JPH04504102A - 前駆体の制御反応による所望の生成物の制御放出 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 前駆体の制御反応による所望の生成物の制御放出発明の背景 本発明は、所望の生成物の制御放出に関し、さらに詳細には、前駆体化合物の制 御反応による所望の生成物の制御放出に関する。

工業用及びヘルスケア用の酸素（０□）は、はとんど液体空気の蒸留により製造 される液体酸素より得られる。ある特定の例において、水の電気分解により限ら れた量の酸素が得られる。ある種の化学物質及び化学反応も酸素を形成するが、 これは実際的ではなく、通常の用途に対する酸素の通常の製造法ではない。

同様に、工業用及びヘルスケア用の二酸化炭素（Ｃｏ□）は、アンモニア製造に おける合成ガス、置換天然ガス製造、炭化水素のクラブキング、及び天然鉱井よ り回収される。実験室用には、炭酸塩に対する酸の作用により得られるが、これ は通常の用途に対する二酸化炭素の実用的製造方法ではない。

酸素源は通常圧縮ガスもしくは極低温貯蔵タンク又は重く取扱いが不便なシリン ダーの使用を含む。一方電気分解は電源を必要とする点で不便である。二酸化炭 素は通常重く取扱いが不便なスチールシリンダー内で液体形状で、又は冷蔵もし くは他の特別な貯蔵条件の使用を必要とする固体形状で提供される。従って、限 られた量の酸素又は二酸化炭素を形成する簡単な源に対する要求がある。

発明の概要 本発明は、特定の反応又は触媒溶液を前駆体化合物と接触させることを含む、気 体の制御放出方法である。

図面の簡単な説明 図１は、−水和過硼酸ナトリウムの溶液からの酸素放出を説明するグラフである 。

図２は、四水和過硼酸す）　ＩＪウムの溶液からの酸素放出を説明するグラフで ある。

図３は、異なる触媒溶液を用いた場合の一水和過硼酸ナトリウムの溶液からの酸 素放出を説明するグラフである。

図４は、過硼酸す）　ＩＪウムからの酸素の制御放出を説明するグラフである。

図５は、本発明において使用する装置の略図である。

図６は、本発明において使用する他の装置の略図である。

図７は、本発明において使用するさらに他の装置の略図である。

図８は、過酸化尿素からの酸素の制御放出を説明するグラフである。

本発明の詳細な説明 本発明は、前駆体化合物と特定の反応もしくは触媒溶液との反応及び前記特定の 反応もしくは触媒溶液と前駆体化合物との制御接触の組み合せによる所望の生成 物もしくは材料の制御放出方法に関する。この制御放出のメカニズムは以下のよ うに表わされる。

前駆体化合物　所望の生成物の制御放出好ましい実施態様において、本発明は０ ２の前駆体化合物である過酸素化合物、又はＣＯ□の前駆体化合物である炭酸も しくは炭酸水素化合物を含むユニットの形をとる。この実施態様における所望の 生成物の制御放出は適当な触媒もしくは反応溶液とそれぞれの前駆体化合物との 制御接触により制御放出される０□又はＣＯ□である。例えば、酸性溶液はほと んどの０２及びＣ０２前駆体化合物用の反応溶液として作用する。二酸化マンガ ンは過酸素月の触媒として作用する。

酸素を製造するため、本発明は通常酸素前駆体と呼ばれる化合物、すなわちある 化学条件において最終生成物として酸素を放出する化合物の使用を含む。過酸化 水素（Ｈ２０□）が酸素前駆体の例であり、本発明において好適である。しかし 、本発明に対し、Ｈ２Ｏ２よりも好適でありそして取扱い容易な他の化合物も存 在する。

酸素の製造用の本発明において好ましい化合物はペルオキシ又は過酸素化合物と して公知であり、漂白及び洗剤産業並びにヘルスケア産業において公知である。

このタイプの化合物は、好適な条件において、酸素発生体として本発明において 用いてよい。過酸素化合物は通常過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）の前駆体であり、従っ て酸素の前駆体化合物である。過酸（ペルオキシ酸）、その前駆体、及びこれら の塩はすべて過酸素化合物の良好な源である。

