스프레이 (분사기)
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
스프레이(분사기)는 압축 가스나 액화 가스의 압력을 이용하여 내용물을 미세한 입자 형태로 분사하는 장치이다. 1927년 노르웨이에서 최초의 스프레이 캔 특허가 획득되었으며, 1941년 미국 농무부 연구원들이 현대적인 에어로졸 스프레이 캔을 발명하여 제2차 세계 대전에서 사용되었다. 스프레이는 캔, 밸브, 액추에이터로 구성되며, 과거에는 오존층 파괴 문제로 인해 염화불화탄소(CFC)가 사용되었으나, 현재는 프로판, 부탄, 다이메틸 에테르 등 대체 물질이 사용된다. 스프레이 사용 시에는 흡입, 화상, 화재 및 폭발의 위험이 있으며, 폐기 시에는 내용물을 완전히 비우고 지자체의 규정에 따라 배출해야 한다.
연무질의 개념은 1790년대부터 존재했다.[1] 1927년 노르웨이 오슬로에서 화학 엔지니어인 에릭 로트하임이 최초의 스프레이 캔 특허를 획득했으며,[2] 1931년에는 이 발명에 대한 미국 특허가 부여되었다.[3] 특허권은 100,000 노르웨이 크로네에 미국 회사에 매각되었다.[4]
2. 역사
1939년 미국인 줄리안 S. 칸은 일회용 스프레이 캔에 대한 특허를 받았지만,[5][6] 상용화되지는 않았다.
1941년 미국 농무부(USDA) 연구원 라일 굿휴와 미국 곤충 및 식물 검역국의 윌리엄 설리번은 현대적인 에어로졸 스프레이 캔을 발명했다.[7][8] 이들이 발명한 '''에어로졸 폭탄''' 또는 '''버그 폭탄'''은 손 크기의 강철 캔에 75파운드의 압력을 가해 액화 가스를 채우고 미스트나 폼으로 배출되는 제품으로,[9] 제2차 세계 대전 중 태평양 전쟁에서 군인들이 학질모기로부터 자신을 보호하기 위해 사용되었다.[11]
1948년 미국 정부는 3개 회사에 에어로졸 스프레이 제조를 허가했다.[12] 1949년 로버트 H. 앱플라날프가 저압 에어로졸 스프레이용 "크림프 온 밸브"를 개발했다.[8]
2. 1. 연무질 기술의 발전
연무질의 개념은 1790년대부터 존재했다.[1] 1927년 노르웨이 오슬로에서 화학 엔지니어인 에릭 로트하임이 최초의 스프레이 캔 특허를 획득했으며,[2] 1931년에는 이 발명에 대한 미국 특허가 부여되었다.[3] 특허권은 100,000 노르웨이 크로네에 미국 회사에 매각되었다.[4]
1939년 미국인 줄리안 S. 칸은 일회용 스프레이 캔에 대한 특허를 받았지만,[5][6] 상용화되지는 않았다.
1941년 미국 농무부(USDA) 연구원 라일 굿휴와 미국 곤충 및 식물 검역국의 윌리엄 설리번은 현대적인 에어로졸 스프레이 캔을 발명했다.[7][8] 이들이 발명한 '''에어로졸 폭탄''' 또는 '''버그 폭탄'''은 손 크기의 강철 캔에 75파운드의 압력을 가해 액화 가스를 채우고 미스트나 폼으로 배출되는 제품으로,[9] 제2차 세계 대전 중 태평양 전쟁에서 군인들이 학질모기로부터 자신을 보호하기 위해 사용되었다.[11]
1948년 미국 정부는 3개 회사에 에어로졸 스프레이 제조를 허가했다.[12] 1949년 로버트 H. 앱플라날프가 저압 에어로졸 스프레이용 "크림프 온 밸브"를 개발했다.[8]
2. 2. 환경 문제와 대응
3. 작동 원리 및 구조
3. 1. 작동 원리
스프레이는 압축 가스나 액화 가스의 압력을 이용하여 내용물을 미세한 입자 형태로 분사한다. 버튼(액추에이터)을 누르면 밸브가 열리고, 용기 내부의 압력에 의해 내용물과 추진제의 혼합물이 딥 튜브를 통해 분출된다. 분출된 내용물은 압력이 급격히 감소하면서 추진제가 팽창하여 미세한 안개, 거품, 젤, 얼음 등 다양한 형태로 방출된다. 노즐의 형태와 크기는 분사되는 입자의 크기와 분사 범위를 결정한다.
