JP2007061665A - 気体を溶解保持させた水溶性ゲル及び気体を溶解保持させた水溶性ゲルの凍結物。 - Google Patents

Abstract

【課題】 水に対する酸素ガスやオゾンガス、炭酸ガス等の気体の常温・大気圧下における溶解度を、溶解補助剤等を用いて水を汚染することなしに大幅に高めると共に、溶解した気体の濃度を長期に亘って高濃度に保持できるようにした、気体を溶解保持させた水溶性ゲルを提供する。
【解決手段】
ポリグルタミン酸架橋物と水との混合物内へ気体を噴出させ、常温の大気圧下における気体の水に対する飽和溶解濃度以上の高濃度で気体を溶解保持させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、酸素や炭酸ガス等の気体を所謂エアーレーション等によって常温、大気圧下での飽和濃度以上の高濃度で溶解保持させると共に、大気圧下でその濃度を長期に亘って保持できるようにした水溶性ゲルと、当該水溶性ゲルの凍結物に関するものであり、殺菌・消毒や化粧品、消火剤、活魚に対する栄養及び酸素の供給、水質浄化等の技術分野で利用されるものである。

一般に、酸素ガスや炭酸ガス等の気体は、高圧容器に充填して気体の利用場所へ搬入され、気化器等を通してガスの利用箇所へ供給されている。
しかし、上述の如き従前のガス供給設備は、必然的に装置が大掛かりとなり、設備費が高騰したり、設備の維持管理に多くの手数を必要とする等の様々な不都合が存在する。

また、医療や水浄化装置等の分野では、殺菌にオゾンガスが多く用いられている。しかし、オゾンガスは分解し易いため、使用する直前に水に溶解させる必要があり、実用上便宜性に欠けると云う問題がある。

一方、近年酸素やオゾン、炭酸ガス等を溶解した水溶液を、常温下の大気中で特別な設備を用いることなしに簡単に使用できるようにすることの必要性が、益々高まって来ている。
例えば、オゾンによる殺菌、皮膚の保湿や活性化を主目的とする化粧品、活魚の運搬・養魚、水質改善、河川底の汚濁物質の浄化等の分野においては、オゾンや酸素を高濃度で含有する清浄水が必要とされる。また、消火用水等の場合には、炭酸ガス等を高濃度で含有する水が必要とされる。

しかし、通常の液体例えば水に、酸素等の気体を常温・大気圧下で飽和濃度まで溶解させたとしても、溶解せしめた気体（酸素）は時間の経過と共に早期に減少することになり、結果として長期に亘って安定した酸素の供給を行うことが出来ないと云う問題がある。
また、酸素等の溶解度を上げるために補助剤等を水に添加した場合には、酸素の溶解濃度は上昇するが、添加剤による水の汚損によって水の用途が大幅に制約されると云う問題を起生する。

特開２００４−１７４３２６号公報 特開２００５−２０５２８１号公報

本発明は、オゾンや酸素や炭酸ガスを溶解せしめた水の利用における上述の如き問題、即ち、イ 高圧ガス容器等から酸素ガス等を供給する場合には、酸素供給源の設備や保守管理に費用や手数が掛かり、簡便に酸素ガス等が得られないうえ、酸素ガスそのものの運搬にも費用がかかること、ロ 単に水等にオゾンや酸素ガス、炭酸ガス等を溶解せしめた場合には、時間の経過と共に早期に溶解された気体の濃度が減少し、安定した酸素ガス等の供給が出来ないこと、ハ 気体の溶解度を上げるために補助剤等を使用した場合には、水そのものが汚損されることになり、気体を溶解せしめた水の活用範囲が大幅に制約されること等の問題を解決せんとするものであり、常温・大気圧下における所謂エアレーションにより、水に対する飽和溶解濃度以上の濃度に気体を溶解・保持させた水溶性ゲルを提供することを発明の主目的とするものである。

