Aerosol-Sprühgerät

Ein Aerosolspray ist ein Dosiersystem, das einen feinen Nebel aus Flüssigkeitspartikeln erzeugt. Es besteht aus einer Dose oder Flasche, die den Wirkstoff und ein unter Druck stehendes Treibmittel enthält. Beim Öffnen des Ventils wird der Wirkstoff durch eine kleine Öffnung herausgepresst und tritt als Aerosol oder Nebel aus.

Es ist sehr wahrscheinlich, dass die Idee des Aerosols bis ins Jahr 1790 zurückreicht. ^{[ 1 ]} Das erste Patent für eine Aerosolspraydose wurde 1927 in Oslo an den norwegischen Chemieingenieur Erik Rotheim erteilt. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Ein US-Patent für die Erfindung folgte 1931. ^{[ 3 ]} Die Patentrechte wurden für 100.000 norwegische Kronen an ein US-amerikanisches Unternehmen verkauft . ^{[ 4 ]} Die norwegische Post, Posten Norge , würdigte die Erfindung 1998 mit der Herausgabe einer Briefmarke.

1939 erhielt der Amerikaner Julian S. Kahn ein Patent für eine Einweg-Sprühdose ^{[ 5 ] [ 6 ]} , doch das Produkt blieb weitgehend unentwickelt. Kahns Idee bestand darin, Sahne und ein Treibmittel aus zwei verschiedenen Quellen zu mischen, um Schlagsahne zu Hause herzustellen – in diesem Sinne also kein echtes Aerosol. Darüber hinaus verzichtete er 1949 auf seine ersten vier Patentansprüche, die die Grundlage seiner nachfolgenden Patentansprüche bildeten.

Erst 1941 wurde die Aerosolspraydose erstmals effektiv eingesetzt, und zwar von den Amerikanern Lyle Goodhue und William Sullivan vom US-amerikanischen Büro für Entomologie und Pflanzenschutz (United States Bureau of Entomology and Plant Quarantine) , die als Erfinder der modernen Sprühdose gelten. ^{[ 7 ] [ 8 ]} Ihre Konstruktion einer nachfüllbaren Sprühdose, die als Aerosolbombe oder Insektenbombe bezeichnet wurde , ist der Vorläufer vieler kommerzieller Sprühprodukte. Es handelte sich um eine handliche Stahldose, die mit einem unter 75 Pfund Druck stehenden Flüssiggas und einem als Nebel oder Schaum versprühten Produkt gefüllt war. ^{[ 9 ]} Für die Erfindung wurde ein Patent im öffentlichen Interesse erteilt und dem Landwirtschaftsminister zur freien Nutzung durch die US-Bevölkerung übertragen. ^{[ 10 ]} Durch den Druck des Flüssiggases, das ihm Treibmitteleigenschaften verlieh, ermöglichte die kleine, tragbare Dose Soldaten im Zweiten Weltkrieg , sich im Pazifik gegen Malaria übertragende Mücken zu verteidigen, indem sie Zelte und Flugzeuge damit besprühten . ^{[ 11 ]} Goodhue und Sullivan erhielten am 28. August 1970 in Oslo, Norwegen, die erste Erik-Rotheim-Goldmedaille von der Federation of European Aerosol Associations in Anerkennung ihrer frühen Patente und ihrer anschließenden Pionierarbeit mit Aerosolsprays.

1948 erhielten drei Unternehmen von der US-Regierung Lizenzen zur Herstellung von Aerosolsprays. Zwei dieser Unternehmen, Chase Products Company und Claire Manufacturing, produzieren weiterhin Aerosolsprays. Das sogenannte „Crimp-on-Ventil“ zur Steuerung des Sprühstrahls in Niederdruck-Aerosolsprays wurde 1949 von Robert H. Abplanalp , dem Inhaber einer Maschinenwerkstatt in der Bronx, entwickelt . ^{[ 8 ] [ 12 ]}

1974 stellten die Doktoren Frank Sherwood Rowland und Mario J. Molina die These auf, dass Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW ), die als Treibmittel in Aerosolsprays verwendet werden, zum Abbau der Ozonschicht der Erde beitragen . ^{[ 13 ]} Als Reaktion auf diese Theorie verabschiedete der US-Kongress 1977 Änderungen des Clean Air Act, die die Umweltschutzbehörde (EPA) zur Regulierung des FCKW-Gehalts in der Atmosphäre ermächtigten. ^{[ 14 ]} Das Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) forderte im selben Jahr die Erforschung der Ozonschicht und verabschiedete 1981 ein globales Rahmenübereinkommen zum Schutz der Ozonschicht. ^{[ 15 ]} 1985 veröffentlichten Joe Farman , Brian G. Gardiner und Jon Shanklin die erste wissenschaftliche Arbeit, die das Ozonloch detailliert beschrieb. ^{[ 16 ]} Im selben Jahr wurde als Reaktion auf die UN-Autorisierung das Wiener Übereinkommen unterzeichnet. Zwei Jahre später wurde das Montrealer Protokoll , das die FCKW-Produktion regulierte, formell unterzeichnet. Es trat 1989 in Kraft. ^{[ 15 ]} Die USA haben die Verwendung von FCKW 1995 formell eingestellt. ^{[ 17 ]}

