气溶胶气体混合物的集成化学技术评价：推进剂质量、水分控制、腐蚀风险与再生溶剂适用性

《ChemEngineering》：Chemical-Technological Assessment of Aerosol Gas Mixtures: Propellant Quality, Moisture Control, Corrosion Risk, and Solvent Regeneration

　　

本研究建立了一个面向气溶胶气体混合物（aerosol gas mixtures）的集成化学技术框架，通过联合控制推进剂质量（propellant quality）、溶剂水分（solvent moisture）、腐蚀风险（corrosion risk）和再生溶剂适用性（regenerated-solvent suitability）。该方法将气体推进剂和有机溶剂的输入质量控制与灌装产品的多参数测试（multi-parameter testing）相结合，测试内容包括配方、燃烧热（heat of combustion）、20 °C和50 °C蒸气压（vapor pressure）、泄漏密封性（leak tightness）、释放速率（release rate）、点火距离（ignition distance）和泡沫点火（foam ignition）。检测了三种产品：气溶胶渗透润滑剂（aerosol penetrating lubricant, APL）、气溶胶表面清洁剂（aerosol surface cleaner, ASC）和气溶胶发用泡沫（aerosol hair foam, AHF），分别代表富烃体系、溶剂–水体系和水主导体系。产品行为取决于推进剂分数、液相组成和水分敏感组分的平衡。APL（最高分数0.600；45.87 kJ/g；2.1 g/s）在600–900 mm处发生点火，被分类为极易燃（extremely flammable）。ASC（0.340；26.08 kJ/g；1.3 g/s）仅在150–300 mm处点火，对应于易燃气溶胶（flammable aerosol）。在上述条件下未发现AHF具有易燃性。所有产品均观察到稳定压力、压力余量和无泄漏。一组主要的交叉风险是水分，其导致腐蚀、阀门污染、压力下降和不稳定性。该方法提出了一套方法学，将原料控制、灌装产品分析、腐蚀分析和再生溶剂验证联系起来，并提供了一条综合路径，以确保气溶胶使用者获得所需质量和安全产品。

气溶胶（aerosol）产品是复杂加压系统，其最终性能由气体推进剂、溶剂相、容器材料和阀门总成之间的相互作用决定；气相不仅作为载体或压力源，还影响灌装稳定性、喷雾特性、产品从容器中的提取及长期储存可靠性。所需质量的气溶胶气体混合物必须通过协调控制蒸气压、组分组成、水分、杂质以及与液相组分的相容性来制备。常用推进剂包括烃混合物、二甲醚（DME）、CO₂和混合工业气体，各有不同质量控制要求。水分是最重要的失稳因素，可导致相变、溶剂性质改变、浑浊、储存或运输中冷凝，并作为电解质引起金属容器内表面腐蚀；若与酸性杂质、氧、不稳定溶剂残留及温度波动共同作用，风险更高。内部腐蚀可造成局部缺陷、失压、喷嘴污染、喷雾性下降和货架期缩短。溶剂质量影响溶解状态、浑浊、游离相分离和喷涂后成膜，再生溶剂流在回用前也必须经过分析验证。现有问题在于气体推进剂、溶剂、水分、腐蚀和再生溶剂流常被分开评估，而实际生产中它们属于同一化学技术系统；多数研究关注单一因素，形成方法学缺口。因此，研究人员建立集成化学技术方法，将原料质量控制与灌装气溶胶产品的物理行为联系起来，任务包括系统化气体推进剂和有机溶剂质量参数，评价水分敏感性及组成、水分和杂质对气溶胶混合物稳定性的影响，评价灌装产品的配方组成、燃烧热、20 °C和50 °C压力行为、泄漏密封性、释放速率和可燃性响应，确定接收、储存、转移和灌装中的关键水分控制点，通过视觉评估和半经验指标解释腐蚀导致的灌装产品降解，并评估再生溶剂适用于气溶胶生产的条件。研究对象为APL、ASC和AHF三种代表性产品，分别对应富烃、溶剂–水和永主导体系，每种产品测试3个灌装容器（n = 3）；结论表明产品行为差异显著，水分是跨领域主要风险，集成框架可为从原料接收到最终产品安全分类提供化学技术依据。

