Аэрозольный спрей - это тип дозирующей системы, которая создает аэрозольный туман из жидких частиц. Он состоит из баллона или баллона, в котором находится полезный груз, и пропеллент под давлением. Когда клапан контейнера открывается, полезная нагрузка вытесняется из небольшого отверстия и выходит в виде аэрозоля или тумана.
История
Идея аэрозоля, вероятно, восходит к 1790 году. [1] Первый патент на аэрозольный баллончик был выдан в Осло в 1927 году Эрику Ротейму , норвежскому инженеру-химику [1] [2], а патент США был выдан на изобретение в 1931 году. [3] Патентные права были проданы американской компании за 100 000 норвежских крон . [4] Норвежская почтовая служба Posten Norge отметила изобретение выпуском марки в 1998 году.
В 1939 году американец Джулиан С. Кан получил патент на одноразовый аэрозольный баллончик [5] [6], но продукт оставался в значительной степени неразработанным. Идея Кана состояла в том, чтобы смешать сливки и пропеллент из двух источников, чтобы приготовить взбитые сливки в домашних условиях - не настоящий аэрозоль в этом смысле. Более того, в 1949 году он отказался от своих первых четырех требований, которые легли в основу его следующих патентных требований.
Только в 1941 году аэрозольный баллончик впервые начал эффективно использовать американцы Лайл Гудхью и Уильям Салливан из Бюро энтомологии и карантина растений США , которые считаются изобретателями современных баллончиков. [7] [8] Их конструкция многоразового аэрозольного баллончика, получившего название « аэрозольная бомба» или « бомба от насекомых» , является предшественницей многих коммерческих спреев. Это была стальная банка ручного размера, наполненная сжиженным газом под давлением 75 фунтов и продуктом, который должен был выбрасываться в виде тумана или пены. [9] Патент на государственную службу был выдан на изобретение и передан министру сельского хозяйства для бесплатного использования населением Соединенных Штатов. [10] Под давлением сжиженного газа, который придавал ему метательные свойства, небольшая портативная канистра позволяла солдатам защищаться от малярийных комаров путем распыления внутри палаток и самолетов в Тихом океане во время Второй мировой войны . [11] Гудхью и Салливан получили первую Золотую медаль Эрика Ротейма от Федерации европейских аэрозольных ассоциаций 28 августа 1970 года в Осло, Норвегия, в знак признания их ранних патентов и последующей новаторской работы с аэрозольными спреями.
В 1948 году три компании получили от правительства США 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 Бронкса Робертом Х. Абпланальпом . [8] [12]
В 1974 г. Фрэнк Шервуд Роуленд и Марио Дж. Молина предположили, что хлорфторуглероды , используемые в качестве пропеллента 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, разрешающие Агентству по охране окружающей среды регулировать присутствие ХФУ в атмосфере. [14] Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде под названием исследований озонового слоя в том же году, и в 1981 году , утвержденную глобальной рамочной конвенции об охране озонового слоя. [15] В 1985 году Джо Фарман , Брайан Г. Гардинер и Джон Шанклин опубликовали первую научную статью, в которой подробно описывалась дыра 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]
Аэрозольные пропелленты
Если бы аэрозольные баллончики были просто заполнены сжатым газом , либо он должен был бы находиться под опасно высоким давлением и потребовать специальной конструкции сосуда под давлением (например, 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 находиться в равновесии с объемной жидкостью под давлением, превышающим атмосферное (и способным вытеснить полезный груз), но не опасно высоким. Как только газ выходит, он немедленно заменяется испаряющейся жидкостью. Поскольку пропеллент существует в жидкой форме в баллончике, он должен смешиваться с полезной нагрузкой или растворяться в полезной нагрузке. В газовых пылесосах и замораживающих аэрозолях топливо само действует как полезная нагрузка. Пропеллент в газовом баллоне - это не «сжатый воздух», как иногда предполагают, а обычно галогеналкан .
Хлорфторуглероды (ХФУ) когда-то часто использовались в качестве пропеллентов [18], но после вступления в силу Монреальского протокола в 1989 году их заменили почти во всех странах из-за негативного воздействия ХФУ на озоновый слой Земли . Наиболее распространенными заменителями CFC являются смеси летучих углеводородов , как правило, пропана , н- бутана и изобутана . [19] Также используются диметиловый эфир (DME) и метилэтиловый эфир . Все они легко воспламеняются . Закись азота и диоксид углерода также используются в качестве пропеллентов для доставки пищевых продуктов (например, взбитых сливок и кулинарного спрея ). В медицинских аэрозолях, таких как ингаляторы от астмы, используются гидрофторалканы (HFA): HFA 134a (1,1,1,2-тетрафторэтан) или HFA 227 (1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропан) или комбинации два. В последнее время жидкие гидрофторолефиновые пропелленты (HFO) стали более широко применяться в аэрозольных системах из-за их относительно низкого давления пара, низкого потенциала глобального потепления (GWP) и негорючести. [20] Распылитель с ручным насосом можно использовать в качестве альтернативы хранящемуся топливу.