압축 가스를 사용하는 스프레이는 소형화하면 분사력이 약해지는 문제가 있지만, 화약을 원동력으로 사용하면 이 문제를 해결할 수 있다. 화약을 이용하면 캔 내부가 급격히 고압 상태가 되어 액체가 급속히 분사되므로 더 넓은 범위로 분사할 수 있다. 이러한 방식은 주로 호신용 최루 스프레이나 소형 방범 기기 등에 사용된다.
3. 2. 구성 요소
현대 에어로졸 스프레이 제품은 캔, 밸브, 액추에이터(버튼)의 세 가지 주요 부분으로 구성된다.[22] 캔은 일반적으로 래커 처리된 석도강판(주석 층이 있는 강철)으로 만들며, 두 개 또는 세 개의 금속 조각을 크림핑하여 함께 만들 수 있다.[22] 알루미늄 캔도 흔하며, 개인 위생 용품과 같이 더 비싸거나 더 고급스러운 외관을 가지도록 의도된 제품에 일반적으로 사용된다.[22]
밸브는 캔의 내부 가장자리에 크림핑되며, 이 구성 요소의 디자인은 분사율을 결정하는 데 중요하다.[22] 사용자가 액추에이터를 눌러 밸브를 열고, 스프링은 해제 시 밸브를 다시 닫는다.[22] 액추에이터의 노즐 모양과 크기는 에어로졸화된 입자 크기와 에어로졸 스프레이의 확산을 제어한다.[22]
압축 가스를 원동력으로 하는 스프레이는 소형화하면 분사력이 약해져서 거의 날아가지 않게 된다. 내용량이 수 밀리리터 사이즈의 압축 가스 스프레이는 멀리 날아가지 않아도 되는 용도로만 사용 가능하다. 그러나 화약을 원동력으로 하면 이 문제는 해결된다. 스위치를 작동시키면 화약의 반응으로 인해 캔 내부가 급격히 고압 상태가 되어 액체가 급속히 분사되기 때문에 수 미터의 비거리를 얻을 수 있다. 하지만, 한 번 사용으로 끝나는 일회용이라는 단점도 있다. 주된 용도로는 민간인의 호신용 최루 스프레이나, 소형 방범 기기 등에 내장되는 스프레이 등이 있다.
3. 3. 추진제
과거에는 염화불화탄소(CFC)가 추진제로 자주 사용되었으나, 1989년 몬트리올 의정서 발효 이후 오존층 파괴 문제로 인해 거의 모든 국가에서 사용이 금지되었다.[18] CFC의 일반적인 대체 물질로는 프로판, n-부탄, 아이소부탄 등의 휘발성 탄화수소 혼합물이 사용된다.[19] 다이메틸 에테르(DME)와 메틸 에틸 에테르도 사용되지만, 이들은 가연성이라는 단점이 있다.
아산화 질소와 이산화 탄소는 식품(예: 휘핑크림, 요리 스프레이)의 추진제로 사용되며, 천식 흡입기와 같은 의료용 에어로졸은 하이드로플루오로알케인(HFA)을 사용한다. 즉, HFA 134a (1,1,1,2-테트라플루오로에탄) 또는 HFA 227 (1,1,1,2,3,3,3-헵타플루오로프로판) 또는 둘의 조합이 사용된다.
최근에는 액체 하이드로플루오로올레핀(HFO) 추진제가 낮은 증기압, 낮은 지구 온난화 지수(GWP), 불연성으로 인해 에어로졸 시스템에서 널리 사용되고 있다.[20] 일본에서도 고압가스보안법 개정을 통해 프레온 사용을 금지하고, 가정용에서는 액화석유가스(LPG)나 디메틸 에테르(DME)와 같은 가연성 액화석유가스를 허용하여 현재 주류 가스가 되었다. 또한, 노즐 개선을 통해 환경에 거의 영향을 미치지 않는 질소를 이용할 수 있게 되었다. 화장수 스프레이나 자외선 차단제 스프레이 등, 화장품 및 의약품에서는 압축된 질소(공기)를 사용하는 경우도 많다.
대체 프레온이나 이산화 탄소도 일부 가정용 및 공업용 제품에서 사용되지만, 지구 온난화 계수가 높은 대체 프레온 사용은 천식약 스프레이 외 일부 공업용품 등 에센셜 유스에 사용이 제한되고 있다. 한편, 수동 펌프 스프레이는 저장된 추진제 대신 사용할 수 있다.