关键技术方法（≤250字）：研究人员采用输入质量控制与多参数测试耦合的方法，包括气体推进剂蒸气压、组分组成、纯度、水分、密度及无油残留等控制，有机溶剂水分、酸度、密度、折射率和外观检查；以水分质量分数、压力–体积–温度关系及结合温度波动、压力稳定性和相平衡因子的水分风险系数进行技术解释；对灌装产品计算燃烧热，测定20 °C和50 °C压力、热水浴泄漏密封性、释放速率，并进行喷雾点火距离、适用时密闭空间点火及泡沫点火测试；腐蚀评估采用金属表面视觉检查及半经验水分诱导降解指数D_m=0.35R_m+0.30C_i+0.20P_l+0.15Q_l进行定性解释；再生溶剂需验证水分、密度、折射率并进行试制品测试。实验对象为三种代表性气溶胶产品各3个灌装容器（n = 3），原文未注明外部样本队列来源。

3.1 Physical Properties of Aerosol Products Tested—Composition and Filling Properties（受试气溶胶产品的物理性质——组成与灌装性质）：通过比较三种产品净质量和液相/液化烃推进剂比例，得出APL净质量63.6–63.8 g、推进剂分数最高（0.600），含加氢裂化油和脂肪烃；ASC为111.0–111.9 g，含异丙醇、丁基乙二醇、水，推进剂分数0.340；AHF为89.9–90.0 g，水分数0.884、推进剂分数最低（0.110）；该组成差异决定蒸气压、释放强度、燃烧热和点火倾向。
3.2 Heat of Combustion and Preliminary Flammability Interpretation（燃烧热与初步可燃性解释）：通过计算燃烧热得出APL为45.87 kJ/g、ASC为26.08 kJ/g、AHF为5.30 kJ/g，与可燃组分分数一致，初步表明APL火险最高、AHF最低，但ASC因仍含有机溶剂和烃推进剂需完整可燃性测试。
3.3 Pressure Behavior at 20 °C and 50 °C（20 °C和50 °C压力行为）：通过测定20 °C和50 °C压力得出APL为4.1 bar和8.0 bar、压力增加系数1.95；ASC为4.17 bar和7.80 bar、系数1.87；AHF为3.90 bar和6.93 bar、系数1.78；结论为各组压力稳定，烃推进剂分数影响升温时压力增长。
3.4 Container Resistance and Pressure Safety Margin（容器阻力与压力安全裕度）：通过将50 °C实测压力与容器最小试验压力和爆破压力比较，得出所有产品最小试验压力约为50 °C最大实测压力的1.50倍，爆破压力储备系数约1.79–1.80，说明容器压力裕度充分且配方、推进剂系统和容器耐压性相容。
3.5 Leak-Tightness and Release-Rate Stability（泄漏密封性与释放速率稳定性）：通过热水浴泄漏测试和释放速率测试得出所有样品质量差为0.0 g、无可感知泄漏；释放速率APL为2.1 g/s、ASC为1.3 g/s、AHF为0.9 g/s；结论为密封完整、阀门操作重复性良好且未发现功能不稳定。
3.6 Ignition-Distance and Foam-Ignition Testing（点火距离与泡沫点火测试）：通过喷雾点火距离和泡沫点火测试得出APL在600–900 mm点火，结合45.87 kJ/g和2.1 g/s被分类为极易燃；ASC仅在150–300 mm点火，低灌装450 mm及约10–12%灌装水平未点火，被分类为易燃而非极易燃；AHF在4 min静置期内未点火，在所用泡沫点火条件下未分类为易燃。
3.7 Interpretation of the Stability of Aerosol Containers Due to Moisture and Corrosion（水分与腐蚀导致的气溶胶容器稳定性解释）：通过视觉腐蚀观察和半经验降解指标定性解释得出，短期压力稳定和无泄漏不能排除长期水分腐蚀风险；水分可导致容器局部腐蚀、阀门污染、压力损失和喷雾不稳定；水基ASC和AHF中水是配方组成部分，需关注水相、有机组分、推进剂、容器和阀门相容性；富烃APL中不受控水分可局部分离并形成电化学腐蚀条件；研究确认原料储存入口和储存至灌装转移前两个关键水分控制点。
3.8 Input Gas and Solvent Quality as Supporting Factors for Stable Aerosol Products（输入气体和溶剂质量作为稳定气溶胶产品的支持因素）：通过输入控制数据库分析得出烃推进剂记录蒸气压3.4 bar，处于3.2–4.2 bar控制范围；DME记录值4.2–4.8 bar高于3.0–4.0 bar标准范围，需复验温度条件、压力测量和相容性；乙酸甲酯水分0.0294–0.0357%低于0.2%，异丁醇0.0816–0.0861%低于0.2%，异丙醇0.0403%低于0.15%，而methoxypropyl acetate水分0.0591%高于0.05%名义限值；结论为输入控制是过程控制阶段，支持灌装产品稳定性，接近或超过限值时需重复验证。
3.9 Regenerated Solvents as a Supporting Technological Route（再生溶剂作为支持性技术路线）：通过再生溶剂验证和试制品测试得出再生溶剂不能未经处理直接回用；需检测水分、密度和折射率并制作、测试实验产品；瓷漆配方指标包括涂层硬度、光泽和干燥时间，底漆配方包括涂层硬度、盐雾暴露后耐腐蚀性和干燥时间；达标后方可用于实验工业批，否则仅可用于设备清洗；结论为再生溶剂是有控技术路线，可防止其成为水分、酸、相不稳定或涂层缺陷的隐藏来源。
3.10 Chemical-Technological Interpretation of the Results (Integrated)（结果的化学技术综合解释）：通过综合灌装产品测试和原料控制得出，所需质量的气溶胶产品只有将产品、原料、容器、阀门和储存产品控制系统作为技术系统分析才能实现；APL为极易燃且排放最强，ASC为易燃，AHF在试验条件下不燃；原料控制解释灌装产品结果；水分是主要交叉因素；两个关键水分控制点得到确认；配方组成、燃烧热、容器阻力、泄漏密封性、释放速率、可燃性、水分、腐蚀潜力和溶剂质量均需控制，集成方法为从接收到最终产品安全分类提供实用基础。