Машины для наполнения жидким аэрозольным пропеллентом требуют дополнительных мер предосторожности, таких как установка снаружи производственного склада в газовом помещении. Установки для жидких аэрозолей обычно конструируются в соответствии с правилами ATEX Zone II / 2G (классификационная зона 1). [21]
Упаковка
Современные аэрозольные распылители состоят из трех основных частей: баллончика, клапана и исполнительного механизма или кнопки. Банка чаще всего представляет собой лакированную жесть (сталь со слоем олова) и может состоять из двух или трех металлических кусков, скрученных вместе. Алюминиевые банки также распространены и обычно используются для продуктов, которые более дорогие или предназначены для более качественного внешнего вида, таких как продукты личной гигиены. Клапан прижимается к внутреннему краю банки, 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]
Альтернативы упаковки без ракетного топлива
Истинные аэрозольные баллончики выделяют пропеллент во время использования. [2] [3] Некоторые альтернативы без пропеллента включают различные аэрозольные баллончики, отжимные баллоны и системы аэрозольных баллончиков сжатого газа «мешок на клапане» (BoV) или «мешок в банке» (BiC).
Упаковка, в которой используется поршневая барьерная система от CCL Industries или EarthSafe от Crown Holdings , часто выбирается для высоковязких продуктов, таких как гели для волос после вспенивания , густые кремы и лосьоны , пищевые пасты, промышленные продукты и герметики . Основное преимущество этой системы заключается в том, что она устраняет проникновение газа и обеспечивает отделение продукта от пропеллента, поддерживая чистоту и целостность рецептуры на протяжении всего срока службы. Система поршневого барьера также обеспечивает постоянную скорость потока с минимальным удерживанием продукта.
Другой тип дозирующей системы - это система «мешок в банке» (или BOV, технология «мешок на клапане»), в которой продукт отделяется от нагнетающего агента с помощью герметичного многослойного ламинированного мешка, который поддерживает полную целостность рецептуры. выдается только чистый продукт. [23] Среди множества преимуществ, система «мешок в банке» продлевает срок годности продукта, подходит для разлива в любом положении (на 360 градусов), бесшумной разгрузки без охлаждения. Эта система «мешок в банке» используется для упаковки фармацевтических, промышленных, бытовых продуктов, продуктов для ухода за домашними животными и других продуктов, которые требуют полного разделения продукта и пропеллента.
Более поздняя разработка - это аэрозольный спрей 2K (двухкомпонентный), в котором основной компонент хранится в основной камере, а второй компонент хранится в дополнительном контейнере. Когда аппликатор активирует аэрозоль 2K, разбивая контейнер для принадлежностей, два компонента смешиваются. Аэрозольный баллон 2K удобен для доставки реактивных смесей; например, в реакционной смеси 2K можно использовать мономер с низкой молекулярной массой , олигомер и функционализированный низкомолекулярный полимер для получения конечного сшитого высокомолекулярного полимера. Аэрозоль 2K может увеличить содержание твердых частиц и доставить высокоэффективные полимерные продукты, такие как отверждаемые краски , пены и клеи .
Соображения безопасности
Аэрозольные баллончики вызывают беспокойство по трем основным направлениям:
- Содержимое можно намеренно вдохнуть для достижения интоксикации пропеллентом (известное как злоупотребление ингалянтами или «пыхтение»). Называя их «баллончиками с воздухом» или «баллончиками со сжатым воздухом», невежественные люди могут ввести в заблуждение, что они безвредны; на самом деле такое неправильное использование привело к смертельному исходу. [24]
- Травмы, вызванные ожогами, вызванными аэрозолем, могут быть вызваны распылением аэрозоля непосредственно на кожу, что иногда называют «обледенением». [25] Адиабатическое расширение вызывает быстрое охлаждение аэрозольного содержимого при выходе из баллона.
- Пропелленты в аэрозольных баллончиках обычно представляют собой комбинации горючих газов и, как известно, вызывают пожары и взрывы. [26] Однако негорючие сжатые газы, такие как азот и закись азота, широко используются в ряде аэрозольных систем, таких как освежители воздуха и взбитые сливки в виде аэрозоля, а также негорючие жидкие пропелленты. [27]
В США, непустые аэрозольные баллончики считаются опасными отходами , [26] , но до сих пор считается «вторичной переработкой , когда пустым» в США Curbside утилизации программ. [28]
Смотрите также
- Аэрозольная краска
- Fabrican
- Граффити
- Глупая строка
Рекомендации
- ^ a b Беллис, Мэри История аэрозольных баллончиков
- ^ a b Патент Норвегии № 46613, выданный 23 ноября 1926 г.
- ^ a b Патент США 1800156 - Метод и средства для распыления или распределения жидких или полужидких материалов, выдан 7 апреля 1931 г.
- ^ Kvilesjø, Свен Оле (17 февраля 2003). «Спрайбоксенс фар эр норск» . Aftenposten (на норвежском языке). Архивировано из оригинала на 30 июня 2008 года . Проверено 6 февраля 2009 года .
