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アレニウス式によるエアロゾル安定性試験の理論的考察

アレニウス式によるエアロゾル安定性試験の理論的考察

当社のエアゾール製品の発売には安定性試験が必要ですが、安定性試験は合格しても、量産時には程度の差はあれ腐食漏れが発生したり、量産製品の品質に問題が発生したりすることがあります。では、安定性テストを行うことにまだ意味があるのでしょうか?
通常、50℃での 3 か月の安定性試験は、室温での理論上の 2 年間の試験サイクルに相当すると話されていますが、その理論値はどこから来たのでしょうか?ここで注目すべき公式、アレニウスの公式について言及する必要があります。アレニウス方程式は化学用語です。化学反応の速度定数と温度の関係を表す経験式です。多くの実践により、この公式は気体反応、液相反応、およびほとんどの多相触媒反応に適用できるだけではないことが示されています。
数式の書き方(指数関数)

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K は速度定数、R はモルガス定数、T は熱力学温度、Ea は見かけの活性化エネルギー、A は前指数係数 (周波数係数とも呼ばれます) です。

アレニウスの実験式は、活性化エネルギー Ea が温度に依存しない定数とみなされることを前提としており、これは特定の温度範囲内の実験結果と一致していることに注意してください。ただし、広い温度範囲または複雑な反応のため、LNK と 1/T は良好な直線ではありません。これは、活性化エネルギーが温度に関連しており、アレニウスの経験式が一部の複雑な反応には適用できないことを示しています。

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エアロゾルにおけるアレニウスの経験式にまだ従うことができるでしょうか?状況に応じて、エアロゾル製品の「活性化エネルギー Ea」が温度に依存しない安定した定数であることを条件として、いくつかの例外を除いて、ほとんどの規定に従います。
アレニウス方程式によると、その化学的影響因子には次の側面が含まれます。
(1) 圧力:気体を含む化学反応の場合、他の条件(体積を除く)が変化しない場合、圧力が増加します。つまり、体積が減少し、反応物質の濃度が増加し、単位体積あたりの活性化分子の数が増加し、反応物の数が増加します。単位時間当たりの有効衝突数が増加し、反応速度が加速します。それ以外の場合は減少します。体積が一定の場合、反応速度は圧力下でも一定に保たれます(化学反応に関与しないガスを添加することにより)。濃度が変わらないため、体積あたりの活性分子の数は変わりません。しかし、一定の体積で反応物を追加し、再び圧力を加え、反応物の濃度を増加させると、速度が増加します。
(2) 温度: 温度が上昇する限り、反応物分子はエネルギーを獲得し、元の低エネルギー分子の一部が活性化分子になり、活性化分子の割合が増加し、有効な衝突の数が増加するため、反応はレートが上昇する(主な理由)。もちろん、温度の上昇により分子の運動速度が速くなり、単位時間当たりの反応物の分子衝突回数が増加し、それに応じて反応が加速します(副次的原因)。
(3) 触媒: 正の触媒を使用すると、反応に必要なエネルギーを削減できるため、より多くの反応物分子が活性化分子となり、単位体積あたりの反応物分子の割合が大幅に向上し、反応物の速度が数千倍に増加します。マイナス触媒はその逆です。
(4) 濃度: 他の条件が同じ場合、反応物の濃度が増加すると、単位体積あたりの活性化分子の数が増加し、有効衝突が増加し、反応速度が増加しますが、活性化分子の割合は変わりません。
上記の 4 つの側面からの化学的要因は、腐食部位の分類 (気相腐食、液相腐食、界面腐食) を十分に説明できます。
1) 気相腐食では、体積は変化しませんが、圧力が増加します。温度が上昇すると、空気(酸素)、水、推進剤の活性化が進み、衝突回数が増えるため、気相腐食が激化します。したがって、適切な水ベースの気相防錆剤の選択は非常に重要です。
2) 液相腐食は、濃度の増加により、一部の不純物 (水素イオンなど) が弱い結合を形成し、包装材との衝突が促進されて腐食が発生する可能性があるため、液相防錆剤の選択は慎重に検討する必要があります。 pH と原料を組み合わせます。
3) 界面腐食は、圧力、活性化触媒作用、空気 (酸素)、水、推進剤、不純物 (水素イオンなど) の包括的な反応と組み合わされて界面腐食を引き起こします。配合システムの安定性と設計が非常に重要です。 。

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前の質問に戻りますが、安定性テストでは正常に動作することがあるのに、量産になると依然として異常が発生するのはなぜでしょうか。次のことを考慮してください。
1: Ph変化、乳化安定性、飽和安定性などの配合系の安定性設計
2:水素イオンや塩素イオンの変化など、原料中に不純物が存在する
3: 原料のバッチ安定性、原料のバッチ間のph、含有量の偏差サイズなど
4:エアゾール缶やバルブなどの包装材料の安定性、錫めっき層の厚みの安定性、原材料の価格高騰による原材料の代替
5:たとえ小さな変化であっても、安定性試験のあらゆる異常を注意深く分析し、水平比較、顕微鏡増幅などの方法で合理的に判断する(これは現在国内のエアゾール業界に最も欠けている能力です)
したがって、製品の品質安定性はあらゆる側面に関わり、品質基準を満たすためにサプライチェーン・ポート全体(調達基準、研究開発基準、検査基準、生産基準など)を管理する完全な品質システムが必要です。当社製品の最終的な安定性と適合性を確保するための戦略。
残念ながら、現時点で私たちが共有したいのは、安定性試験は、安定性試験に問題がないことを保証するものではなく、量産に問題がないことを保証するものではないということです。上記の考慮事項と各製品の安定性テストを組み合わせることで、隠れた危険の大部分を防ぐことができます。私たちが探索、発見、解決するのを待っている問題がまだいくつかあります。エアロゾルの魅力の一つは、より多くの人がより多くの謎を解くことが期待されることです。


投稿日時: 2022 年 6 月 23 日
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