CN117401650A - 一种成型产氧药剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种成型产氧药剂及其制备方法和应用，涉及应急装备与个体防护研发技术领域。通过在超氧化钾中添加控释剂、修饰吸热剂/成型助剂、空间分配耦合新型CO2捕获剂等方式，构造成型药剂反应通道和外观形貌，强化药剂结构特性和反应可控，降低生氧药剂发热量，开发满足不同填装规格和反应速率的自适应热平衡控释生氧反应的低阻化产氧材料及药剂成型工艺，突破生氧反应充分化、产热自消协调化、产氧药剂低阻化等技术难题，实现与人体呼吸熵匹配的长效可控化学生氧目标。
Description
技术领域
本发明涉及应急装备与个体防护研发技术领域，更具体的说是涉及一种成型产氧药剂及其制备方法和应用。
背景技术
隔绝式氧气呼吸器/逃生呼吸器是一种广泛使用的个体防护装备，同时也是消防员和抢险救护人员在有毒、缺氧、烟雾等恶劣环境中抢险救灾时使用的呼吸器。
隔绝式氧气呼吸器/逃生呼吸器主要分为化学氧呼吸器和压缩氧呼吸器。化学氧呼吸器中的化学药剂吸收二氧化碳并提供氧气。压缩氧呼吸器的氧气由高压氧气瓶供应，使用氢氧化钙、氢氧化锂等作为二氧化碳的吸收剂。
同等重量下，化学氧呼吸器的使用时间显著长于压缩氧呼吸器。这是因为化学氧呼吸器的药剂同时具备氧气发生和二氧化碳吸收两种功能，而压缩氧气呼吸器的氧气来自于有一定重量的气瓶，二氧化碳吸收则依赖于清净罐完成。因此，压缩氧呼吸器受装备重量、气瓶容量和压力的限制，从时间上无法满足长时间作业的需求，且与人体呼吸熵不相符。此外，氧气为氧化性助燃气体，高压氧气瓶对人员安全不利，适用领域严重受限，在危险化学品事故处置过程中不建议使用。
因此，针对消防、危化品处置等救援人员长时作业的供氧需求，现有生氧材料不均衡反应释放的大量热以及过高氧气浓度会引起呼吸器佩戴者不适，甚至损伤呼吸系统，如何调控合成精确控制生氧速率、按需生氧的成型药剂是亟需解决的关键技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种自适应热平衡控释生氧反应的成型产氧药剂，通过添加控释剂、修饰吸热剂/成型助剂、空间分配耦合新型CO2捕获剂等方式，构造成型药剂反应通道和外观形貌，强化药剂结构特性和反应可控，降低生氧药剂发热量，开发满足不同填装规格和反应速率的自适应热平衡控释生氧反应的低阻化产氧材料及药剂成型工艺，突破生氧反应充分化、产热自消协调化、产氧药剂低阻化等技术难题，实现与人体呼吸熵匹配的长效可控化学生氧目标。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种成型产氧药剂，包括：超氧化钾、控释剂、吸热剂、成型助剂、CO2捕获剂。
其中，添加控释剂，调控超氧化钾产氧速率；添加吸热剂，减缓药剂反应放热，降低生氧罐出气温度；添加成型助剂，构造药剂孔隙结构、反应通道和外观形貌；添加CO2捕获剂（兼成型助剂），强化药剂CO2捕获量，提高呼吸装置安全性和舒适性，最终实现CO2捕获与O2释放最佳协同。
优选的，所述超氧化钾、控释剂、吸热剂、成型助剂和CO2捕获剂的质量比为：（88~95）：（0.8~1.2）：（1.1~4）：（2~4.5）：（1~4）。
更优选的，所述超氧化钾、控释剂（氯氧化铜）、吸热剂（糖醇）、成型助剂（玄武岩）和CO2捕获剂（氧化钙）的质量比为：90：1：2：4：3。
上述优选配方可突破生氧反应充分化、产热自消协调化、产氧药剂低阻化等技术难题，实现与人体呼吸熵匹配的长效可控化学生氧目标。
优选的，所述控释剂选自氯氧化铜。
上述优选的控释剂，可大幅减缓生氧反应速率，使产氧速率与人体呼吸熵相匹配。
优选的，所述吸热剂为硝酸钾、氯化钾、糖醇中的一种或多种。
上述优选的吸热剂，可吸收药剂生氧反应过程中释放的热量，降低吸气温度，提高装备佩戴使用的舒适性。