二酸化炭素製造用の本発明において好ましい化合物は炭酸及び炭酸水素のアルカ リ金属及びアルカリ土類金属塩、例えば炭酸水素ナトリウムである。このタイプ の化合物は、好適な化学条件において、二酸化炭素発生体として本発明において 用いてよい。

上記のように、過酸素化合物は漂白及び洗剤産業並びにヘルスケア産業により酸 化剤として使用又は考慮されてきた。

これらの試剤の酸化力はその製造及び「活性酸素」の放出より得られる。これは 酸素が普通の０２よりもずっと高い酸化能を有する、従ってより強い酸化もしく は漂白作用を生ずる場合のいわゆる「−重項」状態にある酸素を意味する。普通 の０□ガスはほんの小さな酸化力を有するのみであるが、それにもかかわらず、 いわゆる起沸作用によりペルオキシ化合物漂白作用を助ける。しかし、その力は 本発明に対し重要ではない。

本発明において、普通のガス、例えば酸素又は二酸化炭素のみが関係する生成物 である。本発明の主要な用途は生きている植物又は動物の呼吸を助ける又は維持 することである。

しかし、本発明は酸素又は二酸化炭素の供給を続けることを望むあらゆる環境に おいて用いてよい。例えば、そのようなシステムに対する要求がある１つの領域 は筒用に用いられる魚である。現在、餌として用いられる魚を貯蔵及び輸送する 間、この魚を維持するため十分な酸素の供給を得られない。

本発明はそのような餌を貯蔵しそして用いることのできる時間を実質的に延長す る。他の用途は水槽内の魚又は店から水槽へ移される魚に対する酸素の一時的源 である。また、例えば給気ポンプの使用が不可能な状況において、本発明は酸素 を供給するため用いることができる。魚に対する酸素源を提供するため本発明を 用いる場合、水のｐＨを魚に許容されるレベルに保つことが重要である。これを 行なうための１つの方法は、酸素前駆体として過酸化尿素を用いることである。

他の方法は中性ｐＨを保つ化合物、例えば硫酸カルシウムのような酸性カルシウ ム塩を含むことである。

他の可能な用途は、空気品質が悪い密閉領域におけるような緊急量の酸素が必要 な状況を含む。本発明を用いることにより、適当量の酸素が空気中に保たれる。

本発明の使用は、酸素が呼吸に必須である状況に限定されない。また、換気が不 十分な部屋におけるような、すでに存在する酸素の量を増すために本発明を用い てよい。他の用途は燃焼を助けるため追加量の酸素を提供することである。

本発明は、軽便な、及び／又は液体中に浸漬でき、そして容易に取り換えること のできる、安価なそして簡単な使い捨て酸素形成又は二酸化炭素形成ユニットの 製造を含む。

０２前駆体化合物の例は以下のものである。

無水過硼酸す）　ＩＪウム（理論０２含量１９％）−水和過硼酸す）　ＩＪウム （理論０□含量１６％）四永和過硼酸す）　ＩＪウム（理論０２含量１０．４％ ）過炭酸すｌ−ＩＪウム（理論０２含量１５．３％）過酸化尿素（理論０□含量 １７％） 種々のベルカルボン酸、ペルオキシ琥珀酸及びその誘導体のような過酸 ジペルオキシイソフタル酸 六水和モノペルオキシフタル酸マグネシウムモノ過硫酸カリウム はとんどの上記化合物は水と接触した際に０２を発生する。

ｐＨ及び溶解度は０２発発生度に影響を与える重要な因子である。水の使用は過 炭酸ナトリウム及び過硼酸ナトリウム（無水物又は−水和物）のようなＨ２Ｏ２ 前駆体に対し時には十分である。過酸化尿素及び過硼酸ナトリウムの四水和物の ような他の化合物を用いる場合、その水中の安定性又は限られた溶解性は触媒を 用いない限り０２発発生度は不十分になる。

さらに、０□は典型的には最初に形成したＨ２Ｏ２の分解より得られるので、十 分な０２発発生度を有する化合物を用いる場合でさえも０２へのＨ２Ｏ２の分解 を促進する触媒を用いることが有利である。遷移金属塩及び錯体、特にエチレン ジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）キレートが好適な化合物である。

