JP2019033778A - Conductive polymer electrode, and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
【課題】皮膚等への優れた密着性が確保され、かつ通気性に優れ、風合いが良好な導電性高分子電極、及び前記導電性高分子電極の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】繊維シート10に導電性高分子が含浸された状態で固定化され、かつ厚さ方向の第1面1aから第2面1bに向かうにしたがって段階的又は徐々に前記導電性高分子の密度が小さくなる、導電性高分子電極1。繊維シート10に導電性高分子を含浸し、厚さ方向の第1面1aから第2面1bに向かうにしたがって段階的又は徐々に密度が小さくなるように前記導電性高分子を繊維シート10に固定化する、導電性高分子電極1の製造方法。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a conductive polymer electrode having excellent adhesion to skin or the like, excellent breathability, and a good texture, and a method for manufacturing the conductive polymer electrode. SOLUTION: The conductive polymer is immobilized in a state where the fiber sheet 10 is impregnated with the conductive polymer, and the conductive polymer is gradually or gradually gradually or gradually from the first surface 1a to the second surface 1b in the thickness direction. Conductive polymer electrode 1 having a smaller density. The fiber sheet 10 is impregnated with the conductive polymer, and the conductive polymer is applied to the fiber sheet 10 so that the density gradually or gradually decreases from the first surface 1a to the second surface 1b in the thickness direction. A method for manufacturing a conductive polymer electrode 1 to be immobilized. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、導電性高分子電極、及び導電性高分子電極の製造方法に関する。 The present invention relates to a conductive polymer electrode and a method for producing a conductive polymer electrode.
生体電極は体内の微弱な生体信号を安定して効率良く取得する目的で用いられる。生体信号を効率良く取得するためには、生体と生体電極との合成抵抗を下げる必要がある。合成抵抗は、皮膚、特に表皮の角質層の抵抗成分の影響が大きい。表皮の角質層は特に乾燥した状態では絶縁性を呈するため、角質層の抵抗の低減は生体電極にとって極めて重要である。また、通常、皮膚は表面に凹凸があり、なおかつ体動に伴って変形や振動が生じる。そのため、合成抵抗を下げるには、電極表面が皮膚とできるだけ多点かつ広い面積で接触し、皮膚と生体電極との接触状態を安定化させることも重要である。 The biological electrode is used for the purpose of acquiring a weak biological signal in the body stably and efficiently. In order to acquire a biological signal efficiently, it is necessary to reduce the combined resistance of the living body and the biological electrode. Synthetic resistance is greatly influenced by the resistance component of the skin, particularly the stratum corneum of the epidermis. Since the stratum corneum of the epidermis exhibits an insulating property particularly in a dry state, the reduction of the stratum corneum resistance is extremely important for the bioelectrode. Also, the skin usually has irregularities on the surface, and deformation and vibration occur with body movement. Therefore, in order to reduce the combined resistance, it is also important to stabilize the contact state between the skin and the biological electrode by bringing the electrode surface into contact with the skin at as many points as possible and over a wide area.
生体と生体電極との合成抵抗を下げる方法としては、電極と皮膚との間を液状又はクリーム状の電解質液や導電性ゲル等で満たしたり、粘着性材料により電極を皮膚に密着させたりする方法がある。しかし、これらの方法は、掻痔感、発赤、接触性皮膚炎、細菌等の皮膚感染症等が生じやすい。 As a method for lowering the combined resistance between the living body and the living body electrode, a method of filling the space between the electrode and the skin with a liquid or cream electrolyte solution, a conductive gel or the like, or bringing the electrode into close contact with the adhesive material There is. However, these methods tend to cause itching, redness, contact dermatitis, skin infections such as bacteria, and the like.
生体電極としては、銀糸等の導電性の金属コート糸による布帛状の生体電極が知られており、主としてスポーツ分野における心拍計測に用いられている。しかし、金属コート糸は硬いため、柔軟で変形、振動する皮膚との接触が点接触で不安定なものになりやすい。また金属コート糸は疎水性であるため、皮膚が乾燥しやすく角質層のインピーダンス上昇によって生体電極と皮膚との合成抵抗が上昇しやすい。そのため、雑音の発生、生体信号の減弱、及び信号雑音比の低下が生じやすく、生体信号の長時間の計測においては大きな障害となる。 As a bioelectrode, a fabric-like bioelectrode made of a conductive metal-coated yarn such as silver yarn is known, and is mainly used for heart rate measurement in the sports field. However, since the metal-coated yarn is hard, the contact with the skin that is flexible, deformed, and vibrates tends to be unstable due to point contact. Further, since the metal-coated yarn is hydrophobic, the skin is liable to dry and the synthetic resistance between the bioelectrode and the skin is likely to increase due to the increase in impedance of the stratum corneum. For this reason, generation of noise, attenuation of the biological signal, and reduction of the signal-to-noise ratio are likely to occur, which is a great obstacle in long-term measurement of the biological signal.