优选的，所述成型助剂为玄武岩、珍珠岩、硅藻土、石棉中的一种或多种。
上述优选的成型助剂，可强化药剂结构性能，避免药剂结构坍塌，促进超氧化钾充分产氧，提高超氧化钾使用效率。
优选的，所述CO2捕获剂为氢氧化钙、氧化钙中的一种或两种。
上述优选的CO2捕获剂，一方面，可协同超氧化钾产氧生成的氢氧化钾，共同吸收人体呼气排出的CO2；另一方面，可作为成型助剂，构造气固反应通道，强化药剂结构性能。
优选的，所述成型产氧药剂为球状、粒状、片状、波纹状或蜂窝状。
本发明的另一个目的在于提供上述一种成型产氧药剂的制备方法，包括：将超氧化钾、控释剂、吸热剂、成型助剂、CO2捕获剂按比例超低压混合均匀，随后经挤出机挤出，压制成型，然后在70~125℃下烘干3~5h，冷却筛选后，放入密封箱保存备用。
本发明还有一个目的在于提供上述的一种成型产氧药剂在应急安全领域中的应用，可满足消防、危化品处置等不同应急救援/个体防护场景需求，突破生氧反应充分化、产热自消协调化、产氧药剂低阻化等技术难题，实现与人体呼吸熵匹配的长效可控化学生氧目标，确保-25~70℃条件下，1.6kg生氧药剂活性氧含量≥29.0%，在3600L呼吸总量下，化学生氧量超过290L，二氧化碳吸收量不低于190L。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
基于人体呼气-吸气过程中O2消耗量和CO2生成量等动态参数，在-25~70℃条件下，在防护装备规定使用时间内，生氧药剂产氧量和产氧速率可满足人体O2需要量，且可充分吸收人体呼出的CO2，产氧所放热量可快速吸收，实现人体吸气温度≤40℃，避免呼吸器O2浓度过高或过低、CO2浓度过高、吸气温度过高引起的人体不适或损伤。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明成型产氧药剂制备工序。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种成型产氧药剂，产氧药剂的原料及质量比，超氧化钾：氯氧化铜：氯化钾：珍珠岩：氢氧化钙=88：1.2：3：4.5：3.3。
本实施例成型产氧药剂制备步骤，包括如下：
将超氧化钾、氯氧化铜、氯化钾、珍珠岩、氢氧化钙按比例超低压混合均匀，随后进入配备有专用模具的挤出机，将压制的粒状成型药剂放入烘箱（110℃）烘干5小时，冷却筛选后，放入密封箱保存备用。
实施例2
本实施例提供一种成型产氧药剂，产氧药剂的原料及质量比，超氧化钾：氯氧化铜：糖醇：玄武岩：氧化钙=90：1：2：4：3。
本实施例成型产氧药剂制备步骤，包括如下：
将超氧化钾、氯氧化铜、糖醇、玄武岩、氧化钙按比例超低压混合均匀，随后进入配备有专用模具的挤出机，将压制的片状成型药剂放入烘箱（120℃）烘干3小时，冷却筛选后，放入密封箱保存备用。
实施例3
本实施例提供一种成型产氧药剂，产氧药剂的原料及质量比，超氧化钾：氯氧化铜：氯化钾：硅藻土：氧化钙：氢氧化钙=92：0.8：1.2：2：3：1。
本实施例成型产氧药剂制备步骤，包括如下：
将超氧化钾、氯氧化铜、氯化钾、硅藻土、氧化钙、氢氧化钙按比例超低压混合均匀，随后进入配备有专用模具的挤出机，将压制的片状成型药剂放入烘箱（125℃）烘干3小时，冷却筛选后，放入密封箱保存备用。
实施例4
本实施例提供一种成型产氧药剂，产氧药剂的原料及质量比，超氧化钾：氯氧化铜：糖醇：硝酸钾：玄武岩：氧化钙=88：1：1.3：2.7：3：4。
本实施例成型产氧药剂制备步骤，包括如下：
将超氧化钾、氯氧化铜、糖醇、硝酸钾、玄武岩、氧化钙按比例超低压混合均匀，随后进入配备有专用模具的挤出机，将压制的片状成型药剂放入烘箱（110℃）烘干3小时，冷却筛选后，放入密封箱保存备用。
实施例5
