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气雾剂产品对阀门的要求

气雾剂产品对阀门的要求

发布时间:2015-06-24
       北美洲所使用的阀门90%以上是由Precision(精密),Seaquist和Summit三个大阀门厂生产的,其余的主要是一些特殊的阀门,它们是由诸如Newm~-Grean公司、Bespak公司、Beardg公司、Emson公司、Riker公司和Coster公司生产的.例如Newman公司生产的一种阀门能以两种到三种明显不同的速串喷射产品,只要把阀门喷头转到不同的速率刻度处即可.又如Bespak公司独立生产的20mn]定量吸入剂的(MDD阀门以及可用于诸如防身气雾产品的喷射速率在100 g/s的阀门。
1993年,上述7个阀门厂家共生产了33.08亿个阀门,其他几个厂家未报告其产量,估计实际总量可达33。5—34.o亿个.由于阀门产量如此之大.所以配方设计师们可以选择到多种高质量低成本的阀门.1993年他们订购了300万个阀门样品,用于科研或小批量生产,通常每个批量生产几千个产品.
阀门惊人的多种性表现在许多方面基本类型的不同,孔径大小的变化(喷头、阀杆、旁孔和阀体),工程塑料的选择(聚丙烯酸类、聚酰胺类、聚乙烯类和聚丙烯类),内垫圈选择(丁腈橡胶、丁苯橡胶、氯丁二烯橡胶,丁基橡胶、氯丁基橡胶和澳丁橡胶),外垫圈(注胶用氯丁二烯橡胶,切割垫圈,聚乙烯套垫,聚乙烯,聚丙烯和PET覆膜)等.除去直径不同外,大多数喷头孔径还具有不同的形状、面积、透镜状喷出口.切线状涡旋腔、锥形口等,阀杆孔径则可能是单一的,也可能是多样的.许多年以前,一个阀门专家估计他的公司理论上可以制造出60亿种变化的阀门,当然不包括吸管长度的变化.
由于对一个特定的产品可以有几种类型适用的阀门,所以配方设计师首先要选择的是供应商和阀门型号,如果时间允许,应选择两个供应商,这样做最终对制造方和购买方都是有好处的.许多配方设计师将可以通过仔细谓查来评价目前零售市场上相互竞争的产品或相似的产品所使用的阀门,以便能利用其他实验室的发展优势.早期配方师曾面临过对斜推式阀门和竖直往复移动式阀门的选择,两种阀门都有各自的忧缺点,例如斜推式阀门有很好的侧面定向性,而纵向的(上下)定向性则不太好;另一方面,与小的竖直运动方式按钮比较,斜推式阀门使得用户手指尖不大会被喷出物浸污。兼顾这两个特性的理想方式是使用一个大的喷头或喷头圆顶,虽然这样会增加成本,并且阀杆口到尾孔的距离增大,使某些抛射剂含量较低的产品出现较明显的滞后效应。
通常的气雾产品都是喷射型的,因此喷雾类型是喷雾器的一个重要特征。一个好的喷射过程应在整个使用温度范围(例如12~32~C)内都保持正常.喷射雾型是通过测量锥体直径和均一性来确定的,从喷头到目标物的喷射距离一般取152~304 mm,如果喷雾罐上标明了喷射距离的适当范围,则最好用此范围的中点值作为检测时使用的距离。
检测时可使用各种仪器,比如Root检测仪,这是一个带有瓶状孔g(的可旋转的盘,但是常用的简单方法是将喷头对准一张纸或其他表面并在固定的距离喷射。对于含乙醇的产品可以使用对乙醇敏感的检测纸,也可以在不含乙醇的产品中加入痕量(o.5%)乙醇再进行检测.某些配方师则喜欢加入Dyterl红(杜邦产品)或少量其他颜料来勾勒出喷射形状,有些实验室要求把干的醇敏感性检测纸或染上色的检测纸贴在记录本每页的左边.
