KR101383023B1 - 산소발생 조성물 - Google Patents

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KR101383023B1
KR101383023B1 KR1020120145618A KR20120145618A KR101383023B1 KR 101383023 B1 KR101383023 B1 KR 101383023B1 KR 1020120145618 A KR1020120145618 A KR 1020120145618A KR 20120145618 A KR20120145618 A KR 20120145618A KR 101383023 B1 KR101383023 B1 KR 101383023B1
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oxygen
silica
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KR1020120145618A
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김민곤
안준형
문효영
백종태
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광주과학기술원
(주)씨아이제이
한국생명공학연구원
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Abstract

본 발명은 화학 반응에 의해 산소를 발생하는 산소발생 조성물에 관한 것으로, 상세하게, 본 발명에 따른 산소발생 조성물은 초산화칼륨(potassium superoxide), 망간산화물 및 실리카를 함유한다. 이에 의해, 산소발생을 위한 물질수지 상으로 물이 필요하지 않는 장점이 있으며, 이론적 수치에 일치 내지 근접한 대량의 산소가 발생 가능한 장점이 있다.

Description

산소발생 조성물{An Oxygen Generation Composition}
본 발명은 화학반응에 의해 산소를 발생하는 산소발생 조성물 및 산소발생 기재에 관한 것으로, 상세하게, 다량의 순수한 산소의 발생이 가능하며, 산소 발생 속도가 제어된 산소발생 조성물에 관한 것이다.
현재 널리 이용되고 있는 산소 발생 기술은 크게 전기분해법, 화학반응법, 물리적 방법, 그리고 자급식 산소발생법으로 나뉜다.
전기분해법은 물 또는 기체의 물질에 대한 극성의 차이와 기체분자 크기의 상이성을 이용하여 기체를 분리하는 방법이다. 이는 전통적으로 많이 사용되는 방법으로서 산소를 발생할 때 소음이 없는 장점이 있지만, 전기의 소모가 많고 장비 구성에 따른 소모품의 가격이 높을 뿐만 아니라 순수한 물을 이용해야 하는 등 설비 및 관리면에서 여러 제약조건이 수반된다. 특히 물의 전기분해에 의해 생성되는 수소는 인화성을 가지므로 화재현장에 사용하기에는 제약이 따른다.
화학반응법은 물, 과산화수소, 과탄산소다 및 알코올 등과 금속산화물을 반응시키거나 화학물질을 열분해하여 산소를 발생시키는 방법이다. 과탄산소다에 이산화망간이나 특정 효소를 촉매로 이용하여 물과 함께 반응시킴으로써, 산소를 쉽게 발생시키는 장점이 있지만 발생시간이 극히 짧아 응급을 요하는 환자에게 임시로 산소를 투여하는 정도로 사용할 수밖에 없다. 최근 대한민국 공개특허 제2012-0114504호와 같이, KO2와 망간산화물을 혼합한 분말을 이용하여 비상시 사용자에게 공급함으로써 유독가스로부터 질식사를 방지하기 위한 휴대용 자가 산소호흡장치가 개발된 바 있다. 하지만, 발열반응이 강하게 나타남으로 인해 부가적인 장치를 통해 온도를 낮춰주는 과정이 필요해져 부피가 커지게 됨으로 인해 휴대성에 제약이 있고, 산소호흡장치 내의 압력이 올라가게 되어 화재같은 위험 상황에서의 폭발성에 대한 위험성이 있다.
물리적 방법은 기체의 물질에 대한 극성의 차이와 기체분자 크기의 상이성을 이용하여 기체를 분리하는 막분리방식과 결정성 고체 물질이 제올라이트 및 실리카 등을 이용한 흡탈착 원리를 이용하여 기체를 분리하는 PSA (Pressure Swing Adsorption)기술 등이 있다. PSA 방식은 흡착제의 선택적 흡착력을 이용하여 공기 중의 질소와 산소를 분리하는 장치로서 흡.찰탁에 고합의 공기를 통과시키고 흡착, 균압, 탈착의 연속 동작을 통해 질소, 산소 가스를 생산하는 방식으로 이는 고순도의 산소를 발생시킬 수 있으며, 직접 흡입해도 중독의 위험성이 없으며 적은 전력에서도 충분한 산소를 발생시킬 수 있다. RVSA (Rapid Vacuum Swing Adsorption) 방식은 기존 PSA 방식에서 가압이 아닌 대기압을 이용하여 산소를 발생시키는 방식이다. 산소부하막 방식은 일반 대기압력의 공기를 통과시켜 질소, 산소의 투과성 차이를 이용해 산소 농도를 높여주는 방식이다.
자급적 산소 발생 방식인 스프레이 방식은 기밀용기 내부에 산소를 압축 보관하였다가 필요시 방출하여 산소를 공급하는 방식으로 주로 압축산소를 이용하였다. 이 방식은 산소통의 부피로 인해 착용성과 휴대성에서 많은 문제점이 있었으며, 특히 산소통에서 공급되는 공기의 용량이 한정되어 있으므로 사용시간이 매우 짧아, 대피 시간이 긴 경우 유용하게 사용될 수 없다는 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제2012-0114504호
본 발명의 목적은 순수한 산소의 발생이 가능하고, 단위 부피 기준 산소 발생량이 현저히 증가하며, 발열 반응에 의한 온도 상승이 억제되고, 장기간 안정적이고 지속적으로 산소의 발생이 가능하며, 개인용 구명장치와 같은 소형 장치를 비롯하여 대규모 산소 발생장치에 사용 가능한 산소발생 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 순수한 산소의 발생이 가능하고, 단위 부피 기준 산소 발생량이 현저히 증가하며, 발열 반응에 의한 온도 상승이 억제되고, 장기간 안정적이고 지속적으로 산소의 발생이 가능하며, 개인용 구명장치와 같은 소형 장치를 비롯하여 대규모 산소 발생장치에 구비될 수 있는 산소 발생 기재를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물은 초산화칼륨(potassium superoxide), 망간산화물 및 실리카를 함유할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물은 알칼리금속할로겐화물을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물은 초산화칼륨 100 중량부를 기준으로, 1 내지 100 중량부의 망간산화물 및 30 내지 200 중량부의 실리카를 함유할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물은 초산화칼륨 100 중량부를 기준으로, 1 내지 100 중량부의 망간산화물 및 100 내지 1000 중량부의 실리카를 함유할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물은 초산화칼륨 100 중량부를 기준으로 10 내지 200 중량부의 알칼리금속할로겐화물을 함유할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물에 있어, 초산화칼륨의 평균 입자 크기와 실리카의 평균 입자 크기는 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.
