аэрозолях, таких как ингаляторы от астмы, используются гидрофторалканы (HFA): либо HFA 134a (1,1,1,2-тетрафторэтан), либо HFA 227 (1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропан), либо их комбинации. два. Совсем недавно жидкие гидрофторолефиновые пропелленты (ГФО) стали более широко применяться в аэрозольных системах из-за их относительно низкого давления пара, низкого потенциала глобального потепления (ПГП) и негорючести. [20] Распылители с ручным насосом можно использовать в качестве альтернативы хранящемуся топливу.
Машины для наполнения жидким аэрозольным пропеллентом требуют дополнительных мер предосторожности, например, их установка снаружи производственного склада в газовом помещении. Машины с жидким аэрозольным топливом обычно конструируются в соответствии с правилами ATEX для зоны II/2G (классификационная зона 1). [21]
Современные аэрозольные распылители состоят из трех основных частей: баллона, клапана и привода или кнопки. Банка чаще всего представляет собой лакированную жесть (сталь со слоем олова) и может быть изготовлена из двух или трех скрученных вместе кусков металла. Алюминиевые банки также распространены и обычно используются для более дорогих продуктов или продуктов, предназначенных для более премиального внешнего вида, таких как средства личной гигиены. Клапан прижимается к внутреннему краю 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 регулируют размер аэрозольных частиц и распространение аэрозольной струи. [22]
Настоящие аэрозольные баллончики выделяют вытеснитель во время использования. [2] [3] Некоторые непропеллентные альтернативы включают в себя различные распылители, сжимающие флаконы и аэрозольные системы со сжатым газом Bag on Valve (BoV) или Bag in Can (BiC).
Упаковка, в которой используется поршневая барьерная система от CCL Industries или EarthSafe от Crown Holdings, часто выбирается для продуктов с высокой вязкостью , таких как вспенивающиеся гели для волос , густые кремы и лосьоны , пищевые пасты , а также промышленные продукты и герметики . Основное преимущество этой системы заключается в том, что она исключает проникновение газа и обеспечивает отделение продукта от топлива, сохраняя чистоту и целостность рецептуры на протяжении всего срока ее эксплуатации. Поршневая барьерная система также обеспечивает постоянную скорость потока с минимальным удержанием продукта.
Другим типом системы дозирования является система «мешок в банке» (или BOV, технология «мешок на клапане»), в которой продукт отделяется от агента, повышающего давление, с помощью герметично закрытого многослойного ламинированного пакета, который сохраняет полную целостность рецептуры, поэтому выдается только чистый продукт. [23] Среди множества преимуществ система «мешок в банке» продлевает срок хранения продукта, подходит для выдачи в любом положении (360 градусов), а также бесшумной и не охлаждающей разгрузки. Одним из ключевых отличий производительности от настоящих аэрозольных систем является то, что традиционное давление дозирования BoV (BoV, находящееся под давлением исключительно сжатым газом) падает по мере дозирования продукта. Эта система «мешок в банке» используется при упаковке фармацевтических, промышленных, бытовых продуктов, продуктов по уходу за домашними животными и других продуктов, которые требуют полного разделения продукта и пропеллента или требуют почти полного вакуумирования от разбавленных до вязких составов.
Более поздней разработкой является аэрозольный распылитель 2K (двухкомпонентный), в котором основной компонент хранится в основной камере, а второй компонент - в контейнере для принадлежностей. Когда аппликатор активирует 2К-аэрозоль, разбивая контейнер с аксессуарами, два компонента смешиваются. Аэрозольный баллон 2К удобен для доставки реактивных смесей; например, в реакционной смеси 2K можно использовать низкомолекулярный мономер , олигомер и функционализированный низкомолекулярный полимер для получения конечного сшитого высокомолекулярного полимера. 2К-аэрозоль может увеличить содержание твердых веществ и обеспечить производство высокоэффективных полимерных продуктов, таких как отверждаемые краски , пены и клеи .
Аэрозольные баллончики вызывают три основные проблемы со здоровьем:
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 в США. [29]
Было обнаружено, что
химические соединения фреона в бытовых холодильниках, системах воздушного охлаждения и в качестве
носителя
ДДТ
в аэрозольных
бомбах от насекомых более эффективны при тушении пожаров, чем углекислый газ.