虽然很少有气雾产品是直接对目标物表面垂直向下喷射,但是对喷射雾型的检测大多是采用这种方式的,这样得到的形状比水平喷射要圆,但与实际情况不符。水平喷射考虑了较大的、有时速度也较慢的颗粒的重力作用,往往形成椭圆形或扁的泪滴形状,特别在较远距离喷射时更是如此.通常,检测时应避免喷射过量.
检测者应记录下喷射形状水平方向和竖直方向的大小,当按此大小连成一个圆或椭圆时,其范围内应包含大约96%的喷出物.任何偏离的喷射或部分喷出物超出范围外都应记录,喷头口有滴状或须状遗留物也应记录在案.喷射超过若干秒后.这些问题都会严重影响喷射形式,有时产品凝块也会喷到目标物表面.由于对喷射锥体直径的测定通常是在经过短暂喷射的地方进行检测得到的,所以经较长时间喷射后的结果也应检测井记录下来。
机械击碎(MB和MBU)喷头是用来将较厚实粗糙的喷射物变成较细的颗粒,往往得不到圆而均一的圆锥体,除非该产品对孔径特性适应性很好。一些锥体可Q2看起来在锥体中间部分有些凹陷或较稀散t通常情况下喷雾罐是一边喷射一边移动的,比如喷漆或喷发胶,这意味着喷射膜均匀性会有所改变.这是由于锥体中间的一些傲凹造成的。
当一边喷射一边沿物体表面移动喷雾罐时,表面上沉积物将较为均匀.按照相同的方式,可以看到当手持喷雾罐并保持与目标表面成一定角度喷射时,则最靠近喷雾罐的地方沉积物较多,而较远处则较少.
为说明均匀喷射的重要性,可以想一想织物上浆喷雾剂.若范围过窄,用户要来来回回多次移动喷雾罐;相反地,喷射范围过宽则导致某些地方喷了2次,而有些则喷到熨衣板之外,使淀粉、硅酮等沉积在地板上.理想的喷射范围是从178 mm处喷射时形成101~152fitn宽的喷射面.但是大多数厂家取用稍大一点的范围.
关于喷射雾型的第一个附带问题是对成膜气雾剂进行反复检测的必要性,高固含量的喷发胶、某些杀虫剂、上浆剂、油漆等在使用过程中偶尔也会在喷头尾孔处形成膜,当重新检验时,可能发生如下现象:①阻塞:②成细流穿射出来,③暂时成细流(1 s以内):④喷射正常。为检验一个新阀门或新产品出现这种现象的可能性,许多配方设计师选择大约72个已装填的罐,并进行短暂的喷射。其中36个罐间隔两三天喷一次,另36罐每周喷一次.操作反常的喷头用热水或溶剂清洗,喷射后仍旧归人检验批样中,当每两三天喷射一次的样品 喷完时,试验结束.试验结果可与产品标准相比较,出现阻塞或持续细流现象的罐占的比例往往并不太低,这说明检验喷头变化对产品的影响以及新配方的影响是十分必要的.
第二个附带问题是一些产品停止使用的瞬间会出现残余细流的现象,用C02、N2O或HFC—152a抛射剂增压的水基(特别是略微黏稠)产品就会出现这种现象.在关闭的瞬间,处于阀杆孔和阀门尾孔间的产品形成了此种细流,有时可达254~304 mm远.使用空闲空间最小的阀门按钮.并使用一个棒状物向下伸入阀杆就可以较好地控制此种潜在问题.通过减少孔径之间的多余空间可以将此问题降低到只有原来的5%~10%,使用户不易察觉.
