El aerosol es un tipo de sistema de distribución que crea una niebla de partículas líquidas en forma de aerosol . Está compuesto por una lata o botella que contiene una carga útil y un propulsor bajo presión. Cuando se abre la válvula del recipiente, la carga útil sale a presión por una pequeña abertura y emerge en forma de aerosol o niebla.
Los conceptos de aerosol probablemente se remontan a 1790. [1] La primera patente de un aerosol fue otorgada en Oslo en 1927 a Erik Rotheim , un ingeniero químico noruego, [1] [2] y se otorgó una patente estadounidense para la invención en 1931. [3] Los derechos de la patente se vendieron a una empresa estadounidense por 100.000 coronas noruegas . [4] El Servicio Postal Noruego, Posten Norge , celebró la invención emitiendo un sello en 1998.
En 1939, el estadounidense Julian S. Kahn obtuvo una patente para un aerosol desechable, [5] [6] pero el producto quedó en gran parte sin desarrollar. La idea de Kahn era mezclar crema y un propulsor de dos fuentes para hacer crema batida en casa, no un aerosol verdadero en ese sentido. Además, en 1949, desistió de sus primeras cuatro reivindicaciones, que fueron la base de sus siguientes reivindicaciones de patente.
No fue hasta 1941 que el aerosol fue utilizado por primera vez de manera efectiva por los estadounidenses Lyle Goodhue y William Sullivan de la Oficina de Entomología y Cuarentena Vegetal de los Estados Unidos, a quienes se les atribuye ser los inventores del aerosol moderno. [7] [8] Su diseño de un aerosol rellenable, llamado bomba de aerosol o bomba de insectos , es el antepasado de muchos productos comerciales en aerosol. Era una lata de acero del tamaño de una mano cargada con un gas licuado bajo 75 libras de presión y un producto que se expulsaba como una niebla o una espuma. [9] Se emitió una patente de servicio público sobre la invención y se asignó al Secretario de Agricultura para el uso gratuito del pueblo de los Estados Unidos. [10] Presurizada por gas licuado, que le dio cualidades propulsoras, la pequeña y portátil lata permitió a los soldados defenderse de los mosquitos portadores de malaria rociando dentro de tiendas de campaña y aviones en el Pacífico durante la Segunda Guerra Mundial . [11] Goodhue y Sullivan recibieron la primera Medalla de Oro Erik Rotheim de la Federación de Asociaciones Europeas de Aerosoles el 28 de agosto de 1970, en Oslo, Noruega, en reconocimiento a sus primeras patentes y su posterior trabajo pionero con aerosoles.
En 1948, el gobierno de los Estados Unidos otorgó licencias a tres empresas para fabricar aerosoles. Dos de las tres empresas, Chase Products Company y Claire Manufacturing, siguen fabricando aerosoles. La "válvula de engarce", utilizada para controlar el rociado en aerosoles de baja presión, fue desarrollada en 1949 por el propietario de un taller de máquinas del Bronx, Robert H. Abplanalp . [8] [12]
En 1974, los doctores Frank Sherwood Rowland y Mario J. Molina propusieron que los clorofluorocarbonos , utilizados como propelentes en aerosoles, contribuían al agotamiento de la capa de ozono de la Tierra . [13] En respuesta a esta teoría, el Congreso de los Estados Unidos aprobó enmiendas a la Ley de Aire Limpio en 1977 autorizando a la Agencia de Protección Ambiental a regular la presencia de CFC en la atmósfera. [14] El Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente pidió investigaciones sobre la capa de ozono ese mismo año y, en 1981, autorizó una convención marco mundial sobre la protección de la capa de ozono. [15] En 1985, Joe Farman , Brian G. Gardiner y Jon Shanklin publicaron el primer artículo científico que detallaba el agujero en la capa de ozono. [16] Ese mismo año, se firmó la Convención de Viena en respuesta a la autorización de la ONU. Dos años más tarde, se firmó formalmente el Protocolo de Montreal , que regulaba la producción de CFC. Entró en vigor en 1989. [15] Estados Unidos eliminó formalmente los CFC en 1995. [17]
Si las latas de aerosol se llenaran simplemente con gas comprimido , tendría que estar a una presión peligrosamente alta y requeriría un diseño especial de recipiente a presión (como en los cilindros de gas ), o la cantidad de carga útil en la lata sería pequeña y se agotaría rápidamente. Por lo general, el gas es el vapor de un líquido con un punto de ebullición ligeramente inferior a la temperatura ambiente . Esto significa que dentro de la lata presurizada, el vapor puede existir en equilibrio con su líquido a granel a una presión que es más alta que la presión atmosférica (y capaz de expulsar la carga útil), pero no peligrosamente alta. A medida que el gas se escapa, es reemplazado inmediatamente por líquido que se evapora. Dado que el propulsor existe en forma líquida en la lata, debe ser miscible con la carga útil o disuelto en la carga útil. En los espolvoreadores de gas y los aerosoles congelantes , la carga útil en sí misma actúa como propulsor. El propulsor en una lata de espolvoreador de gas no es "aire comprimido" como a veces se supone, sino generalmente un haloalcano .
