Получение различных видов распыления веществ с помощью аэрозольной упаковки.

Косметика в аэрозолях

Основной задачей аэрозольной упаковки является выдача находящегося
в ней под давлением вещества в таком виде, который обеспечивал бы наиболее эффективное воздействие продукта и максимальное удобство. При помощи аэрозольной упаковки можно распылять жидкие вещества и пудры, получать пену из жидких веществ и выдавать наружу пастообразные вещества в виде вязкой струи разнообразной конфигурации.

РАСПЫЛЕНИЕ ЖИДКИХ ВЕЩЕСТВ
Аэрозольные баллоны в основном служат для выдачи жидких веществ в распыленном виде, что широко применяется в быту, сельском хозяйстве, медицине, промышленности и других областях. Распыленные жидкости, главным образом, используются для нанесения на поверхность и для образования облака из мелких капель в воздухе. К первой группе относятся лакокрасочные материалы, пятновыводители, средства для чистки и полировки, жидкости для подкрахмаливания и целый ряд других веществ. Ко второй группе относятся жидкости для уничтожения летающих насекомых, удаления неприятного запаха в воздухе, различные дезинфекционные средства и т. д.
Жидкости, предназначенные для распыления при помощи аэрозольной упаковки, находятся в ней под давлением, которое создает пропеллент. В качестве пропеллентов для распыления жидкостей используют в основном сжиженные газы: "фторхлорзамещенные углеводороды (фреоны), парафиновые углеводороды (пропан, бутан, изобутан и др.), хлорзамещенные углеводороды (винилхлорид, метилхлорид) и сжатые газы: азот, закись азота, двуокись углерода, последние в основном употребляю тел для пищевых продуктов.
Если пропеллентом служит сжиженный газ, то в зависимости от свойств жидкого продукта и пропеллента различают два случая: 1) продукт и пропеллент совмещаются и 2) продукт и пропеллент не совмещаются.
Продукт совмещается с пропеллентом. Это относится чаще всего к растворам на основе органических растворителей, совмещающихся с фреонами (реже на основе воды [20]). При совмещении жидкого пропеллента с жидким продуктом

Рис. 4. Аэрозольная упаковка, содержащая пропеллент, совмещающийся с активным продуктом:
а — в стационарном состоянии; б — в действии.

в аэрозольной упаковке возникают две фазы (рис. 4): д газовая (смесь насыщенных паров пропеллента и других летучих жидкостей, включенных в рецептуру), которая занимает свободное пространство в упаковке, и Б жидкая (смесь продукта и жидкого пропеллента). Под давлением газовой фазы А жидкая фаза Б поднимается по сифонной трубке и через клапанное устройство попадает наружу, где пропеллент, бурно испаряясь, дробит жидкость на мельчайшие частицы Р. Перед употреблением не требуется взбалтывать упаковку, так как при хранении расслоения жидкости не происходит.

Рис. 5. Аэрозольная упаковка, содержащая эмульсию:
а — в стационарном состоянии (расслоение эмульсии);
6 - распыление после взбалтывания (образование эмульсии).

