JPH08253302A - 酸素発生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 酸素発生器の酸素発生剤である過酸化水素水
をゲル化することで、取り扱いの容易さ及び安全性を高
め、小型軽量で少量の酸素発生用から医療用の多量の酸
素発生用までと、幅広く酸素を発生させることを可能に
した特徴をもつ酸素発生器を提供する。 【構成】 酸素発生器１の反応槽１０に、必要量の塩化
カルシウム水溶液３を入れ、高分子吸水ポリマーと必要
濃度の過酸化水素水を使用して製造したゲル化酸素発生
剤４１を入れ、最後に過酸化水素分解触媒４２を入れる
と酸素２を発生する。上蓋３０を閉塞すると酸素導入口
１３をとおり、加湿洗浄槽２０内の焼結板２２をとお
り、洗浄水２３をとおり、酸素出口３２より酸素２が得
られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、安価で酸素含有率の高
い過酸化水素水を使用する酸素発生器の取り扱いの容易
さ及び安全性を高めるため、過酸化水素水をゲル化して
使用することにより、小型軽量で少量の酸素発生用から
医療用の多量の酸素発生用までと、幅広く酸素を発生さ
せることを可能にした特徴をもつ酸素発生器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、手軽で安価に酸素を吸入てきる酸
素発生器が望まれている。また、良質の酸素の吸入は、
救急医療の他、新陳代謝の増進や体力回復等の効果があ
ることが指摘されている。

【０００３】酸素の供給方法には、高圧の医療用酸素ガ
スボンベ（最高１５０気圧）、低圧のスプレータイプの
携帯用酸累ガスボンベ、酸素ガス透過膜による酸素発生
機、窒素ガス吸着により酸素ガスを得る酸素発生機、化
学的に反応させて酸素ガスを取り出す酸素発生器が商品
化されている。

【０００４】しかし、高圧ガスボンベタイプは、高圧ガ
スを扱うことの危険性があり、容器の定期検査、保管中
に漏洩する恐れ等があり面倒であり、在宅医療が今後ま
すます増加する傾向にあって医者からも敬遠されつつあ
る。

【０００５】ガス透過、吸着タイプは、機械が大きくて
運転使用時に圧縮機の騒音があり、メインテナンスが必
要で又そのガス透過膜の面積を小さくできないため携帯
用にはならない等の欠点がある。

【０００６】化学的に酸素を発生させるには、酸素発生
剤として炭酸ナトリウム・過酸化水素付加物、過酸化カ
ルシウム、過酸化水素水等の過酸化物に、触媒を作用さ
せて（必要な場合は水等も使用）分解する方法が一般的
である。これは、酸素発生剤の形状が粉末、顆粒、固形
と比較的携帯に便利なため、酸素発生器と水と触媒があ
ればいつでも新鮮な酸素が得られる利点がある。

【０００７】本出願人は、上記酸素発生剤の中の一つで
ある炭酸ナトリウム・過酸化水素付加物に着目し、その
化学反応を制御するために触媒に工夫をこらし、一定流
量の酸素の発生を実現し、特公昭６０−４４２４２号
（特許１３２１７９２号）として公にした。その他、特
開平２−２９６７０２号（酸素発生方法）、特開平３−
１４１１０１号（酸素発生ガスの発生方法）等も提案し
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記した炭酸ナトリウ
ム・過酸化水素付加物は、過酸化物の中で唯一消防法の
危険物に該当せず、毒物劇物取締法にも該当しないた
め、郵便、宅配便等を利用し世界各国に送れ、酸素発生
器と水さえあれば酸素を吸入できるという大きな利点が
ある。

【０００９】しかし、その炭酸ナトリウム・過酸化水素
付加物を酸素発生剤として使用した酸素発生方法は、次
の欠点を有している。第一に継続的に長時間使用する場
合には、その都度水と炭酸ナトリウム・過酸化水素付加
物（１００ｇで約１０ｌの酸素発生量）を交換しなけれ
ばならない。

【００１０】第二に反応が終了し酸素発生器に残った液
は、ＰＨ１１と強アルカリ性のため廃棄の際には多量の
水を一緒に流さなければならない。

【００１１】それらを解決するため、炭酸ナトリウム・
過酸化水素付加物に比較して同じ重量で約１２倍の酸素
を（３５％濃度の過酸化水素水の場合１００ｇで約１２
０ｌの酸素発生量）保有し、反応終了液が水（中性）と
なる過酸化水素水そのものを利用することに着目した。