(관계식 1)
0.1R1≤r≤0.4R1
R1은 실리카의 평균 입자 반경이며, r은 초산화칼륨의 평균 입자 반경이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물은 다공성 금속산화물을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물에 있어, 다공성 금속산화물은 다공성 알루미나, 다공성 제올라이트 및 다공성 티타니아에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물에 있어, 초산화칼륨의 평균 입자 크기와 다공성 금속산화물의 평균 입자 크기는 하기 관계식 2를 만족할 수 있다.
(관계식 2)
0.1R2≤r≤0.4R2
R2는 다공성 금속산화물의 평균 입자 반경이며, r은 초산화칼륨의 평균 입자 반경이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물에 있어, 산소발생 조성물은 초산화칼륨 100 중량부를 기준으로, 1 내지 100 중량부의 망간산화물, 30 내지 200 중량부의 실리카 및 100 내지 1000 중량부의 다공성 금속산화물을 함유할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물에 있어, 초산화칼륨, 실리카 및 망간산화물에서 하나 이상 선택되는 물질은 초산화칼륨, 실리카 또는 망간산화물의 코어-수용성 고분자의 쉘을 포함하는 코어-쉘 입자일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물에 있어, 코어-쉘 입자는 하기 관계식 3을 만족할 수 있다.
(관계식 3)
0.05R4≤R3≤0.5R4
R3는 쉘의 두께이며, R4는 코어-쉘 입자의 평균 입자 반경이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물은 물 또는 이산화탄소와 반응하여 산소를 발생할 수 있다.
본 발명은 상술한 산소발생 조성물이 수투과성 섬유로 포장된 산소발생 팩을 포함한다.
본 발명은 상술한 산소발생 조성물이 압착된 펠렛을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 펠렛은 하나 이상의 쓰레드(thread)를 더 포함하며, 상기 쓰레드의 일 단은 상기 압착된 산소발생 조성물 내부에 함입되어 위치하며, 다른 일 단은 상기 압착된 산소발생 조성물 외부에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 기재는 실리카를 함유하는 다공성 지지체; 및 상기 다공성 지지체에 담지된 초산화칼륨(potassium superoxide)과 망간산화물의 혼합물;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 기재에 있어, 상기 혼합물은 압착되어 담지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 기재에 있어, 다공성 지지체는 적어도 일 면에 기공 개구부가 위치하는 판형일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 기재에 있어, 다공성 지지체는 관통형 기공 어레이가 형성된 판형일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 기재에 있어, 혼합물은 초산화칼륨 100 중량부를 기준으로, 1 내지 100 중량부의 망간산화물을 함유할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 기재에 있어, 혼합물은 다공성 금속산화물을 더 함유할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 기재는 하나 이상의 쓰레드(thread)를 더 포함하며, 상기 쓰레드의 일 단은 압착된 상기 혼합물 내부에 함입되어 위치하며, 다른 일 단은 압착된 상기 혼합물 외부에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 기재는 물 또는 이산화탄소와 반응하여 산소를 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 산소발생 조성물은 초산화칼륨(potassium superoxide), 망간산화물 및 실리카를 함유함에 따라, 순수한 산소의 발생이 가능한 장점이 있고, 산소발생을 위한 물질수지 상으로 물이 필요하지 않는 장점이 있으며, 이론적 수치에 일치 내지 근접한 대량의 산소가 발생 가능한 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 산소발생 조성물은 입자 크기 조절, 수용성 고분자 코팅, 쓰레드를 이용한 물의 공급 및/또는 실리카 함유 지지체에 담지라는 극히 간단한 방법을 통해 장기간동안 안정적이며 일정하게 산소를 공급할 수 있으며, 발열에 의한 온도 상승을 억제할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 비교예1에서의 산소 발생 농도 및 발생량을 측정 도시한 도면이며,
도 2는 비교예2에서의 산소 발생 농도 및 발생량을 측정 도시한 도면이며,
도 3은 실시예1에서의 산소 발생 농도 및 발생량을 측정 도시한 도면이며,
도 4는 실시예2에서의 산소 발생 농도 및 발생량을 측정 도시한 도면이며,
도 5는 실시예3에서의 산소 발생 농도 및 발생량을 측정 도시한 도면이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 산소발생 조성물을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물은 초산화칼륨(potassium superoxide), 망간산화물 및 실리카를 함유할 수 있다.
상세하게, 초산화칼륨(KO2)은 물과 반응하면 하기 반응식 1에 의해 산소를 생성할 수 있다.
(반응식 1)
2KO2 + 2H2O → O2 + 2KOH + H2O2
즉, 초산화칼륨은 물과 반응하여, 산소를 생성하고, 수산화칼륨 및 과산화수소가 부산물로 형성될 수 있다.
망간산화물은 초산화칼륨과 물과의 반응에 의해 형성되는 과산화수소를 하기 반응식 2와 같이 물과 산소로 분해하는 촉매 역할을 수행할 수 있다.
(반응식 2)
H2O2 → H2O + 1/2O2
실리카는 초산화칼륨과 물과의 반응에 의해 형성되는 수산화칼륨과 반응하여 하기 반응식 3과 같이 규산칼륨과 물을 형성할 수 있다.
(반응식 3)
2KOH + SiO2 → K2SiO3 + H2O
이에 따라, 초산화칼륨, 망간산화물 및 실리카를 함유하는 본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물의 알짜 반응은 하기 반응식 4가 될 수 있다.
