Застосування палива в аерозольній упаковці

За допомогою аерозольної упаковки можна розпорошувати рідкі речовини, отримувати піну з рідких речовин і видавати назовні пастоподібні речовини у вигляді в'язкого струменя різноманітної конфігурації.

Розпилення рідких речовин, що застосовуються у побуті, сільському господарстві, медицині промисловості тощо, є найбільш поширеною функцією аерозольної упаковки. Розпорошені рідини, головним чином, використовуються для нанесення на поверхню та для утворення хмари з дрібних крапель у повітрі. Аерозолі в побуті – це засоби для виведення плям, засоби для чищення і полірування, рідини для підкрохмалювання і цілий ряд інших речовин, серед яких рідини для знищення комах, що літають, видалення неприємного запаху в повітрі, різні дезінфекційні засоби і т. д.

Рідина, призначена для розпилення за допомогою аерозольної упаковки, знаходиться в ній під тиском, який створює пропелент. Як пропеленти для розпилення рідин використовують в основному зріджені гази: фторхлорзаміщені вуглеводні (фреони), парафінові вуглеводні (пропан, бутан, ізобутан та ін.), хлорзаміщені вуглеводні (вінілхлорид, метилхлорид) і стислі гази: азот, останні переважно використовують для харчових продуктів.

Якщо пропелентом служить зріджений газ, то залежно від властивостей рідкого продукту та пропеленту розрізняють два випадки: 1) продукт і пропелент поєднуються і 2) продукт і пропелент не поєднуються.

Перший випадок відноситься найчастіше до розчинів на основі органічних розчинників, що поєднуються з фреонами (рідше на основі води). При поєднанні рідкого палива з рідким продуктом в аерозольній упаковці виникають дві фази (див. рис.): «А» - газова (суміш насичених парів палива та інших летких рідин,включених у рецептуру), яка займає вільний простір в упаковці, і «Б» – рідка (суміш продукту та рідкого палива). Під тиском газової фази "А" рідка фаза "Б" піднімається по сифонній трубці і через клапанний пристрій потрапляє назовні, де пропелент, бурхливо випаровуючись, дробить рідину на дрібні частки "Р". Так як продукт з попелом поєднуються, при зберіганні розшарування рідини не відбувається. У разі розпилення емульсій, де активна речовина є дисперсною фазою, пропелент повинен поєднуватися із сумішшю рідких компонентів складу, що утворюють дисперсійне середовище. При зберіганні аерозольних упаковок емульсії розшаровуються, як показано на малюнку ліворуч, причому утворюються одна газова фаза "А" і дві рідкі "Б" і "В". Фаза «В» являє собою активну речовину або його розчин, а «Б» — суміш палива з іншими рідкими компонентами, що не поєднуються з розчином активної 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 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 насиченої пари пропелентів, 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 випаровування палива, що міститься в ній.

Розміри частинок, що розпиляються, залежать від кількості палива у вмісті балона, температури кипіння палива, леткості розчинника, температури навколишнього середовища, в'язкості продукту, конструкції клапана і т. д.Наприклад, характер розпилення при 20С залежно від кількості палива (фреон-12 або суміш фреонів 11 і 12) в рідкій фазі при одній і тій же конструкції клапана має такі особливості:

При вмісті палива в аерозольній упаковці до 30% (від маси) видача продукту з упаковки здійснюється у вигляді струменя, що використовується тільки в окремих випадках.
При вмісті палива від 30 до 50 вага.% виходить грубе розпилення, яке майже не застосовується.
Склади, що містять від 50 до 60 вага.% палива, вживаються для розпилення рідин, призначених для нанесення на поверхні, наприклад, лакофарбових матеріалів (емалі, лаки та фарби), засобів для чищення і полірування, засобів для чищення і полірування, засобів для підкрохмалювання і т. д. .
Склади, що містять від 70 до 90 вагу. % палива, використовуються для розпилення рідин з метою утворення хмари з найдрібніших крапель, яке здатне досить довго утримуватися у повітрі. Такі склади використовуються для розпилення засобів знищення комах, що літають; освіжувачів повітря, що видаляють неприємний запах у приміщеннях; різних дезінфекційних засобів тощо.

Внутрішній тиск в упаковці не впливає безпосередньо на розмір частинок, оскільки воно визначається не кількістю зрідженого газу в балоні, а тиском його насиченої пари, що залишається постійним, доки не буде витрачено останню краплю палива. Від внутрішнього тиску залежить певною мірою конус розпилення та режим витрати вмісту.

Температура довкілля впливає розпилення в такий спосіб. По-перше, тиск насиченої пари палива знаходиться в прямій залежності від температури, тобто 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 у разі підвищення температури вміст балона розшаровується. Це явище зникає у разі підвищення температури.

Летучість розчинників також впливає розміри частинок.

Чим легколеткі розчинники, тим дисперсність розпилення вища, і навпаки. Конструкція клапанів також визначає дисперсність струменя.

Продукт та пропелент несумісні

Як пропеленти в таких системах застосовуються зріджені пропан, бутан, ізобутан та інші парафінові вуглеводні. Водний розчин і рідкий пропелент утворюють дві окремі рідкі фази, де вода утворює нижній шар «В», а парафінові вуглеводні (щільністю 0,5 – 0,6) – верхній шар «Б». Пари пропелентів утворюють газову фазу "А".

