KR20080029460A - 산소발생 마스크용 산소발생제의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산소발생 마스크에서 산소를 발생시키는데 사용되는 산소발생제에 관한 것으로서, 산소발생을 위해 사용되는 화합물인 초과산화칼륨(KO₂)나 과산화나트륨(Na₂O₂)을 다공성 무기소재와 혼합하여 사용함으로서 산소발생화합물이 호흡 중에 발생되는 이산화탄소 또는 물과 급격하게 반응하는 것을 막아주어 고열이 발생하는 것을 방지하면서 산소발생시간을 늘려주며, 특히 다공성 무기소재가 수분을 흡수하여 반응생성물인 수산화칼륨 또는 수산화나트륨이 액상으로 변화되는 것을 방지하여 줌으로서 사용상의 안전성을 높여줄 수 있을 뿐만 아니라 산소발생 효율의 저하를 방지할 수 있도록 한 산소발생 마스크용 산소발생제를 제공한다.

Description

산소발생 마스크용 산소발생제의 제조방법{Process of oxygen generating materials for mask}

도 1은 본 발명에 따른 산소발생 약재가 내장된 산소발생 마스크의 일예를 나타낸 도면.

도 2는 도 1에 도시된 산소발생 마스크의 단면을 개략적으로 나타낸 도면.

도 3은 산소발생제가 장착된 산소발생 마스크를 착용한 상태에서 튜브에 유입된 가스의 산소농도를 단위시간별로 나타낸 그래프.

본 발명은 산소발생 마스크에서 산소를 발생시키는데 사용되는 산소발생제에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산소발생을 위해 사용되는 화합물인 초과산화칼륨(KO₂)나 과산화나트륨(Na₂O₂)이 호흡 중에 발생되는 이산화탄소 또는 물과 급격하게 반응하여 고열이 발생하는 것을 방지하여 산소발생시간을 늘려주며, 반응 후 생 성된 수산화칼륨이나 수산화나트륨 또는 탄산칼륨이나 탄산나트륨의 흡습성에 기인한 액상의 누출로 인한 사용상의 안전성 문제를 해소함과 아울러 산소발생효율의 저하를 방지할 수 있도록 한 산소발생 마스크용 산소발생제의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 건물이나 지하철 등의 내부에서 화재나 폭발 발생시에는 유독가스가 발생하게 되며, 이렇게 발생된 유독가스에 의하여 대피자는 탈출구에 도달하기 전에 질식사하는 경우가 종종 발생한다. 또한 탄광이나 광산 등의 갱내에서 폭발로 인해 갱이 무너지는 것과 같은 위급상황이 발생한 경우 구출되기 직전 산소부족으로 인하여 사망하는 경우가 종종 발생한다. 이러한 사고들로부터 소중한 인명을 보호하기 위하여 방독면이나 산소발생 마스크를 사용하게 된다.

그러나 방독면의 경우에는 유독성 물질이 발생한 경우에는 다소 효과적으로 인명을 보호할 수 있다는 이점은 있으나, 주위의 산소가 부족한 경우와 같은 위급상황에서는 무용지물이 되기 쉽다. 그에 따라 근래에는 외부공기가 유독하여도 유용하게 사용할 수 있을 뿐만 아니라 외부공기 내의 산소가 부족한 상태에서도 유용하게 사용할 수 있는 산소발생 마스크에 대한 연구가 활발하게 진행되어 왔으며, 그 결과 다양한 구조의 산소발생 마스크가 개시되어 있다.

현재 일반적으로 알려진 산소발생 마스크는 산소통에 압축 저장된 산소를 착용자에게 공급하는 방식을 채택하고 있다. 그러나 이와 같이 산소통에 저장된 압축산소를 사용하는 마스크는 산소통의 부피가 크고 무거워 착용성과 휴대성에서 많 은 문제점이 있었으며, 특히 산소통에서 공급되는 공기의 용량이 한정되어 있으므로 사용시간이 매우 짧아 안전한 장소로 대피하는 시간이 긴 경우에는 유용하게 사용될 수 없다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 압축산소를 사용하는 대신 착용자의 호흡과정에서 발생되는 수분이나 이산화탄소 등과 반응하여 산소를 발생시키는 화합물을 내장한 산소발생제를 사용하는 산소발생 마스크와 관련된 기술이 다수 개시된바 있다. 산소발생제에 내장되는 산소 발생 화합물로는 주로 초과산화칼륨(KO₂)나 과산화나트륨(Na₂O₂)이 사용된다. 초과산화칼륨과 과산화나트륨이 이산화탄소 또는 수분과 반응하여 산소를 발생시키는 메커니즘을 하기 반응식 1과 반응식 2에 나타내었다.