特許文献1には、生体電極として、ポリエステルナノファイバー等の極細繊維からなる繊維シートに導電性高分子としてPEDOT−PSSが含浸されて固定化された導電性高分子電極が開示されている。前記導電性高分子電極は保湿性に優れ、角質層の水分を安定に保持しやすい。また柔軟性に優れるため、電極と皮膚とが多点接触となり密着性に優れ、電極と皮膚との合成抵抗が低減される。
しかし、特許文献1のような導電性高分子電極は、一般的な繊維を用いた生体電極に比べて通気性や風合いが劣る傾向がある。特に生体信号の長期計測においては、皮膚への優れた密着性に加えて、皮膚の生理的な現象である発汗や水分の蒸散を妨げないための優れた通気性と、電極装着時の違和感を低減するための良好な風合いが重要となる。
However, the conductive polymer electrode as in
耐火性、耐熱性が必要とされる衣服、特に消防活動、高炉作業、自動車レース等の特殊な環境用の衣料品には耐火性能が求められる。またこれら衣料品に加え、作業着、運動用の服や下着においては、耐久性も重要である。特に工場での機械洗濯等では高温、高速度洗浄により繊維に強い機械的ストレスが加わるため、磨耗や損傷を受けやすく、優れた耐久性が求められる。ポリエステルナノファイバー等の極細繊維は、融点や着火点が低く、優れた難燃性や耐久性を得ることは難しい。難燃性が求められる用途では、融点や着火点の比較的高いポリイミド系の繊維や、場合によっては綿等の天然繊維が用いられる。しかし、難燃性の繊維素材は加工性や強度等の制約があるために極細繊維化には適さず、耐久性の点でも、繊維径が数十μm程度の繊維とされる。このような通常の繊維径の繊維を用いる場合は特に、皮膚への密着性、通気性、風合い等を兼ね備えた生体電極を得ることは難しい。 Fire resistance, heat resistance, and especially clothing for special environments such as fire fighting, blast furnace work, and automobile racing are required to have fire resistance. In addition to these clothing items, durability is also important in work clothes, exercise clothes and underwear. In particular, in machine washing in a factory, strong mechanical stress is applied to the fiber due to high temperature and high speed washing, so that it is easily damaged and damaged, and excellent durability is required. Ultrafine fibers such as polyester nanofibers have low melting points and ignition points, and it is difficult to obtain excellent flame retardancy and durability. In applications where flame retardancy is required, polyimide fibers having a relatively high melting point and ignition point, and, in some cases, natural fibers such as cotton are used. However, a flame-retardant fiber material is not suitable for making ultrafine fibers because of restrictions on processability and strength, and is also a fiber having a fiber diameter of about several tens of μm in terms of durability. In particular, when using a fiber having such a normal fiber diameter, it is difficult to obtain a bioelectrode having adhesion to the skin, air permeability, texture, and the like.
本発明は、皮膚等への優れた密着性が確保され、かつ通気性に優れ、風合いが良好な導電性高分子電極、及び前記導電性高分子電極の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a conductive polymer electrode that has excellent adhesion to skin and the like, has excellent breathability, and has a good texture, and a method for producing the conductive polymer electrode. .
本発明の導電性高分子電極は、繊維シートに導電性高分子が含浸された状態で固定化され、かつ厚さ方向の第1面から第2面に向かうにしたがって段階的又は徐々に前記導電性高分子の密度が小さくなる。これにより、皮膚等への優れた密着性を確保しつつ、優れた通気性と良好な風合いを得ることができる。 The conductive polymer electrode of the present invention is fixed in a state where a conductive polymer is impregnated in a fiber sheet, and the conductive polymer electrode is gradually or gradually increased in the direction from the first surface to the second surface in the thickness direction. The density of the conductive polymer is reduced. Thereby, the outstanding air permeability and a favorable texture can be obtained, ensuring the outstanding adhesiveness to skin etc.
本発明の導電性高分子電極においては、導電性高分子がバインダー樹脂により繊維シートに固定化されていることが好ましい。これにより、導電性高分子を繊維シートの厚み方向に偏在させた状態でしっかりと固定化することが容易になる。 In the conductive polymer electrode of the present invention, the conductive polymer is preferably fixed to the fiber sheet with a binder resin. Thereby, it becomes easy to firmly fix the conductive polymer in a state of being unevenly distributed in the thickness direction of the fiber sheet.
本発明の導電性高分子電極においては、バインダー樹脂は熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂であることが好ましい。バインダー樹脂は熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂を用いることで、繊維シートの厚さ方向において導電性高分子を偏在させて固定化することが容易になる。 In the conductive polymer electrode of the present invention, the binder resin is preferably a thermosetting resin or a photocurable resin. By using a thermosetting resin or a photocurable resin as the binder resin, it becomes easy to immobilize and immobilize the conductive polymer in the thickness direction of the fiber sheet.
