miniatur|Betätigte Sprühdose miniatur|Modell einer Sprühdose1 Sprüheinsatz2 Druckkopf3 Dichtungsring4 Druckkopfstiel5 Dosengehäuse6 Federkappe7 Feder8 Ventilgehäuse9 Eintauchschlauch
Eine Sprühdose (auch Spraydose, Aerosoldose oder Aerosolpackung) ist eine Metalldose zum Versprühen von Flüssigkeiten wie Haarspray, Deodorant, Rasierschaum, Farbe, Möbelpolitur, Öl oder auch Sprühsahne. Diese stehen unter Druck, als Treibgase kommen Propan, Butan, Dimethylether oder Gemische daraus zum Einsatz (wo möglich, auch komprimierte Luft oder Stickstoff). Ozonschädliche FCKW-Treibmittel werden in Sprühdosen in Deutschland seit etwa Mitte der 1980er Jahre nicht mehr verwendet.
Durch eine feine Düse können die Inhaltsstoffe der Sprühdosen herausgesprüht, zerstäubt und aufgetragen werden. Je nach Anwendung entsteht unmittelbar nach Austritt der Flüssigkeit, abhängig von der Menge an Treibgas, ein Aerosol oder ein Schaum, wenn die Flüssigkeit nicht durch gröbere Verteilung einen kleinen Sprühstrahl bildet. In der Regel ist der Druck höher und das Aerosol feiner als bei dem alternativen Pumpzerstäuber. Gegenüber anderen Zerstäubern bieten Sprühdosen bei kleiner Bauform hohe Sprühleistung. Da die Treibgase und oft auch die eigentlichen Inhaltsstoffe brennbar sind, sollten diese nicht mit Zündquellen (Flammen, heißen Oberflächen, elektrischen Entladungen) in Kontakt kommen. Sprühdosen sollten auch nicht auf über 50 Grad Celsius erhitzt werden, da der Füllinhalt zu hohen Dampf- oder Gasdruck entwickeln und die Dose zum Platzen bringen kann.
Abwandlungen dienen als Lieferant für Gase:
Eine Spraydose, nur mit Treibmittel gefüllt, dient zum säubernden Ausblasen, etwa in der Elektronik, oder zum Betrieb eines Presslufthorns, Z. B. am Fußballplatz. Gefäße aus Kunststoff werden für die Feuerzeugnachfüllung mit flüssigem Butan verwendet. Hier ist kein Steigrohr verbaut, sondern die Dose wird auf den Kopf gestellt und auf den Drückstift ein zum Feuerzeug passender Adapter aufgesetzt. Brenngase zum Löten und Schweißen sind für kleine Geräte in 200–600-ml-Dosen erhältlich. Sie weisen ein 1-Zoll-Drückventil ohne herausragenden Stift auf. Der Stift sitzt im Schraubanschluss, der auf ein zölliges, feines Außengewinde der Blechdose passt.
Sprühdosen mit (Lack-)farbe werden zum Beispiel von Graffiti-Künstlern benutzt.
Geschichte
Der Ingenieur: Erik Andreas Rotheim Der norwegische Ingenieur Erik Andreas Rotheim sorgte mit seiner Erfindung für die eigentliche „Geburt“ der Spraydose. Am 9. Oktober 1927 erhielt er in Deutschland das Patent für „Verfahren und Vorrichtung zum Ausspritzen oder Verteilen von Flüssigkeiten oder halbflüssigen Massen“. Damit schuf er die technische Grundlage für alle weiteren Entwicklungen kommender Generationen. Ursprünglich auf der Suche nach der besten Methode zum Einwachsen seiner Skier ahnte er vermutlich schon bei der Patenteinreichung die weiteren vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten seiner Erfindung. Bereits in der ersten Patentschrift zählte er für einen denkbaren Einsatz seiner Druckgasverpackung auf: „z. B. Öle, Fette, flüssige Seifen, Harze, Paraffine, Wachsarten, Farben, Malfarben, Anstrichmittel, Firnisse, Lacke (z. B. Celluloselacke), Kautschuk, Gummi, Leim, Desinfektionsmittel, Imprägnierungsmittel, Schutzmittel, Putzmittel, Düngemittel, Feuerlöschmittel, kosmetische Präparate, organische und anorganische Flüssigkeiten …“Die Sprühdose – eine norwegische Errungenschaft. In: DNFmagazin, Ausgabe 3/2016, S. 1 (www.dnfev.de)
Der Farbenfabrikant: Richard Bjercke In den ersten Jahren blieb die Neuheit zunächst in Norwegen, das nach der Erfindung auch Schauplatz der ersten kommerziellen Produktion von Spraydosen war. Der Farbenfabrikant Richard Bjercke, der eng mit Rotheim zusammenarbeitete, produzierte zusammen mit Alf Bjercke zunächst im kleinen Maßstab Farb- und Lackspraydosen und entwickelte die Technik dabei weiter. Die Farbfabrik der Bjerckes in Oslo war zu ihrer Zeit die größte Produktionsstätte von Farben und Lacken in Norwegen.