과산화나트륨과 초과산화칼륨을 사용하는 기술과 관련하여 국내 실용신안등록 제383904호에서는 이들 화합물을 부직포에 담아 사용하는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 상기 반응식 1과 2에서 보는 바와 같이 초과산화칼륨(KO₂)나 과산화나 트륨(Na₂O₂)은 이산화탄소 또는 물과 반응하여 산소를 발생하게 되는데, 이러한 반응은 주지된 바와 같이 발열반응으로서 급격하게 반응이 일어나게 되면 고열의 열이 발생하게 된다. 고열의 열이 발생하게 되면 부직포가 녹거나 화재가 발생할 위험이 있다는 문제점이 있다.

뿐만 아니라 상기 반응식 1에서 생성된 부가생성물인 KOH와 NaOH는 상온에서 수분에 녹아 액상으로 변하게 되는데, 이러한 액상이 부직포에서 누출되어 호흡시 착용자의 안전을 위험하게 만드는 문제점이 있다. 또한 반응식 2에서 생성되는 KCO₃ 와Na₂CO₃는 수분을 흡수하여 표면에 막을 형성함에 산소발생을 막아 산소발생효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 초과산화칼륨(KO₂)나 과산화나트륨(Na₂O₂)이 호흡 중에 발생되는 이산화탄소 또는 물과 급격하게 반응하여 고열이 발생하는 것을 방지하여 산소발생시간을 늘려줄 수 있으며, 반응 후 생성되는 수산화칼륨이나 수산화나트륨 또는 탄산칼륨이나 탄산나트륨의 흡습성에 기인하는 문제점을 해소할 수 있도록 한 산소발생 마스크용 산소발생제의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 이산화탄소 또는 수분과 반응하여 산소를 발생시키는 것으로서 초과산화칼륨(KO₂) 또는 과산화나트륨(Na₂O₂)에서 선택된 산소발생 화합물을 분말상의 다공성 무기바인더와 혼합한 다음 부직포 백에 내장하는 것을 특징으로 하는 산소발생 마스크용 산소발생제의 제조방법을 제공한다.

아울러 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조됨을 특징으로 하는 산소발생 마스크용 산소발생제를 제공한다.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 산소발생제는 이산화탄소 또는 수분과 반응하여 산소를 발생시키는 것으로서 초과산화칼륨(KO₂) 또는 과산화나트륨(Na₂O₂)에서 선택된 산소발생 화합물을 분말상의 다공성 무기바인더와 혼합한 다음 부직포 백에 내장하여 제조된다.

즉, 본 발명에서는 산소발생을 위해 사용되는 화합물인 초과산화칼륨(KO₂)나 과산화나트륨(Na₂O₂)을 다공성 무기소재와 혼합하여 사용한 것에 가장 큰 특징이 있다. 이와 같이 산소발생 화합물을 다공성 무기소재와 혼합 사용하게 되면 다공성 무기소재의 표면에 존재하는 무수한 다공이 호흡 중에 발생하는 수분을 흡수하여 산소발생화합물이 호흡 중에 발생되는 이산화탄소 또는 물과 급격하게 반응하는 것을 막아주게 되어 고열이 발생하는 것을 방지하여 산소발생시간을 늘려줄 수 있게 된다. 특히 다공성 무기소재가 수분을 흡수하여줌에 따라 산소발생 과정에서 생성 되는 반응생성물인 수산화칼륨이나 수산화나트륨이 액상으로 변화되는 것을 방지함으로서 액상의 누수를 막아 주어 사용상의 안전성을 높여줄 수 있으며, 아울러 산소발생과정에서 생성되는 반응생성물인 탄산칼륨이나 탄산나트륨이 수분을 흡수하여 막을 형성하는 것을 막아 주어 산소발생 효율이 저하되는 것을 막아 준다.

여기서, 다공성 무기소재는 표면에 다수의 기공을 가지는 주지된 것에서 선택하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 구입이 용이할 뿐만 아니라 흡수성이 뛰어난 제올라이트, 알루미나, 실리카 또는 규조토에서 선택된 것을 사용하는 것이 좋다.

상기 다공성 무기소재와 혼합되는 산소발생 화합물은 주지된 것에서 선택하여 사용할 수 있으나, 본 발명에서는 산소발생 효율이 높은 초과산화칼륨(KO₂) 또는 과산화나트륨(Na₂O₂)에서 선택된 것을 사용하였다.

