Способ создания избыточного давления в пропеллентной системе и устройство для его осуществления

 

Использование: в упаковочной технике, например аэрозольных упаковках. Сущность изобретения: способ осуществляют путем десорбции газообразного пропеллента из сорбента, который насыщают пропеллентом и вводят среду, включающую жидкость, насыщенные пары жидкости и пропеллент. Перед насыщением пропеллентом сорбента, из последнего удаляют вещества, обладающие большей, чем пропеллент теплотой сорбции в сорбенте, а при введении сорбента в среду, изолируют сорбент от компонентов среды, обладающих большей, чем пропеллент теплотой сорбции в сорбенте. Устройство содержит корпус, раздаточный клапан, жидкость, пропеллент, сорбент, насыщенный пропеллентом, которые размещены внутри корпуса, при этом сорбент помещен внутрь капсулы, корпус которой выполнен с возможностью пропускания пропеллента. Капсула выполнена в виде мембраны, в которой образованы отверстия, диаметр которых больше минимального размера молекулы пропеллента и меньше минимального размера молекулы компонента жидкости с большей, чем пропеллент теплотой сорбции в сорбенте. 2 с. и 10 з.п.ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к упаковочной технике и может быть использовано, например, в аэрозольных упаковках, применяемых для нанесения лакокрасочных покрытий, в медицине, главным образом, для профилактики и лечения заболеваний органов дыхания и местной анестезии, в парфюмерной промышленности, а также в быту для распыления продуктов бытовой химии и других.

Известен способ создания избыточного давления в пропеллентной системе путем десорбции газообразного пропеллента из сорбента, который насыщают пропеллентом и вводят в среду, включающую жидкость, насыщенные пары жидкости и пропеллент. (Международная заявка PCT/RU92/00129, с датой международной подачи от 26.06.92, с датой приоритета от 29.06.91, с номером международной публикации WO 93/00277 от 07.01.93 B 65 D 83/14).

Известно устройство для создания избыточного давления в пропеллентной системе, содержащее корпус, раздаточный клапан, установленный в отверстии на стенке корпуса, жидкость, пропеллент, сорбент, насыщенный пропеллентом, помещенные внутрь корпуса. (Международная заявка PCT/RU92/00129, с датой международной подачи от 26.06.92, с датой приоритета от 29.06.91, с номером международной публикации WO 93/00277 от 07.01.93, B 65 D 83/14).

Этот способ и устройство позволяет обеспечить высокую степень заполнения распыляемой жидкостью.

Вместе с тем, среда может иметь такой состав компонентов, которые поглощаясь сорбентом, уменьшают его насыщение пропеллентом, при этом происходит изменение необходимого состава распыляемой жидкости, что особенно важно для составов с определенным соотношением компонентов, например, в медицине.

Известен способ создания избыточного давления в пропеллентной системе путем десорбции газообразного пропеллента из сорбента, который насыщают пропеллентом и вводят в среду, включающую жидкость, насыщенные пары жидкости и пропеллент. (Патент США N3964649, н.к.и. 222/399, опубл. 22.06.76).

Известно устройство для создания избыточного давления в пропеллентной системе, содержащее корпус, раздаточный клапан, установленный в отверстии на стенке корпуса, жидкость, пропеллентом, сорбент, насыщенный пропеллент, помещенные внутрь корпуса, при этом сорбент помещен внутрь капсулы, корпус которой выполнен с возможностью пропускания пропеллента. (Патент США N3964649, н.к.и. 222/399, опубл. 22.06.76).

В этом техническом решении корпус капсулы выполнен гидрофобным, исключающий воздействие жидкости на сорбент и пропускающий через стенки корпуса пропеллент.

Однако создание таких корпусов для многокомпонентной распыляемой жидкости может оказаться нецелесообразным, и такие гидрофобные корпуса должны быть подобраны соответствующим образом для каждого состава распыляемой жидкости и используемого пропеллента. Более того, такие корпуса хотя и позволяют отделить сорбент от распыляемой жидкости, но не препятствуют проникновению паров этой жидкости через корпус и тем самым не исключают контакт паров с сорбентом, которые при поглощении их сорбентом уменьшают его насыщение пропеллентом, причем происходит нарушение необходимого состава компонентов распыляемой жидкости.