В случае распыления эмульсий, где активное вещество является дисперсной фазой, пропеллент должен совмещаться со смесью жидких компонентов состава, образующих дисперсионную среду. При хранении аэрозольных упаковок эмульсии расслаиваются, как показано на рис. 5, а, причем образуются одна газовая фаза А и две жидкие Б и В. Фаза В представляет собой активное вещество пли его раствор, а Б — смесь пропеллента с остальными жидкими компонентами, не совмещающимися с раствором активного вещества. При взбалтывании упаковки (рис. 5,6) образуется одна жидкая фаза Б, в которой Б служит дисперсионной средой, а В дисперсной фазой. При открытом положении клапана, как и в предыдущем примере, насыщенные пары пропеллента (фаза А) выдавливают эмульсию наружу, где она дробится на мелкие частички Р.
В обоих случаях газовая фаза, состоящая в основном из насыщенных паров пропеллентов, служит для выдачи жидкой фазы в воздух при открытом положении клапана. Жидкая фаза, состоящая из жидкого продукта и пропеллента, после выдачи из упаковки дробится в воздухе на мелкие частицы, благодаря бурному испарению содержащегося в ней пропеллента.
Размеры распыляемых частиц зависят от количества пропеллента в содержимом баллона, температуры кипения пропеллента, летучести растворителя, температуры окружающей среды, вязкости продукта, конструкции клапана и т. д. Например, характер распыления при 20С в зависимости от количества пропеллента (фреон-12 или смесь фреонов 11 и 12) в жидкой фазе при одной и той же конструкции клапана имеет следующие особенности:
1. При содержании пропеллента в аэрозольной упаковке до
30 вес.% выдача продукта из упаковки осуществляется в виде
струи, что используется только в редких специальных случаях.
2.При содержании пропеллента от 30 до 50 вес.% получается грубое распыление, которое почти не применяется.
3. Составы, содержащие от 50 до 60 вес.% пропеллента, употребляются для распыления жидкостей, предназначенных для нанесения на поверхности, т. е РАЗЛИЧНЫХ лакокрасочных материалов(эмали, лаки и краски),пятновыводителей, средств для чистки и полировки, средств для подкрахмаливания и т. д.
4. Составы, содержащие от 70 до 90 вес. % пропеллента, используются для распыления жидкостей с целью образования облака из мельчайших капель, которое способно довольно долго удерживаться в воздухе. Такие составы используются для распыления средств уничтожения летающих насекомых; освежителей воздуха, удаляющих неприятный запах в помещениях; различных дезинфекционных средств и т. д.
Внутреннее давление в упаковке не влияет непосредственно на размер частиц, так как оно определяется не количеством сжиженного газа в баллоне, а давлением его насыщенного пара, которое остается постоянным, пока не будет израсходована последняя капля

Рис. 6. Аэрозольная упаковка, содержащая пропеллент, не совмещающийся с активным продуктом.

пропеллента. От внутреннего давления зависит в некоторой степени конус распыления и режим расхода содержимого.
Температура окружающей среды влияет на распыление следующим образом.
Во-первых, давление насыщенного пара пропеллента находится в прямой зависимости от температуры, т. е. при понижении температуры – понижается, при повышении — повышается.
Во-вторых, растворители улетучиваются быстрее при повышенных температурах, чем при низких.
В-третьих, если используются вещества, вязкость которых сильно колеблется с изменением температуры, тогда и размеры образующихся частиц также будут зависеть от изменений температуры.
Иногда при повышении температуры содержимое баллона расслаивается. Это явление исчезает при повышении температуры.
Летучесть растворителей также влияет на размеры частиц.
Чем более легколетучи растворители, тем дисперсность распыления выше, и наоборот. Конструкция используемых клапанов также определяет дисперсность струи.
Продукт и пропеллент несовместимы.
Такие системы используют обычно для распыления водных растворов.
В качестве пропеллентов применяются сжиженные пропан, бутан, изобутан и другие парафиновые углеводороды. Водный раствор и жидкий пропеллент образуют две отдельные жидкие фазы (рис. 6), где вода образует нижний слой В, а парафиновые углеводороды (плотностью 0,5 – 0,6) –
верхний слой Б. Пары пропеллентов образуют газовую фазу А.
Такие аэрозольные упаковки перед употреблением не разрешается взбалтывать, т.к. жидкий пропеллент здесь служит только для снабжения парами газовой фазы. Последняя обеспечивает соответствующее давление в упаковке. В отличие от предыдущего щего случая, здесь характер распыления зависит от внутреннего давления.

Рис. 7. Изменение внутреннего давления в аэрозольных упаковках разной емкости, содержащих сжатый газ, по мере выдачи продукта:

