Perché l'anidride carbonica liquida non viene utilizzata come propellente per aerosol?

Nella formulazione di prodotti in aerosol, la scelta del propellente appropriato è fondamentale per le prestazioni del prodotto, la sicurezza e l’efficienza produttiva. Con la crescente domanda di alternative ecocompatibili ai tradizionali COV (Composti Organici Volatili), l’anidride carbonica (CO2) è spesso al centro delle discussioni.

Tuttavia, esiste un concetto errato diffuso nel settore: sebbene la CO2 venga utilizzata come propellente sotto forma di gas compresso, l’anidride carbonica liquida non viene mai impiegata come propellente per aerosol negli imballaggi standard.

Se sei un produttore di aerosol che sta ottimizzando la tua linea di produzione, comprendere la fisica dei propellenti è essenziale per selezionare il propellente giusto macchina per il riempimento di aerosol e garantire la sicurezza del consumatore. Di seguito è riportata l’analisi tecnica che spiega perché la CO2 liquida è incompatibile con gli imballaggi standard per aerosol.

La fisica della CO2: il problema delle pressioni estreme

Il motivo principale per cui l'anidride carbonica liquida non può essere utilizzata nelle bombolette aerosol tradizionali è legato alla pressione di vapore. Affinché un gas possa esistere come liquido a temperatura ambiente (circa 70 °F o 21 °C), deve essere mantenuto alla sua specifica pressione di vapore.

Le bombolette aerosol standard non possono sopportare tale pressione

Le bombolette aerosol standard in latta stagnata o alluminio, utilizzate nei settori cosmetico, domestico e industriale, sono progettate per resistere a pressioni interne di circa 90–180 PSI. Il limite di rottura della maggior parte delle bombolette commerciali è di circa 250–270 PSI.

Se si iniettasse anidride carbonica liquida in una normale bomboletta aerosol, la pressione interna supererebbe immediatamente i limiti strutturali dell'imballaggio. La bomboletta si deformerebbe, si incurverebbe e, infine, esploderebbe in modo catastrofico sulla linea di riempimento degli aerosol, rappresentando un grave pericolo per gli operatori e per i consumatori.

Gas compresso rispetto a propellente liquefatto: qual è la differenza?

Per utilizzare la CO2 negli aerosol, i produttori devono impiegarla come gas compresso, non come gas liquefatto. Comprendere questa distinzione è fondamentale per ottimizzare il processo di riempimento del propellente.

Il vantaggio del propellente liquefatto (GPL, DME, fluorocarburi)

Quando un propellente liquefatto (come il GPL) si trova all'interno di una bomboletta, esso esiste in due fasi: liquida nella parte inferiore (mescolata al prodotto) e gassosa nella parte superiore. Durante l'erogazione del prodotto da parte del consumatore, lo spazio di testa aumenta e una parte del propellente liquido si vaporizza istantaneamente per sostituire il gas perso. Ciò garantisce una pressione di erogazione costante e uniforme dalla prima alla ultima spruzzata.

La limitazione dei gas compressi (CO2, azoto)

Quando viene utilizzato il CO2, esso viene iniettato come gas compresso che si accumula nello spazio di testa sopra il prodotto liquido. Non si mescola come liquido.

• Il contra: Poiché non è presente una riserva di propellente liquido da vaporizzare per sostituire il gas espulso, la pressione interna diminuisce ogni volta che viene premuto l’erogatore.
• Il risultato: Un getto più debole man mano che la bomboletta si svuota, lasciando spesso del prodotto inutilizzato sul fondo della bomboletta.

Sebbene il CO2 compresso sia molto apprezzato per la sua non infiammabilità e per la sua assenza di COV (spesso utilizzato negli spray per capelli o nei soffianti per autoveicoli), richiede apparecchiature di riempimento gas estremamente precise per iniettare il volume esatto di gas senza compromettere l’integrità della bomboletta.

Come la scelta del propellente influisce sulla vostra macchina per il riempimento di aerosol

La vostra scelta del propellente determina direttamente i requisiti ingegneristici delle vostre attrezzature per il confezionamento di aerosol.

• Requisiti antideflagranti: Se si utilizzano propellenti tradizionali a idrocarburi liquefatti (GPL, Butano), l'ambiente di riempimento e la macchina per il riempimento di aerosol devono essere rigorosamente a prova di esplosione (azionate pneumaticamente, certificate ATEX).
• Riempitrici ad alta pressione: Se si opta per CO₂ o azoto compressi, le teste di riempimento del gas devono essere progettate per gestire con precisione l'iniezione di gas ad alta pressione. Un sovrappressione anche minima può causare deformazioni del contenitore.
• Imballaggio alternativo (Bag-on-Valve, BOV): Poiché i gas compressi come la CO₂ subiscono cali di pressione, molti produttori stanno passando alle macchine per il riempimento Bag-on-Valve (BOV). Nei sistemi BOV, aria compressa o azoto/CO₂ viene compresso tra il contenitore e un sacchetto riempito di prodotto, garantendo lo svuotamento del 99% del prodotto e uno spruzzo continuo senza che il propellente si mescoli alla formulazione.