Задача, решаемая изобретением, улучшение качества состава распыляемой жидкости и обеспечение многократности использования устройства.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, селективное исключение проникновения компонентов среды, кроме пропеллента в сорбент.

Для решения поставленной задачи с достижением технического результата в известном способе создания избыточного давления в пропеллентной системе путем десорбции газообразного пропеллента из сорбента в среду, который насыщают пропеллентом и вводят в среду, включающую жидкость, насыщенные пары жидкости и пропеллент, согласно изобретению определяют теплоту сорбции компонентов среды в сорбенте перед насыщением пропеллентом сорбента, из сорбента удаляют вещества, обладающие большей, чем пропеллент, теплотой сорбции в сорбенте, а при введении сорбента в среду, изолируют сорбент от компонентов среды, обладающих большей, чем пропеллент теплотой сорбции в сорбенте.

Возможен вариант осуществления способа, в котором целесообразно в качестве сорбента использовать активированный уголь, в качестве газа - CO₂, Ar, N₂, O₂, N₂O, в качестве жидкости воду, минеральную воду, сладкую воду, сок, взбитые сливки, белковый крем, вино, пиво, водноспиртовые и спиртовые растворы, пасты, эмульсии и суспензии.

Возможен вариант осуществления способа, в котором целесообразно в качестве сорбента использовать цеолит или силикагель, в качестве газа - CO₂, Ar, N₂, O₂, N₂O, в качестве жидкости - спиртовые безводные медицинские, кондитерские и парфюмерные растворы, пасты, эмульсии и суспензии.

Возможен также вариант осуществления способа, в котором целесообразно в качестве сорбента использовать цеолит и/или активированный уголь, в качестве газа CO₂, Ar, N₂, O₂, N₂O, в качестве жидкости - спиртовой безводный раствор.

Для решения поставленной задачи с достижением технического результата в известном устройстве для создания избыточного давления в пропеллентной системе, содержащем корпус, раздаточный клапан, установленный в отверстии на стенке корпуса, жидкость, пропеллент, сорбент, насыщенный пропеллентом, которые помещены внутрь корпуса, при этом сорбент помещен внутрь капсулы, корпус которой выполнен с возможностью пропускания пропеллента, согласно изобретению капсула выполнена в виде мембраны, размеры сквозных пор в которой выполнены больше минимального размера молекулы пропеллента и меньше минимального размера молекулы компонента жидкости с большей, чем пропеллент, теплотой сорбции в сорбенте.

Возможен вариант выполнения устройства, в котором целесообразно, чтобы мембрана была бы выполнена в виде слоя, расположенного на поверхности сорбента.

Возможен вариант выполнения устройства, в котором целесообразно в качестве материала слоя использовать пиролитически осажденный углерод.

Возможен также вариант выполнения устройства, в котором целесообразно, чтобы на мембрану был нанесен изолирующий слой, выполненный с возможностью его разрушения при помещении капсулы внутрь корпуса.

Возможен вариант выполнения устройства, в котором целесообразно в качестве материала изолирующего слоя использовать сахар или желатин.

Возможен вариант выполнения устройства, в котором целесообразно, чтобы изолирующий слой был выполнен из газонепроницаемой пленки, а капсула или корпус снабжен разрывающим элементом, установленным с возможностью взаимодействия с пленкой и ее механического разрушения.

Возможен вариант выполнения устройства, в котором целесообразно, чтобы газонепроницаемая пленка была выполнена из полиэтилена или целлофана или металлической фольги.

За счет изоляции сорбента от компонентов среды, обладающих большей, чем пропеллент, теплотой сорбции в сорбенте посредством выполнения капсулы в виде мембраны, размер сквозных пор которой больше минимального размера молекулы пропеллента и меньше минимального размера молекулы компонента распыляемой жидкости с большей, чем пропеллент, теплотой сорбции в сорбенте, удается решить поставленную задачу улучшить качество состава распыляемой жидкости и обеспечить многократность использования устройства, например аэрозольной упаковки.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения станут понятными во время последующего рассмотрения приведенных ниже лучших вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 изображено устройство для создания избыточного давления в пропеллентной системе; на фиг. 2 выполнение мембраны в виде слоя на поверхности сорбента; на фиг. 3 то же, что на фиг. 2, сорбент выполнен в виде таблетки с дополнительным изолирующим слоем.