【００１２】そこで過酸化水素水を使用して酸素発生器
を開発するにあたり、過酸化水素水そのものがもつ欠点
を挙げてそれらを改良する方法を見いだす。

【００１３】第一に３５％濃度以下の過酸化水素水は消
防法の危険物には該当しないが、毒物及び劇物取締法の
劇物に該当（６％濃度以下を除く）する。

【００１４】第二に過酸化水素水はその名のとおり液体
のため身体その他に付着しやすく、劇物であるために、
身体に付着した場合には皮膚表面が白く変化したり、痛
みを伴ったりすることがある。

【００１５】第三に過酸化水素水が液体のため、保管又
は搬送時において容器の破損等があった場合、周囲に飛
散しやすく、回収も非常に難しい。

【００１６】本発明はそれらの間題点を解決し、すなわ
ちその過酸化水素水の取り扱いを容易にし、安全で酸素
発生終了後の廃液にも考慮した酸素発生器を提供するこ
とを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、各種研究開発を行ったところ、本発明のとおり、保
管又は搬送時のときには、酸素発生剤である過酸化水素
水をゲル化し、酸素発生使用時には元の過酸化水素水に
戻して使用する。それにより、少なくとも保管又は搬送
時の万一の破損等に際し、過酸化水素水の液体飛散等が
防げ、身体に触れた場合でもゲル状態のため最小限の接
触面積となり安全性が高くなった。

【００１８】一般に液体をゲル化する方法は種々考えら
れる。しかし、本出願人が要求する理想的な過酸化水素
水のゲル化の状態とは、保管又は搬送時には強度の強い
ゲルとして作用し、酸素発生使用時にゲル化を解除した
ときにゲル化に使用した物質を容易に分離できることで
ある。したがって、澱粉、ＰＶＡ（ポリビニールアルコ
ール）等のように、溶液中に溶けて分離が難しい物質は
該当しない。

【００１９】本出願人は、ゲル化に最適な物質を究明す
るため、各種テストを行った。その結果、紙おむつ、生
理用品等に幅広く使用されている高分子吸水ポリマーが
ゲル化物質として最適であることを見いだした。

【００２０】高分子吸水ポリマーにはその性質上、各種
の原材料からなる製品がある。例えばアクリル酸ソーダ
系重合体、アクリル酸カリウム系重合体、澱粉アクリル
酸グラフト共重合体などである。

【００２１】それらの中から本出願人の酸素発生器の目
的にあった過酸化水素水のゲル化に使用する最適な高分
子吸水ポリマーを選ぶ場合、基準となる性能は五つあ
る。

【００２２】第一は、選択する高分子吸水ポリマーの吸
水（過酸化水素水）が過酸化水素水の濃度（３５％重量
濃度以下）によらず、変わらないこと。

【００２３】第二は、選択する高分子吸水ポリマーの重
量に対する、吸水倍率（２０倍〜５００倍位までが品揃
えされている）が高いこと。これは、吸水倍率が高い高
分子吸水ポリマーを低い吸水倍率で使用した場合、吸水
能力に余裕ができ、実際の製造上その他の面で好結果を
もたらすためである。

【００２４】第三は、選択する高分子吸水ポリマーの吸
水（過酸化水素水）後のゲル強度が強いこと。これは、
選択する高分子吸水ポリマーがもつ化学構造に起因す
る。

【００２５】第四は、選択する高分子吸水ポリマーでゲ
ル化したゲル化過酸化水素水のゲル化を解除し、元の過
酸化水素水に戻せる構造を有する高分子吸水ポリマーで
あること。これは、せっかくゲル化しても解除できなけ
れば、酸素発生の際に過酸化水素水が本来持っている素
早い反応性としての性質を発揮できないためである。

【００２６】第五は、ゲル化を解除したあとに、選択す
る高分子吸水ポリマーが二度と吸水（過酸化水素水）せ
ず、粗な状態になり、網などで漉し分けるとができるこ
とである。

【００２７】本出願人は、各種ある高分子吸水ポリマー
を選択する過程の中で、本出願人の目的に合致する高分
子吸水ポリマーが、アクリル酸ソーダ系重合体であるこ
とを見いだした。本出願の酸素発生器に使用する場合に
おいて、アクリル酸ソーダ系重合体以外の高分子吸水ポ
リマーでゲル化しても必ずしも悪くない。