Пропеллент, не совмещенный с водным раствором, в самом процессе дробления жидкости в воздухе не участвует. Для этой цели применяются специальные конструкции распылительных головок, которые механически дробят струю на мелкие частицы Р. Характер распыления зависит от силы подачи продукта в головку.
Конкретным примером распыления водных растворов с помощью парафиновых углеводородов является работа аэрозольных упаковок, содержащих средства для подкрахмаливания белья. Крахмал в водном растворе распыляется при помощи смеси пропана и бутана.
Для распыления водных растворов употребляются также сжатые газы: азот, закись азота, двуокись углерода, но они не обеспечивают полную выдачу продукта из аэрозольных упаковок (Так как по мере работы такой упаковки давление в ней падает и может сравняться с атмосферным раньше, чем весь продукт будет использован). Сжатые газы нерастворимы в воде или растворяются в ней очень мало. Если газ практически в какой-то степени растворяется в воде (2Ц), то осуществляется более полная выдача продукта из упаковки (рис. 7). Азот, который практически не растворяется в растворе продукта, не выдает из аэрозольной упаковки около 10% продукта, а закись азота и углекислый газ, которые в небольших количествах растворимы в воде, обеспечивают более полную выдачу продукта.
При использовании, сжатых газов следует опасаться утечки пропеллента. Так как количество его в баллоне не превышает нескольких граммов, даже незначительная утечка пропеллента может привести к неполной выдаче продукта.
При распылении водных растворов с помощью сжатых газов в упаковке также имеется только одна жидкая фаза, и перед употреблением не требуется предварительно взбалтывать баллон.

ПОЛУЧЕНИЕ ПЕН
Аэрозольные упаковки для выдачи жидкости в виде пены используются в основном в быту, медицине, ветеринарии и косметике. Жидкости, которые при выдаче из упаковки образуют пену, являются водными растворами активного вещества и пенообразователя. Так как пропеллент в этом случае не должен совмещаться с раствором, в подобных составах употребляют фреоны, а также парафиновые углеводороды. Они образуют в данном случае эмульсии, в которых дисперсионной средой является водный раствор, а дисперсной фазой — фреон. Количество пропеллента не превышает 20 вес. %. При хранении эмульсия может расслаиваться, поэтому перед употреблением необходимо аэрозольную упаковку взбалтывать. После попадания эмульсии в воздух, фреон начинает испаряться и пузырьки газа, находящиеся в жидком продукте, постепенно увеличиваясь в объеме, образуют пену, т. е. сравнительно грубую, высококонцентрированную дисперсию паров пропеллента в жидком продукте.
Структура пены зависит, во-первых, от состава, свойств и соотношений растворенных в воде веществ, во-вторых, от соотношения водного раствора и пропеллента и в-третьих, от давления насыщенных паров последнего. При одинаковом количестве пропеллентов наиболее жесткая упругая пена получается там, где выше всего давление паров.
Пены могут быть устойчивые и неустойчивые. Для получения устойчивых пен применяют стабилизаторы. Прочность и продолжительность существования пены зависит от природы и количества присутствующего пенообразователя, концентрирующегося в результате адсорбции на межфазной поверхности. К типичным пенообразователям для водных пен принадлежат поверхностно-активные вещества, синтезированные на основе спиртов и жирных кислот, а также мыла и мылоподобные вещества, белки и т. д. [22]. Для стабилизации пен употребляются различные стабилизаторы. Со временем пленки жидкости между пузырьками пены утончаются вследствие стекания жидкости, пузырьки лопаются, пары пропеллента улетучиваются, и вместо пены остается одна жидкая фаза — раствор пенообразователя в воде.
Выдача продукта в виде пены из аэрозольной упаковки осуществляется при помощи специальных конструкций распылительных головок (рис. 8).

Рис. 8. Распылительная головка для выдачи жидкого продукта в виде пены.

ВЫДАВЛИВАНИЕ ПАСТ
Пасты, т. е. густые эмульсии, при выдаче из аэрозольных упаковок приобретают форму густых лент различных конфигураций в зависимости от конструкции сопла распылительной головки. В качество пропеллента здесь применяют сжатые газы, например, азот, закись азота, углекислый газ и т. д. Растворимость этих газов в пастах незначительна, поэтому сжатые газы служат только для выдачи паст из упаковки, при этом с продуктом не происходит никаких превращений, и в упаковке имеется двухфазная система.
Аэрозольные упаковки пастообразных продуктов используются в быту, парфюмерии, медицине, но чаще всего их применяют для пищевых продуктов.