Такі аерозольні упаковки перед вживанням забороняється збовтувати, т.к. рідкий палич тут служить тільки для постачання парами газової фази. Остання забезпечує відповідний тиск в упаковці. На відміну від попереднього випадку, характер розпилення залежить від внутрішнього тиску. Пропелент, не суміщений з водним розчином, у процесі дроблення рідини повітря не бере участі. Для цієї мети застосовуються спеціальні конструкції розпилювальних головок, які механічно подрібнюють струмінь на дрібні частки «Р». Характер розпилення залежить від сили подачі продукту головку. Конкретним прикладом розпилення водних розчинів за допомогою парафінових вуглеводнів є робота аерозольних упаковок, що містять засоби для крохмалювання білизни.Крохмаль у водному розчині розпорошується за допомогою суміші пропану та бутану.

Для розпилення водних розчинів використовуються також стислі гази: азот, закис азоту, двоокис вуглецю, але вони не забезпечують повну видачу продукту з аерозольних упаковок (оскільки в міру роботи такого пакування тиск у ній падає і може зрівнятися з атмосферним раніше, ніж весь продукт буде використаний). Стислі гази нерозчинні у воді або розчиняються в ній дуже мало. Якщо газ певною мірою розчиняється у воді, то здійснюється повніша видача продукту з упаковки (див. рис.). Азот, який практично не розчиняється у розчині продукту, не видає з аерозольної упаковки до 10% складу, а закис азоту та вуглекислий газ, які у невеликих кількостях розчиняються у воді, забезпечують більш повну видачу продукту.

При використанні стиснутих газів слід побоюватися витоку палива. Так як кількість його в балоні не перевищує кількох грамів, навіть незначний витік палива може призвести до неповної видачі продукту. При розпиленні водних розчинів за допомогою стиснутих газів в упаковці також є лише одна рідка фаза, і перед вживанням не потрібно попередньо збовтувати балон.

Аерозольні упаковки для видачі рідини у вигляді піни використовуються в основному в побуті, медицині, ветеринарії та косметиці. Рідини, які при видачі з упаковки утворюють піну, є водними розчинами активної речовини та піноутворювача. Так як пропелент у цьому випадку не повинен поєднуватися з розчином, у подібних складах вживають фреони, а також парафінові вуглеводні. Вони утворюють у разі емульсії, у яких дисперсійної середовищем є водний розчин, а дисперсної фазою — фреон. Кількість палива не перевищує 20 вагу. %. При зберіганніемульсія може розшаровуватися, тому перед вживанням необхідно аерозольну упаковку збовтувати. Після потрапляння емульсії повітря, фреон починає випаровуватися і бульбашки газу, що у рідкому продукті, поступово збільшуючись обсягом, утворюють піну, т. е. порівняно грубу, висококонцентровану дисперсію парів палива в рідкому продукті.

Структура піни залежить, по-перше, від складу, властивостей та співвідношень розчинених у воді речовин, по-друге, від співвідношення водного розчину та палива та, по-третє, від тиску насичених парів останнього. При однаковій кількості пропелентів найбільш жорстка пружна піна виходить там, де вищий тиск пари.

Піни можуть бути стійкі та нестійкі. Для отримання стійких пін застосовують стабілізатори. Міцність та тривалість існування піни залежить від природи та кількості присутнього піноутворювача, що концентрується в результаті адсорбції на міжфазній поверхні. До типових піноутворювачів для водних пін належать поверхнево-активні речовини, синтезовані на основі спиртів і жирних кислот, а також мила та милоподібні речовини, білки тощо [22]. Для стабілізації пін використовуються різні стабілізатори. Згодом плівки рідини між бульбашками піни витончуються внаслідок стікання рідини, бульбашки лопаються, пари палива випаровуються, і замість піни залишається одна рідка фаза - розчин піноутворювача у воді.

Видача продукту як піни з аерозольної упаковки здійснюється з допомогою спеціальних конструкцій розпилювальних головок (рис. 8).

Пасти, т. е. густі емульсії, при видачі з аерозольних упаковок набувають форми густих стрічок різних конфігурацій залежно від конструкції сопла розпилювальної головки. Якістьпалива тут застосовують стислі гази, наприклад, азот, закис азоту, вуглекислий газ і т. д. Розчинність цих газів у 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 застосовують для харчових продуктів.

Таким чином, ми розглянули властивості основних типів пропелентів, а також деякі сфери їх застосування. У наступному пункті структуруємо вищенаведену інформацію.

Основні галузі застосування аерозольних складів

Як було зазначено, області застосування аерозолів дуже великі – від парфумерії, косметики і медицини до засобів боротьби з комахами. Тому залежно від напрямку застосування кінцевого продукту, в одних випадках висуваються одні вимоги до палива та його вмісту у складі, в інших – зовсім інші. У нижченаведеній таблиці представлені дані про сфери використання кінцевих продуктів, типи пропелентів та їх вміст в аерозольній композиції.