(57)【特許請求の範囲】
【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
【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１２０ｌ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】
0003682316.tif 000002
【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】
0003682316.tif 000003
【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１００ｇ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
【図１】
0003682316.tif 000004
【図２】
0003682316.tif 000005