CN1317995A - 活性气溶胶的吸入 - Google Patents

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Abstract

一种减少对散布于空气中的/可吸入的直径小于10微米的微粒或液滴吸入量的方法，上述微粒或液滴是用一种喷射装置喷射液滴而产生的，该方法包括：在液滴从喷射装置喷出的过程中，通过双层充电方式将单极电荷传递给液滴，该单极电荷的水平使得液滴的电荷与质量比值至少为+/－1×10－4C/kg，由此，在口、鼻及上呼吸道附近的直径小于10微米的悬浮于空气中的可吸入微粒或液滴中至少有容积的10%不会进入到肺里。

Description

活性气溶胶的吸入
本发明涉及一种减少对喷射到空气中的组合物的吸入的方法，特别是减少对由气溶胶喷射装置喷出的组合物的吸入的方法。
气溶胶喷射组合物将由于人们吸入喷出的微粒或液滴而对健康/呼吸产生潜在的危害。众所周知，例如有一种称为“PM10”的微粒(在此用来定义尺寸小于10微米的微粒)能深入运行到呼吸道的内部。特定的气溶胶喷射装置将产生具有一定直径范围的液滴，但是通常液滴中直径小于10微米的微粒会占有一定比例。
我们现在开发出了一种能减少对气溶胶混合物的吸入的方法。
本发明提供一种减少对直径小于10微米悬浮于空气/可吸入的微粒或液滴的吸入方法，该微粒通过喷射装置在喷出液滴产生，该方法包括，在微粒或液滴从喷射装置喷出的过程中，通过双层充电赋予液滴单极电荷，该单极充电荷处于这样的水平，即液滴的电荷与质量的比值至少为“+/-1×10-4C/kg”，在口、鼻及上呼吸道器官附近，直径小于10微米的悬浮于空气中可吸入的微粒或液滴中容积的至少10％不会进入到肺里。
比较好的是，传递到液体液滴上的单极电荷仅仅通过在液体从喷射装置中喷出时由喷射装置内的液体与喷射装置本身之间的相互作用而产生。更好的是，向液滴传递单极电荷的方式甚至部分并不取决于将喷射装置连接到任何外部电荷感应装置，如相对高电压的外部电源，或连接到内部电荷感应装置如电池上。采用这样一种结构，喷射装置是完全整装的，使其适用于工业、公用场所以及家庭环境。
比较好的是，喷射装置可以作为一种无电路的手持式家用压力喷射装置。通常，这种喷射装置的容量的范围为10-2000ml，并其或采用手动或采用自动致动机构致动。最优选的家用装置通常是手持气溶胶罐。
更特别的是，通过对所使用的气溶胶喷射装置的以下特征中的至少一个进行选择：致动器的材料、致动器的孔口的形状和尺寸、汲取管的直径、阀门的特性、以及盛装在气溶胶喷射装置内的组合物的配方，使得液滴的电荷与质量的比值至少为+/-1×10-4C/kg，从而，在液滴从气溶胶喷射装置的孔口实际喷射的过程中，通过双层充电方式将单极电荷传递给液滴而获得具有所述液滴的电荷与质量比。
本发明的方法将产生如下结果，由于气溶胶喷射装置产生气溶胶喷射所形成的液滴带有静电电荷，带电荷的液滴由于相互排斥的作用而追求分散，并且优先地移向带有相反电荷或中性电荷的表面，如面部、鼻和上呼吸道内的表面，而不会进入位于气溶胶喷射附近的人或动物的肺里。气溶胶喷射出的液滴上所带电荷量越多，越容易沉积在口、鼻和上呼吸道上。当液体产品从喷射装置中散布出来时，其液体产品的流速会对以较低流速沉积的微粒量产生影响，这种影响将激励起比较高流速的微粒的沉积量更多的沉积。
本发明的方法具有与目前所用的所有或大多数气溶胶喷射装置的用途，例如：涂料气溶胶、防汗剂、发胶、杀虫剂、园艺喷灌产品、空气清新剂、打蜡抛光剂、炉灶清洁剂、上浆及织物抛光剂、鞋和皮革的护理产品、玻璃清洁剂等，以及各种各样的公用、家用、专用或工业用的产品。
本发明的方法可以防止小于10微米尺寸的空中悬浮微粒的至少10％的容积进入到肺部，较好的至少25％，较更好的至少40％，更好的至少75％，而最好的甚至至少85％。
空中悬浮的微粒既包括液滴本身，也还可以包括随着液滴在喷出之后破裂或蒸发产生的微粒。
通常，用喷射装置中喷射到空气中的液体组合物是水和碳氢化合物的混合物，或者为乳化物，或者是一种在使用前或在喷射过程中通过摇动喷射装置能够被转化为乳化物的液体。
