エアゾールスプレーディスペンサー

エアゾールスプレーは、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。充填剤と加圧された噴射剤が入った缶またはボトルで構成されています。容器のバルブを開くと、充填剤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噴出します

エアゾールスプレー缶

歴史

USDAの研究者であるライル・グッドヒューとウィリアム・サリバンによって発明されたエアゾールスプレー缶

エアロゾルの概念は1790年まで遡る可能性が高い。[ 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・ロトハイムに与えられ、[ 1 ] [ 2 ]米国特許は1931年に与えられた。[ 3 ]特許権は10万ノルウェークローネで米国企業に売却された。[ 4 ]ノルウェー郵便公社（Posten Norge）は1998年にこの発明を記念して切手を発行した。

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、クリームと噴射剤を2種類から混合して家庭でホイップクリームを作るというものでした。これは、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年には、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年になって初めて、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認められている、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、多くの市販スプレー製品の元祖となっています。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が充填され、霧または泡として噴射されました。[ 9 ]この発明は公共特許として発行され、米国民の自由な使用のために農務長官に譲渡されました。 [ 10 ]液化ガスで加圧され噴射剤としての性質を持つこの小型の携帯缶は、第二次世界大戦中、太平洋地域で兵士たちがテントや飛行機の中に噴霧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た。[ 11 ] グッドヒューとサリバンは、初期の特許とその後のエアロゾルスプレーの先駆的研究が認められ、1970年8月28日にノルウェーのオスロで欧州エアロゾル協会連盟から第1回エリック・ロザム金メダルを受賞した。

1948年、3社が米国政府からエアゾールスプレーの製造ライセンスを取得しました。3社のうち、チェイス・プロダクツ・カンパニーとクレア・マニュファクチャリングの2社は現在もエアゾールスプレーを製造しています。低圧エアゾールスプレーの噴射量を制御するために使用される「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・アブプラナルプによって開発されました。[ 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た。[ 14 ]国連環境計画は同年、オゾン層の研究を呼び掛け、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た。[ 16 ]同年、国連の承認に応じてウィーン条約が調印された。 2年後、 CFCの生産を規制するモントリオール議定書が正式に署名され、1989年に発効しました。[ 15 ]米国は1995年にCFCの段階的廃止を正式に決定しました。[ 17 ]

エアゾール噴射剤

エアゾール缶に圧縮ガスを単純に充填した場合、危険なほど高圧にして特別な圧力容器設計（ガスボンベなど）が必要になるか、缶内の充填量が少なく、すぐに減ってしまいます。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す。これは、加圧された缶内では、蒸気は大気圧よりも高い圧力（そして充填物を排出できる）で、バルク液体と平衡状態を保って存在できますが、危険なほど高くはありません。ガスが漏れると、すぐに蒸発する液体に置き換わります。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はずです。ガスダスターやフリーズスプレーでは、充填物自体が噴射剤として機能します。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す

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、ほぼすべての国で代替されています。CFCの最も一般的な代替品は揮発性炭化水素の混合物であり、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（例えば、ホイップクリームやクッキングスプレー）を噴射するための噴射剤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には、ハイドロフルオロアルカン（HFA）が使用されています。HFAは、 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、あるいはその組み合わせです。近年では、比較的低い蒸気圧、低い地球温暖化係数（GWP）、そして不燃性から、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に広く採用されるようになりました。[ 20 ]

液体エアゾール噴射剤充填機は、ガス室の製造倉庫の外に設置するなど、追加の予防措置が必要です。液体エアゾール噴射剤充填機は通常、ATEXゾーンII/2G規制（分類ゾーン1）に準拠するように設計されます。[ 21 ]

包装

典型的な塗料バルブシステムには「メス」バルブがあり、ステムは上部アクチュエータの一部です。バルブはバルブカップと事前に組み立てられており、加圧充填前に缶に一体として取り付けることができます。アクチュエータは後で追加されます