本願請求項１の発明は、水とポリグルタミン酸架橋物又はポリグルタミン酸及びその架橋物との混合物内へ気体を噴出させ、常温、大気圧下における気体の水に対する飽和溶解濃度以上の高濃度で気体を溶解保持させたことを特徴とする気体を溶解保持させたことを発明の基本構成とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、ポリグルタミン酸架橋物の混合濃度を０．０５〜０．２ｗｔ％とするようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、気体をオゾンガス、酸素ガス又は炭酸ガスとすると共に、混合物内へ気体を噴出させるようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項１、請求項２又は請求項３の発明において、酸素を少なくとも１４．０ｍｇ／ｌ以上含有するようにしたものである。

請求項５の発明は、ポリグルタミン酸架橋物と水との混合物内へ気体を噴出させ、常温、大気圧下における水に対する気体の飽和溶解濃度以上の高濃度で気体を溶解保持させて凍結体としたものである。

請求項６の発明は、請求項５の発明において、ポリグルタミン酸架橋物の混合濃度を０．０５〜０．２ｗｔ％とすると共に、気体を酸素、オゾン又は炭酸ガスとし、混合物内へ気体を噴出させるようにしたものである。

請求項７の発明は、請求項５又は請求項６の発明において、解凍後に酸素を少なくとも１５．０ｍｇ／ｌ以上含有するようにしたものである。

本発明においては、水にポリグルタミン酸架橋物又はポリグルタミン酸及びその架橋物を０．０５〜０．２ｗｔ％混入するだけで、常温・大気圧下における水溶性ゲル酸素やオゾンガス、ＣＯ₂等の溶解濃度を、常温・大気圧下における水に対する同じガスの溶解濃度よりも大幅に高めることができると共に、溶解後の気体濃度を長期に亘って高濃度に保持することができる。

また、水に混入するポリグルタミン酸架橋物は、親水性に優れた水溶性高分子であり、生分解性を有すると共に毒性が全く無いため、基剤である水が汚染される虞れがない。

その結果、０．０５〜０．２ｗｔ％のポリグルタミン酸架橋物を加えた水にほぼ近い状態の水溶性ゲル内に気体を溶解せしめた状態で、これを運搬或いは利用に供することができる。

例えば、化粧品に利用した場合、ポリグルタミン酸架橋物は高い保湿作用を有するので、ポリグルタミン酸架橋物の酸素ガスを溶解させたものを皮膚に塗布することで、ポリグルタミン酸による保湿作用と酸素による皮膚の活性化作用を併せ持つ化粧品を作ることができ、また、この酸素を含んだゲルは水分と酸素を長時間保持し、これらを徐々に皮膚へ供給する働きをすることになる。

また、ポリグルタミン酸架橋物に酸素を溶解させたものを活魚の運搬時の餌に混ぜたり、水溶性ゲルを魚槽内の水の代わりとして用いることで、栄養分の供給と酸素の供給を同時に行うことができる。

更に、ポリグルタミン酸架橋物を主成分とする水溶性ゲルに酸素を溶解させたものを、水質汚濁の進んだ河川の底のヘドロに散布することで、凝集処理による汚濁物質の除去と酸素の供給を同時に行うことができる。

殺菌にオゾンガスを用いる場合、オゾンガスは分解しやすいために使用する直前に水に溶解させなければならないが、オゾンを高濃度に含んだ水溶性ゲルあるいは水溶性ゲルの氷を作って保存しておき、殺菌したいときに対象となる水にこれを混入することでオゾンガスを供給し、殺菌を行うことができる。

ポリグルタミン酸架橋物は一度含んだ水を徐々に放出する性質を持つため、山林火災等の消化剤としての利用ができ、この水溶液に不活性ガスを溶解させることにより、消火の効果を高めることができる。また、ポリグルタミン酸架橋物は無害であるため、消化剤として用いた際に消火対象を汚染することがない。したがって、農地、山林、食品工場等の火災の消火に高い効用を奏することができる。

ポリグルタミン酸架橋物の濃度を高めた場合には、水溶性ゲルは凝集剤等として活用することができる。

また、本発明に係る水溶性ゲルを凍結物とすることにより、運搬や取扱い性が向上すると共に気体の溶解度そのものの低減率を大幅に引下げすることが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る水溶性ゲルの製造装置の概要を示す説明図であり、図において１は水供給管、２はポリグルタミン酸架橋物供給管、３は気体供給管、４は攪拌機、５は気体噴出ノズル、６は攪拌タンク、７は水溶性ゲル取出口、８は冷凍装置、Ｗは水、Ｇはポリグルタミン酸架橋物、Ｓは気体、Ｐは水溶性ゲル、Ｑは水溶性ゲルの凍結体である。