０２発発生度はいずれかの成分の濃度又は量を変えることにより調節される。触 媒又は０□前駆体化合物のいずれかは液体又は固体形状で用いてよく、ただし液 体は成分の間の反応を確実にするため存在する。

酸素前駆体は制御された方法で酸素放出化合物に導入されるか、又は酸素放出化 合物が酸素前駆体に導入される。

触媒が酸素発生（放出）の速度を高める様子は図１〜４にみられる。図１及び２ は、過硼酸ナトリウムからの酸素の発生が触媒として用いられる鉄ＥＤＴＡの濃 度を高めることによりいかに増すかということを示している。

図３は、鉄ＥＤＴＡの使用に対する触媒として塩化第二鉄を用いた場合の過硼酸 す）　ＩＪウムからの酸素放出を比較している。

速度は異なるサイズの混合物及びコーティング及び／又は溶解の速度をおさえる コーティングを用い又は用いず酸素前駆体化合物をペレットにする又は小片にす ることにより調節される。溶解速度の調節に用いられるコーティングは当業者に 公知である。

０２発発生度を調節する他の方法は、制御された速度で他の成分と接触する成分 の１つ、例えば水（又は触媒溶液）又は酸素前駆体化合物を有することである。

この方法において、特定の所望の速度が得られる。図４は、０．１Ｍ鉄ＥＤＴＡ の溶液の添加による粉砕−水和過硼酸ナトリウム及び四水和過硼酸すｌ−ＩＪウ ムからの酸素の制御された放出を示している。

矢印は鉄ＥＤＴ’Ａの添加の時間を示している。各ケースにおいて、Ｑ、］、ｍ ｌを加え、ただし最初の添加は０．０５ｍ１加えた。

溶液の供給速度を調節する種々の方法が当業者に公知である。例えば、 （１）液体を放出するため発生したガスの一部を用いることによる、 （２）重量、噴射ガス圧又は調節された大きさの出口を通る液体の力の組み合せ により作動されるピストンの使用による、 （３）綿のような吸収材の毛管作用による図５は、酸素又は二酸化炭素の制御放 出用の好適な装置を示している。チューブ１０の開口部は微孔質疎水性プラスチ ックキャップ１２であおわれている。キャップ用にこの材料を用いることにより 、発生したガスは逃げることができ、同時に水の進入を防ぐ。チューブ１０の底 には小片にされた酸素又は二酸化炭素前駆体、例えば過酸化尿素が存在する。ガ スの発生を開始するため、キャップ１２を取り除き、水又は触媒の溶液をチュー ブ１０に注ぐ。キャップ１２をもどし、ガスの発生が開始し、ガスの泡は液体を 通り上昇し矢印２０゜２２及び２４に示すようにキャップ１２を通り逃げる。図 ５の装置は、餌として用いられる魚への酸素の供給用に好適である。

図６は、ガスの制御放出用の他の好適な装置を示している。

外部容器３０は所望の量のガス前駆体３２を有する。内部容器３４は、用いられ るガス前駆体により異なる、水又は触媒溶液である液体３６でみたされている。

ピストン３８は液体の移動を助け、そして例えばそれ自身の重量により又はスプ リング（示していない）の力により動かされる。液体３６は出口４０を通し放出 される。出口４０を通る液体３６の速度を調節するため、出口４０の内径を変え る又は出口４０内に多孔質プラグを用いることを含む種々の方法を用いてよい。

多孔質プラグ４２は容器３０用のカバーであり、ガス４４の脱出を許容する。チ ューブ４６は内部容器３４の上部の圧力を平衡にし、より均一な液体３６の流速 を与える。

図７は、ガスの制御放出用のさらに他の好適な装置を示す。

容器５０は、少なくとも１つの液体入口及び１つのガス出口がある限りどのよう な形状であってもよい。図７の装置において、コツトンプラグ５２が装置の両端 に取り付けられ、ガス放出組成物５６の中心を通るコツトン芯５４へ液体が達す るようにする。好適な酸素放出組成物５６は過酸化尿素と二酸化マンガンの混合 物である。液体とガス放出組成物５６との接触により発生したガスは微孔質プラ グ５８を通って出る。