本発明の導電性高分子電極の製造方法は、繊維シートに導電性高分子を含浸し、厚さ方向の第1面から第2面に向かうにしたがって段階的又は徐々に密度が小さくなるように前記導電性高分子を前記繊維シートに固定化する方法である。これにより、皮膚等への優れた密着性が確保され、かつ通気性に優れ、風合いが良好な導電性高分子電極が得られる。 In the method for producing a conductive polymer electrode according to the present invention, a fiber sheet is impregnated with a conductive polymer, and the density gradually decreases gradually from the first surface to the second surface in the thickness direction. In this method, the conductive polymer is fixed to the fiber sheet. As a result, it is possible to obtain a conductive polymer electrode having excellent adhesion to the skin and the like, excellent air permeability, and good texture.
本発明の導電性高分子電極の製造方法においては、前記導電性高分子と熱硬化性樹脂を含む導電性組成物を前記繊維シートに含浸させ、前記第1面側の一方向から加熱して前記熱硬化性樹脂を硬化させることが好ましい。これにより、繊維シートの厚さ方向において導電性高分子が偏在した導電性高分子電極が容易に得られる。 In the method for producing a conductive polymer electrode of the present invention, the fiber sheet is impregnated with a conductive composition containing the conductive polymer and a thermosetting resin, and heated from one direction on the first surface side. It is preferable to cure the thermosetting resin. Thereby, the conductive polymer electrode in which the conductive polymer is unevenly distributed in the thickness direction of the fiber sheet can be easily obtained.
本発明の導電性高分子電極の製造方法においては、前記導電性高分子と光硬化性樹脂を含む導電性組成物を前記繊維シートに含浸させ、前記第1面側の一方向から光照射して前記光硬化性樹脂を硬化させることが好ましい。これにより、繊維シートの厚さ方向において導電性高分子が偏在した導電性高分子電極が容易に得られる。 In the method for producing a conductive polymer electrode of the present invention, the fiber sheet is impregnated with a conductive composition containing the conductive polymer and a photocurable resin, and light is irradiated from one direction on the first surface side. It is preferable to cure the photocurable resin. Thereby, the conductive polymer electrode in which the conductive polymer is unevenly distributed in the thickness direction of the fiber sheet can be easily obtained.
本発明の導電性高分子電極は、皮膚等への優れた密着性が確保され、かつ通気性に優れ、風合いが良好である。
本発明の導電性高分子電極の製造方法によれば、皮膚等への優れた密着性が確保され、かつ通気性に優れ、風合いが良好な導電性高分子電極が得られる。
The conductive polymer electrode of the present invention has excellent adhesion to the skin and the like, is excellent in air permeability, and has a good texture.
According to the method for producing a conductive polymer electrode of the present invention, it is possible to obtain a conductive polymer electrode having excellent adhesion to skin and the like, excellent air permeability, and good texture.
[導電性高分子電極]
以下、本発明の導電性高分子電極について、一例を示して説明する。なお、以下の説明において例示される図の寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
[Conductive polymer electrode]
Hereinafter, an example of the conductive polymer electrode of the present invention will be described. In addition, the dimension of the figure illustrated in the following description is an example, Comprising: This invention is not necessarily limited to them, It is possible to implement suitably changing in the range which does not change the summary. .
本実施形態の導電性高分子電極1は、図1に示すように、繊維12からなる繊維シート10に導電性高分子を含む導電性組成物14が含浸された状態で固定化されることで形成されている。導電性高分子電極1においては、第1面1aが皮膚等に接触させる接触面とされる。
導電性高分子電極1の平面視形状及び大きさは、特に限定されず、用途に応じて適宜設計できる。
As shown in FIG. 1, the
The planar view shape and size of the
繊維シート10を構成する繊維12としては、特に限定されず、合成繊維、植物性の繊維、動物性の繊維を例示することができる。繊維シート10を形成する繊維12は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。
It does not specifically limit as the
合成繊維としては、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、アラミド繊維、ポリウレタン繊維、炭素繊維を例示することができる。
植物性の繊維としては、綿、麻、ジュートを例示することができる。
動物性の繊維としては、絹、羊毛、コラーゲン、動物組織を構成する弾性繊維を例示することができる。
Examples of the synthetic fiber include nylon fiber, polyester fiber, acrylic fiber, aramid fiber, polyurethane fiber, and carbon fiber.
Examples of vegetable fibers include cotton, hemp and jute.
Examples of animal fibers include silk, wool, collagen, and elastic fibers constituting animal tissues.