4. 안전 및 환경 문제
에어로졸 캔은 건강과 관련하여 세 가지 주요 우려 사항이 있다.[24]
- 내용물은 추진제로부터 약물 중독(일명 흡입제 남용 또는 "허핑")을 유발하기 위해 의도적으로 흡입될 수 있다. 이를 "압축 공기 캔" 또는 "압축 공기 캔"이라고 부르면 무지한 사람들이 해롭지 않다고 생각하게 할 수 있다. 사실, 그러한 오용으로 인해 사망자가 발생했다.[24]
- 에어로졸 화상 부상은 에어로졸을 피부에 직접 분사하여 발생할 수 있으며, 이는 때때로 "프로스팅"이라고 불린다.[25]
- 에어로졸 캔의 추진제는 일반적으로 가연성 가스의 조합이며 화재 및 폭발을 일으키는 것으로 알려져 있다.[26] 그러나 질소 및 아산화 질소와 같은 불연성 압축 가스가 방향제 및 에어로졸 휘핑 크림과 같은 여러 에어로졸 시스템에 널리 채택되었으며, 불연성 액체 추진제도 사용되었다.[27]
- 2021년 후반과 2022년 동안, 많은 양의 소비자 에어로졸이 완제품에 벤젠이 포함되어 있다는 이유로 리콜되었다.[28] 리콜이 광범위하게 이루어진 경우, 벤젠은 일부 탄화수소 추진제에서 미량 오염 물질로 간주된다. 추진제 제조업체와 에어로졸 충전 현장에서의 엄격한 테스트를 통해 부적합한 에어로졸 추진제는 완제품에 사용되기 전에 감지하여 폐기할 수 있다.
미국에서는 내용물이 없는 에어로졸 캔은 유해 폐기물로 간주되지만,[26] 미국 길가 재활용 프로그램에서는 여전히 "비어 있을 때 재활용 가능"으로 간주된다.[29]
유럽 연합의 에어로졸 제품은 지침 75/324/EEC에 명시된 건강 및 안전 규정을 준수해야 한다. 이 지침은 "'''거꾸로 된 엡실론'''" 마크를 설정했다. 이 마크는 50ml 이상의 에어로졸 제품에 필요하다. 동일한 마크는 또한 영국에서 사용되며, 영국 적합성 평가 마크는 그레이트 브리튼에서 이를 대체할 예정이다.
4. 1. 안전 문제
에어로졸 캔은 건강과 관련하여 몇 가지 주요 우려 사항이 있다.[24] 내용물을 의도적으로 흡입하여 약물 중독(흡입제 남용)을 유발할 수 있는데, 이는 사망으로 이어질 수 있다.[24] 에어로졸 화상은 에어로졸을 피부에 직접 분사하여 발생할 수 있다.[25] 에어로졸 캔의 추진제는 대개 가연성 가스의 조합으로 화재 및 폭발을 일으킬 수 있다.[26]스프레이 제품은 프레온 또는 대체 프레온 충전 제품의 경우 프레온 가스, 대체 프레온 가스가 화기와 반응하여 불화 수소 및 기타 유독 가스를 생성한다. 가연성 가스 충전 제품의 경우, 가연성 가스가 화기와 반응하여 인화 및 폭발한다. 따라서 실내 사용은 권장되지 않으며, 사용 시에는 충분한 환기가 필요하고, 난방 기구 등의 사용을 중단해야 한다. 가연성 가스 제품은 환풍기나 선풍기 등의 모터 불꽃으로 인해 인화 및 폭발할 수 있으므로 주의해야 한다. 기기에 사용하는 경우, 체류한 가연성 가스가 스위치, 기구 및 모터 등의 불꽃으로 인해 인화 및 폭발할 수 있으므로, 전원 플러그를 뽑고 방전시킨 후 사용해야 한다.
내용물과 관계없이 고압 가스 용기이므로, 40℃ 이상의 고온에 장시간 노출되면 가스 팽창으로 인해 파열될 수 있으며, 가연성 가스 제품의 경우 인화 및 폭발한다. 여름철 직사광선이 닿는 곳, 자동차 내부, 난방 기구 근처에 두는 것은 위험하다. 실제로 스프레이의 가연성 가스를 원인으로 한 대규모 폭발 사고 (삿포로 부동산 중개 점포 가스 폭발 사고)도 발생했다.
