Аэрозоли
Аэрозолями называются системы, состоящие из очень мелких, невидимых невооруженным глазом жидких или твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в газообразной среде, чаще всего в воздухе. Аэрозоли бывают природные и искусственные. В природе они встречаются в виде туманов – очень мелких капель воды во взвешенном состоянии в воздухе, и дымов – мелких твердых частиц различных веществ, диспергированных в воздухе. Некоторые искусственные аэрозоли образуются помимо человека: при добыче полезных ископаемых, в производстве цемента и в других отраслях производства – тогда вредные вещества в виде туманов или дымов, смешиваясь с окружающим воздухом, наносят значительный ущерб растительному и животному миру и особенно вредно действуют на здоровье людей.
Однако имеется группа искусственных аэрозолей, которые сознательно создает человек с определенной целью.
Аэрозоли различных веществ нашли широкое применение в медицине, где путем распыления в воздухе антибиотиков и других лекарственных препаратов осуществляется эффективное лечение легочных и других заболеваний; при дезинфекции и дезинсекции, где аэрозольный метод дает не только быстрый эффект, но и значительную экономию активных веществ, так как последние расходуются в значительно меньшем количестве. Важную роль играют аэрозоли в защите сельскохозяйственных и лесных культур от вредителей, а также в защите скота и птиц от паразитов и болезней. Аэрозольный способ применения экономически очень выгоден, так как он сокращает удельный расход химиката (в 5-10 раз), повышает эффект его действия и сокращает затраты труда на обработку. Чем же объясняется высокая эффективность действия аэрозолей? Известно, что увеличение поверхности препарата сопровождается увеличением его активности.
Известно также, что чем тоньше вещество распыляется, тем более значительную активную поверхность оно приобретает. Незначительное количество вещества, распыленное виде тумана, занимает довольно большой объем. Для обеспечения желаемого действия распыленного вещества на определенный объект требуется рассчитать его количество, которое при распылении создаст необходимую концентрацию. Расход вещества при этом минимальный, а действие – мгновенное. Подобные свойства присущи только аэрозольным системам, и в этом их основное преимущество перед другими состояниями вещества.
Частицы, видимые невооруженным глазом и быстро оседающие после распыления, можно получить при помощи опрыскивателей различных типов и обыкновенных пульверизаторов. Для получения более мелких частиц применяют различные типы генераторов, которые требуют специального аппаратурного оформления или добиваются образования туманов и дымов термическими методами.
В бытовых условиях почти единственным средством получения жидких и порошкообразных аэрозолей является устройство, получившее повсеместное название «аэрозольная упаковка».
Вещество в него упаковывается под давлением и распыляется при помощи сжиженных или сжатых газов. Такое распыление отличается от обычной пульверизации тем, что размеры единиц можно регулировать, изменяя соотношения распыляемого вещества и сжиженного газа в упаковке. Эта возможность обеспечивает максимальный эффект распыленного препарата в соответствующих условиях применения.
Так, медицинские препараты, инсектициды и другие вещества, которые должны обладать быстрым действием и некоторое время находиться во взвешенном состоянии, распыляют в виде мельчайших, невидимых человеческим глазом частиц. Но такие препараты, как масло для загара, полирующие средства и другие, предназначенные для нанесения на поверхность, нецелесообразно распылять настолько мелко, так как это только может снизить эффект их действия. Имеется еще одно различие между распылением вещества при помощи аэрозольной упаковки и обычным пульверизатором.
Размеры частиц, полученных при помощи аэрозольной упаковки, в отличие от частиц, полученных обычной пульверизацией, колеблются в весьма небольших пределах.
Итак, аэрозольная упаковка позволяет в бытовых и промышленных условиях быстро и без лишних затрат труда распылять жидкие и порошкообразные вещества в виде частиц заданного размера.
Благодаря своему удобству, аэрозольные упаковки нашли широкое применение и для продуктов, не требующих высокодисперсного распыления (лаков, крахмала и даже кремов для бритья, зубных паст, взбитых сливок и т. п.). Аэрозольная упаковка проста по устройству и всегда готова к применению. Она состоит из металлического (алюминиевого или жестяного), пластмассового или стеклянного баллона, клапанного устройства с распылительной головкой и сифонной трубкой и защитного колпачка. Колпачок предохраняет распылительную головку от нечаянного нажима.
Клапанное устройство состоит из целого ряда деталей.
В клапане, изображенном на рисунке, герметизация упаковки зависит от расположения штока (4) и уплотняющей резинки-ниппеля (7). В штоке (4) проходное отверстие при свободном положении распылительной головки (3) находится выше ниппеля. В этом состоянии упаковка герметически закрыта. При нажатии на распылительную головку шток подается вниз и отверстие в нем опускается ниже ниппеля.
При таком положении внутреннее пространство баллона оказывается соединенным с внешней средой. Так как внутреннее давление в баллоне, создаваемое эвакуирующим газом-пропеллентом, всегда выше атмосферного, то продукт поднимается по сифонной трубке к клапану, а оттуда через сопло распылительной головки выдается наружу.
При выходе продукта из сопла происходит его механическое распыление.
В качестве пропеллентов в аэрозольных упаковках обычно используются смесь пропана и бутана, а так же фреоны (сжиженные фторхлоруглеводороды). Для фреонов характерны высокое давление паров и низкая температура кипения –29,8 °С. Вследствие этого при выходе смеси фреонов и продуктов наружу происходит интенсивный переход фреонов от жидкого состояния к газообразному, что вызывает бурное дробление продукта. Чем выше содержание фреонов в упаковке, тем более мелкие частицы получаются при распылении. Наибольшее распространение получили фреоны ряда метана – F-11, F-12, F-22, ряда этана – F-114, F-113 и ряда бутана – F-C318.
По мере расходования содержимого упаковки недостаток пропеллента в газовой фазе все время пополняется благодаря испарению жидких фреонов из раствора, что обеспечивает постоянное внутреннее давление на всем протяжении пользования упаковкой. Давление в упаковке зависит от температуры.
Для смеси фреонов 11 и 12 (50:50), например, избыточное давление паров при 20 °С составляет 2,4 am, а при 40 °С – 5,0 am.
Как уже было сказано, аэрозольная упаковка приводится в действие нажатием на распылительную головку. При освобождении головки пружина клапана занимает первоначальное положение, и упаковка автоматически закрывается.
Герметичность упаковки обеспечивает сохранность продукта в течение длительного времени.
Для удобства аэрозольную упаковку часто сокращенно называют аэрозолем, что допущено и в статье. Но следует помнить, что слово «аэрозоль» – термин физической химии и обозначает особое состояние вещества, находящегося во взвешенном состоянии в воздухе (или другой газовой среде).