繊維12の直径(太さ)は、特に制限されず、用途に応じて適宜選択でき、例えば、0.1μm〜5mmとすることができる。導電性高分子電極1を生体電極として用いる場合、繊維12の直径は、1μm〜1000μmが好ましい。
繊維12の長さは、特に制限されず、用途に応じて適宜選択でき、例えば、1mm〜100mとすることができる。
The diameter (thickness) of the
The length of the
繊維シート10の形態は、特に限定されず、例えば、布地、帯が挙げられる。布地は、織布(布帛)であってもよく、不織布であってもよい。
繊維シート10の厚さは、特に制限されず、用途に応じて適宜選択でき、例えば、1μm〜100mmとすることができる。
The form of the
The thickness in particular of the
この例の導電性組成物14は、導電性高分子と、バインダー樹脂とを含む。導電性高分子電極1では、導電性高分子は繊維シート10に含浸されたバインダー樹脂により繊維シート10に接着されて固定化されている。本発明では、このように導電性高分子がバインダー樹脂により繊維シートに固定化されていることが好ましい。バインダー樹脂を用いることで、導電性高分子を繊維シートにしっかりと固定化することが容易になる。また、耐摩耗性、耐剥離性、耐水性、耐化学性及び機械的強度が向上する。
The
導電性高分子としては、特に限定されず、PEDOT(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン))等のポリチオフェン系の高分子や、ポリピロール、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリフルオレン等を例示することができる。導電性高分子としては、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The conductive polymer is not particularly limited, and is a polythiophene polymer such as PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)), polypyrrole, polyaniline, polyacetylene, polyparaphenylene, polyparaphenylene vinylene, A polyfluorene etc. can be illustrated. As the conductive polymer, one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.
導電性高分子は、ドーパント剤を含んでもよい。
ドーパント剤としては、特に限定されず、電子アクセプターとして、臭素、ヨウ素等のハロゲン、PF5、BF3、SO3等のルイス酸、H2SO4、HClO4等のプロトン酸等を例示することができる。高分子ドーパントとしては、ポリスチレンスルホン酸(PSS)等を例示することができる。電子ドナーとしては、アルカリ金属、アルカリ土類金属等を例示することができる。
The conductive polymer may include a dopant agent.
The dopant agent is not particularly limited, and examples of the electron acceptor include halogens such as bromine and iodine, Lewis acids such as PF 5 , BF 3 and SO 3 , and proton acids such as H 2 SO 4 and HClO 4. Can do. Examples of the polymer dopant include polystyrene sulfonic acid (PSS). Examples of the electron donor include alkali metals and alkaline earth metals.
導電性高分子としては、親水性及び柔軟性に優れる点から、PEDOT−PSSが好ましい。PEDOT−PSSを用いることで、生体電極として用いた場合に皮膚表面の角質層の水分を安定に保持する優れた保湿性と、皮膚等への優れた密着性を有する導電性高分子電極が得られやすくなる。 As the conductive polymer, PEDOT-PSS is preferable from the viewpoint of excellent hydrophilicity and flexibility. By using PEDOT-PSS, when used as a bioelectrode, a conductive polymer electrode having excellent moisture retention that stably retains moisture in the stratum corneum on the skin surface and excellent adhesion to the skin, etc. is obtained. It becomes easy to be done.
導電性高分子の分子量は、特に限定されず、例えば、分子量が数千〜数十万の範囲とすることができる。導電性高分子のスチレン換算の重合平均分子量(Mw)は、特に限定されず、例えば、1000〜900000とすることができ、3000〜450000とすることができ、5000〜50000とすることができる。 The molecular weight of the conductive polymer is not particularly limited, and for example, the molecular weight can be in the range of thousands to hundreds of thousands. The polymerization average molecular weight (Mw) in terms of styrene of the conductive polymer is not particularly limited, and can be, for example, 1000 to 900000, 3000 to 450,000, or 5000 to 50000.
バインダー樹脂としては、導電性高分子の導電性を失活させることなく、繊維シート10の繊維12に導電性高分子を接着して固定化できる樹脂であればよく、熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂が好ましい。導電性高分子電極における熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂は、硬化した状態で存在する。バインダー樹脂としては、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The binder resin may be any resin that can adhere and fix the conductive polymer to the
熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ケイ素樹脂を例示することができる。
光硬化性樹脂としては、エポキシアクリレート系、アクリルエポキシカチオン重合系、感光性ポリイミドを例示することができる。
Examples of the thermosetting resin include phenol resin, urea resin, melamine resin, unsaturated polyester resin, epoxy resin, and silicon resin.
Examples of the photocurable resin include epoxy acrylate, acrylic epoxy cationic polymerization, and photosensitive polyimide.
繊維シート10に含浸される導電性組成物14の量は、繊維シート10の1cm2あたりの単位面積に対して、0.01ml〜10mlが好ましく、0.1ml〜1mlがより好ましい。導電性組成物14の含浸量が前記範囲の下限値以上であれば、優れた導電性が得られやすい。導電性組成物14の含浸量が前記範囲の上限値以下であれば、優れた通気性及び風合いが得られやすい。
The amount of the
導電性組成物中の導電性高分子の含有量は、導電性組成物の総質量に対して、0.1〜10質量%が好ましく、0.5〜2質量%がより好ましい。導電性高分子の含有量が前記範囲の下限値以上であれば、充分な導電性が得られやすい。導電性高分子の含有量が前記範囲の上限値以下であれば、樹脂バインダーの含有量を相対的に増加させることができ、導電性高分子の脱落が抑制されやすくなり、耐久性が向上する。 0.1-10 mass% is preferable with respect to the total mass of a conductive composition, and, as for content of the conductive polymer in a conductive composition, 0.5-2 mass% is more preferable. If the content of the conductive polymer is not less than the lower limit of the above range, sufficient conductivity can be easily obtained. If the content of the conductive polymer is less than or equal to the upper limit of the above range, the content of the resin binder can be relatively increased, and the dropping of the conductive polymer is easily suppressed, and the durability is improved. .