Способ создания избыточного давления в пропеллентной системе (фиг. 1) заключается в десорбции газообразного пропеллента из сорбента 1, который насыщают пропеллентом и вводят в среду, включающую жидкость 2, насыщенные пары жидкости и пропеллент. Согласно изобретению определяют теплоту сорбции компонентов среду (жидкости 2, насыщенных паров жидкости и пропеллента), перед насыщением пропеллентов сорбента 1, из сорбента 1 удаляют вещества, обладающие большей, чем пропеллент, теплотой сорбции в сорбенте 1, а при введении сорбента 1 в среду, изолируют сорбент 1 от компонентов среды, обладающих большей, чем пропеллент, теплотой сорбции в сорбенте 1.

Таким образом, сущность способа заключается в возможности качественного сохранения состава многокомпонентной среды, по крайней мере часть из которой может обладать большей теплотой сорбции, чем пропеллент в сорбенте 1.

Определение теплоты сорбции компонентов среды осуществляют любыми известными методами, например, по литературным (справочным) данным или экспериментально и устанавливают те компоненты среды, которые обладают большей, чем пропеллент, теплотой сорбции. Такими компонентами среды по отношению к сорбенту 1 цеолиту, насыщенному пропеллентом: CO₂ и/или Ar и/или N₂, или О₂, и/или N₂O может являться вода или пары воды, обладающие большой теплотой сорбции в цеолите, чем указанные газы.

Такими компонентами среды по отношению к сорбенту 1 активированному углю, насыщенному пропеллентом: CO₂ и/или N₂, и/или Ar, и/или О₂, и/или N₂O могут являться: этиленгликоль, метиловый, этиловый, пропиловый, бутиловый спирты, бензол и его производные, обладающие большей теплотой сорбции в активированном угле, чем указанные газы.

Такими компонентами среды по отношению к сорбенту 1 активированному углю и/или цеолиту, насыщенному пропеллентом: N₂ и/или O₂ может являться CO₂, также обладающей большей теплотой сорбции в сорбенте 1.

Поэтому, чтобы компоненты среды с большой, чем пропеллент, теплотой сорбции в сорбенте 1 не могли изменять свой состав, необходимо принять дополнительные меры.

Для сохранения качества состава многокомпонентной среды необходимо и достаточно: во-первых, удалить из сорбента 1 вещества, обладающие большей, чем пропеллент, теплотой сорбции в сорбенте 1 (за счет чего достигается максимальная степень насыщения пропеллентом сорбента, равномерность поддержания избыточного давления в пропеллентной системе); во-вторых, при введении сорбента 1 в среду, надо изолировать сорбент 1 от компонентов среды, обладающих большей, чем пропеллент, теплотой сорбции в сорбенте 1 (за счет чего достигается исключение поглощения компонентов среды сорбентом и сохранение качественного и количественного состава среды).

В качестве конкретных примеров осуществления способа можно указать следующие примеры из областей техники (парфюмерной, медицинской, пищевой и т. д. ), где требуется сохранение состава среды. Так, например, при использовании в качестве компонентов распыляемой жидкости диэтилового или диметилового эфиров для улучшения растворимости (повышения однородности состава) в водяной среде малорастворимых компонентов необходимо считаться с возможностью вытеснения молекулами эфира пропеллента из сорбента 1. В случае доступа паров жидкости к сорбенту 1, в качестве которого используют активированный уголь, молекулы эфира, обладающие в соответствии с данными таблицы, большей теплотой сорбции, чем, например, CO₂, используемый в качестве пропеллента, будут поглощаться сорбентом 1, вытесняя из него пропеллент. Такой механизм будут обеднять распыляемую жидкость 2 по эфиру и тем самым приводить к опасности высаждения, коагуляции или кристаллизации малорастворимых компонентов, что в свою очередь приведет к изменению состава жидкости 2. Данный пример наиболее характерен для парфюмерной промышленности. Аналогичным образом будут вести себя пары воды в случае использования в качестве сорбента цеолита, а в качестве жидкости 2 спиртовые растворы, применяемые в фармацевтике или пищевой промышленности.