Würden Aerosoldosen einfach mit Druckgas gefüllt , müsste dieses entweder unter gefährlich hohem Druck stehen und eine spezielle Druckbehälterkonstruktion (ähnlich wie bei Gasflaschen ) erfordern, oder die Wirkstoffmenge in der Dose wäre gering und würde sich schnell aufbrauchen. Üblicherweise handelt es sich bei dem Gas um den Dampf einer Flüssigkeit mit einem Siedepunkt etwas unterhalb der Raumtemperatur . Das bedeutet, dass der Dampf in der unter Druck stehenden Dose mit der Flüssigkeit im Gleichgewicht stehen kann – bei einem Druck, der zwar über dem Atmosphärendruck liegt (und den Wirkstoff ausstoßen kann), aber nicht gefährlich hoch ist. Entweichendes Gas wird sofort durch verdampfende Flüssigkeit ersetzt. Da das Treibmittel in der Dose flüssig vorliegt, sollte es mit dem Wirkstoff mischbar oder in diesem gelöst sein. Bei Sprühdosen und Kältesprays dient der Wirkstoff selbst als Treibmittel. Das Treibmittel in einer Sprühdose ist nicht, wie manchmal angenommen, „Druckluft“, sondern üblicherweise ein Halogenalkan .

Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) wurden früher häufig als Treibmittel eingesetzt ^{[ 18 ]} , sind aber seit Inkrafttreten des Montrealer Protokolls 1989 aufgrund ihrer negativen Auswirkungen auf die Ozonschicht der Erde in fast allen Ländern ersetzt worden . Die gebräuchlichsten Ersatzstoffe sind Gemische flüchtiger Kohlenwasserstoffe , typischerweise Propan , n- Butan und Isobutan ^{[ 19 ]} . Auch Dimethylether (DME) und Methylethylether werden verwendet. Alle diese Stoffe sind entzündlich . Lachgas und Kohlendioxid werden ebenfalls als Treibmittel für Lebensmittel (z. B. Schlagsahne und Kochspray ) eingesetzt . Medizinische Aerosole wie Asthma-Inhalatoren verwenden Hydrofluoralkane (HFA): entweder HFA 134a (1,1,1,2-Tetrafluorethan) oder HFA 227 (1,1,1,2,3,3,3-Heptafluorpropan) oder Kombinationen beider. In jüngerer Zeit haben sich flüssige Hydrofluorolefine (HFO) als Treibmittel in Aerosolsystemen aufgrund ihres relativ niedrigen Dampfdrucks, ihres geringen Treibhauspotenzials (GWP) und ihrer Nichtbrennbarkeit zunehmend durchgesetzt. ^{[ 20 ]}

Abfüllanlagen für flüssige Aerosoltreibstoffe erfordern zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen, wie beispielsweise die Montage außerhalb des Produktionslagers in einem Gaslager. Solche Anlagen werden typischerweise so konstruiert, dass sie den ATEX-Zone-II/2G-Vorschriften (Klassifizierungszone 1) entsprechen. ^{[ 21 ]}

Moderne Aerosolsprays bestehen im Wesentlichen aus drei Teilen: der Dose, dem Ventil und dem Sprühknopf. Die Dose ist meist aus lackiertem Weißblech (Stahl mit einer Zinnschicht) gefertigt und kann aus zwei oder drei miteinander verpressten Metallteilen bestehen. Aluminiumdosen sind ebenfalls weit verbreitet und werden in der Regel für höherwertige Produkte oder solche mit einem hochwertigeren Erscheinungsbild, wie beispielsweise Körperpflegeprodukte, verwendet. Das Ventil ist am inneren Dosenrand verpresst, und seine Konstruktion ist entscheidend für die Sprühmenge. Der Sprühknopf wird vom Benutzer betätigt, um das Ventil zu öffnen; eine Feder schließt das Ventil nach dem Loslassen wieder. Form und Größe der Düse im Sprühknopf bestimmen die Partikelgröße des Aerosols und die Sprühverteilung. ^{[ 22 ]}

Echte Aerosolsprays setzen ihr Treibmittel während der Anwendung frei. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Zu den treibmittelfreien Alternativen gehören verschiedene Sprühflaschen, Quetschflaschen sowie Bag-on-Valve- (BoV) oder Bag-in-Can- (BiC) Druckgas-Aerosolsysteme.

Verpackungen mit Kolbenbarriere-System von CCL Industries oder EarthSafe von Crown Holdings werden häufig für hochviskose Produkte wie Haargele nach dem Aufschäumen, dickflüssige Cremes und Lotionen, Brotaufstriche sowie Industrieprodukte und Dichtstoffe gewählt . Der Hauptvorteil dieses Systems liegt darin , dass es das Eindringen von Gas verhindert und die Trennung des Produkts vom Treibmittel gewährleistet. Dadurch bleiben Reinheit und Integrität der Formulierung über die gesamte Nutzungsdauer erhalten. Das Kolbenbarriere-System sorgt zudem für einen gleichmäßigen Durchfluss bei minimalem Produktrückstand.