導電性組成物中の樹脂バインダーの含有量は、導電性組成物の総質量に対して、0.1〜10質量%が好ましく、1〜4質量%がより好ましい。樹脂バインダーの含有量が前記範囲の下限値以上であれば、導電性高分子の脱落が抑制されやすくなり、耐久性が向上する。樹脂バインダーの含有量が前記範囲の上限値以下であれば、導電性高分子の含有量を相対的に増加させることができ、導電性が向上する。 0.1-10 mass% is preferable with respect to the total mass of a conductive composition, and, as for content of the resin binder in an electroconductive composition, 1-4 mass% is more preferable. When the content of the resin binder is equal to or higher than the lower limit of the above range, the dropping of the conductive polymer is easily suppressed, and the durability is improved. If content of the resin binder is below the upper limit of the said range, content of a conductive polymer can be increased relatively and electroconductivity will improve.
導電性組成物中の導電性高分子及びバインダー樹脂の合計の含有量は、導電性組成物の総質量に対して、1〜100質量%が好ましく、10〜100質量%がより好ましく、25〜100質量%がさらに好ましい。導電性高分子及びバインダー樹脂の合計の含有量が前記範囲の下限値以上であれば、耐久性及び導電性が向上する。 The total content of the conductive polymer and the binder resin in the conductive composition is preferably 1 to 100% by mass, more preferably 10 to 100% by mass, and more preferably 25 to 25% with respect to the total mass of the conductive composition. 100 mass% is more preferable. If the total content of the conductive polymer and the binder resin is greater than or equal to the lower limit of the above range, durability and conductivity are improved.
導電性組成物中の導電性高分子に対するバインダー樹脂の質量比は、1:0.5〜1:5が好ましく、1:1〜1:2がより好ましい。前記質量比が前記範囲内であれば、優れた耐久性と導電性を両立させやすい。 The mass ratio of the binder resin to the conductive polymer in the conductive composition is preferably 1: 0.5 to 1: 5, and more preferably 1: 1 to 1: 2. When the mass ratio is within the above range, it is easy to achieve both excellent durability and conductivity.
導電性組成物14には、必要に応じて、導電性高分子及びバインダー樹脂以外の他の成分が含まれていてもよい。他の成分としては、例えば、グリセロール、ソルビトール、ポリエチレングリコール‐ポリプロピレングリコールコポリマー、エチレングリコール、スフィンゴシン、ホスファチジルコリン等の添加剤を例示することができる。これらの添加剤を用いれば、濡れ特性、柔軟性や、生体電極としての使用時における皮膚との親和性等が向上する。添加剤としては、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The
添加剤としては、界面活性剤、アルコール、天然多糖類、糖アルコール、アクリル系樹脂等を用いることもできる。
界面活性剤としては、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤が挙げられる。界面活性剤としては、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
As additives, surfactants, alcohols, natural polysaccharides, sugar alcohols, acrylic resins, and the like can be used.
Examples of the surfactant include a cationic surfactant, an anionic surfactant, and a nonionic surfactant. As the surfactant, one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.
カチオン性界面活性剤としては、第4級アルキルアンモニウム塩、ハロゲン化アルキルピリジニウムを例示することができる。
アニオン性界面活性剤としては、アルキル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルスルホコハク酸塩、脂肪酸塩を例示することができる。
非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレン、ポリオキシエチレンアルキルエーテルを例示することができる。
Examples of the cationic surfactant include quaternary alkyl ammonium salts and halogenated alkyl pyridiniums.
Examples of the anionic surfactant include alkyl sulfates, alkyl benzene sulfonates, alkyl sulfosuccinates, and fatty acid salts.
Examples of nonionic surfactants include polyoxyethylene and polyoxyethylene alkyl ether.
アルコールとしては、1価アルコールであってもよく、多価アルコールであってもよい。アルコールとしては、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
1価アルコールとしては、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブタノールを例示することができる。
多価アルコールとしては、エチレングリコール等のグリコール類、グリセリン等の鎖状多価アルコール、グルコースやスクロース等の環状多価アルコール、ポリエチレングリコールやポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールコポリマー等のポリマー状多価アルコールを例示することができる。
The alcohol may be a monohydric alcohol or a polyhydric alcohol. As alcohol, 1 type may be used independently and 2 or more types may be used in combination.
Examples of monohydric alcohols include methanol, ethanol, propyl alcohol, isopropyl alcohol, and butanol.
Examples of the polyhydric alcohol include glycols such as ethylene glycol, chain polyhydric alcohols such as glycerin, cyclic polyhydric alcohols such as glucose and sucrose, and polymeric polyhydric alcohols such as polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, and polypropylene glycol copolymers. Alcohol can be illustrated.