ПРЕПАРАТЫ В АЭРОЗОЛЬНЫХ УПАКОВКАХ. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
НПБ 256-99

Утверждены и введены в действие приказом ГУГПС МВД России от 16 декабря 1999 г. № 97.
Утверждены и введены в действие главным государственным инспектором Российской Федерации по пожарному надзору.
Согласованы с НПОАО "РОССА".
Введены в действие 20 декабря 1999 г.
Настоящий нормативный документ не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения ГУГПС МВД России.
I. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
1. Настоящие нормы устанавливают классификацию аэрозольных упаковок различного назначения по пожарной опасности, номенклатуру показателей пожаровзрывоопасности и методы их определения.
2. Настоящие нормы предназначены для разработки мероприятий по противопожарной защите при производстве, транспортировании, хранении и применении препаратов в аэрозольных упаковках, а также при проведении сертификации препаратов в аэрозольных упаковках на соответствие требованиям пожарной безопасности.
3. Настоящие нормы не распространяются на взрывчатые, радиоактивные и сильнодействующие ядовитые препараты в аэрозольных упаковках.
II. НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
4. В настоящих нормах использованы ссылки на следующие нормативные документы:
СТ СЭВ 383-87 Пожарная безопасность в строительстве. Термины и определения.
ГОСТ 12.1.033-81 ССБТ. Пожарная безопасность. Термины и определения.
ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ. Пожаровзрывоопаcность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.
III. ОПРЕДЕЛЕНИЯ
5. В настоящих нормах, за исключением приведенных ниже, приняты термины и определения в соответствии с СТ СЭВ 383 и ГОСТ 12.1.033.
Аэрозольная упаковка - металлический, стеклянный или пластмассовый сосуд, укомплектованный клапаном, распылительной головкой и предохранительным колпачком, предназначенный для получения аэрозоля в виде струи.
Аэрозольный препарат (препарат) - содержимое аэрозольной упаковки.
Основной продукт - содержимое аэрозольной упаковки без пропеллента.
Пропеллент - сжиженный или сжатый газ, с помощью которого происходит эвакуация основного продукта.
Длина распространения пламени по струе аэрозоля - расстояние, на которое распространяется пламя по струе аэрозоля относительно источника зажигания.
IV. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕПАРАТОВ В АЭРОЗОЛЬНЫХ УПАКОВКАХ ПО ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ
6. Основной продукт и пропеллент в соответствии с ГОСТ 12.1.044 классифицируются по горючести на:
негорючий;
трудногорючий (из группы трудногорючих жидкостей выделяется подгруппа трудногорючих взрывоопасных жидкостей);
горючий (из группы горючих жидкостей выделяют легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) и особо опасные ЛВЖ).
7. Классификация препаратов в аэрозольных упаковках по уровням и группам пожарной опасности.
7.1. По уровням пожарной опасности:
уровень 1 - препараты в аэрозольных упаковках с общей теплотой сгорания менее 20 МДж/кг;
уровень 2 - препараты в аэрозольных упаковках с общей теплотой сгорания от 20 до 30 МДж/кг;
уровень 3 - препараты в аэрозольных упаковках с общей теплотой сгорания более 30 МДж/кг.
7.2. По группам пожарной опасности:
группа 1 - длина распространения пламени по струе аэрозоля составляет более 0,45 м или существует "обратное" пламя, т. е. распространение пламени от источника зажигания к аэрозольной упаковке;
группа 2 - длина распространения пламени по струе аэрозоля составляет от 0,20 до 0,45 м;
группа 3 - длина распространения пламени по струе аэрозоля составляет от 0,05 до 0,20 м;
группа 4 - длина распространения пламени по струе аэрозоля составляет менее 0,05 м.
V. НОМЕНКЛАТУРА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТИ И МЕТОДЫ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
8. Показателями пожаровзрывоопасности основного продукта являются:
группа горючести;
температура вспышки Твсп, ° С;
температура воспламенения Твоспл, ° С;
температура самовоспламенения Тсмвосп, ° С;
нижний температурный предел распространения пламени, НТПРП, ° С.
9. Показателями пожаровзрывоопасности пропеллента являются:
группа горючести;
концентрационные пределы распространения пламени, КПРП, % об.;
температура самовоспламенения Тсмвосп, ° С.
10. Показателями пожаровзрывоопасности препаратов в аэрозольных упаковках являются:
теплота сгорания Нт, МДж/кг;
длина распространения пламени по струе аэрозоля Lпл, м.
11. Группа горючести, Твсп, Твосп и Тсмвосп, НТПРП и КПРП определяются по ГОСТ 12.1.044.
12. Метод определения теплоты сгорания Нт аэрозольных препаратов приведен в прил. 1.
13. Метод определения длины распространения пламени по струе аэрозоля Lпл приведен в прил. 2.
VI. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
14. Общие требования пожарной безопасности при производстве, транспортировании, хранении препаратов в аэрозольных упаковках определяются Правилами пожарной безопасности. Рекомендуемые области применения препаратов в аэрозольных упаковках приведены в прил. 3.
15. Потребительская маркировка аэрозольных упаковок групп пожароопасности 1, 2, 3 должна содержать предупреждающую надпись: "Огнеопасно! Не распылять у открытого огня и раскаленных предметов! ".
16. Транспортная маркировка должна содержать:
«... уровень,... группа»;
«Огнеопасно!» (кроме препаратов в аэрозольных упаковках с негорючим продуктом и пропеллентом).