好ましい微孔質プラグはセラミックであり、市販入手可能である。

図８はコツトンプラグと芯の毛管作用により接触した水の結果としての１５ｇの 過酸化尿素からの酸素放出を示すグラフである。

装置５，６、及び７の他の好適な形状は当業者に明らかであろう。

本発明及びその利点をさらに説明するため、以下に実施例を示すが、これは単な る例であって本発明の範囲を限定するものではない。

例１ １０ｇの過酸化尿素を含む、図５に示したような、水に沈めるため重りを付けた 装置に、２５ｍ１の鉄ＥＤＴＡの０．０２Ｍ溶液を加える。チューブ上にキャッ プをもどし、混合物を撹拌し成分を混合する。次いでこの装置を魚餌の１ガロン のバケツに入れ、そこで約１００ｍ１／時間の速度で９時間酸素が放出される。

例２ １４ｇの過酸化尿素及び０．９ｇの二酸化マンガンを含む図７に示したような装 置を長さ２〜３インチの小さな魚を２ダース含む２ガロンのバケツに入れた。過 酸化尿素からの副生成物である尿素は魚に許容されたようである。

本発明を種々の好ましい実施態様で示したが、当業者はその精神より離れること なく変形を行ってよいことを知っているであろう。従って、本発明の範囲は請求 の範囲によってのみ限定される。

時間（分） 時間（分） 時間（分） 時間（分）

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. １．特定の反応又は触媒溶液を前駆体化合物と制御して接触させることを含む、 気体の制御放出方法。
2. ２．気体が酸素又は二酸化炭素である、請求項１記載の方法。
3. ３．前駆体が酸素放出化合物である、請求項１記載の方法。
4. ４．反応又は触媒溶液が水である、請求項１記載の方法。
5. ５．反応又は触媒溶液が酸性である、請求項１記載の方法。
6. ６．酸素放出化合物が過酸化尿素である、請求項３記載の方法。
7. ７．酸素前駆体を酸素放出化合物と接触させることを含む、呼吸用の酸素を供給 する方法。
8. ８．酸素放出化合物が水である、請求項７記載の方法。
9. ９．酸素放出化合物が触媒化合物である、請求項７記載の方法。
10. １０．酸素前駆体が、過硼酸塩、過炭酸塩、過酸化物、又は過酸である、請求項 ７記載の方法。
11. １１．酸素前駆体が過硼酸ナトリウム、過炭酸ナトリウム、過酸化尿素、ペルオ キシ琥珀酸、ジペルオキシイソフタル酸、六水和モノペルオキシフタル酸マグネ シウム、又はモノ過硫酸カリウムである、請求項１０記載の方法。
12. １２．触媒化合物が溶液中にあり、酸素放出速度が触媒化合物の濃度により調節 される、請求項７記載の方法。
13. １３．触媒化合物が溶液中にあり、酸素放出速度が酸素前駆体への触媒化合物の 溶液の供給速度により調節される、請求項７記載の方法。
14. １４．酸素前駆体が固体形状であり、酸素放出速度が酸素前駆体の溶解速度によ り調節される、請求項７記載の方法。
15. １５．気体前駆体化合物、特定の反応又は触媒溶液を制御導入する装置、及び気 体を放出する装置を含む、気体の制御放出装置。
16. １６．制御導入装置が毛管作用装置である、請求項１５記載の装置。
17. １７．毛管作用装置がコットン芯である、請求項１６記載の装置。
18. １８．気体を放出する装置が微孔質セラミックプラグである、請求項１５記載の 装置。
19. １９．気体前駆体化合物が過酸化尿素であり、特定の反応又は触媒溶液の制御導 入装置がコットン芯であり、そして気体を放出する装置が微孔質セラミックプラ グである、請求項１５記載の装置。
20. ２０．酸素前駆体、酸素放出化合物、及び酸素放出化合物と前駆体とを制御して 接触させる装置を含む、酸素の制御放出装置。
21. ２１．酸素放出化合物が触媒化合物である、請求項２０記載の装置。
22. ２２．触媒化合物が溶液中にある、請求項２１記載の装置。
23. ２３．溶液が固体形状の前駆体に制御された方法で放出される、請求項２０記載 の装置。