Сравнительные характеристики по теплоте сорбции различных веществ в газовой фазе на активированных углях и цеолитах, а также диаметры их молекул, представленные в таблице, построены на базе нескольких литературных источников. (Дубинин М.М. Исирикян А.А. Теплота адсорбции паров воды на активированных углях. Изв. АН СССР, Сер. хим. N10, 1989, с 2183-2186; Серпиокова Е. Н. Промышленная адсорбция газов и паров. М. Высшая школа, 1969, с. 40; Исирикян А.А. Энергетика гомогенных сорбционных систем. Тезисы докл. 4 конф. по теоретическим вопросам адсорбции. М. Наука 1985, с. 40; F. Stoecli D. Hugnenin, A. Greppi, T. Jakubov et al On the adsorption of CO₂ by activ carbons. CHIMIA, 47 (1993), N 6, pp. 213-214; Stephen Brunauer. The adsorption of gases and vapors, Princeton, 1945; R. C. Reid, J.M. Prausnitz, T.K. Sherwood. The properties ofgases and liquids. Mc GrawHill. Third edition. N. Y. 1977).

Важно отметить, что создание гидрофобных оболочек сорбента 1 для сохранения состава компонентов среды при изложенном подходе не требуется, так как компоненты, обладающие меньшей, чем пропеллент, теплотой сорбции в сорбенте 1 не будут замещать молекулы пропеллента.

Возможны различные варианты защиты сорбента 1 от проникновения компонентов среды, обладающих большей, чем пропеллент, теплотой сорбции, например, созданием диффузионных или молекулярных оболочек вокруг сорбента 1.

Лучшим вариантом для осуществления предложенного способа является устройство для создания избыточного давления в пропеллентной системе (фиг.1), содержащее корпус 3, раздаточный клапан 4, установленный в отверстии стенки корпуса 3, жидкость 2, пропеллент, сорбент 1, насыщенный пропеллентом, которые размещены внутри корпуса 3, при этом сорбент 1 помещен внутри капсулы 5, корпус которой выполнен с возможностью пропускания пропеллента.

Согласно изобретению капсула 5 выполнена в виде мембраны, размеры сквозных пор 6 в которой выполнены больше минимального размера молекулы пропеллента и меньше минимального размера молекулы (см. таблицу) компонента жидкости 2 с большей, чем пропеллент, теплотой сорбции в сорбенте 1.

На фиг. 1 также показана трубка 7 для подачи распыляемой жидкости 2 к раздаточному клапану 4.

В мембранах, выполненных указанным образом, удается исключить проникновение молекул компонентов с большей, чем пропеллент, теплотой сорбции в сорбенте 1.

Как видно из данных таблицы, в случае использования в качестве сорбента 1 цеолита, а в качестве распыляемой жидкости 2 составы, содержащие воду, мембраны, обеспечивающие пропуск пропеллента с диаметром молекулы, больше, чем у воды, например, CO₂, Ar, O₂ и др. могут пропускать к сорбенту 1 молекулы воды, теплота сорбции которых в сорбенте выше, чем у приведенных выше пропеллентов. Таким образом сорбент 1 будет поглощать воду с соответствующим вытеснением пропеллента. Это приведет к изменению состава распыляемой жидкости 2, т.е. к потере ее качественных характеристик.