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (обязательное)
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ АЭРОЗОЛЬНЫХ ПРЕПАРАТОВ
Для препарата, состоящего из нескольких компонентов, теплота сгорания определяется суммированием теплоты сгорания индивидуальных компонентов:
Нт = [mi • НТi],
где Нт - теплота сгорания аэрозольного препарата, МДж/кг; mi - массовая доля i-го компонента в аэрозольном препарате, % мас.; Hтi - теплота сгорания i-го компонента аэрозольного препарата, МДж/кг.
Значения теплоты сгорания могут быть получены расчетными методами или из справочных материалов и других достоверных источников. В случае если теплота сгорания вещества неизвестна, принимается значение 45,7 МДж/кг.
Ниже приведены примеры расчета теплоты сгорания для аэрозольных препаратов различных уровней пожарной опасности:
Пример 1. Типовой аэрозольный препарат уровня 1

Компоненты	mi, % мас.	Нт (комп.), МДж/кг	mi · НТ, МДж/кг
Изобутан		45,7	13,7
Вода
Ароматизатор и т. д.		45,7	0,4

Всего: 14,1 МДж/кг.
Пример 2. Типовой аэрозольный препарат уровня 3

Компоненты	mi, % мас.	НТ (комп.), МДж/кг	mi · НТ, МДж/кг
Изобутан		45,7	13,3
Этанол		30,6	18,4
Вода
Ингибитор коррозии и т. д.		45,7	0,4

Всего: 32,1 МДж/кг.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (обязательное)
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛИНЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ ПО СТРУЕ АЭРОЗОЛЯ
Оценка группы пожарной опасности препаратов в аэрозольных упаковках при их применении проводится на основе результатов испытаний по определению длины распространения пламени по струе аэрозоля, получаемой из аэрозольной упаковки.
Для испытаний используют (см. рисунок):
Схема проведения испытаний

приспособление (7) для крепления аэрозольной упаковки (3) и горелки; горелку (6), например, газовую; устройство для нажатия на клапан аэрозольной упаковки (2); пульт дистанционного управления устройством нажатия (1); измерительную линейку (4) для регистрации значения длины распространения пламени по струе аэрозоля с

Перед проведением испытаний аэрозольную упаковку закрепляют в приспособлении (7) в таком положении, чтобы выходное отверстие клапана упаковки было на расстоянии (0,150± 0,005) м от горелки, а ось аэрозольной струи была горизонтальна и направлена в верхнюю треть пламени горелки.
Испытания проводят в следующей последовательности. Зажигают горелку и включают подачу аэрозоля из упаковки. Фиксируют визуально или с помощью средств автоматики распространение пламени от горелки по струе аэрозоля. При распространении пламени от горелки только по направлению струи за длину распространения пламени принимается расстояние распространения пламени от горелки. Если пламя распространяется от горелки к упаковке, то фиксируют "обратное" пламя.
Испытания проводят последовательно для трех образцов аэрозольных упаковок одной партии. Погрешность определения величины длины распространения пламени в каждом испытании не должна превышать ± 0,015 м. За результат принимают среднее арифметическое значение трех измерений длины распространения пламени, отличающихся друг от друга не более чем на 0,03 м. Результаты испытаний считаются положительными, если среднее арифметическое значение величины длины распространения пламени не превышает значения, указанного в технической документации.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 (рекомендуемое)
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АЭРОЗОЛЬНЫХ ПРЕПАРАТОВ

---

Дата добавления: 2015-10-13