水溶性ゲルＰの製造に際しては、先ず攪拌タンク６内へ所定量（本実施例の場合３ｔ）の清浄水Ｗを注入する。次に、所定量（本実施例の場合０．２ｗｔ％に相当する量）のポリグルタミン酸架橋物Ｇを水Ｗ内へ混入し、これを攪拌機４により攪拌（本実施例の場合約１０分）する。その後、噴出ノズル５から酸素ガス、オゾンガス、炭酸ガス等の気体Ｓを所定時間（本実施例の場合約５〜１０分間）水Ｗ内へ噴出する。

尚、気体Ｓの噴出に際して、攪拌タンク６内を高温にしたり、或いは加圧状態にしたりする必要はなく、所謂常温・大気圧の状態下で気体Ｓを水中へ噴出する。
また、外部へ放散される気体Ｓを少なくするために、攪拌タンク６の上部開口に蓋体を乗せ、水Ｗの上部の空間部に溜った気体Ｓをポンプ等で吸引して、気体供給管３へ循環させるようにしてもよいことは勿論である。

一定時間のエアーレーションが終われば、取出口７から水溶性ゲルＰを取り出すと共に、必要な場合には、これを冷凍装置８へ供給し、水溶性ゲルの凍結物Ｑを得る。

前記ポリグルタミン酸架橋物Ｇは、図２の如き構造を有するγ−ポリグルタミン酸（PGA）と呼ばれるグルタミン酸が直鎖状に重合してできた分子量が数千から数百万の天然の高分子化合物の水溶液に、γ線照射等によりPGA分子間で架橋反応を起こし、より大きな分子量の高分子としたものであって、分子量が数千万の網目構造を持つ分子であると想定されている。尚、ポリグルタミン酸架橋物Ｇは図３の如き構造を有している。また、当該ポリグルタミン酸架橋物Ｇの中に、架橋反応の完了していないポリグルタミン酸が残っている場合のあることは、勿論である。
当該ポリグルタミン酸架橋物は、PGAに比べて非常に高い保水性を持っていて、PGAが自分自身の重さの約0.5倍の水を保持することができるのに対して、架橋反応の条件にもよるが、ポリグルタミン酸架橋物は自身の重さの2000倍前後の水を保持する能力を持つものである。

尚、前記PGAは、図２に示すように、グルタミン酸分子の２つのカルボキシル基の内のγ位のカルボキシル基とアミノ基がアミド結合によってつながってできたポリマーであり、グルタミン酸を原料として枯草菌（Bacillus subtilis）を初めとするBacillus属の微生物によって合成される。

０．２ｗｔ％のポリグルタミン酸架橋物Ｇを混合した水溶液内へ、気体Ｓとして９５％酸素ガスを吹き込み（エアレーション）、酸素を水溶液に溶解させた。この水溶液（水溶性ゲルＰ）について、エアレーション後の溶存酸素濃度の常温での時間変化を調べた。また、同様の実験を水について行い、比較の対象とした。

表１は、上記実験の結果を示すものであり、エアレーション前には、いずれも大気圧下での酸素の飽和濃度程度となっていた。また、エアレーションから十数時間経過したところ、水ではエアレーションの直後に比べて５５％程度酸素濃度が減少したが、０．２％ポリグルタミン酸架橋物水溶液では、２７％程度の減少に抑えられた。

０．１％ポリグルタミン酸架橋物Ｇの水溶液（ゲル）に９５％酸素ガスを吹き込み（エアレーション）、酸素を水溶液に溶解させた。酸素を溶解させた後、水溶液を凍結させた。そして、この氷を解凍した後の水溶液の溶存酸素濃度を測定した。比較の対象として、水でも同様の実験を行った。