【００２８】選択した高分子吸水ポリマーの中のアクリ
ル酸ソーダ系重合体は、過酸化水素水の濃度（３５％重
量濃度以下）に関係なく、水と同じように過酸化水素水
を吸収し、吸水倍率も高く（３００倍程度）、強固にゲ
ル化し、以下に詳しく述べるように、ゲル化を解除し易
く、ゲル化を解除した後は二度と吸水（過酸化水素水）
せず、粗な状態になり、網などで漉し分けることができ
る。

【００２９】さて、高分子吸水ポリマーの製造販売会社
は、国内において大手で約１０社程あり、高分子吸水ポ
リマーの基本的な開発はいったん吸収した水（尿、血液
等）をいかに強く保持し、外からの圧力その他でゲルが
破壊されないことを目標としており、ゲル化を解除する
方向ではない。

【００３０】ここで、本出願人は、ゲル化した過酸化水
素水のゲル化を解除する方法を多数実験し検討した。そ
れらの中で本出願人は、ゲル化した過酸化水素水のゲル
化の解除には、高分子吸水ポリマーの化学構造上より起
因する欠点とされる「金属塩からなる電解質溶液はゲル
化しないか若しくはしにくい」という性質を逆に利用す
ることが非常に有効であることを見いだした。

【００３１】すなわち、いったんゲル化した過酸化水素
水に、金属塩からなる電解質溶液を添加（注入）した場
合、極めて短時間（数秒）にゲル化を解除し、抱いてい
た過酸化水素水を放出し、放出後の高分子吸水ポリマー
は、二度と吸水（過酸化水素水）せず、粗な状態にな
り、網などで漉す分けることが容易にできた。

【００３２】本出願人は、いろいろな金属塩からなる電
解質溶液を多数実験し、検討した結果、２価の金属塩
（特に塩化カルシウムが安全で安価である）が一番有効
であることも見いだした。

【００３３】

【作用】反応槽に必要な量の塩化カルシウム溶液を入れ
た酸素発生器を用意し、ゲル化した過酸化水素水を加
え、次に分解触媒を加えると酸素が発生する。

【００３４】これは、過酸化水素水をゲル化させるのに
使用した高分子吸水ポリマーが、塩化カルシウム溶液に
よりゲル化を解除され、過酸化水素水を遊離し、その遊
離した過酸化水素が触媒により分解し、酸素を発生した
ものである。

【００３５】触媒には、過酸化水素分解触媒であるカタ
ラーゼ等の酵素、二酸化マンガン等の金属触媒が考えら
れ、固定的に酸素発生器内におくか、投入する。それら
の反応による酸素発生のメカニズムを反応式により示す
と次のようになる。

【００３６】

【化１】

【００３７】

【実施例】以下、本発明の具体的な内容を実施例をもと
に説明する。本発明における酸素発生器に使用される酸
素発生剤は、過酸化水素水であり、ゲル化に使用する物
質は、高分子吸水ポリマーであり、ゲル化を解除する物
質は、金属塩の電解質溶液である。

【００３８】より具体的に説明すると、過酸化水素水
は、必要な酸素発生量に合わせ濃度を（ただし、３５％
重量濃度以下を使用）調整し使用する。過酸化水素水の
濃度を調整するときには、異物（特に金属又は金属塩等
の分解物）を混入しないことが必要である。異物が混入
されている場合、その異物で過酸化水素水が分解され、
酸素ガスを発生したり、ゲルが緩んだりして好ましくな
い。

【００３９】ゲル化に使用する高分子吸水ポリマーは、
アクリル酸ソーダ系重合体が最適であることは、上記の
とおりである。

【００４０】金属塩の水溶液を使用しゲル化を解除する
が、その金属塩の内から２価の金属塩がよく、その中で
も塩化カルシウムが最適であることも上記に開示した。

【００４１】上記に開示した物質等を使用して、過酸化
水素水をゲル化させるが、高分子吸水ポリマーと過酸化
水素水の混合比率は、実験の結果及び高分子吸水ポリマ
ーのコストを考慮し、過酸化水素水の重量の１％〜５％
（高分子吸水ポリマーの重量に対し過酸化水素水の重量
は、１００倍〜２０倍）で使用する。

【００４２】ゲル化した過酸化水素水を得るには二つの
方法がある。第一は、あらかじめ上記の比率の高分子吸
水ポリマーと過酸化水素水を容器の中で混合し、ゲル化
させる。次にそのゲル状体を計量し、アルミの袋、プラ
スチックの箱等の容器に入れて密閉し、酸素発生使用時
まで保管する方法であり。

