Spray
Um borrifador, pulverizador ou vaporizador, também chamado de spray, é um dispositivo que dispersa um líquido em pequenas gotas.[1][2] O termo spray[3] é um estrangeirismo do inglês, com o sentido de "borrifo".[4][5][6] A pronúncia aproximada é "sprei".[1]
Nos sistemas de aerossol pressurizado, a pulverização produz uma névoa de partículas líquidas, formando um aerossol. O sistema consiste em uma lata ou um frasco que contém o produto a ser liberado e um propelente sob pressão. Quando a válvula do recipiente é aberta, o produto é forçado a sair por uma pequena abertura, na forma de aerossol ou névoa.[7]
A mesma forma de embalagem também é empregada para liberar espumas, pastas e pós. Os recipientes podem ser feitos de metal, vidro ou plástico, e o gás pode estar comprimido, liquefeito ou dissolvido sob pressão.[8]
História
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É provável que os conceitos que deram origem aos aerossóis remontem a 1790.[9] Em Oslo, o engenheiro químico norueguês Erik Rotheim depositou, em 1926, um pedido de patente para um sistema de pulverização por aerossol. A patente norueguesa n.º 46.613 foi concedida em 1929.[10] Uma patente norte-americana para a invenção foi concedida em 1931.[11] Os direitos da patente foram vendidos a uma empresa dos Estados Unidos por 100.000 coroas norueguesas.[12] O serviço postal norueguês, Posten Norge, comemorou a invenção com a emissão de um selo em 1998.[9]
Em 1933, a fábrica de tintas Alf R. Bjercke produziu recipientes em colaboração com Rotheim. O custo da fabricação e o entupimento dos bicos dificultaram a venda do produto. O fabricante de instrumentos Frode Mortensen trabalhou no aperfeiçoamento dos bicos e assumiu os direitos de produção em 1936. Sua empresa, Morton System, experimentou embalagens para inseticidas e vernizes, mas faliu em 1939.[10]
Em 1939, o norte-americano Julian Kahn recebeu uma patente para um aparelho de mistura de líquidos com gás sob pressão, destinado ao preparo doméstico de chantili.[13][14] O aparelho tinha uma tampa com válvula que podia ser adaptada a um frasco de vidro e permitia carregá-lo com gás proveniente de um cilindro separado. Em 1949, Kahn renunciou às quatro primeiras reivindicações da patente.[13]
Em 1941, os norte-americanos Lyle Goodhue e William Sullivan, do Departamento de Entomologia e Quarentena Vegetal dos Estados Unidos, desenvolveram uma lata para a dispersão de inseticida em aerossol.[15][16] Seu projeto de lata recarregável, apelidada de bomba de aerossol ou bomba inseticida, deu origem a muitos produtos comerciais em spray. Tratava-se de uma lata de aço do tamanho da mão, que continha um gás liquefeito sob pressão de aproximadamente 520 kPa à temperatura ambiente e um inseticida a ser expelido como névoa.[17][18] A invenção recebeu uma patente de serviço público, cedida ao Secretário da Agricultura dos Estados Unidos para uso livre pela população do país.[17] Pressurizada por um gás liquefeito que atuava como propelente, a pequena lata portátil permitia que os soldados se protegessem de mosquitos transmissores da malária, pulverizando o produto dentro de barracas e aeronaves no Pacífico durante a Segunda Guerra Mundial.[17][19] Em 28 de agosto de 1970, em Oslo, Goodhue e Sullivan receberam a primeira Medalha de Ouro Erik Rotheim da Federação Europeia das Associações de Aerossóis, em reconhecimento às suas primeiras patentes e ao trabalho pioneiro posterior com sprays.
Em 1948, o governo dos Estados Unidos concedeu a três empresas licenças para fabricar sprays. Duas delas, a Chase Products Company e a Claire Manufacturing, fabricam aerossóis.[20][21] A válvula fixada por crimpagem, utilizada para controlar a pulverização em aerossóis de baixa pressão, foi desenvolvida em 1949 por Robert H. Abplanalp, proprietário de uma oficina mecânica no Bronx.[16][22]
Em 1949, em Sycamore, no estado norte-americano de Illinois, Edward Seymour desenvolveu uma lata de tinta em spray para demonstrar a aplicação de um revestimento de alumínio em radiadores de aquecimento. O recipiente combinava a tinta, um propelente e um cabeçote pulverizador.[23]
Em 1974, Frank Sherwood Rowland e Mario J. Molina propuseram que os clorofluorocarbonetos (CFCs), usados como propelentes em sprays, contribuíam para a destruição da camada de ozônio da Terra.[24] Em resposta a essa teoria, o Congresso dos Estados Unidos aprovou, em 1977, emendas à Clean Air Act, autorizando a Agência de Proteção Ambiental a regulamentar a presença de CFCs na atmosfera.[25] No mesmo ano, o Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente solicitou pesquisas sobre a camada de ozônio e, em 1981, autorizou a elaboração de uma convenção-quadro global para protegê-la.[26] Em 1985, Joe Farman, Brian Gardiner e Jon Shanklin publicaram o primeiro artigo científico que descrevia em detalhes o buraco na camada de ozônio.[27] Naquele mesmo ano, foi assinada a Convenção de Viena, em decorrência da autorização da ONU. Dois anos depois, foi formalmente assinado o Protocolo de Montreal, que regulamentou a produção de CFCs e entrou em vigor em 1989.[26] Nos Estados Unidos, a eliminação da produção da maior parte desses compostos foi antecipada para o fim de 1995.[28]
Propelentes de aerossóis
[editar | editar código]Os propelentes podem ser gases liquefeitos ou comprimidos. Nos sistemas que usam gás comprimido, como o nitrogênio, a pressão diminui à medida que o produto sai e o gás ocupa o espaço deixado por ele. O projeto da válvula precisa levar essa queda de pressão em conta para controlar a pulverização.[29] Assim como os cilindros de gás, as latas são vasos de pressão e precisam resistir às pressões previstas para seu uso.