上記表２からも明らかなように、水に酸素を溶解させ、一度凍結させると溶存酸素濃度が５２％減少した。ポリグルタミン酸架橋物Ｇの場合では２３％の減少にとどまった。

次に、高濃度の気体の保持が可能なポリグルタミン酸架橋物Ｇの水溶液の濃度を調べた。即ち、ポリグルタミン酸架橋物Ｇの混合率を変えると共に、ポリグルタミン酸架橋物水溶液（ゲル）に９５％酸素ガスを吹き込み（エアレーション）、酸素を水溶液に溶解させた。その後、溶液を常温で放置し、溶存酸素濃度の時間変化を調べた。

表３は、上記試験の結果を示すものであり、エアレーションから十数時間経過したところ、水ではエアレーション直後に比べて酸素濃度が約５５％減少したのに対して、０．０５％ポリグルタミン酸架橋物Ｇの水溶液Ｐでは約３０％、０．２％水溶液では約２７％の減少に抑えられた。

グルタミン酸架橋物Ｇの混合量の異なるポリグルタミン酸Ｇの水溶液（ゲル）Ｐに９５％酸素ガスを吹き込み（エアレーション）、酸素を水溶液に溶解させた。その後、一度、溶液を冷凍庫で凍結させ、解凍した後に溶存酸素濃度を測定した。

表４からも明らかなように、エアレーションしてから凍結させた場合は、解凍後、水ではエアレーション直後（凍結直前）に比べて酸素濃度が約５２％減少したのに対して、０．０５％ポリグルタミン酸架橋物水溶液では約３２％、０．１％水溶液では約２３％、０．２％水溶液では約２０％の減少に抑えられた。

上記各実施例の結果から、常温で放置した場合と凍結した場合のいずれにおいても、ポリグルタミン酸架橋物Ｇについては０．０５％〜０．２％程度の濃度の範囲で溶存気体の保持の能力が確認できた。何故なら、これより低濃度では保持能力が低く、逆に高濃度では気体の溶解が困難となるからである。

本発明に係る気体を溶解保持させた水溶性ゲルは、医療産業、化粧品産業、水処理産業、食品産業及び化学薬品産業等の分野で広い利用可能性を有するものである。

本発明による水溶性ゲルの製造装置の概要を示す説明図である。 ポリグルタミン酸架橋物の原料であるポリグルタミン酸（ＰＧＡ）の分子構造図である。 ポリグルタミン酸架橋物の分子構造図である。

符号の説明

Ｗは水、
Ｇはポリグルタミン酸架橋物
Ｓは気体
Ｐは水溶性ゲル
Ｑは水溶性ゲルの凍結物
１は水供給管
２はポリグルタミン酸架橋物供給管
３は気体供給管
４は攪拌機
５は気体噴出ノズル
６は攪拌タンク
７は水溶性ゲル取出口
８は冷凍装置

Claims (7)

1. 水とポリグルタミン酸架橋物又はポリグルタミン酸及びその架橋物との混合物内へ気体を噴出させ、常温、大気圧下における気体の水に対する飽和溶解濃度以上の高濃度で気体を溶解保持させたことを特徴とする気体を溶解保持させた水溶性ゲル。
2. ポリグルタミン酸架橋物の混合濃度を０．０５〜０．２ｗｔ％とするようにした請求項１に記載の気体を溶解保持させた水溶性ゲル。
3. 気体をオゾンガス、酸素ガス又は炭酸ガスとすると共に、混合物内へ気体を噴出させるようにした請求項１又は請求項２に記載の気体を溶解保持させた水溶性ゲル。
4. 酸素を少なくとも１４．０ｍｇ／ｌ以上含有する請求項１、請求項２又は請求項３に記載の気体を溶解保持させた水溶性ゲル。
5. ポリグルタミン酸架橋物と水との混合物内へ気体を噴出させ、常温、大気圧下における水に対する気体の飽和溶解濃度以上の高濃度で気体を溶解保持させて凍結体としたことを特徴とする気体を溶解保持させた水溶性ゲルの凍結物。
6. ポリグルタミン酸架橋物の混合濃度を０．０５〜０．２ｗｔ％とすると共に、気体を酸素、オゾン又は炭酸ガスとし、混合物内へ気体を噴出させるようにした請求項５に記載の気体を溶解保持させた水溶性ゲルの凍結物。
7. 解凍後に酸素を少なくとも１５．０ｍｇ／ｌ以上含有する請求項５又は請求項６に記載の気体を溶解保持させた水溶性ゲルの凍結物。

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