(반응식 4)
2KOH + SiO2 → K2SiO3 + 1.5O2
반응식 4에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물은 산소가 발생되는 알짜반응에 물이 존재하지 않음에 따라, 최초 반응(반응식 1의 반응)을 촉발할 수 있는 미량의 물만이 필요할 뿐이다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물은 산소발생을 위한 물질수지 상으로 물이 필요하지 않는 조성물일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 조성물은 초기 반응의 트리거링(triggering)을 위한 미량의 물만이 필요함에 따라, 공간상 및 무게의 제약을 받는 개인용 비상 구명 장치 등의 분야에 효과적으로 사용될 수 있다. 또한, 수 기반 반응임에 따라, 산소를 생성하는 반응에 의해 발생하는 열에 의한 급격한 온도 상승을 방지할 수 있으며, 온도 상승 정도 또한 억제할 수 있는 장점이 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물은 반응식 1에서 생성된 과산화수소가 망간산화물 촉매에 의해 물과 산소로 분해되며, 수산화칼륨은 실리카와 반응하여 규산칼륨과 물을 형성함에 따라, 반응식 1에 따른 이론적 수치에 일치 내지 근접한 대량의 산소가 발생 가능한 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물에 있어, 망간산화물은 이산화망간을 포함할 수 있으며, 실리카는 실리카 겔을 포함할 수 있다. 상세하게, 실리카 겔은 다공성에 의한 높은 비표면적을 가져 반응식 3이 보다 용이하고 원활하게 발생할 수 있을 뿐만 아니라, 저가에 용이하게 수급 가능한 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물은 초산화칼륨 100 중량부를 기준으로, 1 내지 100 중량부의 망간산화물 및 30 내지 200 중량부의 실리카를 함유할 수 있으며, 구체적으로, 초산화칼륨 100 중량부를 기준으로, 10 내지 80 중량부의 망간산화물 및 30 내지 100 중량부의 실리카를 함유할 수 있다. 보다 구체적으로, 초산화칼륨 100 중량부를 기준으로, 20 내지 40 중량부의 망간산화물 및 40 내지 60 중량부의 실리카를 함유할 수 있다. 초산화칼륨 대비 이러한 망간산화물 및 실리카의 질량은 조성물 내 과산화수소의 분해 및 수산화칼륨과 실리카의 반응이 원활히 이루어질 수 있으며, 망간산화물 및 실리카 대비 산소 발생의 주 역할을 수행하는 초산화칼륨의 양을 최대화시켜, 결과적으로 산소발생 조성물의 단위 중량당 산소 발생량을 최대화시킬 수 있는 질량 범위이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물은 알칼리금속할로겐화물을 더 함유할 수 있다. 알칼리금속할로겐화물은 Na, Li 및/또는 K의 염화물, 브롬화물 및/또는 요오드물일 수 있다. 상세하게, 산소발생 조성물의 산소발생시 발생되는 열을 안정적으로 흡수하여 제거하는 측면에서 알칼리금속 할로겐화물은 KCl일 수 있다. 보다 상세하게, KCl은 쿨롱의 법칙(Coulomb's law)에 의해 가스 상태의 이온으로 분리될 때 그 이온 간의 에너지가 주변의 어떤 에너지보다 크기 때문에 분리되는 시점에 흡열반응이 매우 크게 일어나게 되어, 이를 통해 화학적인 산소 발생시 온도를 낮추어줄 수 있다. 알칼리금속할로겐화물을 함유하지 않을 때의 발열에 의해 상승된 온도를 기준온도로 하여, 93% 내지 70% 수준으로 온도를 낮추기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물은 초산화칼륨 100 중량부를 기준으로 10 내지 200 중량부, 구체적으로 10 내지 150 중량부의 알칼리금속할로겐화물을 함유할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물에 있어, 초산화칼륨, 망간산화물, 실리카 및/또는 알칼리금속할로겐화물은 입자상일 수 있으며, 치밀한 충진을 위해 구형 입자상일 수 있다. 상세하게, 초산화칼륨, 망간산화물 및 실리카, 선택적으로 알칼리금속할로겐화물은 서로 동일 내지 유사한 입자크기를 가지거나 서로 독립적으로 상이한 입자크기를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물은 초산화칼륨, 망간산화물 및 실리카, 선택적으로 알칼리금속할로겐화물이 혼합된 혼합물일 수 있으며, 상세하게, 균질하고 균일하게 혼합된 분말상일 수 있다. 보다 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물은 분말상일 수 있으며, 분말의 평균 입자 크기(반경)는 0.1μm 내지 5mm, 구체적으로, 1μm 내지 800μm, 보다 구체적으로 10μm 내지 500μm일 수 있다. 실질적인 일 예로, 초산화칼륨, 망간산화물 및 실리카, 선택적으로 알칼리금속할로겐화물의 평균 입자 크기(반경) 각각은 서로 독립적으로 0.1μm 내지 5mm, 구체적으로, 1μm 내지 800μm, 보다 구체적으로 10μm 내지 500μm일 수 있다
이하, 본 발명의 핵심 사상에 따른 일 양태로, 산소 발생 속도가 제어되는 본 발명의 일 실시예들을 상술한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물은 초산화칼륨 100 중량부를 기준으로, 1 내지 100 중량부의 망간산화물 및 100 내지 1000 중량부의 실리카를 함유할 수 있다. 100 내지 1000 중량부라는 상대적으로 다량의 실리카를 함유하는 경우, 실리카는 물과 초산화칼륨과의 접촉을 물리적으로 제한할 수 있다. 이에 따라, 조성물 내 균일하게 분포된 초산화칼륨과 물의 원활한 접촉을 방해하여 반응식 1 및 반응식 2에 따른 산소 발생을 지연시킬 수 있다. 이러한 반응 지연에 의해 장기간동안 안정적으로 산소가 발생될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물에 있어, 초산화칼륨 대비 상대적으로 과량의 실리카(100 내지 1000 중량부의 실리카)가 함유되는 경우, 초산화칼륨의 평균 입자 크기와 실리카의 평균 입자 크기는 하기 관계식 1을 만족할 수 있다.
(관계식 1)
0.1R1≤r≤0.4R1
R1은 실리카의 평균 입자 반경이며, r은 초산화칼륨의 평균 입자 반경이다.
관계식 1에 따른 입자 반경 비는 실리카 입자가 충진되며, 충진된 실리카 입자의 입자간 공간에 초산화칼륨이 위치할 수 있는 범위이다. 즉, 실리카 입자는 초산화칼륨과 무관하게 최밀 충진될 수 있으며 실리카 입자의 입자간 공간에 초산화칼륨이 위치할 수 있는 범위이다. 상세하게, 초산화칼륨의 평균 입자 반경(r)이 0.4R1보다 큰 경우, 실리카 입자의 입자간 공간에 초산화칼륨이 위치하기 어려우며, 초산화칼륨의 평균 입자 반경(r)이 0.1R1보다 작은 경우, 실리카 입자의 입자간 공간에 초산화칼륨이 위치할 수 있으나 초산화칼륨과 실리카 입자간의 접촉 면적이 작아져 반응식 2 내지 3의 반응이 원활히 수행되지 않을 수 있다.