尽管现在已经明白所有的液体气溶胶都可以通过通过双层充电方式或液滴的破碎而带上净负电荷或正电荷，但是传递到普通装置喷射出的液滴的电荷水平也仅仅为+/-1×10-8C/kg至+/-1×10-5C/kg。
本发明在于将气溶胶喷射装置的各种特征结合起来，从而增加液体从气溶胶喷射装置中喷出时液体的带电量。
一种典型的气溶胶喷射装置，它包括：
1．一盛装有该装置待喷的组合物和液体或气体推进剂的气溶胶罐；
2．一延伸到该罐中的汲取管，该汲取管的上端连接到一阀门；
3．一位于该阀门上方的致动器，该致动器可以被压下以操作该阀门；以及
4．一设置在该致动器中的插入件，该插入件具有孔口，该组合物从该孔口中喷出。
本发明所用的最佳的气溶胶喷射装置是W097/12227中所描述的那种。
通过选择气溶胶喷射装置的多个方面以便赋予液滴更高的电荷是有可能的，这些方面包括：致动器的形状、材料和尺寸，致动器的插入件，阀门和汲取管，以及待喷液体的特性，从而，随着液体被分散成液滴而产生所需的电荷水平。气溶胶系统的诸多特性增进液体制剂与气溶胶系统的表面之间的双层充电和电荷交换。这种增进是借助于可以增加流过该系统的液流的端流程度以及提高液体与容器、阀、致动器系统的内表面的接触频率和速度等因素来实现的。
举例来说，可以使得致动器的特性最佳化，以提高从容器喷出液体上的电荷水平。致动器插入件内尺寸为0.45mm或者更小一种较小的孔口会增加穿过致动器而喷出的液体的电荷水平。致动器的材料的选择同样会增加从装置喷出液体的电荷水平，可采用诸如尼龙、聚酯、乙缩醛、PVC、聚丙烯等增加电荷水平的材料。插入件的孔口的几何形状也可以进行优化，以增加通过致动器喷出液体的电荷水平。促进液体的机械分裂力的插入件更有利于进行充电。
喷射装置的致动器插入件可以由导体、半导体或绝缘体，或静电消散材料制成。
汲取管的特性可以达到优化，以增加从容器中喷出液体的电荷水平。例如内径约为1.27mm的细长的汲取管会增加液体的电荷水平，并且改变汲取管的材料同样能够增加电荷。
阀门的特性是可以进行选择的，这会增加从容器中喷出的液体产品电荷与质量的比值。一种壳体上约为0.65mm的小的尾件孔会在喷射期间增加电荷与质量的比值。减少杆中孔的数量，例如2×0.50mm，同样可以增加喷射时的电荷。一种气相龙头有助于使电荷水平最佳化，大孔口的气相阀，例如约0.50mm至1.0mm的气相阀，通常会给出较高的电荷水平。
产品配方中的变化同样可以影响到电荷水平。含有水和碳氢化合物的混合物、或是不相溶的水和碳氢化合物的乳化物的配方在其从气溶胶装置中喷出时所携带的电荷与质量的比值比单独使用水或单独使用碳氢化合物制剂所携带的电荷与质量的比值要高得多。
本发明所使用的液体组合物包括油相、水相、表面活性剂和推进剂.。油相首选C9-C12的碳氢化合物，其最好占组合物数量2-10％W/W。
表面活性剂优选为甘油油酸酯或聚甘油油酸酯，其最好占组合物的数量的0.1-1％W/W。
推进剂首选液化石油气(LPG)，其优选为丙烷，与丁烷以任意比例混合。推进剂占组合物的数量的10-90％W/W，其比例是由喷出的混合物是作为“干”的还是“湿”的混合物进行喷射来决定的，作为“湿”混合物，推进剂所占的数量为20-50％W/W，最好在为30-40％W/W。
气溶胶喷射装置喷出的液滴的直径通常为5-100微米，其中约40微米的微粒最多。气溶胶喷射装置喷出的液体中含有预定量的微粒材料，如熏制氧化硅，或含有预定量的挥发性固体材料，如薄荷醇、萘。
通常气溶胶喷射装置所用的罐是由一种铝的或漆锡或不漆锡的板或者类似物制成，致动器插入件是例如由缩醛树脂制成，阀杆的侧面开口有两个直径为0.51mm的小孔。
现在，仅以举例的方式结合附图对本发明进行描述，其中：
图1是按照本发明的气溶胶喷射设备的示意断面图；
图2是图1所示设备的阀门组件的示意断面图图；
图3是图2所示组件的致动器插入件的断面图；
图4是图3所示喷头的孔的沿A向观察的结构视图；
图5是图3所示喷头的涡旋腔室的沿B向观察的结构视图；
图6图示了实施例2所得到的结果；以及
图7图示了实施例所得到的结果。