天然多糖類としては、キトサン、キチン、グルコース、アミノグリカンを例示することができる。
糖アルコールとしては、ソルビトール、キシリトール、エリトリトールを例示することができる。
アクリル系樹脂としては、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレートを例示することができる。
Examples of natural polysaccharides include chitosan, chitin, glucose, and aminoglycan.
Examples of sugar alcohols include sorbitol, xylitol, and erythritol.
Examples of the acrylic resin include polyacrylate and polymethyl methacrylate.
導電性高分子電極1においては、厚さ方向において導電性組成物14が偏在しており、導電性組成物14の密度が第1面1aから第2面1bに向かうにしたがって段階的又は徐々に小さくなっている。これにより、導電性高分子電極1においては、厚さ方向において導電性高分子が偏在しており、導電性高分子の密度が第1面1aから第2面1bに向かうにしたがって段階的又は徐々に小さくなっている。このように、導電性高分子電極1においては、皮膚等に接触させる接触面とされる第1面1a側の部分に導電性高分子が偏在している。
In the
導電性高分子電極1の第1面1aは、導電性組成物14が偏在していることで繊維12間の空隙が埋められて適度に平滑化されているため、皮膚等との接触が多点接触となり皮膚等への優れた密着性が確保される。また導電性高分子の偏在により優れた導電性も確保されており、微弱な生体信号でも効率良く取得することができる。また、導電性高分子電極1の第2面1b側の部分は導電性組成物14の密度が低くなっているため、通気性に優れ、風合いも良好である。
The
導電性高分子は、導電性高分子電極1の第1面aから第2面1bに向かうにしたがって密度が段階的に小さくなるように偏在していていてもよく、第1面aから第2面1bに向かうにしたがって密度が徐々に小さくなるように偏在していてもよい。なかでも、生体電極の接触抵抗を減じながら、風合いを保つ点から、導電性高分子電極1の第1面aから第2面1bに向かうにしたがって密度が急激に小さくなるように導電性高分子が偏在していることが好ましい。
The conductive polymer may be unevenly distributed so that the density decreases stepwise from the first surface a of the
従来の導電性高分子電極では、繊維シートに対し、厚み方向に導電性高分子が一様に含浸されて固定化されていたために、充分な通気性が得られにくく、風合いも劣る傾向があった。
これに対して、前記したように、本発明では導電性高分子電極の厚さ方向において、導電性高分子の密度が第1面から第2面に向かうにしたがって段階的又は徐々に小さくなるように、導電性高分子が偏在している。導電性高分子電極の第2面側の部分は導電性組成物の密度が低いため、優れた通気性が得られ、また風合いも良好である。また、第1面は繊維間の空隙が導電性組成物で充分に埋められることで適度に平滑化されるため、皮膚等との接触状態が多点接触となり安定になる。これにより、生体電極として使用した際には電極と皮膚との合成抵抗を低減でき、信号雑音比が向上する。
In the conventional conductive polymer electrode, since the conductive polymer is uniformly impregnated and fixed in the thickness direction with respect to the fiber sheet, it is difficult to obtain sufficient air permeability and the texture tends to be inferior. It was.
In contrast, as described above, in the present invention, in the thickness direction of the conductive polymer electrode, the density of the conductive polymer decreases stepwise or gradually as it goes from the first surface to the second surface. In addition, the conductive polymer is unevenly distributed. Since the portion of the conductive polymer electrode on the second surface side has a low density of the conductive composition, excellent air permeability is obtained and the texture is also good. Moreover, since the 1st surface is smooth | blunted moderately because the space | gap between fibers is fully filled with an electroconductive composition, a contact state with skin etc. becomes a multipoint contact, and becomes stable. Thereby, when used as a biological electrode, the combined resistance of the electrode and the skin can be reduced, and the signal to noise ratio is improved.
本発明の導電性高分子電極の用途としては、生体電極、ドラッグデリバリーシステム用電極、静電気防止コート、タッチパネル操作用具、各種センサ用電極を例示することができる。本発明の導電性高分子電極は、変形や振動が生じる皮膚に対しても安定な接触状態を確保して皮膚と電極との合成抵抗を低減でき、また通気性に優れ、皮膚の発汗や水分の蒸散を妨げず、良好な風合いで電極装着時の違和感も低減できる点から、生体信号の長期計測に用いる生体電極として特に有効である。 Examples of the use of the conductive polymer electrode of the present invention include bioelectrodes, drug delivery system electrodes, antistatic coatings, touch panel operating tools, and various sensor electrodes. The conductive polymer electrode of the present invention can ensure a stable contact state even with skin where deformation or vibration occurs, and can reduce the combined resistance of the skin and the electrode. It is particularly effective as a biological electrode used for long-term measurement of biological signals, because it does not hinder transpiration and can reduce discomfort during electrode mounting with a good texture.