구체적으로, 산소발생 조성물은 입자 크기 분포상 적어도 초산화칼륨에 의한 제1피크 및 실리카 입자에 의한 제2피크를 가질 수 있다. 이때, 망간 산화물 및/또는 알칼리금속할로겐화물은 평균 입자 크기가 초산화칼륨과 유사하게 관계식 1을 만족하는 크기를 가져 실리카 입자의 입자간 공간에 위치할 수 있으며, 실리카 입자의 크기와 유사한 크기를 가져 실리카 입자 자리를 차지하며 충진될 수 있다.
초산화칼륨 및 실리카의 평균 입자 크기(반경)은, 상술한 관계식 1을 만족하며, 0.1μm 내지 5mm, 구체적으로, 1μm 내지 800μm, 보다 구체적으로 10μm 내지 500μm일 수 있다. 이때, 실리카 및 초산화칼륨의 입자가 너무 미세한 경우 입자간 응집에 의해 균질하게 혼합되지 않을 수 있으며 실리카 입자가 너무 큰 경우 실리카의 질량당 비표면적 감소에 의해 반응 면적이 감소될 수 있음에 따라, 실리카 입자의 평균 입자 반경은 10μm 내지 1mm, 구체적으로 100μm 내지 800μm, 보다 구체적으로 100μm 내지 500μm일 수 있으며, 이러한 실리카 입자의 평균 입자 반경을 기준으로 관계식 1을 만족하도록 초산화칼륨의 평균 입자 크기가 제어될 수 있다. 망간산화물의 평균 입자 반경은 실리카 입자의 평균 입자 반경과 유사할 수도, 초산화칼륨의 평균 입자 반경과 유사할 수도 있으며, 알칼리금속할로겐화물의 평균 입자 반경 또는 초산화칼륨의 평균 입자 반경과 유사할 수 있다. 구체적으로, 망간산화물 및 알칼리금속할로겐화물 모두 실리카 입자의 입자간 공간에 위치할 수 있으며, 초산화칼륨과 유사하게 관계식 1을 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물은 다공성 금속산화물을 더 포함할 수 있다. 다공성 금속산화물은 상술한 실리카와 유사하게 물과 초산화칼륨, 과산화수소와 이산화망간 및/또는 수산화칼륨과 실리카의 접촉을 방해하여, 장기간동안 안정적으로 산소를 발생시킬 수 있다. 또한, 금속산화물의 다공 구조에 의해 긴급상황시 산소발생을 위해 조성물에 투입되는 물은 원활히 흡수 가능하여 최초 산소 발생은 원활히 수행하면서도 반응식 4의 알짜 반응은 지연시켜 장기간 동안 안정적으로 산소가 발생될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물에 있어, 다공성 금속산화물은 다공성 알루미나, 다공성 제올라이트, 다공성 티타니아에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물에 있어, 산소발생 조성물은 초산화칼륨 100 중량부를 기준으로, 1 내지 100 중량부의 망간산화물, 40 내지 200 중량부의 실리카 및 100 내지 1000 중량부의 다공성 금속산화물을 함유할 수 있으며, 초산화칼륨, 망간산화물, 실리카 및 다공성 금속산화물은 각각 입자상일 수 있다.
이러한 다공성 금속산화물의 중량범위는 조성물이 주로 다공성 금속산화물의 충진 구조를 가질 수 있도록 하며, 물과 초산화칼륨과의 접촉에 의한 반응식 1의 발생 확률을 낮출 수 있다. 이에 따라, 조성물 내 균일하게 분포된 초산화칼륨과 물의 원활한 접촉을 방해하여 반응식 1 및 반응식 2에 따른 산소 발생을 지연시킬 수 있으며, 이러한 반응 지연에 의해 장기간동안 안정적으로 산소가 발생될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물에 있어, 초산화칼륨의 평균 입자 크기와 다공성 금속산화물의 평균 입자 크기는 하기 관계식 2를 만족할 수 있다.
(관계식 2)
0.1R2≤r≤0.4R2
R2는 다공성 금속산화물의 평균 입자 반경이며, r은 초산화칼륨의 평균 입자 반경이다.
관계식 2에 따른 입자 반경 비는 다공성 금속산화물 입자가 충진되며, 충진된 다공성 금속산화물 입자의 입자간 공간에 초산화칼륨이 위치할 수 있는 범위이다. 즉, 다공성 금속산화물 입자는 초산화칼륨과 무관하게 최밀 충진될 수 있으며 다공성 금속산화물 입자의 입자간 공간에 초산화칼륨이 위치할 수 있는 범위이다. 관계식 1을 기반으로 상술한 실리카 입자와 유사하게, 다공성 금속산화물 입자의 입자간 공간에 초산화칼륨이 위치함으로써, 초산화칼륨에 의한 반응(반응식 1)을 매우 효과적으로 제한할 수 있으면서도, 반응식 1의 반응 산물이 인접 공간으로 원활하게 확산 또는 유동될 수 있다.
이때, 실리카 입자, 망간산화물 입자 및/ 또는 알칼리금속할로겐화물 입자는 다공성 금속산화물와 동일 내지 유사한 크기를 가져 다공성 금속산화물과 함께 충진될 수 있거나, 초산화칼륨과 동일 내지 유사한 크기를 가져 다공성 금속산화물 입자의 입자간 빈 공간에 위치할 수 있다. 구체적으로, 실리카 입자는 다공성 금속산화물과 유사한 크기를 가져 다공성 금속산화물과 함께 주된 충진을 이루고, 망간 산화물 및 알칼리금속산화물 입자는 초산화칼륨 입자와 유사한 크기를 가져 다공성 금속산화물 입자의 입자간 공간에 위치할 수 있다.
실질적인 일 예로, 다공성 금속산화물 입자의 평균 입자 반경은 10μm 내지 1mm, 구체적으로 100μm 내지 800μm, 보다 구체적으로 100μm 내지 500μm일 수 있으며, 이러한 다공성 금속산화물 입자의 평균 입자 반경을 기준으로 관계식 2를 만족하도록 초산화칼륨의 평균 입자 크기가 제어될 수 있다.
즉, 상술한 관계식 1 및 관계식 2 모두, 다공성 금속산화물 입자 또는 실리카 입자가 주된 충진 구조를 이루며, 이러한 충진 구조의 빈 공간에 초산화칼륨이 위치함으로써 산소 발생을 효과적으로 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 반응식 1 및 반응식 3과 같이, 초산화칼륨이 산소 발생에 사용된 경우 다시 초산화칼륨이 위치하던 입자간에는 공간은 빈 공간이 되어 기공 채널을 형성할 수 있음에 따라, 반응식 1, 반응식 2 및 반응식 3이 장기간 동안 연속적으로 수행될 수 있다. 부피 감소 측면에서 이러한 산소발생 조성물은 압착된 상태로 활용될 수 있는데, 이러한 다공성 금속산화물 입자 또는 실리카 입자의 입자간 공간에 초산화칼륨이 위치하는 구성은 압착된 상태에서 산소 발생 속도를 제어하는데 보다 바람직하다.
