Аэрозольный распылитель
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.
История
[ редактировать ]
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 американской компании 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 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 претензий.
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 бесплатного использования народом Соединенных Штатов. [10] Небольшой переносной баллончик, находящийся под давлением сжиженного газа, который придавал ему пороховые качества, позволял солдатам защищаться от малярии , переносчиков комаров , 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 в Бронксе владельцем механического цеха 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 принял поправки к Закону о чистом воздухе, в 1977 году разрешающие Агентству по охране окружающей среды регулировать присутствие ХФУ в атмосфере. [14] В том же году Программа ООН по окружающей среде призвала к исследованию озонового слоя и в 1981 году утвердила 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]
Аэрозольные пропелленты
[ редактировать ]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 тех пор, как Монреальский протокол вступил в силу 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] диметиловый эфир (ДМЭ) и метилэтиловый эфир Также используются . 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 комбинации эти двое. Совсем недавно жидкие гидрофторолефиновые пропелленты (ГФО) стали более широко применяться в аэрозольных системах из-за их относительно низкого давления паров, 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]
Упаковка
[ редактировать ]
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]
Альтернативы невытесняющей упаковке
[ редактировать ]Настоящие аэрозольные баллончики выделяют вытеснитель во время использования. [2] [3] Некоторые невытесняющие альтернативы включают 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 герметичного многослойного ламинированного пакета, который сохраняет полную целостность рецептуры, поэтому выдается только чистый продукт. [23] Помимо множества преимуществ, система «пакет в банке» продлевает срок хранения продукта, подходит для выдачи в любом положении (360 градусов), а также обеспечивает бесшумную и не охлаждающую раздачу. Одним из ключевых отличий производительности от настоящих аэрозольных систем является то, что традиционное давление дозирования BoV (системы BoV, находящиеся под давлением исключительно сжатого газа) 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 удаления вязких или разжиженных 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 .
Проблемы безопасности
[ редактировать ]
Аэрозольные баллончики вызывают три основные проблемы со здоровьем:
- Содержимое можно намеренно вдыхать для достижения интоксикации от пропеллента (известное как злоупотребление ингаляционными веществами или «пыхтение»). Называя их «консервами с воздухом» или «банками со сжатым воздухом», можно ввести в заблуждение невежественных людей, полагая, что они безвредны; на самом деле такое неправильное использование привело к гибели людей. [24]
- Аэрозольные ожоги могут быть вызваны распылением аэрозоля непосредственно на кожу, что иногда называют «замораживанием». [25] Адиабатическое расширение приводит к быстрому охлаждению содержимого аэрозоля 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 аэрозолей, поскольку они содержат негорючие жидкие пропелленты. [27]
- В конце 2021 года и в течение 2022 года большое количество потребительских аэрозолей было отозвано из-за присутствия бензола в их готовой продукции. [28] Там, где отзыв имел далеко идущие последствия, бензол считается следовым примесем в некоторых, но не во всех углеводородных топливах. Несмотря на тщательные испытания как у производителя пропеллента, так и на месте заправки аэрозолей, неподходящие аэрозольные пропелленты могут быть обнаружены и уничтожены до их использования в готовой продукции.
В США непустые аэрозольные баллончики считаются опасными отходами . [26] но по-прежнему считаются «подлежащими вторичной переработке пустыми» в программах переработки у обочин США. [29]
Аэрозольные продукты в Европейском Союзе должны соответствовать нормам по охране труда и технике безопасности, изложенным в Директиве 75/324/EEC. [30] который установил знак « перевернутый эпсилон ». [а] Данная маркировка необходима для аэрозольной продукции объемом более 50 мл. [31] Такая же маркировка используется и в Великобритании, хотя маркировкой UKCA ее планируется заменить в Великобритании . [32]
См. также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ U + 025C ɜ ЛАТИНСКАЯ СТРОЧНАЯ БУКВА, ПЕРЕВЕРНУТАЯ ОТКРЫТАЯ E
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Беллис, Мэри История аэрозольных баллончиков
- ^ Перейти обратно: а б Норвежский патент № 46613, выданный 23 ноября 1926 г.
- ^ Перейти обратно: а б Патент США № 1800156 «Способ и средство распыления или распределения жидких или полужидких материалов», выданный 7 апреля 1931 г.
- ^ Квилесйо, Свенд Оле (17 февраля 2003 г.). «Отец баллончика — норвежец» . Афтенпостен (на норвежском языке). Архивировано из оригинала 30 июня 2008 года . Проверено 6 февраля 2009 г.
Отец аэрозольного баллончика — норвежец; Эрик Ротхайм изобрел аэрозольный баллончик в 1920-х годах. В 1927 году он получил патент на изобретение. [...] и патент в конечном итоге был продан американской компании за 100 000 норвежских крон.
Отец распылителя — норвежец; Эрик Ротхайм изобрел аэрозольный баллончик в 1920-х годах. В 1927 году он запатентовал изобретение. [...] патент в конечном итоге был продан американской компании за 100 000 норвежских крон.