Los clorofluorocarbonos (CFC) solían usarse como propelentes, [18] pero desde que entró en vigor el Protocolo de Montreal en 1989, han sido reemplazados en casi todos los países debido a los efectos negativos que tienen los CFC sobre la capa de ozono de la Tierra . Los sustitutos más comunes de los CFC son mezclas de hidrocarburos volátiles , típicamente propano , n- butano e isobutano . [19] También se utilizan dimetiléter (DME) y metil etil éter . Todos estos tienen la desventaja de ser inflamables . El óxido nitroso y el dióxido de carbono también se utilizan como propelentes para transportar alimentos (por ejemplo, crema batida y aerosol para cocinar ). Los aerosoles medicinales, como los inhaladores para el asma , utilizan hidrofluoroalcanos (HFA): HFA 134a (1,1,1,2,-tetrafluoroetano) o HFA 227 (1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropano) o combinaciones de ambos. Más recientemente, los propelentes líquidos de hidrofluoroolefina (HFO) se han adoptado más ampliamente en los sistemas de aerosoles debido a su presión de vapor relativamente baja, su bajo potencial de calentamiento global (GWP) y su no inflamabilidad. [20] Los aerosoles de bomba manual se pueden utilizar como alternativa a un propelente almacenado.
Las máquinas de llenado de propulsantes en aerosol líquido requieren precauciones adicionales, como su montaje externo al almacén de producción en una central de gas. Las máquinas de propulsantes en aerosol líquido suelen construirse para cumplir con las normas ATEX Zona II/2G (clasificación Zona 1). [21]
Los productos de aerosol modernos tienen tres partes principales: la lata, la válvula y el actuador o botón. La lata suele ser de hojalata lacada (acero con una capa de estaño) y puede estar hecha de dos o tres piezas de metal prensadas entre sí. Las latas de aluminio también son comunes y se utilizan generalmente para productos que son más caros o que se pretende que tengan una apariencia más premium, como los productos de cuidado personal. La válvula está prensada al borde interior de la lata, y el diseño de este componente es importante para determinar la velocidad de pulverización. El usuario presiona el actuador para abrir la válvula; un resorte cierra la válvula nuevamente cuando se suelta. La forma y el tamaño de la boquilla en el actuador controlan el tamaño de la partícula aerosolizada y la propagación del aerosol. [22]
Los aerosoles verdaderos liberan su propulsor durante su uso. [2] [3] Algunas alternativas sin propulsor incluyen varias botellas rociadoras, botellas exprimibles y sistemas de aerosol de gas comprimido Bag on Valve (BoV) o Bag in Can (BiC).
Los envases que utilizan un sistema de barrera de pistón de CCL Industries o EarthSafe de Crown Holdings suelen seleccionarse para productos muy viscosos , como geles para el cabello post-espumante , cremas y lociones espesas , cremas para untar alimentos y productos industriales y selladores . El principal beneficio de este sistema es que elimina la permeación de gases y asegura la separación del producto del propelente, manteniendo la pureza e integridad de la fórmula durante toda su vida útil. El sistema de barrera de pistón también proporciona un caudal constante con una retención mínima del producto.
Otro tipo de sistema de dispensación es el sistema de bolsa en lata (o BOV, tecnología de bolsa sobre válvula) en el que el producto se separa del agente presurizador con una bolsa laminada multicapa sellada herméticamente, que mantiene la integridad completa de la formulación, de modo que solo se dispensa el producto puro. [23] Entre sus muchos beneficios, el sistema de bolsa en lata extiende la vida útil de un producto, es adecuado para dispensación en cualquier posición (360 grados), descarga silenciosa y sin enfriamiento. Una diferencia clave en el rendimiento en relación con los verdaderos sistemas de aerosol es que las presiones de dispensación tradicionales de BoV, BoV presurizadas únicamente por gas presurizado) disminuyen a medida que se dispensa el producto. Este sistema de bolsa en lata se utiliza en el envasado de productos farmacéuticos, industriales, domésticos, para el cuidado de mascotas y otros productos que requieren una separación completa entre el producto y el propulsor o requieren una evacuación casi completa de formulaciones delgadas a viscosas.
Un desarrollo posterior es el aerosol en aerosol 2K (de dos componentes), con un componente principal almacenado en una cámara principal y un segundo componente almacenado en un recipiente auxiliar. Cuando un aplicador activa el aerosol 2K rompiendo el recipiente auxiliar, los dos componentes se mezclan. La lata de aerosol 2K es ventajosa para la administración de mezclas reactivas; por ejemplo, una mezcla reactiva 2K puede utilizar monómero de bajo peso molecular , oligómero y polímero de bajo peso molecular funcionalizado para hacer un polímero final de alto peso molecular reticulado . Un aerosol 2K puede aumentar los contenidos sólidos y administrar productos poliméricos de alto rendimiento, como pinturas curables , espumas y adhesivos .
Las latas de aerosol tienen tres áreas principales de preocupación para la salud:
En Estados Unidos, las latas de aerosol que no están vacías se consideran residuos peligrosos , [26] pero aún se consideran "reciclables cuando están vacías" en los programas de reciclaje en las aceras del país. [29]
Los productos en aerosol en la Unión Europea deben cumplir con las normas de salud y seguridad establecidas en la Directiva 75/324/CEE. [30] que estableció la marca " épsilon invertida ". [a] Esta marca es obligatoria para productos en aerosol de más de 50 ml. [31] La misma marca también se utiliza en el Reino Unido, aunque está previsto que la marca UKCA la sustituya en Gran Bretaña . [32]
los compuestos químicos del freón en refrigeradores domésticos, sistemas de refrigeración por aire y como
portador
de DDT
en
bombas de aerosol contra insectos
son más eficaces para extinguir incendios que el dióxido de carbono.