이하, 본 발명의 핵심 사상에 따른 다른 일 양태로, 산소 발생 속도가 제어되는 본 발명의 일 실시예들을 상술한다. 상술한 본 발명의 핵심 사상에 따른 일 양태가 물리적으로 산소 발생 속도를 제한하는 것이라면, 다른 일 양태는 반응방지막 및 물에 의한 반응방지막의 용해를 통해 산소 발생 속도를 제한하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물은 초산화칼륨, 망간산화물 및 실리카에서 하나 이상 선택된 물질은 초산화칼륨, 망간산화물 또는 실리카 코어-수용성 고분자의 쉘을 포함하는 코어-쉘 입자일 수 있다.
상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물에 함유되는 초산화칼륨은 초산화칼륨 코어-수용성 고분자 쉘의 코어쉘 입자일 수 있으며, 망간산화물은 망간산화물 코어-수용성 고분자 쉘의 코어쉘 입자일 수 있으며, 실리카는 실리카 코어-수용성 고분자 쉘의 코어쉘 입자일 수 있다.
수용성 고분자 쉘은 초산화칼륨, 망간산화물 및/또는 실리카를 감싸 실질적으로 물과 접촉하지 못하게 하는 배리어(barrier)역할을 수행할 수 있으며, 쉘이 물에 의해 용해되며 산화칼륨, 망간산화물 및/또는 실리카의 코어가 표면으로 노출될 때 반응이 발생할 수 있게 하여 반응을 지연시키는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물에 있어, 코어-쉘 입자는 하기 관계식 3을 만족할 수 있다.
(관계식 3)
0.05R4≤R3≤0.5R4
R3는 쉘의 두께이며, R4는 코어-쉘 입자의 평균 입자 반경이다.
산소 발생 반응의 지연 정도(산소 발생 속도)는 코어쉘 입자의 쉘 두께에 의해 제어될 수 있는데, 쉘의 두께 코어쉘 입자 크기 대비 0.5 보다 두꺼운 경우 과도하게 반응이 방지되어 최소 요구되는 산소가 생성되지 않거나 반응이 연속적(지속적)으로 이루어지지 않을 위험이 있을 수 있으며, 쉘의 두께 코어쉘 입자 크기 대비 0.05 미만으로 너무 얇은 경우 쉘에 의한 반응 지연 정도가 미미할 수 있다.
쉘을 형성하는 수용성 고분자는 물에 용이하게 용해되며 반응식 1 내지 반응식 3의 반응시 화학적으로 안정한 물질이면 무방하며, 구체적인 일 예로, 수용성 고분자는 풀루란, 젤라틴, 펙틴, 저점도 펙틴, 하이드록시프로필메틸셀룰로오스, 하이드록시에틸셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴산, 메틸메타아크릴레이트 공중합체, 카르복시비닐 중합체, 폴리에틸렌글리콜, 알긴산, 알긴산 나트륨, 카라기난, 변성 전분, 카제인, 아카시아검, 카라기난, 아라비아검, 구아검, 로커스트빈 검, 잔탄검, 겔란검 및 아가로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상 선택된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물에 있어, 주된 산소의 발생은 초산화칼륨과 물과의 반응에 의한 것임에 따라, 산소발생 조성물이 초산화칼륨 코어-수용성 고분자 쉘의 초산화칼륨 코어쉘 입자를 함유하는 것이 보다 효과적으로 산소 발생 속도를 제어할 수 있다.
구체적인 일 예로, 코어쉘 입자(초산화칼륨 코어쉘 입자를 포함함)의 크기는 0.1μm 내지 1mm, 구체적으로, 1μm 내지 800μm, 보다 구체적으로 10μm 내지 500μm일 수 있다. 이때, 수용성 고분자 쉘에 의해 산소 발생 속도를 제어함에 따라, 상술한 바와 같은 실리카 또는 다공성 금속산화물 입자간 공간에 초산화칼륨 코어쉘 입자가 위치하지 않을 수 있으나, 보다 장시간동안 산소를 발생시킬 필요가 있는 경우, 초산화칼륨 코어쉘 입자는 상술한 관계식 1 및 관계식 2를 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물에 있어, 조성물에 함유되는 코어쉘 입자(초산화칼륨 코어쉘을 포함함)는 서로 상이한 쉘 두께를 가질 수 있으며, 나아가 코어쉘 입자와 함께 쉘이 형성되지 않은 입자를 함께 함유할 수 있다.
초산화칼륨을 일 예로 하여, 산소발생 조성물은 수용성 고분자 쉘이 형성되지 않은 초산화칼륨 입자 및 수용성 고분자 쉘이 형성된 초산화칼륨 코어쉘 입자를 모두 함유할 수 있다.
이러한 쉘의 두께가 서로 상이한 코어쉘 입자의 구성 및/또는 코어쉘 입자와 쉘이 형성되지 않은 입자를 동시에 함유하는 구성은 반응식 1의 트리거링에 의한 산소 발생이라는 초기 산소 공급이 원활히 이루어져 긴급 상황시 단시간에 산소를 공급할 수 있으면서도, 장기적으로 보다 안정적이며 일정한 속도로 산소가 발생될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 조성물은 상술한 바와 같이 물리적으로 산소 발생 속도를 제어하거나 반응방지막의 형성 및 물에 의한 반응방지막의 용해를 통해 산소 발생 속도를 제어할 수 있음에 따라 산소를 장기간동안 안정적으로 공급할 수 있는 장점이 있으며, 나아가 발열 반응인 산소 발생 반응이 지연됨에 따라 발열에 의한 온도 상승이 방지되는 장점 또한 동시에 가질 수 있다.