現代のエアゾールスプレー製品は、缶、バルブ、そしてアクチュエーター（ボタン）という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（錫の層が形成された鋼板）で、2枚または3枚の金属片を圧着して作られる場合もあります。アルミ缶も一般的で、パーソナルケア製品など、より高価な製品や高級感を重視する製品によく使用されます。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ることでバルブを開き、離すとバネによってバルブが再び閉じます。アクチュエーター内のノズルの形状とサイズによって、エアロゾル粒子のサイズとスプレーの拡散が制御されます。[ 22 ]

非噴射剤包装の代替品

真のエアゾールスプレーは、使用中に噴射剤を放出します。[ 2 ] [ 3 ]非噴射剤の代替品としては、様々なスプレーボトル、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）の圧縮ガスエアゾー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を使用した包装は、ポストフォーミングヘアジェル、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採用されています。このシステムの主な利点は、ガス透過を排除し、製品と噴射剤を確実に分離することで、消費者の寿命全体にわたって処方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また、製品の残留を最小限に抑えながら、一定の流量を実現します。

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を使用して加圧剤から分離されているため、完全な配合の完全性が維持され、純粋な製品のみが分配されます。[ 23 ]多くの利点の中でも、バッグインカンシステムは、製品の保存期間を延ばし、全姿勢（360度）ディスペンシングに適しており、静かで冷却しない排出です。真のエアゾー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ディスペンシング圧力（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か、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（二成分）エアゾールスプレーで、主成分はメインチャンバーに、第二成分は付属容器に収納されています。アプリケーターが付属容器を破って2Kエアゾールを作動させると、二つの成分が混ざり合います。2Kエアゾール缶は反応性混合物の供給に有利です。例えば、2K反応性混合物は、低分子量モノマー、オリゴマー、および官能基化低分子ポリマーを使用して、最終的に架橋された高分子量ポリマーを製造できます。2Kエアゾールは固形分含有量を増加させ、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供給することができます。

安全性に関する懸念

缶入りのエアダスターには酸素が含まれていないため、吸入すると危険であり、致命的となる場合もあります。[ 24 ]

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。

  • 噴射剤による中毒状態を得るために、内容物を意図的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）。「缶入りエア」や「圧縮空気缶」と呼ばれることで、無知な人が無害だと誤解する可能性がある。実際、このような誤用によって死亡例が発生している。[ 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化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るため、多数の消費者向けエアゾールがリコールされました。 [ 28 ] リコール対象が広範囲に及んだ地域では、ベンゼンは一部の炭化水素系推進剤に含まれる微量汚染物質と考えられていますが、すべての炭化水素系推進剤に含まれるわけではありません。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を実施することで、不適切なエアゾール推進剤は、完成品に使用される前に検出・破壊することが可能です。

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」とみなされる。[ 29 ]

欧州連合（EU）におけるエアゾール製品は、指令75/324/EECに定められた健康と安全に関する規制に準拠しなければならない。[ 30 ]この指令では「逆イプシロン」マークが制定された。[ a ] このマークは50ml以上のエアゾール製品に必須である。[ 31 ]英国でも同じマークが使用されているが、英国ではUKCAマークに置き換えられる予定である。[ 32 ]

関連項目

注記

  1. ^ U+025C ɜラテン小文字 逆さ開き E

参考文献

  1. ^ a bベリス、メアリー著 『エアゾールスプレー缶の歴史』
  2. ^ a bノルウェー特許第46613号、1926年11月23日発行
  3. ^ a b米国特許1,800,156号 - 液体または半液体材料の霧化または分配の方法および手段、1931年4月7日発行
  4. ^ Kvilesjø、Svend Ole (2003 年 2 月 17 日)。「スプレーボクセンス ファー・エル・ノルスク」。アフテンポステン（ノルウェー語）。2008 年 6 月 30 日のオリジナルからアーカイブ。2009 年2 月 6 日に取得。

    スプレーボクセンははるかにノルスク;エリック・ロトハイムはエアロゾルフラスケン、スプレーボクセン、1920年からのファントをファンしています。私は 1927 年に特許を取得しました。 [...] 100,000 クローネで米国特許を取得することができます。