なお、本発明の導電性高分子電極は、前記した導電性高分子電極1には限定されない。例えば、本発明の導電性高分子電極は、バインダー樹脂を用いずに導電性高分子を繊維シートに固定化したものであってもよい。
The conductive polymer electrode of the present invention is not limited to the
[導電性高分子電極の製造方法]
本発明の導電性高分子電極の製造方法は、繊維シートに導電性高分子を含浸し、厚さ方向における第1面から第2面に向かうにしたがって密度が小さくなるように前記導電性高分子を前記繊維シートに固定化する方法である。本発明の導電性高分子電極の製造方法により、前記した本発明の導電性高分子電極が得られる。
以下、本発明の導電性高分子電極の製造方法の一例として、前記した導電性高分子電極1の製造方法について説明する。
[Method for producing conductive polymer electrode]
In the method for producing a conductive polymer electrode according to the present invention, the conductive polymer is impregnated with a conductive polymer in a fiber sheet, and the conductive polymer electrode has a density that decreases from the first surface to the second surface in the thickness direction. Is fixed to the fiber sheet. The conductive polymer electrode of the present invention described above can be obtained by the method for producing a conductive polymer electrode of the present invention.
Hereinafter, the manufacturing method of the above-described
導電性高分子電極1の製造においては、まず繊維シート10に導電性組成物14を含浸させる。
導電性組成物14の含浸方法としては、特に限定されず、塗布、印刷、浸漬、噴霧、滴下等の方法で繊維シート10に導電性組成物14を含浸させる方法を例示することができる。
In the production of the
The method for impregnating the
繊維シート10に導電性組成物14を含浸させる際には、必要に応じて、水、水とアルコール(エタノール、メタノール等)の混合溶液、ジメチルスルホキシド、アセトン等の溶媒を用いてもよい。溶媒としては、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
製造する導電性高分子電極1の導電性、通気性及び風合いは、溶媒の使用量や、繊維シート10に含浸させる際の導電性組成物14の投入量によっても調節することができる。
When the
The conductivity, air permeability, and texture of the
溶媒を使用する場合、溶媒の使用量は、導電性組成物14を含む試薬の全溶液質量に対して、50質量%〜99質量%が好ましく、80質量%〜90質量%がより好ましい。溶媒の使用量が前記範囲の下限値以上であれば、導電性高分子の凝集が抑制される。溶媒の使用量が前記範囲の上限値以下であれば、導電性高分子の含有量を相対的に増加させることができ、導電性が向上する。
When using a solvent, 50 mass%-99 mass% are preferable with respect to the total solution mass of the reagent containing the
繊維シート10に含浸させる際の導電性組成物14の投入量は、繊維シート10の1cm2あたりの単位面積に対して、0.01ml〜10mlが好ましく、0.1ml〜1mlがより好ましい。導電性組成物14の投入量が前記範囲の下限値以上であれば、優れた導電性が得られやすい。導電性組成物14の投入量が前記範囲の上限値以下であれば、優れた通気性及び風合いが得られやすい。
The amount of the
繊維シート10に導電性組成物14を含浸させた後、厚さ方向における第1面から第2面に向かうにしたがって密度が小さくなるように導電性組成物14を繊維シート10に固定化する。
After the
バインダー樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合、例えば、導電性高分子電極1の第1面1aとなる面側の一方向から加熱して熱硬化性樹脂を硬化させる。導電性組成物14を含浸させた繊維シート10の加熱方法としては、特に限定されず、例えば、加熱プレス機を用いる方法が挙げられる。
When a thermosetting resin is used as the binder resin, for example, the thermosetting resin is cured by heating from one direction on the surface side that becomes the
例えば、図2に示すように、繊維シートに導電性組成物を含浸した長尺の含浸シート20を一方向に走行させつつ、加熱機構31を有する加熱ローラ30と、冷却機構41を有する冷却ローラ40により連続的に挟み込んで厚み方向にプレスする。含浸シート20における導電性高分子電極1の第1面1aとなる面側に加熱ローラ30を配置し、その反対の面側に冷却ローラを配置する。
For example, as shown in FIG. 2, a
これにより、繊維シート10の厚さ方向に熱勾配が形成され、その熱勾配によって加熱ローラ30側(加熱側)でより速くより多くの熱硬化性樹脂が硬化し、より速くより多くの導電性高分子が固定化される。そのため、得られる導電性高分子電極1の第1面1a側では繊維12間の空隙が導電性組成物14により埋められて平滑化される。一方、冷却ローラ40側(非加熱側)では加熱側よりも熱硬化性樹脂の硬化が遅く、導電性高分子の固定化が遅れ、繊維12間の空隙が充分に埋まらずに残存する。そのため、得られる導電性高分子電極1の第2面1b側の部分では導電性高分子の密度が低くなる。このように、厚さ方向における第1面から第2面に向かうにしたがって密度が小さくなるように導電性組成物14が偏在した状態で繊維シート10に固定化される。
As a result, a thermal gradient is formed in the thickness direction of the
加熱機構31としては、特に限定されず、公知のヒーターを使用できる。
冷却機構41としては、特に限定されず、冷却水を循環させて冷却する機構、ラジエータ式で放熱する機構、送風により冷却する機構を例示することができる。
The
The
また、図3に示すように、加熱ローラ30のプレス面と含浸シート20の間と、冷却ローラ40のプレス面と含浸シート20の間のそれぞれに、セパレータ膜50を挿入してもよい。セパレータ膜50を挿入することで、加熱ローラ30のプレス面や冷却ローラ40のプレス面に導電性組成物が付着することを抑制しやすくなる。
セパレータ膜50としては、耐熱性及び剥離性を有するものであればよく、例えば、ポリイミドシート、表面がシリコーン処理された紙又は布を例示することができる。
なお、冷却ローラ40の代わりに、冷却機構を有しないローラを用いて自然放熱させるようにしてもよい。