본 발명은 상술한 산소발생 조성물이 수투과성 섬유로 포장된 산소발생 팩을 포함한다. 산소발생 팩에 단지 물을 첨가하거나, 산소발생팩을 물에 담지하는 단순하고 간단하며 신속한 방법을 통해, 순수하고 깨끗한 산소가 대량으로 발생될 수 있다. 이때, 수투과성 섬유로 포장된 산소발생 조성물은 다시 기밀봉지로 밀봉 포장될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 상술한 산소발생 조성물이 압착된 펠렛을 포함한다. 산소발생 조성물이 압착된 펠렛은 조성물의 부피가 현저하게 감소되어, 부피 당 발생하는 산소량을 증가시킬 수 있으며, 입자들이 압착됨에 따라 물리적인 접촉 제한에 의한 산소 발생 속도 제어의 효과를 동시에 가질 수 있다. 몰드의 형상에 따라 펠렛의 형상 및 크기가 달라질 수 있으며, 펠렛의 형상 및 크기는 산소발생 조성물의 용도를 고려하여 가변될 수 있다. 비 한정적인 일 예로, 펠렛은 원 기둥, 다각 기둥, 원 플레이트 또는 다각 플레이트 형상일 수 있으며, 펠렛의 부피는 1mm3 내지 100cm3일 수 있다. 비 한정적인 일 예로, 가압 조건이 일축 가압인 경우 몰드를 이용한 성형과 동시에 펠렛이 제조될 수 있으며, 몰드에서 성형된 성형체를 다시 등방 가압하여 펠렛이 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 펠렛은 하나 이상의 쓰레드(thread)를 더 포함할 수 있으며, 상기 쓰레드의 일 단은 상기 압착된 산소발생 조성물 내부에 함입되어 위치하고 다른 일 단은 상기 압착된 산소발생 조성물 외부에 위치할 수 있다. 이러한 쓰레드는 물이 압착된 산소 발생 조성물 내부까지 원활하게 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 펠렛의 크기에 따라 쓰레드의 수는 1개에서 10개 까지 서로 이격되어 압착된 산소발생 조성물에 균일하게 박혀 있을 수 있다. 쓰레드는 섬유를 섬유의 축 방향으로 나란히 집합시켜 꼬임을 준 형상임에 따라, 모세관 힘에 의해 물을 흡착하여 전달할 수 있다. 이에 따라 쓰레드를 이루는 섬유는 산소 발생 조건에서 열적 화학적으로 안정한 물질이면 어떠한 물질이어도 무방하다. 실질적인 일 예로 면사와 같은 천연사 또는 나일론, 폴리에스테르, 아크릴 폴리우레탄과 같은 합성사일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 산소발생 기재를 상술한다. 본 발명에 따른 산소발생 기재에 있어, 실리카를 제외하고 산소발생 조성물을 기반으로 상술한 모든 핵심 사상이 유지 내지 공유될 수 있음에 따라, 반복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 기재는 실리카를 함유하는 다공성 지지체; 및 다공성 지지체에 담지된 초산화칼륨(potassium superoxide)과 망간산화물의 혼합물;을 포함할 수 있다.
상세하게, 다공성 지지체는 초산화칼륨(potassium superoxide)과 망간산화물의 혼합물을 담지 및 지지하는 역할을 수행함과 동시에 실리카를 함유함으로써 상술한 반응식 3에 의한 반응의 주체가 될 수 있다.
즉, 다공성 지지체는 초산화칼륨과 망간산화물의 혼합물을 담지 및 지지함과 동시에 반응식 3과 같이 수산화칼륨과 반응하여 규산칼륨과 물을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 기재에 있어, 실리카 함유 다공성 지지체는 실리카일 수 있으며, 적어도 일 면에 기공 개구부 형성된 열린 기공을 갖는 다공성 구조일 수 있다.
상세하게, 다공성 지지체는 판형일 수 있다. 구체적으로, 다공성 지지체는 요부 홈이 일정하게 배열된 판 형상일 수 있으며, 요부 홈 내에 초산화칼륨과 망간산화물의 혼합물이 담지된 것일 수 있다. 요부 홈은 그 단면상 삼각, 사각, 원 또는 타원형 홈일 수 있으며, 다공성 지지체는 이러한 요부 홈이 종 및 횡으로 규칙적으로 배열된 구조를 가질 수 있다. 이때, 요부 홈의 크기는 산소 발생이 요구되는 용도를 고려하여 적합한 크기로 설계될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 기재에 있어, 실리카 함유 다공성 지지체는 실리카일 수 있으며, 관통형 기공이 형성된 지지체일 수 있다. 구체적으로, 다공성 지지체는 대향하는 두 면을 관통하는 관통형 기공이 종 및 횡으로 일정하게 배열된 판 형상일 수 있으며, 망(메쉬) 형상일 수 있으며, 관통형 기공에 초산화칼륨과 망간산화물의 혼합물이 위치할 수 있다. 관통형 기공은 그 단면이 삼각, 사각, 원 또는 타원형일 수 있으며, 관통형 기공의 크기는 산소 발생이 요구되는 용도를 고려하여 적합한 크기로 설계될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 기재에 있어, 초산화칼륨과 망간산화물의 혼합물은 압착되어 담지될 수 있다.
상세하게, 요부 홈이 형성된 지지체 및/또는 관통형 기공이 형성된 지지체는 지지체 자체가 몰드의 역할을 수행하여 초산화칼륨과 망간산화물의 혼합물이 기공(홈)에 담지된 상태로 압착된 것일 수 있다.
상세하게, 다공성 지지체에 담지되는 초산화칼륨과 망간산화물의 혼합물은 압착된 펠렛 형상이며, 요부 홈이 형성된 지지체 및/또는 관통형 기공이 형성된 지지체는 지지체의 기공(홈)에 펠렛이 담지된 것일 수 있다. 이때, 다수개의 펠렛이 단일한 기공에 담지될 수 있으며, 요부 홈 또는 관통 기공이 펠렛의 형상과 상응하는 형상을 가져 요부 홈 또는 관통 기공에 단일한 펠렛이 고정되어 위치할 수 있다.