Der Feinmechaniker: Frode Mortensen Der Feinmechaniker Frode Mortensen kümmerte sich als Dritter im Bunde der norwegischen Tüftler um das „Drumherum“ und die richtige Ventiltechnik der neuartigen Farbsprays. Seine Patente auf verbesserte Druckbehälter und optimierte Ventile folgten 1938 und 1939.
Der Chemiker: Lyle D. Goodhue Der Chemiker Lyle D. Goodhue war bereits seit 1935 auf der Suche nach einem geeigneten Treib- und Lösungsmittel, mit dessen Hilfe man Insektenbekämpfungsmittel zerstäuben konnte. Halogenverbindungen mit einem niedrigen Siedepunkt standen im Fokus seiner Forschungen. Gut geeignet als Treibmittel waren diese Stoffe auch deshalb, weil sie nicht brennbar und weitgehend ungiftig waren.
Der Insektenforscher: William N. Sullivan Zusammen mit dem Insektenforscher (Entomologen) William N. Sullivan testete Goodhue abenteuerliche Verfahren der Chemikalien-Vernebelung. Die Tests der verschiedenen Treibmittel führten immer wieder in Sackgassen, bis Goodhue sich an eine ihrer ersten Ideen und an die Arbeiten von Rotheim erinnerte: Das Treibmittel Nr. 12, später bekannt als Freon 12, gemischt mit dem benötigten Insektenbekämpfungsmittel und in eine ventilbestückte Druckgasflasche nach dem Rotheimschen Prinzip abgefüllt, brachte das gewünschte Ergebnis: Die legendäre „bug bomb“ („Insektenbombe“) war geboren.
Von da an fand die Spraydose reißenden Absatz: Zunächst rettete sie ab 1942 unzähligen amerikanischen Soldaten das Leben, die im Pazifikkrieg nicht nur gegen die Japaner, sondern auch gegen die Malaria-übertragende Anopheles-Mücke kämpften. Nach Kriegsende übernahmen und vermarkteten findige Fabrikanten die nun überaus beliebte Druckgas-Innovation zunehmend für Produkte des täglichen Bedarfs. Modifizierte Bierdosen mit Plastikventilen waren der Anfang der haushaltsgerechten Massenprodukte: Die Dosen wurden handlicher, die Behälter leichter und die Ventile kostengünstiger in der Herstellung. In Europa eroberte die moderne Spraydose während der Zeit des Wirtschaftswunders Mitte der 1950er Jahre die privaten Haushalte. Die Dosen wurden mittlerweile aus leichtem Aluminium oder Weißblech und darüber hinaus in viel kleineren und verbraucherfreundlicheren Formaten als vorher hergestellt.
Der erste Verkaufsschlager wurde das Haarspray. Das „flüssige Haarnetz“ auf Knopfdruck ermöglichte der Damenwelt und ihren Friseuren ab 1955 ungeahnte Stylingmöglichkeiten und eine völlig neue Frisurenmode. Seit seiner Einführung sitzt die Frisur „zu jeder Tageszeit an jedem Ort“, wie die Werbung damals versprach. Oder: „Ob Wind, ob Frost, ob Regen – das Spray macht die Haare fit für jedes Wetter“. Haarspray und Deodorant machen heute den größten Anteil an Aerosolprodukten aus. Ein Produkt nach dem anderen wanderte mittlerweile in die Spraydose: Kosmetik, Lacke, Haushaltspflegemittel, aber auch Arzneien oder Lebensmittel. Zwischen der ersten Nachkriegsproduktion in Kansas mit 105.000 Stück im Jahr 1946 bis zur heutigen Herstellung von jährlich mehreren Milliarden Spraydosen weltweit liegen nur wenige Jahrzehnte.
Der Erfinder des Ein-Zoll-Ventils: Robert Abplanalp Der Ingenieur Robert Abplanalp erfand ein Ventil (das später sogenannte Ein-Zoll-Ventil), das es ermöglichte, Flüssigkeiten, die sich in einer Dose befanden, mit Hilfe eines zugesetzten Treibmittels zu versprühen. Das Ventil konnte einfach und preiswert in Massenproduktion hergestellt werden. Das bis dahin viel zu große Gewicht der zugehörigen Sprühdosen wurde durch die Verwendung des viel leichteren Aluminiums entscheidend verringert, so dass nun alle möglichen Stoffe in Sprühdosen billig und dabei leicht zu handhaben angeboten werden konnten. Damit konnte der Siegeszug der Sprühdose beginnen. Abplanalp ließ sich seine Erfindung patentieren und gründete 1949 mit zwei Partnern die Precision Valve Corporation in Yonkers. Ende der 1950er Jahre kaufte Abplanalp die Anteile der beiden Mitbegründer auf und wurde zum Alleininhaber. Die Precision Valve Corporation erlangte die Führung auf dem Weltmarkt. Im Jahre 2004 stellte das Unternehmen rund 4 Milliarden Spraydosen pro Jahr her und hielt über 300 Patente aus diesem Produktionsbereich. Die Schädlichkeit der Treibgase FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) – Schädigung der Ozonschicht und Beitrag zum Treibhauseffekt – wurden in den 1980er Jahren erkannt und nach internationaler Regulierung wurden FCKW im Wesentlichen durch andere Stoffe als Treibgas ersetzt.