最后一个附带问题与旁孔阀门有关.大多数关于喷射雾型的研究仅仅是对充满的喷雾罐进行的,而这对于使用旁孔阀门的喷雾罐往往是一个错误。当用户使用产品时,旁孔首先吸取残留在罐中的空气(从而往往导致压力降低),然后吸人混合抛射剂中挥发性较大的部分.最后大量抛射剂被吸入并推进到阀室中的料液细流中去,然后喷出喷雾罐,所有这些使得喷射压力较低,较重颗粒沉到连接点处,在这里吸管上方的距离很大程度地限制了液体进入阀室,导致气相比例增大,因而喷出的颗粒相对较小.这些效应随罐的大小、阀孔径的选择和配方本身的不同而有很大变化,在这里重要的是喷射出的雾的锥体的形状和均一性会随着罐的排空的改变而变化,这种效应应该得到检验.历史上曾发生过这样的情况,一种商用空气清新剂,其料液仍有28.35~56.7 e残留于罐中,而抛射剂已完全用光。
在配方中含有强溶剂井能在某种程度上影响阀门垫圈的情况下,应该慎重地对已充填l周(以上)的喷雾罐进行喷射锥体直径试验、喷射速串实验以及相似的实验.一些公司强调应对已储存两周或在温度达37.7℃的季节中储存过的罐进行检验.然后将这些结果与刚完成的新产品检验的结果相互比较.看看有无大的差异,或是否有什么可能导致用户不满的问题。
大家都知道,剃须泡沫和某些其他泡沫产品在生产完成后几个星期内,其胶体颗粒大小和其他一些特性都还不能达到平衡,因此对刚从生产线上下来的产品的检验与对长时间存放的产品的检验结果不一致。
总的来说,配方师应研究各种阀门的喷射特点直到找出一种阀门能给出正确的喷雾、泡沫、带状或未气化的射流。在这一点上,喷射速率必须加以确定。作为一个确定喷射速率的规定,喷雾罐必须在(21iO.5)℃平衡井持续喷射10,.但是瑞士Novospray/Shaller,s.丸公司开发了一种独特的机器,只需要喷射短至2 s的时间,而测定的喷射速率精度可以达到小数点后3位。
喷射速率通常随着产品的使用而有所降低。特别是使用旁孔阀门的喷雾罐和抛射剂含量相对较少的喷雾罐(如使用c(\,N20、N2和压缩空气的情况)更是如此.对于用旁孔阀门的喷雾罐,随着空气首先被大部分转移,然后是混合抛射剂中易挥发组分气化,使得内压降低,因而导致喷射速率降低。如果抛射剂是可溶解的或被乳化丁的,则压力会随着抛射剂脱离液体 进入顶部空间而降低.关于液化抛射剂的压力保持为常数的传统观点只是对没有空气,只包含不溶于料液的单一抛射剂或共混合抛射剂的体系(比如异丁烷—水体系)才是适用的。
前面提到的使用10:喷射时间代表一个量优的选择,这样足够长的时间使得有经验的操作者可以用秒表精确计时到土0.2S,或土2%。并且在这样的时间范围内,旁孔阀门还不能引起冷却现象,而人手的愠度也还不足以使喷雾罐温度升高。
剐下生产线的罐其吸管内的物质还是不正常的,因此测定其喷射速率往往会允许有偏差。比如对于T-t—V1(通过阀门)充气的情况,吸管中填满了抛射剂,除非使用特殊的设备部分或全部除去这些抛射剂.在用盖下充气方法时,压力使料液受不同程度的挤压而上升到吸管中‘最终,相对较重的部分离开吸管,而被产品取代.但是这些现象在质量控制人员检测喷射速率时都不会发生,即使是对使用粗大吸管的喷雾罐.考虑到这些因素,应彻底摇晃待检罐,等待数分钟以后便可能将存在气泡从液相逸出,然后短暂地按动喷头以清除吸管内容物.待温度平衡后‘擦干喷雾罐,准确称重到io.01g,然后喷射.
许多操作者或监督者在检查产品喷射速率时.对大的波动范围感到惊愕。他们认为是阀门的质量问题[诸如许多孔径允许110%偏差(一个销售指标),孔径不太圆等]造成的.其中一些抱怨也许是对的,但测量的重复性和重现性上也可能存在其他很大的偏差。
刚刚提到了计时可能出现的土2%的偏差。使用普通仪器称重时的误差为o.05g,而喷出物的质量典型值是s.OOg,所以称重误差占士l%,当然,在喷射前后共进行了2次称重.另外还耍考虑温度因素,它根据压力/温度表而变化,并且dp--dDR//Y,dp为压力的微分;dDR为喷射速率的微分(作为一个近似值).这个结果说明,如果由于温控精度问题、恒温时间不够或其他原因造成压力变化土l.4%,那么沮度对喷射速率的影响是±1.o%.