일반적으로 내용액 비말은 광범위하게 비산되므로 흡입에 주의해야 한다. 방수 스프레이는 흡입 시 호흡 곤란이나 폐렴을 유발할 수 있다.[33]
미국에서는 내용물이 없는 에어로졸 캔은 유해 폐기물로 간주되지만,[26] 길가 재활용 프로그램에서는 "비어 있을 때 재활용 가능"으로 간주된다.[29]
4. 2. 사용 시 주의 사항 (일본 기준)
프레온, 대체 프레온 충전 제품은 프레온 가스, 대체 프레온 가스가 화기와 반응하여 '''불화 수소''' 및 기타 '''유독 가스'''를 생성한다.[30][31][32]가연성 가스 충전 제품은 '''가연성 가스'''가 화기와 반응하여 '''인화''' 및 '''폭발'''한다.[30][31][32]
따라서, 두 제품 모두 '''실내에서의 사용은 권장되지 않는다'''.[30][31][32] 부득이하게 실내에서 사용하는 경우에는 '''환기를 충분히''' 하고, 스토브, 히터, 에어컨 등의 사용, 취사 및 급탕용 가스 사용도 완전히 중단해야 한다.[30][31][32]
가연성 가스 제품의 경우 가스의 실내 잔류 농도에 주의하지 않으면, 환기를 위한 환풍기나 선풍기 등의 모터불꽃으로 인해 '''인화''' 및 '''폭발'''할 수 있다 (욕실 등에서 폭발 사고 사례가 있다).[30][31][32]
기기에 사용하는 것 (에어 더스터 등)은, 체류한 가연성 가스가 스위치, 기구 및 모터 등의 불꽃으로 인해 '''인화''' 및 '''폭발'''할 수 있으므로, 확실하게 전원 플러그를 콘센트에서 뽑아 방전시킨 후 사용하고, 사용 후에도 체류 가스가 충분히 빠져나갈 때까지 전원을 연결해서는 안 된다.[30][31][32]
충전 가스의 종류에 관계없이, 본질은 고압 가스 용기이며, 실온을 넘는 고온 (기준으로 40℃ 이상)이 장시간 지속되면 가스의 팽창으로 인해 '''파열'''될 가능성이 있으며, 가연성 가스 제품에서는 '''인화''' 및 '''폭발'''한다.[30][31][32] 따라서 여름철에 직사광선이 계속 닿는 장소나, 뙤약볕 아래의 자동차 차내, 가열 조리 기구 및 난방 기구 근처에 두는 것은 위험하다. 스프레이의 가연성 가스를 원인으로 한 대규모 폭발 사고도 실제로 발생하고 있다 (삿포로 부동산 중개 점포 가스 폭발 사고 등).[30][31][32]
일반적으로 내용액의 비말은 광범위하게 비산되므로, 흡입하지 않도록 주의한다. 방수 스프레이는 흡입하면 호흡 곤란이나 폐렴을 유발할 수 있다[33]。
인체에 사용하는 것 (헤어 스프레이 등) 이외에는, 원칙적으로 통풍성이 우수한 옥외, 통풍 설비가 있는 실내, 또는 작업 대상물을 폐쇄할 수 있는 부스 내에서 사용한다.[30][31][32]
4. 3. 폐기 시 주의 사항 (일본 기준)
스프레이(카세트 봉베 포함)를 폐기할 때는 내용물을 완전히 사용했는지 확인하고, 처리하는 지자체 등의 규정에 따라 배출한다.[34] 2003년경까지는 사용한 스프레이를 폐기할 경우, 화기가 없는 옥외에서 캔에 구멍을 뚫어 가스를 빼는 것이 일반적이었지만, 구멍을 뚫을 때의 부상이나 인화 등 부차적인 사고가 많아, 대부분의 지자체에서 내용물 완전 사용 및 분리 배출로 대응하게 되었다.[34]2014년 시점에서도, 쓰레기 배출 시 구멍을 뚫는 것에 대해서는 필요로 하는 지자체와, 가스를 완전히 뺀다는 전제하에 불필요한 지자체로 나뉜다. 환경성은 지자체에 대해 '''구멍을 뚫지 않는 방향이 바람직하다'''는 지도를 지속적으로 하고 있다.[35]
이러한 폐기 방법이 주민들에게 철저히 지켜지지 않고, 함부로 가연물과 함께 쓰레기로 버려지는 사례가 있어, 쓰레기 수집 차량 내나 수용고 내 등에서 폭발하여 화재가 발생하는 사례가 끊이지 않고 있다.[36] 최근 제조되는 스프레이 캔은, 사용 후에 내부의 가스를 빼기 위한 가스 배출 캡이 부착되어 있거나, 특정 조작을 함으로써, 가스가 거의 배출되는 기능이 있는 경우가 많다. 카세트 봉베에 대해서는, 일본 가스 석유 기기 공업회는 2007년 4월부터 발열량이 2,000 kcal/h (약 2.3kW) 이상의 모든 카세트 레인지에 대해, 카세트 봉베를 가열하여 가스를 완전히 사용하기 위한 히트 패널의 장착을 의무화했다.[37]
4. 4. 환경 문제
5. 한국의 에어로졸 산업
참조
[1]
웹사이트
The History of Aerosol Spray Cans
https://archive.toda[...]