讨论部分总结：讨论强调气溶胶气体混合物质量是配方组成、烃推进剂分数、蒸气压、容器阻力、释放速率、水分和腐蚀诱导稳定性的综合结果，不能仅凭原料证书或推进剂类型判断。APL高火险不仅与丙烷、丁烷和异丁烷有关，也由可燃液相和强烈排放共同贡献；ASC中水分降低燃烧强度，但在仍含有机溶剂和烃推进剂时不能视为完全安全因素；AHF低火险不排除压力控制、容器相容性、水分监测和阀门功能验证。压力合规不足以单独保证安全，释放率差异表明压力、释放率、泄漏密封性和可燃性响应应联合解释。水分是主要交叉降解因素，可从气体推进剂、溶剂、供应商罐、储存系统、再生流、管路或配方进入；在含CO₂体系中，水可形成更具侵蚀性的凝聚相，故CO₂不能仅因不可燃而被视为技术中性。腐蚀观察支持两个关键水分控制点；短期无泄漏不足以排除储存期腐蚀；吸水会降低涂层阻隔性。溶剂质量影响极性、蒸发、成膜和水分分布，再生溶剂需验证水分、密度、折射率和试制品性能。降解指数应理解为连接水分、腐蚀、压力损失和产品质量的比较性生产工具，而非通用腐蚀动力学模型。原文指出作者前期关于溶剂再生、腐蚀防护和碳质材料可持续利用的研究支持该方法；本研究将原料评价、水分控制、腐蚀风险评估和再生溶剂验证整合为气溶胶气体混合物的统一框架。

研究结论部分翻译：本研究建立了集成化学技术方法，通过控制原料质量、灌装产品行为、水分风险、腐蚀响应和再生溶剂适用性来评估气溶胶气体混合物。结果证实，气溶胶产品质量不能由单一参数决定，因为压力稳定性、可燃性行为、释放动力学、容器阻力、溶剂质量和水分相关降解相互关联。三种代表性气溶胶产品的比较显示技术行为存在明显差异。APL具有最高烃推进剂分数、最高燃烧热（45.87 kJ/g）、最高释放速率（2.1 g/s），并在最大测试距离处点火，因此被分类为极易燃气溶胶。ASC表现出中间行为，燃烧热为26.08 kJ/g、释放速率为1.3 g/s，并仅在较短距离处点火，符合易燃气溶胶。AHF具有最低燃烧热（5.30 kJ/g）和最低释放速率（0.9 g/s），在所用泡沫点火测试条件下未被分类为易燃。所有受试产品在20 °C和50 °C均显示稳定压力行为、足够容器压力余量，并在热水测试中无可见泄漏。然而，结果也证实短期压力和泄漏密封性合规必须由水分控制支撑，因为水分可促进内部腐蚀、阀门污染、压力损失、喷雾不稳定和储存期间产品降解。研究确认两个关键水分控制点：原料储存入口处，以及从储存向气溶胶灌装转移前。再生溶剂仅在验证水分含量、密度、折射率和试制品性能后方可返回生产。总体而言，所提方法为从原料接收到最终产品安全性和稳定性评估控制气溶胶气体混合物提供了实用路线。