【００４３】第二は、より連続生産の可能な方法とし
て、あらかじめ上記の比率の高分子吸水ポリマーと過酸
化水素水をアルミの袋、プラスチックの箱等の容器に直
接連続して投入し密閉すると、それらの容器の中で自然
に時間経過と共にゲル化する。その状態で酸素発生使用
時まで保管する方法である。

【００４４】図１に示す酸素発生器１において実際の酸
素発生実験をしてみた。図１の酸素発生器１は、ゲル化
させた過酸化水素水（以下、ゲル化酸素発生剤という）
と過酸化水素分解触媒４２を反応槽１０の塩化カルシウ
ム水溶液３に加えて酸素を発生させる時において、発生
した酸素２の漏洩を防止するため、パッキン３１を介在
させた上蓋３０を閉塞して使用する。

【００４５】この酸素発生器１には、酸素２を発生させ
るための反応槽１０が形成され、この反応槽１０の中途
部には網体からなる反応棚１１（平成４年７月２７日出
願の実願平４−５８１０１号を参照）が形成されてい
る。この反応棚１１には無数の網孔１２が形成されてい
る。そして、反応槽１０には塩化カルシウム水溶液３が
入れられている。

【００４６】酸素発生使用時には、図２に示すとおり例
えばアルミの袋４０を開封して、中に封入されたゲル化
酸素発生剤４１を塩化カルシウム水溶液３内に投入す
る。次に上記に示した過酸化水素分解触媒４２を同じく
投入する。

【００４７】酸素が発生し始めるので、上蓋３０を閉め
る。それにより、反応槽１０の内圧が高まり、酸素は酸
素導入口１３を通過し加湿洗浄槽２０の底部２１に達
し、焼結板２２を通し細かい泡となって洗浄水２３をと
おり酸素出口３２に達する。そこから先は、酸累マス
ク、鼻孔カニューラ等を用い吸入する。

【００４８】［実験例］ １、高分子吸水ポリマー（アクリル酸ソーダ系重合体） ３ｇ ２、過酸化水素水（２０重量％） １００ｇ を使用し、ゲル化酸素発生剤をつくり、触媒として１ｇ
当たり５万単位のカタラーゼを６ｇ使用して５％塩化カ
ルシウム水溶液中で酸素を発生させた。

【００４９】上記の発生させた酸素を酸素出口３２より
チューブにて取り出し、酸素流量計につなぎ経時的に酸
素の流量を測定した。結果を表１に示す。

【００５０】

【表１】

【００５１】

【発明の効果】本発明は上記したとおり、過酸化水素水
をゲル化させることにより、安全で酸素発生効率の良い
酸素発生剤を用いた酸素発生器を提供できた。すなわ
ち、本出願人が開発販売している炭酸ナトリウム・過酸
化水素付加物を使用した卓上型の酸素発生器（炭酸ナト
リウム・過酸化水素付加物１００ｇから１０ｌの酸素）
に比較して、同じ重量のゲル化酸素発生剤を使用した場
合、２倍（６％の過酸化水素水をゲル化した場合で１０
０ｇから２０ｌの酸素）から１２倍（３５％の過酸化水
素水をゲル化した場合で１００ｇから１２０ｌの酸素）
の酸素を安定的に供給できた。

【００５２】すなわち、本発明により必要に応じポケッ
タブルタイプから医療用の長時間タイプまで水の交換な
しに、需要に応じた酸素発生器を開発できる可能性を広
げる等種々の有益な効果を奏する。

【００５３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の酸素発生器の実施例を示す図である。

【図２】ゲル化酸素発生剤を入れたアルミの袋の斜視図
である。

【符号の説明】

１ 酸素発生器 ２ 酸素 ３ 塩化カルシウム水溶液 １０ 反応槽 １１ 反応棚 １２ 網孔 １３ 酸素導入口 ２０ 加湿洗浄槽 ２１ 底部 ２２ 焼結板 ２３ 洗浄水 ３０ 上蓋 ３１ パッキン ３２ 酸素出口 ４０ アルミの袋 ４１ ゲル化酸素発生剤 ４２ 過酸化水素分解触媒

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 保管又は搬送時に、過酸化水素水をゲル
   化させる物質として高分子吸水ポリマーを使用し、酸素
   発生使用時にゲル化した過酸化水素水のゲル化を解除す
   る物質として一価又は多価金属塩類の電解質溶液を加え
   てゲル化を解除し、過酸化水素水を遊離し、遊離した過
   酸化水素水に過酸化水素水の分解触媒を作用させ、酸素
   を発生させることを特徴とした酸素発生器