Em geral, os propelentes liquefeitos têm ponto de ebulição inferior à temperatura ambiente à pressão atmosférica. Dentro da lata, parte do propelente permanece líquida e parte forma um vapor em equilíbrio com o líquido. À medida que o produto é liberado, mais líquido evapora. Com a temperatura aproximadamente constante, esse processo mantém a pressão relativamente estável enquanto há propelente líquido disponível.[7]
O propelente liquefeito pode formar uma mistura miscível com o produto e seus solventes. Também existem formulações com duas fases líquidas separadas, além da fase gasosa, ou com o propelente disperso em uma emulsão. A separação entre líquidos imiscíveis não impede o funcionamento do aerossol, mas exige que o tubo de captação alcance a fase a ser liberada.[7] Nos sprays de limpeza a gás e nos sprays congelantes, o próprio produto atua como propelente. O propelente de uma lata de spray de limpeza não é necessariamente ar comprimido, como às vezes se supõe, mas geralmente um haloalcano.
Os clorofluorocarbonetos foram muito utilizados como propelentes,[30] mas, desde que o Protocolo de Montreal entrou em vigor, em 1989, foram substituídos em quase todos os países devido aos seus efeitos negativos sobre a camada de ozônio. Os substitutos mais comuns são misturas de hidrocarbonetos voláteis, geralmente propano, n-butano e isobutano.[31] Também são empregados o dimetiléter (DME) e o éter metiletílico. Todos apresentam a desvantagem de serem inflamáveis. O óxido nitroso e o dióxido de carbono também são utilizados como propelentes para liberar alimentos, como chantili e spray culinário. Entre os propelentes empregados em inaladores dosimetrados pressurizados estão os hidrofluoroalcanos, ou HFAs, HFA 134a, o 1,1,1,2-tetrafluoroetano, e HFA 227ea, o 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropano.[32]
Em outros produtos em aerossol, também são utilizadas hidrofluoro-olefinas, como o HFO-1234ze(E), que tem baixo potencial de aquecimento global e pode ser armazenado liquefeito sob sua pressão de vapor.[33] A classificação de inflamabilidade desse composto depende das condições de ensaio. O HFO-1234ze(E) é classificado como não inflamável em ensaios a 21 °C, mas pode formar misturas inflamáveis com o ar acima de 28 °C.[34]
O envase de propelentes inflamáveis exige medidas para evitar a formação e a ignição de atmosferas explosivas. Uma solução empregada em linhas de produção é instalar o equipamento em uma área separada para gases, fora do galpão principal.[35] A seleção dos equipamentos depende da classificação da área. No sistema ATEX, equipamentos do grupo II, categoria 2G, são adequados a áreas classificadas como zona 1, nas quais uma atmosfera explosiva de gás pode ocorrer ocasionalmente em operação normal.[36]
Emissões atmosféricas
[editar | editar código]Os propelentes de hidrocarbonetos e o dimetiléter são compostos orgânicos voláteis. Depois de liberados, podem participar de reações fotoquímicas na presença de luz solar e óxidos de nitrogênio, formando ozônio próximo ao solo. Esse processo é diferente da destruição do ozônio estratosférico pelos CFCs. Alguns hidrofluorocarbonetos, embora não destruam a camada de ozônio, têm elevado potencial de aquecimento global. A substituição dos CFCs não eliminou todas as consequências atmosféricas do uso de propelentes.[31]
Embalagem
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Os produtos modernos em aerossol têm três componentes principais: a lata, a válvula e o atuador, ou botão. A lata geralmente é feita de folha de flandres envernizada, isto é, aço revestido com uma camada de estanho, e pode ser composta por duas ou três peças de metal. As latas de alumínio também são comuns e, em geral, são utilizadas para produtos mais caros ou destinados a apresentar uma aparência mais sofisticada, como os de cuidados pessoais. A válvula é fixada por crimpagem à borda interna da lata, e seu projeto é importante para determinar a vazão do spray. O usuário pressiona o atuador para abrir a válvula. Quando o solta, uma mola volta a fechá-la. A forma e o tamanho do bico do atuador ajudam a controlar o tamanho das partículas e a dispersão do spray, que também dependem da formulação e da pressão de descarga.[7][37]
Captação e pulverização
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1. Bico de saída.
