Пропелленти властивості, застосування, тенденції
Основним завданням аерозольної упаковки є видача знаходиться в ній під тиском речовини в такому вигляді, який забезпечував би найбільш ефективний вплив продукту і максимальну зручність. Які основні тенденції в її застосуванні?
За допомогою аерозольної упаковки можна розпорошувати рідкі речовини, отримувати піну з рідких речовин і видавати назовні пастоподібні речовини у вигляді в'язкої струменя різноманітної конфігурації.
Розпилення рідких речовин, що застосовуються в побуті, сільському господарстві, медицині промисловості і т. Д. Є найбільш поширеною функцією аерозольної упаковки. Розпорошені рідини, головним чином, використовуються для нанесення на поверхню і для утворення хмари з дрібних крапель в повітрі.
Аерозолі в побуті - це засоби для виведення плям, засоби для чищення та полірування, рідини для крохмалення і цілий ряд інших речовин, серед яких рідини для знищення літаючих комах, видалення неприємного запаху в повітрі, різні дезінфекційні засоби і т. Д.
Рідини, призначені для розпилення за допомогою аерозольної упаковки, знаходяться в ній під тиском, яке створює пропеллент. Як пропеллентов для розпилення рідин використовують в основному зріджені гази: фторхлорзамещенние вуглеводні (фреони), парафінові вуглеводні (пропан, бутан, ізобутан і ін.), Хлорзамещенние вуглеводні (вінілхлорид, метилхлорид) і стислі гази: азот, закис азоту, двоокис вуглецю, останні в основному використовують для харчових продуктів.
Якщо пропеллентом служить скраплений газ, то в залежності від властивостей рідкого продукту і палива розрізняють два випадки: 1) продукт і пропеллент поєднуються і 2) продукт і пропеллент не поєднуються.
Перший випадок відноситься найчастіше до розчинів на основі органічних розчинників, що поєднуються з фреонами (рідше на основі води). При суміщенні рідкого палива з рідким продуктом в аерозольній упаковці виникають дві фази (див. Рис.): «А» - газова (суміш насичених парів палива і інших летючих рідин, включених в рецептуру), яка займає вільний простір в упаковці, і «Б »- рідка (суміш продукту і рідкого палива). Під тиском газової фази «А» рідка фаза «Б» піднімається по сифонної і через клапанний пристрій потрапляє назовні, де пропеллент, бурхливо випаровуючись, дробить рідину на дрібні частки «Р». Так як продукт з пропеллентом поєднуються, при зберіганні розшарування рідини не відбувається.
У разі розпилення емульсій, де активна речовина є дисперсною фазою, пропеллент повинен поєднуватися з сумішшю рідких компонентів складу, що утворюють дисперсійне середовище. При зберіганні аерозольних упаковок емульсії розшаровуються, як показано на малюнку зліва, причому утворюються одна газова фаза «А» і дві рідкі «Б» і «В». Фаза «В» являє собою активну речовину пли його розчин, а «Б» - суміш палива з іншими рідкими компонентами, не поєднується з розчином активного речовини. При збовтуванні упаковки утворюється одна рідка фаза «Б». При цьому «Б» служить дисперсійним середовищем, а «В» - дисперсною фазою. При відкритому положенні клапана, як і в попередньому прикладі, насичені пари палива (фаза А) видавлюють емульсію назовні, де вона дробиться на дрібні частинки «Р».
В обох випадках газова фаза, що складається в основному з насичених парів пропеллентов, служить для видачі рідкої фази в повітря при відкритому положенні клапана. Рідка фаза, що складається з рідкого продукту і палива, після видачі з упаковки дробиться в повітрі на дрібні частинки, завдяки бурхливому випаровуванню міститься в ній палива.
Розміри розпилюються частинок залежать від кількості палива в вмісті балона, температури кипіння палива, летючості розчинника, температури навколишнього середовища, в'язкості продукту, конструкції клапана і т. Д.
Наприклад, характер розпилення при 20С в залежності від кількості палива (фреон-12 або суміш фреонів 11 і 12) в рідкій фазі при одній і тій же конструкції клапана має такі особливості:
1. При змісті палива в аерозольній упаковці до 30% (від маси) видача продукту з упаковки здійснюється у вигляді струменя, що використовується тільки в рідкісних спеціальних випадках.
2. При змісті палива від 30 до 50 мас.% Виходить грубе розпорошення, яке майже не застосовується.
3. Склади, що містять від 50 до 60 мас.% Палива, вживаються для розпилення рідин, призначених для нанесення на поверхні, наприклад, лакофарбових матеріалів (емалі, лаки і фарби), для виведення плям, засобів для чищення та полірування, засобів для крохмалення і т . д.