Ein weiteres Dosiersystem ist das Bag-in-Can-System (auch BOV-System, Bag-on-Valve-Technologie genannt). Hierbei wird das Produkt durch einen hermetisch verschlossenen, mehrlagigen Laminatbeutel vom Treibmittel getrennt. Dadurch bleibt die Formulierung vollständig erhalten, sodass nur reines Produkt abgegeben wird. ^{[ 23 ]} Zu den vielen Vorteilen des Bag-in-Can-Systems zählen die verlängerte Haltbarkeit, die Eignung für die 360°-Dosierung aus jeder Position sowie die geräuscharme und kältefreie Abgabe. Ein wesentlicher Leistungsunterschied zu reinen Aerosolsystemen besteht darin, dass der Dosierdruck bei herkömmlichen BOV-Systemen (die ausschließlich mit Druckgas betrieben werden) mit zunehmender Produktmenge sinkt. Dieses Bag-in-Can-System wird für die Verpackung von pharmazeutischen, industriellen, Haushalts-, Tierpflege- und anderen Produkten eingesetzt, die eine vollständige Trennung zwischen Produkt und Treibmittel oder eine nahezu vollständige Evakuierung dünn- bis viskoser Formulierungen erfordern.

Eine Weiterentwicklung ist das 2K-Aerosolspray (Zweikomponenten-Aerosolspray). Dabei befindet sich die Hauptkomponente in einer Hauptkammer und die zweite Komponente in einem Zubehörbehälter. Durch Öffnen des Zubehörbehälters wird das 2K-Aerosol aktiviert, wodurch sich die beiden Komponenten vermischen. Die 2K-Aerosoldose eignet sich besonders für die Applikation reaktiver Gemische. So kann beispielsweise ein 2K-Reaktionsgemisch aus niedermolekularen Monomeren , Oligomeren und funktionalisierten niedermolekularen Polymeren zu einem vernetzten, hochmolekularen Polymer umgesetzt werden. Mit einem 2K-Aerosol lassen sich höhere Feststoffgehalte erzielen und Hochleistungspolymerprodukte wie härtbare Lacke , Schäume und Klebstoffe herstellen .

Bei Aerosoldosen bestehen drei wesentliche gesundheitliche Bedenken:

• Der Inhalt kann absichtlich inhaliert werden, um durch das Treibmittel einen Rauschzustand zu erreichen (bekannt als Inhalationsmittelmissbrauch oder „Schnüffeln“). Die Bezeichnung „Druckluftdosen“ oder „Druckluftdosen“ könnte Unwissende fälschlicherweise zu der Annahme verleiten, sie seien harmlos; tatsächlich hat ein solcher Missbrauch bereits Todesfälle verursacht. ^{[ 24 ]}
• Aerosolverbrennungen können durch das direkte Aufsprühen von Aerosol auf die Haut entstehen, eine Praxis, die manchmal als „Frosting“ bezeichnet wird. ^{[ 25 ]}
• Die Treibmittel in Aerosoldosen sind typischerweise Mischungen aus zündfähigen Gasen und können Brände und Explosionen verursachen. ^{[ 26 ]} Nicht brennbare Druckgase wie Stickstoff und Lachgas werden jedoch in zahlreichen Aerosolsystemen, beispielsweise in Lufterfrischern und Sprühsahne, sowie nicht brennbare flüssige Treibmittel eingesetzt. ^{[ 27 ]}
• Ende 2021 und im Laufe des Jahres 2022 wurden zahlreiche Aerosole für Endverbraucher aufgrund von Benzolrückständen in den Endprodukten zurückgerufen. ^{[ 28 ]} Bei weitreichenden Rückrufen gilt Benzol als Spurenverunreinigung in einigen, aber nicht allen Kohlenwasserstoff-Treibmitteln. Trotz strenger Tests sowohl beim Treibmittelhersteller als auch beim Abfüllbetrieb der Aerosole können ungeeignete Treibmittel erkannt und vor der Verwendung in Endprodukten vernichtet werden.

In den Vereinigten Staaten gelten nicht leere Aerosoldosen als Sondermüll ^{[ 26 ]} , werden aber im Rahmen der US-amerikanischen Wertstoffsammlungsprogramme dennoch als „recycelbar, solange sie leer sind“ betrachtet. ^{[ 29 ]}

Aerosolprodukte in der Europäischen Union müssen den in der Richtlinie 75/324/EWG festgelegten Gesundheits- und Sicherheitsvorschriften entsprechen. ^{[ 30 ]} Diese Richtlinie führte die Kennzeichnung mit dem umgekehrten Epsilon -Zeichen ein. ^{[ a ]} ​​Diese Kennzeichnung ist für Aerosolprodukte mit einem Volumen von über 50 ml vorgeschrieben. ^{[ 31 ]} Dieselbe Kennzeichnung wird auch im Vereinigten Königreich verwendet, obwohl dort die UKCA -Kennzeichnung geplant ist, sie zu ersetzen . ^{[ 32 ]}

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