2. Botão.
3. Anel de vedação.
4. Haste.
5. Corpo da válvula.
6. Apoio da mola.
7. Mola.
8. Corpo da lata.
9. Tubo de captação.
Em muitas embalagens, um tubo de captação liga a válvula ao produto líquido próximo ao fundo da lata. A pressão interna empurra o líquido pelo tubo quando a válvula é aberta. Há também recipientes sem esse tubo, projetados para funcionar invertidos, com o líquido em contato direto com a válvula.[7]
As latas de tinta podem conter esferas misturadoras que se movimentam quando o recipiente é agitado. Elas ajudam a dispersar os pigmentos depositados no fundo e a recompor a mistura antes da aplicação.[38]
Fabricação e envase
[editar | editar código]Nas latas de folha de flandres de três peças, o corpo é formado a partir de uma chapa enrolada e fechada por soldagem longitudinal. O fundo e a parte superior são unidos ao corpo por dobras nas bordas. As chapas recebem revestimentos antes da montagem.[39][40]
Uma forma de produzir recipientes de alumínio é a extrusão por impacto, na qual uma pastilha de metal é prensada para formar o corpo e o fundo em uma só peça.[41] Também há latas de alumínio fabricadas por embutimento e estiramento das paredes.[39]
Depois do envase e do fechamento, as embalagens passam por testes de estanqueidade. Na União Europeia, um dos métodos previstos é o banho de água quente, que leva a pressão interna ao valor correspondente ao conteúdo a uma temperatura uniforme de 50 °C. Recipientes com vazamentos ou deformações permanentes visíveis são rejeitados. A regulamentação também admite métodos alternativos, inclusive a frio, sujeitos aos requisitos técnicos e à aprovação da autoridade competente.[42]
Sistemas de dois componentes
[editar | editar código]O aerossol 2K, ou de dois componentes, mantém o componente principal em uma câmara e o segundo em um compartimento auxiliar. Ao ativar a embalagem, o usuário abre esse compartimento e permite a mistura. Em tintas 2K, os componentes são a base da tinta e um endurecedor. A reação de cura começa após a mistura, ainda dentro da lata, o que limita o tempo disponível para usar o produto.[43] Esses sistemas também podem conter propelente, liberado junto com a mistura.[44]
Por exemplo, na cura de uma tinta epóxi, monômeros e oligômeros de baixa massa molecular podem formar redes de polímeros reticulados pela reação entre os grupos funcionais da resina e do endurecedor.[44] Há formulações de tinta 2K com alto teor de sólidos, mas esse teor depende da composição do produto, não apenas do uso de uma embalagem de dois componentes.[45]
Alternativas de embalagem sem liberação de propelente
[editar | editar código]Os aerossóis convencionais liberam seu propelente durante o uso.[10][11][46] Frascos pulverizadores com bomba manual e frascos flexíveis dispensam o uso de propelente. Já os sistemas com pistão ou bolsa interna usam gás pressurizante, mas o mantêm separado do produto durante a descarga.[46]
Embalagens com barreira de pistão, como as da CCL Industries e o sistema EarthSafe da Crown Holdings, são usadas para produtos de alta viscosidade, como géis de barbear que formam espuma após a aplicação, cremes espessos, loções, pastas alimentícias, produtos industriais e selantes. O gás pressurizante movimenta o pistão, que empurra o produto em direção à válvula e o separa do propelente. Há projetos com controle da vazão e baixa retenção de produto na embalagem.[47] No sistema EarthSafe, o pistão tem uma barreira multicamada para reduzir a permeação do gás.[48]
Nos sistemas com bolsa interna, chamados de bag-in-can (BiC, "bolsa na lata"), o produto fica em uma bolsa selada dentro do recipiente. Nos sistemas bag-on-valve (BoV, "bolsa na válvula"), a bolsa é fixada à válvula. O gás ocupa o espaço entre a bolsa e a parede da lata, comprimindo-a quando a válvula é aberta. Apenas o produto é liberado, enquanto o gás pressurizante permanece na embalagem.[49][50]
A separação pode prolongar a vida útil de produtos sensíveis ao oxigênio e reduzir o risco de contaminação. Conforme o projeto da válvula, o sistema permite pulverização em diferentes posições e uma descarga mais silenciosa. É empregado em produtos farmacêuticos, cosméticos, alimentos e produtos de limpeza, com formulações de baixa a alta viscosidade.[50] Nos sistemas BoV pressurizados apenas com gás comprimido, a pressão diminui à medida que o produto é liberado e o gás se expande.[29]