В большинстве рассмотренных вариантов сочетания систем "сорбент - пропеллент среда", как видно из таблицы, использование мембраны, размер сквозных пор которой больше размеров молекулы пропеллента, но меньше молекул компонентов среды, обладающих большей теплотой сорбции в сорбенте, чем пропеллент, данное техническое решение предотвращает возможность поглощения сорбентом 1 компонентов среды, вытесняющих из сорбента 1 пропеллент. В частности, при использовании в качестве сорбента 1 цеолита, в качестве пропеллента кислорода, а в качестве жидкости 2 безводного спиртового раствора, используемого, например, в фармацевтике, использование мембраны с указанными выше характеристиками изолирует цеолит с кислородом от паров спирта, имеющего большую теплоту сорбции цеолитом. В отсутствие такой изоляции пары спирта могли бы вытеснить кислород из цеолита, что привело бы к резкому росту давления в корпусе 3 аэрозольной упаковки и нарушению пределов ее безопасной эксплуатации. При объеме корпуса 3 аэрозольной упаковки, незаполненном жидкостью 2 и равном 25 мл, начальном давлении 0,7 МПа и количестве сорбированного в цеолите (сорбенте 1) пропеллента кислорода, равном 1 г (в расчете на вытеснение 200 мл жидкости), рост давления в упаковке, вызванный вытеснением кислорода спиртом, составит 2,8 МПа, что приведет к разрушению корпуса 3.

Мембрана с размером сквозных пор 6, меньшим, чем у молекул спирта, предотвратит проникновение спирта в сорбент 1, т.е. обеспечит решение поставленной задачи.

Такие мембраны могут выполняться из пористых стекол типа Викор, полимерных материалов (полиэтилен, силар, карбосил, полиакрилонитрил и другие), в том числе на основе пористых подложек и диффузным покрытием. В частности, резкое улучшение селективности достигается введением в полимер жидкостей, в которых растворимости разделяемых газов существенно различаются. Например, известна мембрана с пористой дакроновой матрицей толщиной 10 мкм, пропитанная раствором CsHCO₃ с добавкой NaAsO₃ в качестве катализатора. Матрица помещается между двумя листами силиконовой резины, несущей механические нагрузки. Коэффициент разделения для смеси, например, CO₂-O₂ составил 2345. (Патент США 4230463, B 01 D, опубл. 1973).

В дополнение к данному варианту возможно выполнить мембрану в виде слоя 8, расположенного на поверхности сорбента 1, как показано на фиг. 2.

Такой слой возможно получить, например, осаждением углерода на поверхности (в поверхностных порах) сорбента 1 при пиролизе метана или бензола, при этом удается реализовать структуру, проявляющую молекулярно-ситовой эффект (селективность пропускной способности).

Изменение размера микропор 6 возможно получить в интервале диаметров 3,75-4,14 А, что является вполне достаточным для невозможности сорбции сорбентом 1 веществ, обладающих большей, чем пропеллент, теплотой сорбции в сорбенте 1. Модифицирование углеродного сорбента 1 осаждением углерода при пиролизе, например, метана, в то же время не изменяет общего объема микропор, а уменьшает размеры входов в микропоры. (Дубинин М.М. Федосеев Д.В. Внуков С.П. Поляков Н.С. Изв. АН СССР. Сер. хим. N11, 1983, с. 2485-2487).

Возможен дополнительный вариант выполнения устройства (фиг.3), в котором на мембране расположен изолирующий слой 9, газонепроницаемый, выполненный с возможностью его разрушения при помещении капсулы 5 внутрь корпуса 3.

Этот изолирующий слой 9 предназначен для исключения взаимодействия сорбента 1, насыщенного пропеллентом, с окружающей средой до помещения капсулы 5 внутрь корпуса 3.

Изолирующий слой 9 может быть выполнен из фольги, тогда капсула 5 или корпус 3 должны быть снабжены элементом (на фиг. 1 не показан) для разрушения металлической фольги при помещении капсулы 5 внутрь корпуса 3.

Изолирующий слой 9 может быть выполнен из материала, способного к его растворению жидкостью 2 при помещении капсулы 5 внутрь корпуса 3. Например, если в состав медицинского препарата, используемого в качестве жидкости 2, входит растворенный сахар, то мембрана может быть покрыта тонким изолирующим слоем 9 сахара, который затем растворяется в жидкости 2. Если в состав лако-красочного состава, используемого в качестве жидкости 2, входит твердый растворимый краситель, то мембрана может быть покрыта тонким слоем этого красителя, который затем растворяется в химическом растворителе жидкости 2.