还有其他一些因素,诸如检验剐生产的产品,有可9B乳液颗粒大小分布还未达到平衡.或者高压气体的溶解还未平衡,或者喷雾罐刚经过振动处理、热贮或手摇,还存在残余的触变和流变效应等,按保守的估计,这些因素综合起来大致造成il%的偏差。
现在我们可以统计变化因素的总和,它是上面提到的各种变化因素平方和的平方根,即:
固有偏差=√工了/王了;i工巧{飞歹Z刁三而尹=i2.82%
式中,‘为计时偏差,约2%;W为喷射前称量偏差,约1%;人为喷射后称量偏差,约%,2V为温度偏差,约l%;m为各种其他因素偏差,约1%.
当假定称量偏差为io.10g时,则称量误差占土12%。根据上面同样的想法,可以得到
固有偏差为i3.74%.
按照首遍的看法,由同样有经验的操作者测定一批连续样品得到的喷射速率,其重复性偏差大约是土8%.检验方法的固有偏差和阀门本身的偏差大致相等.装填和充气的精度增加了问题的复杂性,这两个因素改变了压力、密度和高动力黏度,因而影响喷射。实验室之间的重现性偏差则除了上述原因外.还主要是由于存放时间甚至由于运输造成的,因此此偏差可达到土10%。
一种特殊形式的喷射速率检验是把喷雾罐喷完直到“商业排空”的程度,它常是产品标签说明的基础,比如餐具上光剂.一个最常见的标签中注明:一次2.5 s的喷射足以在一个5.4 cm的小锅上形成o.72g的喷射膜,在25.4 cm的小锅113部分形成膜需要o.24g,为一个份额.每罐中包含375个这样的份额。这种特定的罐注明净重142 e。
在相类似的基础上,有许多是喷射产品注明了可喷射剂量的数目(通常是最少数目),每一剂量含有一定的药物。喷射速率对定量喷射气雾剂没有什么意义.但是仍然需要把罐喷完以得到标签说明上需要的数据。
完全喷完”实验总是被用来确定在模拟的用户使用条件下可以喷射的总量。NBS/OW&M(NationalBureauOfStandards/OfficeO{Weights&Measures)(国家标准局/重量和测量办公室)公布了许多方法,供各个州用来核实有关重量的标签说明。在许多情况下.如泡沫产品和带旁孔的气雾产品,“完全喷完”试验应逐步进行。不断摇晃,并周期性地加 热使沮度升到21~24r,特别是对带旁孔罐的情况。
泡沫产品的喷射特性通常是以泡沫密度或有时是以发泡能力(Overrun)为基础来确定的.成品在用于这些检验之前应先老化。用来作泡沫密度检验的容器可以有多种大小和形状,作者推荐使用30~50 m1大小的瓷坩埚,并且可以预先精确称重到io.Olg,将产品对坩埚底部喷射,随着产品喷人坩埚而逐渐向上提起直到坩埚内泡沫溢出.等待30 s,因为低压泡沫还会第二次膨胀,然后用一个刮刀平滑行擦去多余的泡沫,然后将坩埚重新称重。如果坩埚的确切容积未知,可以往坩埚中加满水(最好是乙醇)称重然后计算其体积。用上述办法可以得到泡沫的密度。大多数泡沫密度在o.08~o.12g/mi的范围(21℃),但是如果用部分使用的罐来进行试验,此体积会增加.使用到后期产品的泡沫密度可能是开始的3倍以上。按照配方不同,这些·湿”泡沫可能变得像流动的黏液,而另外一些泡沫则可能仍保持着良好的形状。例如许多人都曾体会到剃须泡沫使用后期,泡沫大小只有通常的1/3.