参见图1和图2，所示的是本发明的气溶胶喷射装置。它包括一个罐1，该罐采用传统的方式由一种铝制的、或是由漆锡或不漆锡的板或者类似物制成，该罐限定了一用于储存有导电性的液体3的储液腔2，使得液体中的微粒能带上适当的静电荷。在该罐中还有一定压力的气体，该压力能够迫使液体3通过由汲取管4、阀以及致动器组件5构成的管道系统而喷出罐1之外。汲取管4的一端部6延伸到罐1的底部的周边部分为止，而其另一端部7与阀门组件的尾件8相连。尾件8由一配装在罐的顶部的一开口中的安装组件9所固定，且其包括一形成有尾件孔口11的下部部分10，汲取管4的端部7与该孔口相连。尾件包括有一孔12，此孔12具有一直径相对较小的下端部分11和直径相对较大的上端部分13。阀门组件还包括一安装在尾件的孔12内的杆管14，并且布置成在孔12内可轴向移动以克服弹簧15的作用力。阀杆14包括具有一个或多个横向开口(杆孔)17(如图2所示)的内孔16。阀门组件包括一致动器18，该致动器18具有一与阀杆14相配的中心孔19，使得杆管14的孔16与致动器上的孔19相连通。致动器中的一垂直于中心孔19延伸的通道20将中心孔19与一装有支承件21的凹陷部连通起来，在该支承件上以插入件22形式安装有一喷头，该插入件具有一与通道20连通的孔23。
一由弹性材料制成的密封环24设置在阀杆14的外部表面(和尾件的内表面)之间，在常规状态下，此密封环封住阀杆14上的横向开口17。阀门组件的结构是这样的，即，当用手按压致动器18时，如图2中所示，该致动器克服弹簧15的作用力向下推动阀杆14，使得密封环24不再封住横向开口17，在这一位置，从储液腔2到喷头的孔23就形成一个通道，使得液体在罐中气体的压力作用下，通过由汲取管4、尾件孔12、阀杆孔16、致动器中心孔19和通道20构成的管道系统被迫压到喷头。
尾件8的侧壁上设有一个孔口27(图1中未示出)，该孔口组成了一气相龙头，由此，储液腔2中的气体压力就能直接作用在流经阀门组件的液体上。这会增加液体的湍流程度。现在已经证明，若孔口27的直径至少为0.76mm，这会提供增加的电荷。
将阀杆孔16与尾件孔12连通起来的横向开口17最好是两个孔的形式，其中每一个的直径不小于0.51mm，以增强静电荷的产生。而且，汲取管4的直径最好尽可能地小，例如为1.2mm，以便提高传递给液体的电荷量。另外，如果尾件孔11的直径尽可能的小，例如不大于0.64mm，也可以增强电荷的产生。
参见图3，所示的是图1和图2中的设备的致动器插入件的放大剖视图。为简化起见，在该图中孔23表示为一个单个圆柱孔23。然而，孔23最好具有如图4所示的结构。孔23中的小孔用参考标记31表示，而该孔的限定小孔的部分用参考标记30表示。限定小孔的部分在孔出口处的总周长用L(mm)表示，而a是在孔出口处小孔的总面积(mm2)，且L和a的数值在图4中给出。L/a的值大于8，且现在已经发现这种条件特别有利于电荷的产生，因为其显著提高致动器插入件与流经此处的液体的接触面积。
在不将断面面积a减小到只能容许低的液流速率的某一值的情况下，可以采用多种不同的结构以便获得较高的L/a比值。例如，可能使用的致动器插入件的孔结构为：(ⅰ)其中孔出口包括多个部段状小孔(带或不带中心孔)；(ⅱ)其中出口包括多个扇形小孔；(ⅲ)其中小孔一起形成栅格状的出口，(ⅳ)其中出口是普通的十字形，(ⅴ)其中小孔一起构成一个同心环式的出口；以及上述结构的组合。特别是，致动器插入件孔的结构最好有一舌状部件突伸入插入液体流动束的路径中并能由此而振动。这种振动特性能造成湍流现象，并能增强双层的静电荷的分离，从而使更多的电荷移动到大部分液体上。
参照图5，示出了致动器插入件2的涡旋腔室35的一种可能结构的平面图。该涡旋腔室包括四个横向的通道36，这些通道等间隔布置并且与围绕孔23的沿中心区域37相切。在使用过程中，在气体压力作用下从储液腔2中排出的液体沿着通道20流动，并垂直于通道的纵轴线撞击通道36。通道的这种布置使得液体在进入中心区域37和孔23之前趋向于随之作旋转运动。结果，使得液体产生强大的湍流，这将增加液体中的静电荷。
下面的实施例对本发明进行解释：
实施例1
一种空气清新剂的配方生产如下所述：