Работает устройство для создания избыточного давления в пропеллентной системе таким же образом, как известные.

При помещении капсулы 5 внутрь корпуса 1 и его герметизации в пропеллентной системе создается избыточное давление за счет выхода пропеллента из сорбента 1. Жидкость 2 по трубке 7 поступает к раздаточному клапану 4 и при его открытии распыляется вне корпуса 3.

За счет изолирования сорбента 1 от компонентов среды, обладающих большей, чем пропеллент, теплотой сорбции в сорбенте 1 посредством выполнения капсулы 5 в виде мембраны, размеры сквозных пор 6 в которой выполнены больше минимального размера молекулы пропеллента и меньше минимального размера молекулы компонента жидкости с большей, чем пропеллент, теплотой сорбции в сорбенте 1, удается реализовать селективное исключение проникновения компонентов среды, кроме пропеллента в сорбент.

Изобретение может быть промышленно применено в аэрозольных упаковках различного назначения: в медицине, в парфюмерии и т.д.

Формула изобретения

1. Способ создания избыточного давления в пропеллентной системе, включающий десорбцию газообразного пропелента из сорбента, который насыщают пропеллентом и вводят в среду, включающую жидкость, насыщенные пары жидкости и пропеллент, отличающийся тем, что определяют теплоту сорбции компонентов среды в сорбенте, перед насыщением пропеллентом сорбента, из последнего удаляют вещества, обладающие большей, чем пропеллент, теплотой сорбции в сорбенте, а при введении сорбента в среду изолируют сорбент от компонентов среды, обладающих большей, чем пропеллент, теплотой сорбции в сорбенте.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют активированный уголь, в качестве газа СО₂, и/или Ar, и/или N₂, и/или О₂, и/или N₂O, а в качестве жидкости воду, и/или минеральную воду, и/или сладкую воду, и/или сок, и/или взбитые сливки, и/или белковый крем, и/или вино, и/или пиво, и/или односпиртовые и спиртовые растворы, и/или пасты, и/или эмульсии, и/или суспензии.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют цеолит или силикагель, в качестве газа СО₂, и/или Ar, и/или N₂, и/или О₂, и/или N₂O, а в качестве жидкости - спиртовые безводные медицинские и/или кондитерские и парфюмерные растворы, и/или пасты, и/или эмульсии и/или суспензии.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют цеолит и/или активированный уголь, в качестве газа СО₂, и/или Ar, и/или N₂, и/или О₂, и/или N₂O, а в качестве жидкости - спиртовой безводный раствор.

5. Устройство для создания избыточного давления в пропеллентной системе, содержащее корпус, раздаточный клапан, установленный в отверстии на стенке корпуса, жидкость, пропеллент, сорбент, насыщенный пропеллентом, которые помещены внутрь корпуса, при этом сорбент помещен внутрь капсулы, корпус которой выполнен с возможностью пропускания пропеллента, отличающееся тем, что капсула выполнена в виде мембраны, размеры сквозных пор в которой выполнены больше минимального размера молекулы пропеллента и меньше минимального размера размера молекулы компонента жидкости с большей, чем пропеллент, теплотой сорбции в сорбенте.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что мембрана выполнена в виде слоя материала, расположенного на поверхности сорбента.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в качестве материала слоя используют пиролитический осажденный углерод.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что на мембрану дополнительно установлен газонепроницаемый изолирующий слой, выполненный с возможностью его разрушения при помещении капсулы внутрь корпуса.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что изолирующий слой выполнен из материала, способного к растворению жидкости.

10. Устройство по пп.8, 9, отличающееся тем, что в качестве материала изолирующего слоя выбран сахар или желатин.

11. Устройство по п.8, отличающееся тем, что изолирующий слой выполнен из газонепроницаемой пленки, а капсула или корпус снабжен разрывающим элементом, установленным с возможностью взаимодействия с пленкой и ее механического разрушения.

12. Устройство по пп. 8 и 11, отличающееся тем, что газонепроницаемая пленка выполнена из полиэтилена или целлофана или металлической фольги.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4