エアゾールスプレーディスペンサー

エアロゾル スプレーは、液体粒子のエアロゾルミストを生成するディスペンシング システムの一種です。これは、ペイロードと加圧された推進剤が入った缶またはボトルで構成されます。容器のバルブが開くと、ペイロードが小さな開口部から押し出され、エアロゾルまたはミストとして出てきます。

エアロゾルの概念は、おそらく1790年まで遡ります。^[1]最初のエアロゾルスプレー缶の特許は、1927年にオスロでノルウェーの化学技術者であるエリック・ロトハイムに付与されました。 ^{[1] [2]}そして、この発明に対して米国の特許が付与されたのは1931年です。^{[3]特許権は10万}ノルウェー・クローネで米国の会社に売却されました。^[4]ノルウェー郵便公社は、1998年にこの発明を記念して切手を発行しました。

1939年、アメリカ人のジュリアン・S・カーンは使い捨てスプレー缶の特許を取得しましたが、^{[5] [6]}、この製品はほとんど開発されませんでした。カーンのアイデアは、2つのソースからクリームと噴射剤を混ぜて、自宅でホイップクリームを作るというもので、その意味では真のエアロゾルではありませんでした。さらに、1949年に彼は、その後の特許請求の基礎となった最初の4つの特許請求を放棄しました。

1941年になってようやく、エアゾールスプレー缶は、現代のスプレー缶の発明者として知られている、米国昆虫学植物検疫局のアメリカ人ライル・グッドヒューとウィリアム・サリバンによって初めて効果的に使用されました。 ^{[7] [8]}彼らが設計した詰め替え可能なスプレー缶は、エアゾール爆弾またはバグボムと呼ばれ、多くの市販のスプレー製品の元祖です。手のひらサイズのスチール缶に75ポンドの圧力をかけた液化ガスを充填し、霧または泡として噴射する製品でした。^[9]この発明に対して公共サービス特許が発行され、米国民が自由に使用できるように農務長官に割り当てられました。 ^{[10]液化ガスで加圧されて推進剤としての性質を持つこの小型の携帯用缶は、第}二次世界大戦中に太平洋地域で兵士がテントや飛行機内でスプレーすることで、マラリア媒介蚊から身を守ることを可能にしました。^[11] グッドヒューとサリバンは、1970年8月28日にノルウェーのオスロで、初期の特許とその後のエアロゾルスプレーの先駆的な研究が認められ、欧州エアロゾル協会連盟から最初のエリック・ロザム金メダルを受賞しました。

1948年、3社が米国政府からエアゾールスプレーの製造許可を受けた。3社のうち2社、チェイス・プロダクツ社とクレア・マニュファクチャリング社は、現在もエアゾールスプレーを製造している。低圧エアゾールスプレーの噴射を制御するために使われる「クリンプオンバルブ」は、1949年にブロンクスの機械工場経営者ロバート・H・アブプランアルプによって開発された。^{[8] [12]}

1974年、フランク・シャーウッド・ローランド博士とマリオ・J・モリーナ博士は、エアゾールスプレーの噴射剤として使用されるクロロフルオロカーボンが、地球のオゾン層の破壊に寄与していると提唱しました。^[13]この理論に応えて、米国議会は1977年に大気浄化法の修正案を可決し、環境保護庁に大気中のCFCの存在を規制する権限を与えました。^[14]国連環境計画は同年、オゾン層研究を呼びかけ、1981年にはオゾン層保護に関する世界的枠組み条約を承認しました。^[15] 1985年、ジョー・ファーマン、ブライアン・G・ガーディナー、ジョン・シャンクリンは、オゾン層のホールを詳述した最初の科学論文を発表しました。[ ^16]同年、国連の承認を受けてウィーン条約が調印されました。この法律は1989年に発効した。^[15]米国は1995年に正式にCFCを段階的に廃止した。^[17]

エアゾール缶が単に圧縮ガスで満たされていたとしたら、危険なほど高圧になって特別な圧力容器の設計が必要になるか（ガスボンベのように）、缶内の充填量が少なくなり、すぐに減ってしまうかのどちらかであろう。通常、ガスは室温よりわずかに低い沸点を持つ液体の蒸気である。つまり、加圧缶内では、蒸気は大気圧より高い圧力（充填物を排出できる）でバルク液体と平衡状態にあるが、危険なほど高くはない。ガスが漏れると、すぐに蒸発する液体に置き換わる。噴射剤は缶内で液体の形で存在するため、充填物と混和するか、充填物に溶解している必要がある。ガスダスターや凍結スプレーでは、充填物自体が噴射剤として機能している。ガスダスター缶の噴射剤は、時々想定される「圧縮空気」ではなく、通常はハロアルカンである。

クロロフルオロカーボン（CFC）はかつて噴射剤としてよく使用されていましたが^{[18] 、1989年に}モントリオール議定書が発効して以来、CFCが地球のオゾン層に及ぼす悪影響のため、ほぼすべての国で置き換えられています。CFCの最も一般的な代替品は、揮発性炭化水素の混合物で、通常はプロパン、n-ブタン、イソブタンです。^[19] ジメチルエーテル（DME）とメチルエチルエーテルも使用されます。これらはすべて可燃性であるという欠点があります。亜酸化窒素と二酸化炭素も、食品（ホイップクリームやクッキングスプレーなど）を噴射するための燃料として使用されます。喘息吸入器などの医療用エアロゾルは、ハイドロフルオロアルカン（HFA）を使用します。HFA 134a（1,1,1,2-テトラフルオロエタン）またはHFA 227（1,1,1,2,3,3,3-ヘプタフルオロプロパン）のいずれか、またはこれら2つの組み合わせです。最近では、比較的低い蒸気圧、低い地球温暖化係数（GWP）、および不燃性のため、液体ハイドロフルオロオレフィン（HFO）推進剤がエアロゾルシステムでより広く採用されるようになりました。^[20] 手動ポンプスプレーは、貯蔵推進剤の代替として使用できます。