首先将重量百分比为83％同族烷烃(iso paraffin)溶液放入到混合容器并搅拌。再将作为一种腐蚀抑制剂的重量百分比为0.2％的丁基-羟基甲苯(butyl hydroxy toluene)加入到容器中，并且连续搅拌直到混合均匀为止。然后，依次加入重量百分比为5％的聚甘油油酸酯乳化液和重量百分比为11.8％的芳香成分，再次进行连续搅拌直到混合均匀为止。
这种混合物构成了油相的最终产品。将重量百分比为6％的油相加入到图1和2所描述类型的锡板气溶胶罐中，该罐具有图4所示喷头孔的结构和图5所示喷头涡旋腔的结构。致动器插入件由缩醛树脂制成。
阀杆横向开口17由两个直径为0.51mm的小孔组成，气相龙头孔口27的直径为0.76mm，尾件孔11的直径为0.64mm，汲取管4的直径为3mm。接着，将重量百分比为59％的软水加入到罐中，之后，将阀门组件配装到罐上。将重量百分比为35％的丁烷经阀门组件引入到罐中以便获得40psi的压力。当按压致动器18时，就可以获得电荷/质量值为-1×10-4C/kg、其流率约为1.5g/sec的细微喷射的液滴。并且液滴会迅速散布于空气中。
将装有相同的空气清新剂配方的上述气溶胶喷射装置与标准的现有气溶胶喷射装置相比较发现，对于相同的喷射量，使用上述装置时所吸入的液滴量明显少于普通的现有装置。
实施例2
将一个具有导电表面和口部孔管的人头模型放置于一间小室(2m3)内并接地。将多块大小为1.5cm2的滤纸(4级)粘贴在鼻子左侧的脸上、右眼部位和嘴的右边。在每次测试中，通过3秒钟的喷射，把7±0.35克的气溶胶产品导入到小室中。气溶胶从人头模型的后部1.4m处、并高于头部0.25m的部位入小室的位置。测试中所用产品的组成成分如下表所示：
成分 ％(重量)
生物丙烯除虫菊酯 0.241
生物苄呋菊酯 0.046
丁基-羟基甲苯 0.005
脱离子水 51.15
荧光素 0.05
H55(26％W/W丙烷和丁烷的混合物)(碳化硼铝) 40.000
Norpar13(Exxon) 7.500
香料 0.100
聚甘油油酸酯 0.900
喷射过后，将小室放置10分钟，然后将滤纸取下。
荧光素对于水的溶解性不是非常好，于是使用一种磷酸盐缓冲剂(PH7、0.1M Na2HPO+NaH2PO4H2O)来吸取滤纸上的荧光素。将5毫升的缓冲剂添加到滤纸上并放置24。接着将滤纸取下并在荧光计下进行取样测定。当试管中只存在缓冲剂的情况下，荧光计的读数为零。由磷酸盐缓冲剂制成的已知浓度产品作为校准试样。该产品被喷入一个小瓶中并称量出40mg。加入10ml的缓冲剂，并从其中倒出5ml置于另一个小瓶中并加入5ml的缓冲剂从而得到一第二浓度20mg/10ml。采用相同的方法继续进行稀释，从而得到以下浓度：10mgl、5mg、2.5mg、1.25mg以及0.625mg/10ml。用这些已知的浓度和其荧光读数形成一条衰减曲线，然后利用此曲线的方程式根据其荧光读数确定在本测试样本中有多少产品。用该值除以在试验中喷出的产品的量，便得到每克喷射产品落于脸上的产品量，因此而消除了喷射长度的细微变化所造成的影响。
由于荧光素的存在，使得自然地给喷射充电比较困难，因此通过给罐加-10kV电压而采用人工方法形成带电的气溶胶。这就会形成的一种电荷与质量比为-4×10-4C/kg的气溶胶。这可以同具有相同成分的不带电的气溶胶进行对比。
如图6所示，每喷出1g(n=12,s=0.064)不带电的喷射沉积在脸面滤纸上的平均值为0.115mg。与不带电的喷射相比，带电的喷射沉积在脸部上的产品比其多63％。每喷出1g带电喷射(n=12,s=0.172)就可以在脸部收集到0.305mg带电喷射。它们之间的差异在P＜0.05(t=3.59,22df)时较明显。
实施例3
按照实施例2中所述的程序，对下述成分的产品喷射3秒钟后进行测试。
    成分     ％(重量)
    合成异构烷油G     4.996
    丁基-羟基甲苯     0.013
    聚甘油油酸酯     0.299
    香料     0.702
    丙烷和丁烷的混合物     58.94
    荧光素     0.05
通过给罐加-10kV电压采用人工方式形成带电气溶胶，这样就形成出的一种电荷与质量比为-2.4×10-4C/kg的气溶胶。这可以同具有相同成分的不带电的气溶胶进行对比。