상세하게, 산소발생 기재는 하나 이상의 쓰레드(thread)를 더 포함할 수 있으며, 상기 쓰레드의 일 단은 압착된 상기 혼합물 내부에 함입되어 위치하며, 다른 일 단은 압착된 상기 혼합물 외부에 위치할 수 있다. 즉, 산소발생 기재의 다공성 지지체에 압착된 혼합물이 담지될 경우, 압착된 혼합물에는 일 단이 그 내부에 장입되고 다른 일 단이 외부로 노출된 하나 이상의 쓰레드가 위치할 수 있으며, 압착된 혼합물이 다수개일 경우, 다수개의 혼합물 각각에 대해 쓰레드가 구비되어 있을 수 있다. 이러한 쓰레드는 물이 압착된 산소 발생 조성물 내부까지 원활하게 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 압착된 혼합물의 크기에 따라 쓰레드의 수는 1개에서 10개 까지 서로 이격되어 압착된 혼합물에 균일하게 박혀 있을 수 있다. 쓰레드는 섬유를 섬유의 축 방향으로 나란히 집합시켜 꼬임을 준 형상임에 따라, 모세관 힘에 의해 물을 흡착하여 전달할 수 있다. 이에 따라 쓰레드를 이루는 섬유는 산소 발생 조건에서 열적 화학적으로 안정한 물질이면 어떠한 물질이어도 무방하다. 실질적인 일 예로 면사와 같은 천연사 또는 나일론, 폴리에스테르, 아크릴 폴리우레탄과 같은 합성사일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 기재에 있어, 혼합물은 초산화칼륨 100 중량부를 기준으로, 1 내지 100 중량부의 망간산화물을 함유할 수 있으며, 초산화칼륨과 망간산화물은 입자상일 수 있으며, 서로 유사 내지 동일한 크기를 가질 수 있다. 구체적으로, 초산화칼륨 및 망간산화물의 평균 입자 크기(반경)은 서로 독립적으로 0.1μm 내지 1mm, 구체적으로, 1μm 내지 800μm, 보다 구체적으로 10μm 내지 500μm, 보다 더 구체적으로 10μm 내지 100μm일 수 있다
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 기재에 있어, 혼합물은 초산화칼륨 코어쉘 입자 및/또는 망간산화물 코어-수용성 고분자쉘의 망간산화물 코어쉘 입자를 함유할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 산소발생 기재에 있어, 혼합물은 다공성 금속산화물을 더 함유할 수 있다. 이때, 다공성 금속산화물은 초산화칼륨 100 중량부를 기준으로,100 내지 1000 중량부의 다공성 금속산화물을 함유할 수 있다. 또한, 초산화칼륨과 다공성 금속산화물은 상술한 관계식 2를 만족할 수 있다.
본 발명의 산소발생 조성물 및/또는 산소발생 기재의 일 활용예를 보다 구체적으로 상술한다. 본 발명에 따른 산소발생 조성물 및/또는 산소발생 기재는 반응식 4와 같이 트리거링을 위한 미량의 물만이 필요함에 따라, 부피 및 질량이 엄격히 제어되는 분야에는 원활한 트리거링을 위한 물만이 산소발생 조성물 및/또는 산소발생 기재에 투입될 수 있다. 비한정적인 일 예로, 1 내지 100ml의 물이 초기 트리거링을 위해 투입될 수 있다. 그러나, 원활한 초기 산소 공급 측면에서, 보다 다량의 물이 투입될 수 있음은 물론이며, 일 예로, 산소발생 조성물에 함유되는 초산화칼륨 100 중량부를 기준으로 100 내지 500 중량부의 물이 투입될 수 있다.
산소발생 기재의 경우 다공성 지지체에 산소발생을 위한 혼합물이 담지된 형태임에 따라, 보다 대량의 산소 발생이 요구되는 분야에 적합할 수 있으며, 물이 산소발생 기재에 균일하게 분무되는 형식 또는 산소발생 기재가 물에 함침되는 방식으로 물이 공급될 수 있다.
산소발생 조성물이 수투과성 섬유로 포장된 산소발생 팩의 경우, 매우 짧은 시간에 대량의 산소 발생이 요구되는 분야에 적합할 수 있으며, 산소발생 팩이 물에 함침되는 방식으로 물이 공급될 수 있다.
산소발생 조성물 및/또는 혼합물이 압착된 경우, 바람직하게 상술한 관계식 1 또는 2를 만족하는 산소발생 조성물 및/또는 혼합물이 압착된 경우 물리적으로 물과의 반응이 제한되어 산소 발생 속도가 제어될 수 있음에 따라, 원활한 초기 산소 공급 측면에서 물에 함침되는 방식 또는 물이 연속적 또는 불연속적으로 분무되는 방식으로 물이 공급될 수 있다.
수용성 고분자 쉘로 캡슐화된 경우, 캡슐의 용해에 의해 산소발생 속도가 제어될 수 있음에 따라 원활한 초기 산소 공급 측면에서 물에 함침되는 방식 또는 물이 연속적 또는 불연속적으로 분무되는 방식으로 물이 공급될 수 있다.
그러나, 이러한 물의 공급 방법 및 공급되는 물의 양은 활용되는 분야, 요구되는 산소 발생 정도, 산소 발생 지속 시간, 공간, 부피, 무게등의 제약을 고려하여 적절히 변경될 수 있는 사항임은 물론이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않음은 물론이다.
(비교예 1)
초산화칼륨과 물의 반응
챔버 내에 초산화칼륨(평균 입자 반경 30μm) 7.11 g을 장입한 후 물 10 ml를 반응시키고, 시간에 따른 산소의 발생량을 산소 검출기를 통해 30초 단위로 농도와 누적 발생량을 측정하였다.
도 1은 챔버 내에 혼합물을 위치시킨 다음, 물과 직접 반응하여 시간에 따른 산소의 발생 농도와 누적 발생량을 30초 단위로 보여주는 그림이다.
(비교예 2)
초산화칼륨, 실리카겔 혼합물과 물의 반응
챔버 내에 초산화칼륨(평균 입자 반경 30μm) 7.11 g과 실리카겔(평균 입자 반경 150μm) 3 g의 혼합물을 장입한 후, 물 10 ml를 반응시키고, 시간에 따른 산소의 발생량을 산소 검출기를 통해 30초 단위로 농도와 누적 발생량을 측정하였다.
도 2는 챔버 내에 혼합물을 위치시킨 다음, 물과 직접 반응하여 시간에 따른 산소의 발생 농도와 누적 발생량을 30초 단위로 보여주는 그림이다.
(실시예 1)
초산화칼륨-이산화망간-실리카겔 혼합물과 물의 반응
챔버 내에 초산화칼륨(평균 입자 반경 30μm) 7.11 g과 이산화망간(평균 입자 반경 42μm) 2.08 g, 실리카겔(평균 입자 반경 150μm) 3 g의 혼합물을 장입한 후, 물 10 ml를 반응시키고, 시간에 따른 산소의 발생량을 산소 검출기를 통해 30초 단위로 농도와 누적 발생량을 측정하였다.
도 3은 챔버 내에 혼합물을 위치시킨 다음, 물과 직접 반응하여 시간에 따른 산소의 발생 농도와 누적 발생량을 30초 단위로 보여주는 그림이다. 도3에 나타나는 바와 같이 실리카겔의 첨가에 의해 산소생성이 크게 향상된 것을 알 수 있다.
