공기 중 산소

왼쪽 사진: Rembe의 압력 완화 장치.

대기 중 산소는 무색무취의 기체로, 지구 대기의 약 20.95%를 차지합니다. 공기의 화학 성분은 높은 고도까지 거의 일정하게 유지되지만, 지표면으로부터 멀어질수록 공기 밀도와 총 압력은 감소합니다. 약 20킬로미터 고도에서는 대기압이 해수면에서의 1.013바 대신 약 0.055바에 불과합니다. 호기성 생물에게 산소는 세포 호흡에서 전자 수용체 역할을 하기 때문에 생명 유지에 필수적입니다.

산소는 반응성이 매우 높아 산화적 화학 반응을 촉진합니다. 이러한 과정은 금속의 부식, 지방 함유 식품의 산패, 화학 및 의약품의 냄새와 맛 변화 및 품질 저하를 초래합니다. 산화 반응은 종종 자동 촉매적으로 진행됩니다. 온도, 습도, 빛 및 pH 값은 이러한 과정을 현저히 가속화합니다.

분말 형태의 벌크 재료는 입자 크기가 작아질수록 크게 증가하는 넓은 비표면적을 가집니다. 이들은 대부분 고체 입자와 포집된 공기로 구성된 이상계 형태로 존재합니다. 이 기체상은 입자 사이의 간극뿐만 아니라 개별 입자의 기공 내에도 존재합니다. 이로 인해 벌크 재료는 산소에 특히 민감합니다. 

산화는 존재하는 공기를 불활성 가스로 대체함으로써 감소시킬 수 있습니다. 이 공정을 불활성화라고 합니다. 이때 질소나 아르곤이 공정 공간, 장비 또는 포장재에서 산소를 대체합니다. 질소는 가용성과 비용 측면에서 가장 흔히 사용되는 불활성 가스입니다. 기술적 방법으로는 플러싱, 진공 플러딩 공정, 언더플러싱 또는 과압 공정 대기가 있습니다. 이러한 방법으로 산화 반응을 늦추거나 완전히 방지할 수 있습니다.

미세한 분말은 분말 혼합기에서 폭발 위험이 높아질 수 있습니다. 이는 산소가 가연성 분진-공기 혼합물의 구성 요소이기 때문입니다. 이러한 이유로 amixon® 혼합기는 저속으로 작동하며 ATEX 지침에 따라 설계되었습니다. 이 장비는 진공에 견디도록 설계되어 혼합실 내 가스 상을 대부분 제거한 후 불활성 보호 가스로 대체할 수 있습니다. 이를 통해 폭발 위험이 크게 감소하고 제품 안전성이 향상됩니다. 또한 amixon® 혼합기는 내압 또는 내충격 설계로도 제작 가능합니다. 

포장 기술에서는 민감한 제품의 유통기한을 연장하기 위해 보호 가스 분위기가 자주 사용됩니다. 포장 기계는 제어된 질소 분위기를 생성하여 주변 기상(氣相)의 산소 함량을 감소시키고 품질 저하를 방지합니다. 이 공정은 "수정대기포장(Modified Atmosphere Packaging)"이라고 불립니다.