本实施例提供一种成型产氧药剂，产氧药剂的原料及质量比，超氧化钾：氯氧化铜：氯化钾：玄武岩：石棉：氧化钙=95：0.9：1.1：1.2：0.8：1。
本实施例成型产氧药剂制备步骤，包括如下：
将超氧化钾、氯氧化铜、氯化钾、玄武岩、石棉、氧化钙按比例超低压混合均匀，随后进入配备有专用模具的挤出机，将压制的片状成型药剂放入烘箱（70℃）烘干5小时，冷却筛选后，放入密封箱保存备用。
对比例1
与实施例1相比，区别仅在于，原料中不加入氯化钾，其它组分按原比例加入，最终制得产氧药剂。
对比例2
与实施例2相比，区别仅在于，原料中不加入糖醇，其它组分按原比例加入，最终制得产氧药剂。
对比例3
与实施例4相比，区别仅在于，原料中不加入糖醇、硝酸钾，其它组分按原比例加入，最终制得产氧药剂。
性能实验
采用产氧药剂性能评价装置，模拟人体呼吸熵参数，测试药剂产氧性能。其中，产氧药剂质量1.6kg，测试温度-25~70℃。上述实施例1、实施例2、对比例1和对比例2产氧药剂的产氧性能如表1所示。对比例1和对比例2不添加吸热剂后，吸气温度比相应的实施例1和实施例2增加了2℃左右，表明氯化钾、糖醇具有良好的吸热功能，可明显改善人体佩戴呼吸器的舒适性。
表1 不同产氧药剂的产氧性能
| 性能指标 | 实施例1 | 实施例2 | 对比例1 | 对比例2 |
| 药剂质量 | 1.6kg | 1.6kg | 1.6kg | 1.6kg |
| 化学生氧量 | ≥290 L | ≥296 L | ≥290 L | ≥296 L |
| 二氧化碳吸收量 | ≥190 L | ≥194L | ≥190L | ≥194L |
| 活性氧含量 | ≥29.0% | ≥29.2% | ≥29.0% | ≥29.2% |
| 吸气温度 | 37.2℃ | 39.4℃ | 39.6℃ | 41.3℃ |
| 温度适应性 | -25~70℃ | -25~70℃ | -25~70℃ | -25~70℃ |
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种成型产氧药剂，其特征在于，包括：超氧化钾、控释剂、吸热剂、成型助剂、CO2捕获剂。
2.根据权利要求1所述的一种成型产氧药剂，其特征在于，所述超氧化钾、控释剂、吸热剂、成型助剂和CO2捕获剂的质量比为：（88~95）：（0.8~1.2）：（1.1~4）：（2~4.5）：（1~4）。
3.根据权利要求2所述的一种成型产氧药剂，其特征在于，所述控释剂选自氯氧化铜。
4.根据权利要求2所述的一种成型产氧药剂，其特征在于，所述吸热剂为硝酸钾、氯化钾、糖醇中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的一种成型产氧药剂，其特征在于，所述成型助剂为玄武岩、珍珠岩、硅藻土、石棉中的一种或多种。
6.根据权利要求2所述的一种成型产氧药剂，其特征在于，所述CO2捕获剂为氢氧化钙、氧化钙中的一种或两种。
7.根据权利要求2所述的一种成型产氧药剂，其特征在于，所述成型产氧药剂为球状、粒状、片状、波纹状或蜂窝状。
8.如权利要求3-7任一所述的一种成型产氧药剂的制备方法，包括：将超氧化钾、控释剂、吸热剂、成型助剂、CO2捕获剂按比例超低压混合均匀，随后经挤出机挤出，压制成型，然后在70~125℃下烘干3~5h，冷却筛选后，放入密封箱保存备用。
9.如权利要求3-7任一所述的一种成型产氧药剂在应急安全领域中的应用。
10.根据权利要求9所述的成型产氧药剂在应急安全领域中的应用，其特征在于，所述成型产氧药剂确保-25~70℃条件下，1.6kg生氧药剂活性氧含量≥29.0%，在3600L呼吸总量下，化学生氧量超过290 L，二氧化碳吸收量不低于190 L。
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