[2]
특허
Norwegian Patent No. 46613
1926-11-23
[3]
특허
Method and Means for the Atomizing or Distribution of Liquid or Semiliquid Materials
1931-04-07
[4]
뉴스
Sprayboksens far er norsk
http://www.aftenpost[...]
2009-02-06
[5]
특허
Appratus for Mixing a Liquid With a Gas
1939-08-22
[6]
서적
Scientific American Inventions and Discoveries
John Wiley & Songs, Inc.
2004
[7]
특허
dispensing apparatus
1943-10-05
[8]
서적
World of Invention "Summary"
http://www.bookrags.[...]
Thomson Gale
[9]
간행물
Aerosol Bomb
Golden Press
1961
[10]
간행물
Aerosols and Insects
United States Department of Agriculture
1952
[11]
잡지
ARS Partners With Defense Department To Protect Troops From Insect Vectors
http://ars.usda.gov/[...]
2005-09
[12]
특허
Valve Mechanism for Dispensing Gases and Liquids Under Pressure
1953-03-17
[13]
웹사이트
Chloroflurocarbons CFCs History
http://www.aerosolpr[...]
Consumer Aerosol Products Council
2015-07-20
[14]
법률
Clean Air Act Amendments of 1977
[15]
웹사이트
The Vienna Convention for the Protection of the Ozone Layer and the Montreal Protocol on Substances That Deplete the Ozone Layer
http://legal.un.org/[...]
United Nations
2015-07-20
[16]
웹사이트
History of the Ozone Hole
http://ozonewatch.gs[...]
NASA
2015-07-20
[17]
웹사이트
The Accelerated Phaseout of Class I Ozone-Depleting Substances
http://www.epa.gov/o[...]
United States Environmental Protection Agency
2015-07-20
[18]
잡지
Fires Halted Quickly by "Lazy" Freon Gas
https://books.google[...]
Hearst Communications
2019-06-07
[19]
학술지
Global emissions of VOCs from compressed aerosol products
https://online.ucpre[...]
2021-04-22
[20]
웹사이트
Solstice® Propellant Technical Bulletin
https://prod-edam.ho[...]
2017
[21]
웹사이트
Aerosol Propellant / Pressurisation Filling Machine - R + R Aerosol Systems Ltd
http://www.ranr.co.u[...]
2019-02-19
[22]
특허
Variable spray nozzle for product sprayer
https://patents.goog[...]
1999
[23]
웹사이트
image: aerosol and bov pressurized containers, illustration
https://www.nist.gov[...]
2017-07-13
[24]
웹사이트
Dust Off Death
http://www.snopes.co[...]
snopes.com
2005-05-30
[25]
뉴스
Deodorant burns on the increase
http://www.abc.net.a[...]
Australian Broadcasting Company
2007-07-10
[26]
웹사이트
Paint & Aerosol Safety
http://www.uvm.edu/s[...]
The University of Vermont
2015-07-20
[27]
웹사이트
Solstice Propellant for Aerosols
https://www.fluorine[...]
2019-03-11
[28]
웹사이트
P&G recalls over 30 aerosol spray products due to benzene
https://www.foxbusin[...]
2021-12-20
[29]
웹사이트
How to Recycle Aerosol Cans
https://earth911.com[...]
[30]
웹사이트
Council Directive 75/324/EEC of 20 May 1975 on the approximation of the laws of the Member States relating to aerosol dispensers
https://eur-lex.euro[...]
European Commission
[31]
웹사이트
Aerosol Dispensers Directive
https://echa.europa.[...]
2024-05-28
[32]
웹사이트
CE marking guidance
https://www.gov.uk/g[...]
2023-08-01
[33]
뉴스
「防水スプレー 落とし穴／吸い込み呼吸困難 注意」
https://mainichi.jp/[...]
毎日新聞
2019-07-08
[34]
웹사이트
国民生活センター スプレー缶製品の使用上の安全性
http://www.kokusen.g[...]
国民生活センター
[35]
웹사이트
スプレー缶製品の事故に注意
https://www.kokusen.[...]
国民生活センター
2014-07-24
[36]
뉴스
http://www.jc-press.[...]
日本消費者新聞
2004-02-20
[37]
간행물
岩谷産業ニュースリリース
http://www.iwatani.c[...]
岩谷産業
2007-08-02
본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.
문의하기 : help@durumis.com