如图7所示，每喷出1g(s=0.032)不带电的喷射，沉积在脸部目标上的平均值为0.099mg。与不带电的喷射相比，带电的喷射沉积的要比其多73.5％，每喷出1g带电雾喷射就会在脸部滤纸上收集到0.374mg(s=0.09)的带电喷射。它们之间的差异在P＜0.05(t=9.85,10df)时较明显。

Claims (16)

1．一种减少对散布于空气中的/可吸入的直径小于10微米的微粒或液滴吸入量的方法，上述微粒或液滴是用一种喷射装置喷射液滴而产生的，该方法包括：在液滴从喷射装置喷出的过程中，通过双层充电方式将单极电荷传递给液滴，该单极电荷的水平使得液滴的电荷与质量比值至少为+/-1×10-4C/kg，由此，在口、鼻及上呼吸道附近的直径小于10微米的悬浮于空气中的可吸入微粒或液滴中至少有容积的10％不会进入到肺里。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在口、鼻及上呼吸道附近的直径小于10微米的悬浮于空气中的可吸入微粒或液滴中至少有容积的25％不会进入到肺里。
3．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在口、鼻及上呼吸道附近的直径小于10微米的悬浮于空气中的可吸入微粒或液滴中至少有容积的40％不会进入到肺里。
4．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在口、鼻及上呼吸道附近的直径小于10微米的悬浮于空气中的可吸入微粒或液滴中至少有容积的75％不会进入到肺里。
5．根据上述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：喷射装置是一种气溶胶喷射装置。
6．根据上述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：喷射装置中容纳有乳化液。
7．根据上述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：液滴的尺寸范围为5-100微米。
8．根据上述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：喷射装置中容纳的组合物含有油相、含水相、表面活性剂和推进剂。
9．根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述油相包括一种C9-C12的碳氢化合物。
10．根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述C9-C12的碳氢化合物占组合物的量的2-10％W/W。
11．根据权利要求8至10中任意一项所述的方法，其特征在于：所述表面活性剂为甘油油酸酯或聚甘油油酸酯。
12．根据权利要求8至11中任意一项所述的方法，其特征在于：所述表面活性剂占组合物的量的0.1-1％W/W。
13．根据权利要求8至12中任意一项所述的方法，其特征在于：上述推进剂为液化石油气。
14．根据权利要求13所述的方法，其特征在于：所述推进剂占组合物的量的20-50％。
15．根据上述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于：仅仅通过液体和喷射装置之间的相互作用而赋予液滴单极电荷，而不需要从一种内部或外部的电荷感应装置来传递于其上的电荷。
16．根据权利要求15所述的方法，其特征在于：通过对所使用的气溶胶喷射装置的以下特征中的至少一个进行选择：致动器的材料、致动器的孔口的形状和尺寸、汲取管的直径、阀门的特性、以及盛装在气溶胶喷射装置内的组合物的配方，使得液滴的电荷与质量的比值至少为+/-1×10-4C/kg，从而，在液滴从气溶胶喷射装置的孔口实际喷射的过程中，通过双层充电方式将单极电荷传递给液滴而获得具有所述液滴的电荷与质量比。
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