4. Склади, що містять від 70 до 90 вагу. % Палива, використовуються для розпилення рідин з метою утворення хмари з дрібних крапель, яке здатне досить довго утримуватися в повітрі. Такі склади використовуються для розпилення засобів знищення літаючих комах; освіжувачів повітря, що видаляють неприємний запах в приміщеннях; різних дезінфекційних засобів і т. д. Внутрішній тиск в упаковці не впливає безпосередньо на розмір часток, так як воно визначається не кількістю скрапленого газу в балоні, а тиском його насиченої пари, яке залишається постійним, поки не буде витрачена остання крапля палива. Від внутрішнього тиску залежить в деякій мірі конус розпилення і режим витрати вмісту.
Температура навколишнього середовища впливає на розпорошення наступним чином. По-перше, тиск насиченої пари палива знаходиться в прямій залежності від температури, т. Е. При зниженні температури - знижується, при підвищенні - підвищується. По-друге, розчинники випаровуються швидше при підвищених температурах, ніж при низьких. По-третє, якщо використовуються речовини, в'язкість яких сильно коливається зі зміною температури, тоді і розміри частинок, що утворюються також будуть залежати від змін температури.
Іноді при підвищенні температури вміст балона розшаровується. Це явище зникає при підвищенні температури.
Летючість розчинників також впливає на розміри частинок. Чим більше легколетучего розчинники, тим дисперсність розпилення вище, і навпаки. Конструкція використовуваних клапанів також визначає дисперсність струменя.
Продукт і пропеллент несумісні
Як пропеллентов в таких системах застосовуються зріджені пропан, бутан, ізобутан і інші парафінові вуглеводні. Водний розчин і рідкий пропеллент утворюють дві окремі рідкі фази (див. Рис.), Де вода утворює нижній шар «В», а парафінові вуглеводні (майже 0,5 - 0,6) - верхній шар «Б». Пари пропеллентов утворюють газову фазу «А».
Такі аерозольні упаковки перед вживанням забороняється збовтувати, тому що рідкий пропеллент тут служить тільки для постачання парами газової фази. Остання забезпечує відповідний тиск в упаковці. На відміну від попереднього випадку, тут характер розпилення залежить від внутрішнього тиску.
Пропеллент, що не суміщений з водним розчином, в самому процесі дроблення рідини в повітрі не бере. Для цієї мети застосовуються спеціальні конструкції розпилювальних головок, які механічно дроблять струмінь на дрібні частинки «Р». Характер розпилення залежить від сили подачі продукту в головку. Конкретним прикладом розпилення водних розчинів за допомогою парафінових вуглеводнів є робота аерозольних упаковок, що містять кошти для крохмалення білизни. Крохмаль у водному розчині розпорошується за допомогою суміші пропану і бутану.
Для розпилення водних розчинів вживаються також стислі гази: азот, закис азоту, двоокис вуглецю, але вони не забезпечують повну видачу продукту з аерозольних упаковок (Так як у міру роботи такої упаковки тиск у ній падає і може зрівнятися з атмосферним раніше, ніж весь продукт буде використаний). Стислі гази нерозчинні в воді або розчиняються в ній дуже мало. Якщо газ в якійсь мірі розчиняється у воді, то здійснюється більш повна видача продукту з упаковки (см. Рис.). Азот, який практично не розчиняється в розчині продукту, не видає з аерозольної упаковки до 10% складу, а закис азоту і вуглекислий газ, які в невеликих кількостях розчиняються у воді, забезпечують більш повну видачу продукту.
При використанні, стислих газів слід побоюватися витоку палива. Так як кількість його в балоні не перевищує декількох грамів, навіть незначний витік палива може привести до неповної видачі продукту. При розпилюванні водних розчинів за допомогою стислих газів в упаковці також є тільки одна рідка фаза, і перед вживанням не потрібно попередньо збовтувати балон.
отримання пен
Аерозольні упаковки для видачі рідини у вигляді піни використовуються в основному в побуті, медицині, ветеринарії і косметиці. Рідини, які під час видачі з упаковки утворюють піну, є водними розчинами активної речовини і піноутворювача. Так як пропеллент в цьому випадку не повинен поєднуватися з розчином, в подібних складах вживають фреони, а також парафінові вуглеводні. Вони утворюють в даному випадку емульсії, в яких дисперсійним середовищем є водний розчин, а дисперсною фазою - фреон. Кількість палива не перевищує 20 вагу. %. При зберіганні емульсія може розшаровуватися, тому перед вживанням необхідно аерозольну упаковку збовтувати. Після потрапляння емульсії в повітря, фреон починає випаровуватися і бульбашки газу, що знаходяться в рідкому продукті, поступово збільшуючись в обсязі, утворюють піну, т. Е. Порівняно грубу, висококонцентровану дисперсію парів палива в рідкому продукті.