Treibgas
Frühe experimentelle Sprühdosen verwendeten Druckluft als Treibgas. Da sich Druckluft bei Raumtemperatur nicht verflüssigen lässt, war der Treibgasvorrat in diesen Dosen dementsprechend gering. Das Treibgas war meist eher erschöpft als der Nutzinhalt. Deswegen werden leicht verflüssigbare Gase als Treibgas verwendet, bei denen der größte Teil in der Dose in flüssiger Form vorliegt. Früher wurde bevorzugt Dichlordifluormethan (R12, Handelsnamen Frigen und Freon) verwendet. Dieses Gas war unbrennbar, reaktionsträge und ungiftig, galt also als sicher. Ausgehend von Veröffentlichungen in 1974 und 1976 setzte sich bis 1985 (Wiener Übereinkommen zum Schutz der Ozonschicht) die Erkenntnis durch, dass FCKW wie Dichlordifluormethan die Ozonschicht der Erde nachhaltig schädigen. Es wurde deswegen durch andere, weniger umweltschädliche Treibgase ersetzt, die aber dafür im Gebrauch andere Nachteile besitzen. Häufig werden Gemische niederer Alkane wie Propan (R290), n-Butan (R600) und 2-Methylpropan (Isobutan, R600a) verwendet. Dimethylether und Ethylmethylether werden ebenfalls verwendet. Diese Treibgase sind entzündbar und können mit Luft explosionsfähige Gemische bilden. Für Lebensmittel werden Kohlenstoffdioxid (R744) und Distickstoffmonoxid (Lachgas) verwendet. Diese Treibgase haben bei Raumtemperatur einen höheren Dampfdruck als die vorgenannten Treibgase, deswegen müssen die Sprühdosen robuster aufgebaut sein, was einen Kostennachteil darstellt. Für Medizinprodukte werden 1,1,1,2-Tetrafluorethan (R134a) oder 1,1,1,2,3,3,3-Heptafluorpropan (R227ea) verwendet.
+Übersicht TreibgaseTreibgasKurzzeichen nach DIN 8960Summenformelmolare Masse (g/mol)Schmelzpunkt (°C)Siedepunkt (°C)Dampfdruck bei 20 °C (bar)Dampfdruck bei 30 °C (bar)Dampfdruck bei 50 °C (bar)Ozonabbaupotential ODP (R12=1)Treibhauspotential GWP (CO2=1)QEthylmethyletherC3H8O60,1−139,27,41,6012,34,1n-ButanR-600C4H1058,12−138,29−0,52,0812,84,903Isobutan (2-Methylpropan)R-600aC4H1058,12−159,42−11,73,0194,16,78031,1,1,2,3,3,3-HeptafluorpropanR-227eaC3HF7170,03−131−17,33,9939,1602900DimethyletherC2H6O46,07−141,5−24,825,1026,911,43101,1,1,2-TetrafluorethanR-134aC2H2F4102,04−101−265,77,713,201300DichlordifluormethanR-12CCl2F2120,91−157,8−29,85,77,512,218100PropanR-290C3H844,1−188−428,32710,817,08103DistickstoffmonoxidN2O44,01−90,8−88,550,59963,2ÜK298KohlenstoffdioxidR-744CO244,01−56,57−78,557,372,1ÜK01 ÜK (überkritisch): Wird die Kritische Temperatur für N2O (TK / pK = 36,5 °C / 72,7 bar) bzw. CO2 (31 °C / 73,8 bar) überschritten, gibt es keine flüssige Phase mehr.https://de.wikibooks.org/wiki/Tabellensammlung_Chemie/_Dichte_gasförmiger_Stoffe
Aufbau einer Sprühdose
Der Grundbestandteil ist in aller Regel zunächst ein Metallbehälter, die eigentliche „Dose“ aus Weißblech oder Aluminium. Der Boden dieser Dose ist aus verschiedenen Gründen nach innen gewölbt: Gewölbte Formen sind druckstabiler als flache Böden, die sich bereits unter leichtem Druck nach außen wölben würden. Aus Sicherheitsgründen (wenn durch starke Hitzeeinwirkung ein Überdruck entsteht, kann sich der Boden nach außen wölben und so für eine Druckentlastung sorgen). Zur effektiven Produktnutzung; das bis unten an den inneren Dosenrand reichende Steigrohr erreicht auch den letzten Tropfen des Produktes. Die Sprühdose lässt sich hinstellen und somit besser handhaben.