Sprayboksens far er norsk; Erik Rotheim fant opp aerosolflasken, sprayboksen, på 1920-tallet. В 1927 г. был выдан патент на оппоненты. [...] и запатентованный налог на оплату труда в американском сельском хозяйстве за 100 000 крон.
Отец распылителя - норвежец; Эрик Ротейм изобрел аэрозольный баллончик, распылитель, в 1920-х годах. В 1927 году он запатентовал изобретение. [...] патент был в конечном итоге продан американской компании за 100 000 норвежских крон.
- ^ Патент США 2170531 - для смешивания аппаратурыжидкость с газом, выданную 22 августа 1939 года.
- ^ Карлайл, Родни (2004). Научно-американские изобретения и открытия , с. 402. John Wiley & Songs, Inc., Нью-Джерси. ISBN 0-471-24410-4 .
- ^ Патент США 2331117 , поданной 3 октября 1941, и получил 5 октября 1943 г.патенте США 2331117 (серийный номер 413474) для аэрозоля «раздаточное устройство», поданной Д. Lyle Goodhue и William N. Sullivan (включая диспенсер Рисование)
- ^ а б Кимберли А. МакГрат (редактор), Бриджит Э. Трэверс (редактор) (1999). Мир изобретений "Краткое содержание" . Детройт: Томсон Гейл. ISBN 0-7876-2759-3.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
- ↑ Статья «Аэрозольная бомба», The Golden Home and High School Encyclopedia, Golden Press , Нью-Йорк, 1961.
- ↑ Статья В. Н. Салливана «Аэрозоли и насекомые», «Ежегодник сельского хозяйства - насекомые», Министерство сельского хозяйства США, 1952 г.
- ↑ Core, Джим, Розали Марион Блисс и Альфредо Флорес. (Сентябрь 2005 г.) «ARS сотрудничает с Министерством обороны для защиты войск от насекомых-переносчиков» . Журнал сельскохозяйственных исследований Vol. 53, № 9.
- ^ Патент США 2631814 - клапанный механизм для дозирования газов и жидкостей под давлением; Заявление 28 сентября 1949 г., выдано 17 марта 1953 г.
- ^ «История хлорфторуглеродов ХФУ» . Совет по потребительским аэрозольным продуктам. Архивировано из оригинала на 2015-07-15 . Проверено 20 июля 2015 .
- ^ Поправка Законачистом воздухе 1977 года (91 Stat. 685 , стр. 726)
- ^ а б Вайс, Эдит Браун (2009). «Венская конвенция об охране озонового слоя и Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой» (PDF) . Библиотека аудиовизуальных материалов Организации Объединенных Наций по международному праву . Организация Объединенных Наций . Проверено 20 июля 2015 года .
- ^ Нэш, Эрик Р. (23 сентября 2013 г.). «История озоновой дыры» . Наблюдение за озоновой дырой НАСА . НАСА . Проверено 20 июля 2015 .
- ^ «Ускоренный отказ от озоноразрушающих веществ класса I» . Агентство по охране окружающей среды США. 19 августа 2010 . Проверено 20 июля 2015 .
- ^ «Пожары быстро прекращаются с помощью« ленивого »фреона» . Популярная механика . Vol. 87. Журналы Hearst . Апрель 1947 г. с. 115 . Проверено 7 июня 2019 года .
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.
- ^ Йомен, Эмбер М .; Льюис, Аластер К. (22 апреля 2021 г.). «Глобальные выбросы ЛОС из сжатых аэрозольных продуктов» . Elementa: Наука антропоцена . 9 (1): 00177. DOI : 10,1525 / elementa.2020.20.00177 . ISSN 2325-1026 .
- ^ «Техническая информация о ракетном топливе Solstice®» (PDF) . Honeywell .
- ^ "Аэрозольный пропеллент / Машина для наполнения под давлением - R + R Aerosol Systems Ltd" . R + R Мидленд Лтд . Проверено 19 февраля 2019 .
- ^ US5941462A , Шандор, «Variable Распылительная насадка для распылителя продукции», опубликованной 1999
- ^ изображение: аэрозольные баллончики и баллоны под давлением, иллюстрация
- ^ а б «Пыль от смерти» . snopes.com . Проверено 24 мая 2015 .
- ^ «Дезодорант увеличивает количество ожогов» . ABC News . 10 июля 2007 г.
- ^ а б «Краски и аэрозольная безопасность» . uvm.edu . Университет Вермонта. Архивировано из оригинального 11 августа 2015 года . Проверено 20 июля 2015 года .
- ^ «Пропеллент солнцестояния для аэрозолей» . Аэрозоли Honeywell . Проверено 11 марта 2019 .
- ^ «Как переработать аэрозольные баллончики» . Земля911 .
Внешние ссылки
- Совет по потребительским аэрозольным продуктам
- Старые патенты и изобретения для аэрозольных баллончиков