Структура піни залежить, по-перше, від складу, властивостей і співвідношень розчинених у воді речовин, по-друге, від співвідношення водного розчину і палива і, по-третє, від тиску насичених парів останнього. При однаковій кількості пропеллентов найбільш жорстка пружна піна виходить там, де вище всього тиск парів.
Піни можуть бути стійкі і нестійкі. Для отримання стійких пен застосовують стабілізатори. Міцність і тривалість існування піни залежить від природи і кількості присутнього піноутворювача, що концентрується в результаті адсорбції на міжфазної поверхні. До типових піноутворювачам для водних пен належать поверхнево-активні речовини, синтезовані на основі спиртів і жирних кислот, а також мила і милоподобниє речовини, білки і т. Д. [22]. Для стабілізації пен вживаються різні стабілізатори. Згодом плівки рідини між бульбашками піни тоншають внаслідок стікання рідини, бульбашки лопаються, пари палива випаровуються, і замість піни залишається одна рідка фаза - розчин піноутворювача у воді.
Видача продукту у вигляді піни з аерозольної упаковки здійснюється за допомогою спеціальних конструкцій розпилювальних головок (рис. 8).
пасти
Пасти, т. Е. Густі емульсії, при видачі з аерозольних упаковок набувають форму густих стрічок різних конфігурацій залежно від конструкції сопла розпилювальної головки. У якість палива тут застосовують стислі гази, наприклад, азот, закис азоту, вуглекислий газ і т. Д. Розчинність цих газів в пастах незначна, тому стислі гази служать тільки для видачі паст з упаковки, при цьому з продуктом не відбувається ніяких перетворень, і в упаковці є двофазна система. Аерозольні упаковки пастоподібних продуктів використовуються в побуті, парфумерії, медицині, але найчастіше їх застосовують для харчових продуктів.
Таким чином, ми розглянули властивості основних типів пропеллентов, а також деякі області їх застосування. Наступним пунктом структурируем вищевикладену інформацію.
Основні області застосування аерозольних складів
Як вже було сказано, області застосування аерозолів досить великі - від парфумерії, косметики та медицини до засобів боротьби з комахами. Тому в залежності від напрямку застосування кінцевого продукту, в одних випадках пред'являються одні вимоги до пропеллентов і його вмісту в складі, в інших - зовсім інші. У наступній таблиці представлені дані про сферах використання кінцевих продуктів, типах пропеллентов і їх зміст в аерозольній композиції.
Природно, у всіх тих областях, де застосовуються вуглеводневі пропелленти, можуть застосовуватися і знаходять обмежене застосування хладони. Природно, зі зрозумілих причин пропан-бутанові суміші не застосовуються в пожежогасінні, обмежено застосовуються в медицині і в виготовленні харчових продуктів. В пожежогасінні використовувані хладони є не тільки і не стільки пропеллентов, скільки компонентами пожаротушащего складу. Пропан-бутан або ДМЕ є далеко не найбільш підходящими компонентами для пожежогасіння.
У медичних аерозолях вуглеводневі пропелленти не знаходять широкого застосування в силу їх можливого токсичного дії на організм людини. З цієї ж причини вони не використовуються в харчових продуктах, до того ж харчові аерозолі - це, як правило, пасти, а в пастах прийнято використовувати N2O або N2. Застосування вуглеводневих пропеллентов в цих областях використання можливо лише в разі, коли речовина знаходиться в окремій від палива ємності і недоступно для контакту з ним. Пропеллент тисне на ємність і відбувається викид речовини. Як правило, це не практикується в силу технічної складності і дорожнечі. Зазвичай застосовують альтернативні вуглеводневим пропелленти.
В медицині використовуються старі запаси хладону 11 і хладону 12 (в основному хладон 12) і відносно недавно розроблений хладон 227еа.
Більш того, постачальники озонобезпечних хладонових пропеллентов і виробники сумішей з них висловлюють точку зору, що використання пропан-бутанових пропеллентов в косметичних аерозолях може чинити негативний вплив на організм людини. У зв'язку з цим справедливості заради представимо основні марки хладонов, які використовувалися раніше і знаходять обмежене використання в даний час в якості пропеллентов. Деякі з них заборонені до виробництва і споживання.
Крім хладонов часто в якості палива використовується диметиловий ефір, азот і оксид азоту. Наступну главу присвятимо ринку цих речовин.
C поточною ситуацією і прогнозом розвитку українського ринку продуктів в аерозольній упаковці можна познайомитися в звіті Академії кон'юнктури Промислових Ринків «Ринок продуктів в аерозольній упаковці вУкаіни».
Версія для друку | Надіслати | Зробити стартовою | Додати в обране