- ^ Патент США 2170531 — Устройство для смешивания жидкости с газом, выдан 22 августа 1939 г.
- ^ Карлайл, Родни (2004). Изобретения и открытия Scientific American , стр.402. John Wiley & Songs, Inc., Нью-Джерси. ISBN 0-471-24410-4 .
- ↑ Патент США 2331117 , поданный 3 октября 1941 г. и выданный 5 октября 1943 г. Патент № 2331117 (серийный номер 413474) на аэрозольный «дозаторный аппарат», поданный Лайлом Д. Гудхью и Уильямом Н. Салливаном (включая дозатор). рисунок)
- ^ Перейти обратно: а б Кимберли А. МакГрат; Бриджит Э. Трэверс, ред. (1999). Мир изобретений «Резюме» . Детройт: Томсон Гейл. ISBN 0-7876-2759-3 .
- ↑ Статья «Аэрозольная бомба», Энциклопедия Golden Home and High School, Golden Press , Нью-Йорк, 1961.
- ^ Статья У. Н. Салливана «Аэрозоли и насекомые», «Ежегодник сельского хозяйства - насекомые», Министерство сельского хозяйства США, 1952 г.
- ^ Кор, Джим; Блисс, Розали Мэрион; Флорес, Альфредо (сентябрь 2005 г.). «ARS сотрудничает с Министерством обороны для защиты войск от насекомых-переносчиков» . Журнал сельскохозяйственных исследований . Том. 53, нет. 9. Архивировано из оригинала 15 июля 2012 года.
- ^ Патент США 2631814 — Клапанный механизм для дозирования газов и жидкостей под давлением; заявка от 28 сентября 1949 г., выдана 17 марта 1953 г.
- ^ «История хлорфторуглеродов ХФУ» . Совет по потребительским аэрозольным продуктам. Архивировано из оригинала 15 июля 2015 г. Проверено 20 июля 2015 г.
- ^ Поправки к Закону о чистом воздухе 1977 г. (91 Закон 685 , стр. 726)
- ^ Перейти обратно: а б Вайс, Эдит Браун (2009). «Венская конвенция по защите озонового слоя и Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой» (PDF) . Библиотека аудиовизуальных материалов Организации Объединенных Наций по международному праву . Объединенные Нации . Проверено 20 июля 2015 г.
- ^ Нэш, Эрик Р. (23 сентября 2013 г.). «История озоновой дыры» . НАСА «Наблюдение за озоновыми дырами» . НАСА . Проверено 20 июля 2015 г.
- ^ «Ускоренный отказ от озоноразрушающих веществ класса I» . Агентство по охране окружающей среды США. 19 августа 2010 года . Проверено 20 июля 2015 г.
- ^ «Пожары быстро прекратились из-за «ленивого» фреона» . Популярная механика . Том. 87. Журналы Херста . Апрель 1947 г. с. 115 . Проверено 7 июня 2019 г.
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. Было обнаружено, что
- ^ Йоман, Эмбер М.; Льюис, Аластер К. (22 апреля 2021 г.). «Глобальные выбросы ЛОС из сжатых аэрозольных продуктов» . Элемента: Наука об антропоцене . 9 (1): 00177. дои : 10.1525/elementa.2020.20.00177 . ISSN 2325-1026 .
- ^ «Технический бюллетень по топливу Solstice®» (PDF) . Ханивелл . 2017.
- ^ «Аэрозольный пропеллент / Машина для наполнения под давлением - R + R Aerosol Systems Ltd» . Р+Р Мидлендс Лтд . Проверено 19 февраля 2019 г.
- ^ US5941462A , Sandor, «Насадка с регулируемым распылением для распылителя продукта», опубликовано в 1999 г.
- ^ «изображение: аэрозольные и баллоны под давлением, иллюстрация» . Архивировано из оригинала 10 августа 2016 года . Проверено 13 июля 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б Миккельсон, Барбара (30 мая 2005 г.). «Пыль смерти» . snopes.com.
- ^ «Жжение дезодоранта усиливается» . Новости АВС . 10 июля 2007 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Безопасность красок и аэрозолей» . uvm.edu . Университет Вермонта. Архивировано из оригинала 11 августа 2015 года . Проверено 20 июля 2015 г.
- ^ «Пропеллент солнцестояния для аэрозолей» . Аэрозоли Honeywell . Архивировано из оригинала 14 августа 2020 года . Проверено 11 марта 2019 г.
- ^ Дженовезе, Даниэлла (20 декабря 2021 г.). «P&G отзывает более 30 аэрозольных баллончиков из-за бензола» . Фокс Бизнес .
- ^ «Как утилизировать аэрозольные баллончики» . Земля911 .
- ^ «Директива Совета 75/324/EEC от 20 мая 1975 г. о сближении законодательства государств-членов, касающегося аэрозольных распылителей» . Европейская комиссия.
- ^ «Директива по аэрозольным распылителям» . Проверено 28 мая 2024 г.
- ^ «Руководство по маркировке CE» . Правительство Великобритании . 1 августа 2023 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