液体エアロゾル推進剤充填機は、ガスハウス内の製造倉庫の外部に設置するなど、追加の予防措置が必要である。液体エアロゾル推進剤充填機は通常、ATEXゾーンII / 2G規制（分類ゾーン1）に準拠するように構築されている。^[21]

現代のエアゾールスプレー製品は、缶、バルブ、アクチュエーターまたはボタンの 3 つの主要部品で構成されています。缶は、一般的にはラッカー塗装されたブリキ板(スズ層のある鋼) で、2 枚または 3 枚の金属片を圧着して作られている場合があります。アルミ缶も一般的で、パーソナルケア製品など、より高価な製品やより高級感のある外観を意図した製品に一般的に使用されています。バルブは缶の内側の縁に圧着されており、この部品の設計はスプレー速度を決定する上で重要です。アクチュエーターは、ユーザーが押し下げてバルブを開き、放すとスプリングがバルブを再び閉じます。アクチュエーターのノズルの形状とサイズによって、エアロゾル化された粒子のサイズとエアロゾルスプレーの拡散が制御されます。^[22]

真のエアロゾルスプレーは、使用中に噴射剤を放出します。^{[2] [3]}噴射剤を使わない代替品としては、各種スプレーボトル、スクイーズボトル、バッグオンバルブ（BoV）またはバッグインカン（BiC）圧縮ガスエアロゾルシステムなどがあります。

CCL Industriesのピストン バリア システムまたはCrown Holdingsの EarthSafe を使用したパッケージは、ポストフォームヘア ジェル、濃厚なクリームやローション、食品スプレッド、工業製品やシーラントなどの高粘度製品によく選ばれます。このシステムの主な利点は、ガス透過を排除し、製品と噴射剤の分離を確実にすることで、消費者の寿命全体にわたって配合物の純度と完全性を維持することです。ピストン バリア システムは、製品の残留を最小限に抑えながら、一貫した流量も提供します。

別のタイプのディスペンシングシステムは、バッグインカン（またはBOV、バッグオンバルブテクノロジー）システムであり、製品は密閉された多層ラミネートパウチで加圧剤から分離されており、完全な配合の完全性が維持されるため、純粋な製品のみが分配されます。^[23]バッグインカンシステムは、多くの利点がありますが、製品の保存期間を延ばし、あらゆる姿勢（360度）での分配に適しており、静かで冷却のない排出です。真のエアロゾルシステムと比較した重要な性能の違いの1つは、従来のBoV分配圧力（加圧ガスのみで加圧されたBoV）は、製品が分配されると低下することです。このバッグインカンシステムは、製品と推進剤を完全に分離する必要がある、または薄い製剤から粘性のある製剤までほぼ完全に排出する必要がある医薬品、工業、家庭用、ペットケアなどの製品のパッケージングに使用されます。

その後開発されたのが 2K (2 成分) エアゾール スプレーです。主成分はメイン チャンバーに、第 2 成分はアクセサリ コンテナーに保管されています。アプリケーターがアクセサリ コンテナーを破壊して 2K エアゾールを活性化すると、2 つの成分が混ざります。2K エアゾール缶は反応性混合物の送達に有利です。たとえば、2K 反応性混合物では、低分子量 モノマー、オリゴマー、および官能化低分子ポリマーを使用して、最終的な架橋高分子量ポリマーを作成できます。2K エアゾールは固形分含有量を増やし、硬化性 塗料、フォーム、接着剤などの高性能ポリマー製品を提供できます。

エアゾール缶には、主に 3 つの健康上の懸念事項があります。

• 噴射剤による中毒を起こすために、内容物を故意に吸入することがある（吸入剤乱用または「ハフィング」と呼ばれる）。これを「缶入り空気」または「圧縮空気の缶」と呼ぶと、無知な人が無害だと誤解する恐れがある。実際、このような誤用によって死亡者が出ている。^[24]
• エアロゾル熱傷は、エアロゾルを皮膚に直接噴霧することで引き起こされる可能性があり、この方法は「フロスティング」と呼ばれることもあります。^[25]
• エアゾール缶の噴射剤は、通常、可燃性ガスの組み合わせであり、火災や爆発を引き起こすことが知られています。^[26] しかし、窒素や亜酸化窒素などの不燃性の圧縮ガスは、不燃性の液体噴射剤と同様に、芳香剤やエアゾールホイップクリームなどの多くのエアゾールシステムに広く採用されています。^[27]
• 2021年後半から2022年にかけて、完成品にベンゼンが含まれていたため、多数の消費者向けエアゾールがリコールされた。 ^[28] リコールが広範囲に及んだ地域では、ベンゼンは一部の炭化水素推進剤に含まれる微量汚染物質と考えられているが、すべての炭化水素推進剤に含まれるわけではない。推進剤メーカーとエアゾール充填施設の両方で厳格な検査が行われているため、不適当なエアゾール推進剤は、完成品に使用される前に検出され、破壊される可能性がある。

アメリカ合衆国では、空でないエアゾール缶は有害廃棄物とみなされるが^[26]、米国の路上リサイクルプログラムでは依然として「空であればリサイクル可能」とみなされている。^[29]

欧州連合のエアゾール製品は、指令75/324/EECに定められた健康と安全の規制に準拠する必要があります。^[30]この指令では、「逆イプシロン」マークが制定されました。^[a] このマークは、50mlを超えるエアゾール製品に必要です。^[31]同じマークが英国でも使用されていますが、英国ではUKCAマークに置き換えられる予定です。^[32]

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