이때 다공성 무기소재는 산소발생 화합물 100중량부에 대하여 10 내지 1000중량부의 비율로 첨가 혼합하는 것이 좋다. 만일 다공성 무기소재의 첨가량이 10중량부 미만일 경우 호흡과정에서 발생되는 수분을 충분히 흡수하지 못하여 반응제어가 곤란하여 고열이 발생하면서 산소발생시간이 급격하게 떨어질 뿐만 아니라 산소발생 화합물이 수분을 흡수하여 액상으로 변화되는 현상이 발생하여 마스크 착용자의 안전을 위협하거나 산소발생효율을 떨어뜨리는 문제점이 있으며, 그 첨가량이 1000중량부를 초과할 경우 산소발생 화합물이 상대적으로 매우 적어 충분한 량의 산소를 착용자에게 공급하지 못한다는 문제점이 있으므로, 상기 범위내에서 다공성 무기소재를 산소발생화합물과 혼합하는 것이 바람직하다.

위와 같은 비율로 다공성 무기소재와 산소발생 화합물을 혼합한 다음 이를 부직포 백에 담아 포장하게 된다. 여기서 부직포는 통기성을 갖는 직물 형태를 이르는 것으로 통상적으로 PE나 PP의 성분을 재료로 하여 제조된다. 이러한 부직포로 된 백은 구형이나 원통형을 포함하여 적용하고자 하는 마스크에 적합한 형태로 만들어 사용할 수 있다.

상기와 같이 하여 제조된 산소발생제는 종래 공지된 산소발생용 마스크에 장착될 수 있으며, 바람직하게는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 출원인에 의해 선출원된 바 있는 국내특허출원번호 제2006-45822호에서 개시하고 있는 산소발생 마스크(100)에 적용되는 것이 바람직하다. 마스크(100)에 본 발명의 산소발생제(200)가 적용되면 착용자의 호흡과정에서 발생되는 수분이나 이산화탄소가 산소발생제(200)를 통과하면서 산소발생 화합물과 반응하여 산소를 발생시키게 되고, 발생된 산소는 착용자에게 공급되게 된다. 이때 본 발명에 따른 산소발생제(200)에는 다공성 무기소재가 포함되어 있어, 다공성 무기소재의 표면에 존재하는 무수한 다공이 호흡 중에 발생하는 수분을 흡수하여 산소발생화합물이 호흡 중에 발생되는 이산화탄소 또는 물과 급격하게 반응하는 것을 막아주어 산소발생시간을 늘려줄 수 있게 된다. 아울러 반응생성물인 수산화칼륨이나 수산화나트륨이 액상으로 변화되는 것을 방지함은 물론 산소발생과정에서 생성되는 반응생성물인 탄산칼륨이나 탄산나트륨이 수분을 흡수하여 막을 형성하는 것을 막아 주어 안정성을 높여주고 산소발생 효율을 높여줄 수 있게 된다.

이하 본 발명을 하기 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

다공성 무기소재로 제올라이트를 사용하고, 산소발생 화합물로는 초과산화칼륨(KO₂)을 사용하였으며, 상기 제올라이트와 초과산화칼륨은 각각 1:1로 혼합한 다음 10g을 부직포에 넣어 밀봉하였다. 이때 사용된 다공성 무기소재인 제올라이트와 산소발생 화합물인 초과산화칼륨은 모두 0.1∼1mm의 입자 크기를 갖는 것을 사용하였다.

이렇게 제조된 산소발생제를 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 출원인에 의해 선출원된 바 있는 국내특허출원번호 제2006-45822호에서 개시하고 있는 산소발생 마스크의 산소발생제(200)에 장착하였다.

<비교예 1>

초과산화칼륨 10g을 부직포에 넣어 밀봉하였다. 산소발생제에 사용된 산소발생 화합물인 초과산화칼륨은 모두 0.1∼1mm의 입자 크기를 갖는 것을 사용하였다.

이렇게 제조된 산소발생제를 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 출원인에 의해 선출원된 바 있는 국내특허출원번호 제2006-45822호에서 개시하고 있는 산소 발생 마스크의 산소발생제(200)에 장착하였다.

<실험예 1>

상기 실시예 1과 비교예 1의 마스크를 35세의 남성에게 착용시킨 후 튜브(300) 내부의 시료가스 3cc를 채취한 후 GC(가스크로마토그래피)로 산소 농도를 확인하여 착용시간별 산소농도의 변화를 확인하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 산소발생제를 장착한 산소발생마스크에서 튜브내의 산소농도가 대기 중의 산소농도가 되는데 까지 걸리는 시간이 18분정도 소요됨을 알 수 있다. 이것은 비교예의 산소발생제를 장착한 산소발생마스크에서 튜브내의 산소농도가 대기 중의 산소농도로 되는데 까지 걸린 약 8분(8분 20초)에 비하여 매우 현저하게 길어진 것임을 알 수 있다. 특히 비교예의 경우 급격하게 반응이 진행됨을 확인할 수 있다.