(실시예 2)
초산화칼륨-이산화망간-실리카겔-염화칼륨 혼합물과 물의 반응
챔버 내에 초산화칼륨(평균 입자 반경 30μm) 7.11 g과 이산화망간(평균 입자 반경 42μm) 2.08 g, 실리카겔(평균 입자 반경 150μm) 3 g 및 염화칼륨(평균 입자 반경 37μm) 1 , 5g 또는 10g을 혼합한 혼합물을 장입한 후, 물 10 ml를 반응시키고, 시간에 따른 산소의 발생량을 산소 검출기를 통해 30초 단위로 농도와 누적 발생량을 측정하였다. 동시에 온도계를 반응 챔버 내에 용액에 넣어 측정을 하였다. 도4는 염화칼륨의 양(0g, 1g, 5g 또는 10g)에 따른 시간별 누적 산소 발생량을 도시한 것이며, 아래의 표 1은 산소 발생 시 염화칼륨의 양에 따른 온도 변화를 측정한 것이다.
sample Final Temperature of reaction(℃)
KCl 0g 82
KCl 1g 76
KCl 5g 68
KCl 10g 62
도 4 및 표 1에서 알 수 있듯이 총 산소발생량에는 영향을 주지 않으면서도 염화칼륨에 의해 산소 발생 시 온도가 크게 낮아지는 것을 알 수 있다.
(실시예 3)
초산화칼륨-이산화망간-실리카겔 펠렛과 물의 반응
몰드에 초산화칼륨(평균 입자 반경 30μm) 7.11 g과 이산화망간(평균 입자 반경 42μm) 2.08 g 및 실리카겔(평균 입자 반경 150μm) 3 g을 혼합한 혼합물을 충진한 후, 가압하여 원기둥형 펠렛을 제조하였다. 제조한 펠렛을 챔버 내에 장입한 후, 물 3 ml를 반응시키고, 시간에 따른 산소의 발생량을 산소 검출기를 통해 30초 단위로 농도와 누적 발생량을 측정하였으며, 이를 도 5에 도시하였다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (24)

  1. 초산화칼륨(potassium superoxide), 망간산화물 및 실리카를 함유하고, 액상의 물과 반응하여 산소를 발생하는 산소발생 조성물이 수투과성 섬유로 포장된 산소발생 팩.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 산소발생 조성물은 알칼리금속할로겐화물을 더 포함하는 산소발생 팩.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 산소발생 조성물은 상기 초산화칼륨 100 중량부를 기준으로, 1 내지 100 중량부의 망간산화물 및 40 내지 200 중량부의 실리카를 함유하는 산소발생 팩.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 산소발생 조성물은 상기 초산화칼륨 100 중량부를 기준으로 10 내지 200 중량부의 알칼리금속할로겐화물을 함유하는 산소발생 팩.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 산소발생 조성물은 상기 초산화칼륨 100 중량부를 기준으로, 1 내지 100 중량부의 망간산화물 및 100 내지 1000 중량부의 실리카를 함유하는 산소발생 팩.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 초산화칼륨의 평균 입자 크기와 상기 실리카의 평균 입자 크기는 하기 관계식 1을 만족하는 산소발생 팩.
    (관계식 1)
    0.1R1≤r≤0.4R1
    (상기 R1은 실리카의 평균 입자 반경이며, 상기 r은 초산화칼륨의 평균 입자 반경이다)
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 산소발생 조성물은 다공성 금속산화물을 더 포함하는 산소발생 팩.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 다공성 금속산화물은 다공성 알루미나, 다공성 제올라이트 및 다공성 티타니아에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 산소발생 팩.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 초산화칼륨의 평균 입자 크기와 상기 다공성 금속산화물의 평균 입자 크기는 하기 관계식 2을 만족하는 산소발생 팩.
    (관계식 2)
    0.1R2≤r≤0.4R2
    (상기 R2는 다공성 금속산화물의 평균 입자 반경이며, 상기 r은 초산화칼륨의 평균 입자 반경이다)
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 산소발생 조성물은 상기 초산화칼륨 100 중량부를 기준으로, 1 내지 100 중량부의 망간산화물, 40 내지 200 중량부의 실리카 및 100 내지 1000 중량부의 다공성 금속산화물을 함유하는 산소발생 팩.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 초산화칼륨, 실리카 및 망간산화물에서 하나 이상 선택되는 물질은 초산화칼륨, 실리카 또는 망간산화물의 코어-수용성 고분자의 쉘을 포함하는 코어-쉘 입자인 산소발생 팩.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 코어-쉘 입자는 하기 관계식 3을 만족하는 산소발생 팩.
    (관계식 3)
    0.05R4≤R3≤0.5R4
    (상기 R3는 쉘의 두께이며, R4는 코어-쉘 입자의 평균 입자 반경이다)
  13. 삭제
  14. 초산화칼륨(potassium superoxide), 망간산화물 및 실리카를 함유하고, 액상의 물과 반응하여 산소를 발생하며, 산소발생 조성물은 다공성 금속산화물을 더 포함하고, 상기 초산화칼륨의 평균 입자 크기와 상기 다공성 금속산화물의 평균 입자 크기는 하기 관계식 2를 만족하며, 상기 초산화칼륨 100 중량부를 기준으로, 1 내지 100 중량부의 망간산화물, 40 내지 200 중량부의 실리카 및 100 내지 1000 중량부의 다공성 금속산화물을 함유하는 산소발생 조성물.
    (관계식 2)
    0.1R2≤r≤0.4R2
    (상기 R2는 다공성 금속산화물의 평균 입자 반경이며, 상기 r은 초산화칼륨의 평균 입자 반경이다)
  15. 초산화칼륨(potassium superoxide), 망간산화물 및 실리카를 함유하고, 액상의 물과 반응하여 산소를 발생하며, 상기 초산화칼륨, 실리카 및 망간산화물에서 하나 이상 선택되는 물질은 초산화칼륨, 실리카 또는 망간산화물의 코어-수용성 고분자의 쉘을 포함하는 코어-쉘입자인 산소발생 조성물.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 코어-쉘 입자는 하기 관계식 3을 만족하는 산소발생 조성물.
    (관계식 3)
    0.05R4≤R3≤0.5R4
    (상기 R3는 쉘의 두께이며, R4는 코어-쉘 입자의 평균 입자 반경이다)
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
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