发泡能力概念广泛用于掼奶油产品方面,在这种情况下,通常是于4.5'C时喷射产品。常用的公式有两种,一是比较料液的体积和泡沫的体积,用下述公式:
发泡能力二些言二丛% y L¨式中,VDp是喷出产品的体积;y山是液体混合物的体积。
另一种方法基本同上,但是使用质量代替体积:发泡能力=兰牛三兰旦%9r sY式中,WLM是液体混合物质量;Wsv是与该液体棍合同样体积的喷出产品的质量。
因为压缩气体抛射剂的典型用量是产品的2%,所以“发泡能力”在开始时是550%一600%,在产品使用后期则将降到250%,平均值是425%一450%.常用的方法是在一个 100~120mi的塑料或玻璃容器中注满掖体产品并称重,然后用同样的容器填满泡沫,擦去多余的泡沫并称重,上述两个公式给出相似的“发泡能力”,一般只相差10%.
在选择阀门时,必须考虑橡胶和塑料(热塑橡胶)的膨胀.膨胀或负膨胀(收缩)是这类阀门组成部分不可避免的属性,能对阀门特点产生很大影响。大多数阀门生产商希望内垫圈只有很小的膨胀,比如在3%~6%的范围内,当然具体膨胀系数取决于阀门的类型,典型的膨胀程度是在橡胶浸入体系两三天后测量得到的.虽然这些结果很有用,但可能并没有完全说明问题,最好进行如下试验,即使用未充气的75%无水乙醇与25%异戊烷的混合物和4种阀门垫圈来试验,以便得到由80%无水乙醇20%异丁烷组成的喷发胶的近似膨胀值,试验在室沮下进行了3个月,结果如表8—4所示。
从上述试验可以看出,氯了二烯橡胶(NEOPRENE)和丁钠橡胶I”(BUNA 1‘)阀门垫圈都是令人满意的,几种丁钠橡胶(BUNA橡胶)的区别在于聚合物和增塑剂含量不同(而一个异乎寻常的例于是.BUNA 1“浸在二氧甲烷中时厚度的膨胀达到42%)。 垫圈收缩将使阀杆和垫圈的吻合性降低,有时会导致泄漏,即使垫圈内径比阀杆直径小Io%一22%。与此相反,膨胀现象使垫圈更紧地环绕在阀杆上,密封程度提高。但是如果膨胀过度,则按下喷头时垫圈使得阀杆孔不能露出,这将使喷射速率降低,某些情况下则根本不能再使用.
聚乙烯吸管置于气雾剂料液中时通常会有3%一6%的膨胀,这点必须通过试验来测定,以便确定吸管的长度。理想的吸管长度是使其刚好能到罐底凸起部分并因此有些微弯曲,通常情况下,吸管膨胀不会造成吸管套在阀端的部分出现松动或旁孔问题。
很多文章都说明了把阀杆底部的吸管切割成一定角度或斜面,否则它垂直接触罐底有时会造成堵塞,这个问题在使用平底罐家用产品中就出现过,在使用凹底罐时从未发生此问题。事实上所有阀门制造商提供的各种大小粗细的吸管都是斜切的,倾斜角与罐底凸面的角度不同.购买些斜切的吸管似乎没有必要,但是这样做只会有好处而不会有副作用。
最后一个问题是关于阀门喷头的取向.阀门制造商可以很容易地在阀封口杯的顶部标上一个红的或黑的点来指示喷头取向.这对于那些常常以60’~90’角射到扁平表面或其上形成雾或泡沫的产品来说,是一个十分重要的优点。由于吸管总是处于底部双接缝的底边处(对无缝的铝罐也是在相同位置处),可以喷射出最大量的产品。如果让装罐者选择安装喷头或喷嘴,大多数人会仔细地将之对准指示点的方向。
指望用户在使用产品前仔细阅读说明,并按照上述要求做是不明智的.在某些情况下,产品不能带着喷头或喷嘴充气,则必须由充填者在充气后安装.任何喷头直径大于阀垫的时候.都必须进行此类通常称为·轻插”的操作,而要求将喷头对准指示点时,则需要手工操。当喷嘴完全覆盖住阀杯时,“轻插”和定向都必须由手工一步完成,虽然至少有过一个灌装商将一种非常特殊的发泡阀门(带有保险盖)一步机械化·轻插’和定向,但此种设备毕竟太特殊了.

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