    翻訳：

    スプレーボックスの父はノルウェー人です。エリック・ロトハイムは1920年代にエアゾールボトル、スプレーボックスを発明しました。1927年、彼はその発明の特許を取得しました。[…] その特許は最終的に米国企業に10万ノルウェー・クローネで売却されました

  5. ^米国特許2,170,531  「液体とガスを混合するための装置」、1939年8月22日付与。
  6. ^カーライル、ロドニー (2004). Scientific American Inventions and Discoveries , p.402. John Wiley & Songs, Inc., New Jersey. ISBN 0-471-24410-4。
  7. ^米国特許第2,331,117号、1941年10月3日出願、1943年10月5日付与。特許番号2,331,117（シリアル番号413,474）は、ライル・D・グッドヒューとウィリアム・N・サリバンによって出願されたエアロゾル「ディスペンシング装置」（ディスペンサーの図面を含む）に関するものです
  8. ^ a bキンバリー・A・マクグラス、ブリジット・E・トラヴァース編 (1999). 『発明の世界』「概要」 . デトロイト: トムソン・ゲイル. ISBN 0-7876-2759-3。
  9. ^記事「エアロゾル爆弾」、ゴールデン・ホーム・アンド・ハイスクール百科事典、ゴールデン・プレス、ニューヨーク、1961年
  10. ^ WNサリバン著「エアロゾルと昆虫」、『農業年鑑 - 昆虫』、米国農務省、1952年
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  12. ^米国特許2,631,814号 - 圧力下でガスおよび液体を供給するためのバルブ機構。1949年9月28日出願、1953年3月17日発行
  13. ^ 「クロロフルオロカーボン（CFC）の歴史」消費者エアロゾル製品協議会。2015年7月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年7月20日閲覧。
  14. ^ 1977年大気浄化法改正（91  Stat.  685、p. 726）
  15. ^ a b Weiss, Edith Brown (2009). 「オゾン層の保護に関するウィーン条約及びオゾン層を破壊する物質に関するモントリオール議定書」(PDF) .国連国際法視聴覚図書館. 国連. 2015年7月20日閲覧.
  16. ^ Nash, Eric R. (2013年9月23日). 「オゾンホールの歴史」 . NASAオゾンホールウォッチ. NASA . 2015年7月20日閲覧。
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  18. ^ 「『怠惰な』フレオンガスで火災は速やかに鎮火」『ポピュラーメカニクス』第87巻、ハースト・マガジンズ、1947年4月、115ページ。 2019年6月7日閲覧。家庭用冷蔵庫、空調システム、そしてエアロゾル殺虫剤のDDTキャリアとして使用されるフレオン化合物は、二酸化炭素よりも消火効果が高いことが分かっている。
  19. ^ Yeoman, Amber M.; Lewis, Alastair C. (2021-04-22). 「圧縮エアロゾル製品からのVOCの世界排出量」 . Elementa: Science of the Anthropocene . 9 (1): 00177. Bibcode : 2021EleSA...9..177Y . doi : 10.1525/elementa.2020.20.00177 . ISSN 2325-1026 . 
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  24. ^ a bミケルソン、バーバラ (2005年5月30日). 「Dust Off Death」 . snopes.com.
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  26. ^ a b「塗料とエアゾールの安全性」 uvm.eduバーモント大学。2015年8月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年7月20日閲覧。
  27. ^ 「Solstice Propellant for Aerosols」ハネウェル・エアロゾル。2020年8月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2019年3月11日閲覧。
  28. ^ジェノヴェーゼ、ダニエラ（2021年12月20日）「P&G、ベンゼンの影響で30種類以上のエアゾールスプレー製品をリコール」Fox Business
  29. ^ 「エアゾール缶のリサイクル方法」Earth911。
  30. ^ 「1975年5月20日のエアゾールディスペンサーに関する加盟国の法律の近似化に関する理事会指令75/324/EEC」欧州委員会。
  31. ^ 「エアロゾルディスペンサー指令」 。 2024年5月28日閲覧。
  32. ^ 「CEマーキングガイダンス」英国政府2023年8月1日。
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