<실험예 2>

상기 실시예 1과 비교예 1의 마스크를 35세의 남성에게 5분간 착용하도록 한 후 산소발생제를 꺼내어 부직포의 밀봉을 해제한 후 산소발생화합물의 액상변화 유무를 육안으로 확인하였다.

육안으로 확인 결과 비교예 1의 산소발생제는 호흡과정에서 발생되는 수분에 의해 액상변화가 진행중임을 확인할 수 있었으나, 실시예 1의 산소발생제는 분말상을 그대로 유지하고 있음을 확인할 수 있었다.

<실시예 2 내지 5>

실시예 1과 동일한 방법으로 다공성 무기소재인 제올라이트와 산소발생 화합 물인 초과산화칼륨(KO₂)을 하기 표 1에 나타낸 중량비율로 혼합한 후 10g을 부직포에 넣어 밀봉하여 산소발생제를 제조하였다. 이후 실험예 1 및 실험예 2와 동일한 방법으로 산소발생시간과 액상변화 유무를 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 함께 나타내었다. 표 1에는 결과의 이해를 돕기 위하여 전술한 실시예 1과 비교예 1의 결과 값을 함께 기재하였다.

구분	제올라이트	초과산화칼륨	산소발생시간(분)	액상변화
실시예 1	100	100	18	없음
실시예 2	100	5	4	없음
실시예 3	100	10	16	없음
실시예 4	100	1000	24	없음
실시예 5	100	1100	25	발생(경미)
비교예 1	-	100	8	발생

상기 표 1에서 보는 바와 다공성 무기소재를 산소발생 화합물과 혼합사용한 경우 산소발생화합물을 단독으로 사용한 비교예 1에 비하여 현저하게 산소발생시간이 늘어남을 확인할 수 있다. 이는 다공성 무기소재가 착용자의 호흡과정에서 발생되는 이산화탄소와 수분을 흡수하여 주어 산소발생화합물의 급격한 반응을 방지하였기 때문이다.

특히 다공성 무기소재를 혼합한 경우에도 본 발명의 바람직한 범위내에서 제올라이트와 초과산화칼륨을 혼합한 실시예 1과 실시예 3 및 4의 경우 실시예 2 및 5에 비하여 고산소발생시간이 길어짐은 물론 액상변화가 발생하지 않아 착용자의 안전을 도모할 수 있는 것으로 확인되었다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 산소발생을 위해 사용되는 화합물인 초과산화칼륨(KO₂)나 과산화나트륨(Na₂O₂)을 다공성 무기소재와 혼합하여 사용함으로서 산소발생화합물이 호흡 중에 발생되는 이산화탄소 또는 물과 급격하게 반응하는 것을 막아주어 고열이 발생하는 것을 방지하면서 산소발생시간을 늘려주며, 특히 다공성 무기소재가 수분을 흡수하여 반응생성물인 수산화칼륨 또는 수산화나트륨이 액상으로 변화되는 것을 방지하여 줌으로서 사용상의 안전성을 높여줄 수 있을 뿐만 아니라 산소발생 효율의 저하를 방지할 수 있도록 한 산소발생 마스크용 산소발생제를 제공하는 유용한 효과가 있다.

Claims (5)

1. 이산화탄소 또는 수분과 반응하여 산소를 발생시키는 것으로서 초과산화칼륨(KO₂) 또는 과산화나트륨(Na₂O₂)에서 선택된 산소발생 화합물을 분말상의 다공성 무기바인더와 혼합한 다음 부직포 백에 내장하는 것을 특징으로 하는 산소발생 마스크용 산소발생제의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 다공성 무기바인더가 제올라이트, 알루미나, 실리카, 규조토에서 선택된 것임을 특징으로 하는 산소발생 마스크용 산소발생제의 제조방법.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,

   상기 무기바인더는 산소발생 화합물 100중량부에 대하여 10 내지 1000중량부의 비율로 첨가 혼합하는 것을 특징으로 하는 산소발생 마스크용 산소발생제의 제조방법.
4. 청구항 3의 제조방법에 의해 제조된 것임을 특징으로 하는 산소발생 마스크용 산소발생제.
5. 청구항 4의 산소발생제가 장착된 것임을 특징으로 하는 산소발생 마스크.

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