As shown in FIG. 3,
The
Instead of the cooling
導電性高分子電極1の導電性、通気性及び風合いは、プレス圧、加熱温度、加熱量によって調節することができる。
The conductivity, air permeability, and texture of the
加熱温度は、50〜200℃が好ましく、100〜150℃がより好ましい。加熱温度が前記範囲の下限値以上であれば、導電性高分子の固定が安定化する。加熱温度が前記範囲の上限値以下であれば、導電性高分子の熱による劣化を防ぐことができる。 The heating temperature is preferably 50 to 200 ° C, more preferably 100 to 150 ° C. When the heating temperature is equal to or higher than the lower limit of the above range, the fixing of the conductive polymer is stabilized. If heating temperature is below the upper limit of the said range, deterioration by the heat | fever of a conductive polymer can be prevented.
バインダー樹脂として光硬化性樹脂を用いる場合、例えば、導電性高分子電極1の第1面1aとなる面側の一方向からUV光等を照射して光硬化性樹脂を硬化させる。これにより、光照射側でより速くより多くの光硬化性樹脂が硬化し、より速くより多くの導電性高分子が偏在して固定化される。そのため、得られる導電性高分子電極1の第1面1a側は繊維12間の空隙が埋められて適度に平滑化される。一方、光照射側と反対側(非光照射側)では光照射側よりも光硬化性樹脂の硬化が遅く、導電性高分子の固定化が遅れる。そのため、得られる導電性高分子電極1の第2面1b側では導電性高分子の密度が低くなる。
When a photocurable resin is used as the binder resin, for example, the photocurable resin is cured by irradiating UV light or the like from one direction on the surface side that is the
また、バインダー樹脂を用いずに導電性高分子を偏在させて固定化してもよい。例えば、電気泳動的に、導電性高分子を特定の極(例えば陰極)に集めて重合、固定化する方法や、電極の形状や導電性組成物の調整により、繊維シート表面の電流密度を制御して固定化を促進する電解重合法を用いてもよい。また、バインダー樹脂を用いた固定化法と、電解重合や電気化学的な固定化法を組み合わせてもよい。 Alternatively, the conductive polymer may be unevenly distributed and fixed without using the binder resin. For example, the current density on the surface of the fiber sheet can be controlled by electrophoretically collecting a conductive polymer on a specific electrode (for example, the cathode), polymerizing and immobilizing it, and adjusting the electrode shape and conductive composition. Thus, an electrolytic polymerization method that promotes immobilization may be used. Further, an immobilization method using a binder resin may be combined with an electrolytic polymerization or an electrochemical immobilization method.
以上説明した本発明の製造方法によれば、第1面から第2面に向かうにしたがって密度が小さくなるように導電性高分子が偏在していることで、第1面側での皮膚等との密着性と導電性が確保され、かつ通気性及び風合いにも優れた導電性高分子電極が得られる。 According to the manufacturing method of the present invention described above, the conductive polymer is unevenly distributed so that the density decreases from the first surface toward the second surface, so that the skin on the first surface side, etc. It is possible to obtain a conductive polymer electrode that is ensured in adhesion and conductivity and is excellent in air permeability and texture.
なお、本発明の導電性高分子電極の製造方法は、前記した方法には限定されない。例えば、含浸シートをプレス加工する方法は、ロールを用いる方法には限定されず、例えば、一対のプレートを備えるプレス機を用いる方法であってもよい。 In addition, the manufacturing method of the conductive polymer electrode of this invention is not limited to an above described method. For example, the method of pressing the impregnated sheet is not limited to a method using a roll, and may be a method using a press machine including a pair of plates, for example.
1…導電性高分子電極、1a…第1面、1b…第2面、10…繊維シート、12…繊維、14…導電性組成物、20…含浸シート、30…加熱ローラ、31…加熱機構、40…冷却ローラ、41…冷却機構、50…セパレータ膜。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
厚さ方向の第1面から第2面に向かうにしたがって段階的又は徐々に密度が小さくなるように前記導電性高分子を前記繊維シートに固定化する、導電性高分子電極の製造方法。 Impregnating the fiber sheet with conductive polymer,
A method for producing a conductive polymer electrode, comprising fixing the conductive polymer to the fiber sheet so that the density decreases stepwise or gradually from the first surface in the thickness direction toward the second surface.
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