JP7001948B2 - Conductive polymer electrode and method for manufacturing conductive polymer electrode - Google Patents
Conductive polymer electrode and method for manufacturing conductive polymer electrode Download PDFInfo
- Publication number
- JP7001948B2 JP7001948B2 JP2021020919A JP2021020919A JP7001948B2 JP 7001948 B2 JP7001948 B2 JP 7001948B2 JP 2021020919 A JP2021020919 A JP 2021020919A JP 2021020919 A JP2021020919 A JP 2021020919A JP 7001948 B2 JP7001948 B2 JP 7001948B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conductive polymer
- electrode
- conductive
- fiber sheet
- polymer electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
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 manufacturing the 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。 Bioelectrodes are used for the purpose of stably and efficiently acquiring weak biological signals in the body. In order to efficiently acquire biological signals, it is necessary to reduce the combined resistance between the biological body and the biological electrode. Synthetic resistance is greatly affected by the resistance component of the skin, especially the stratum corneum of the epidermis. Reducing the resistance of the stratum corneum is extremely important for bioelectrodes, as the stratum corneum of the epidermis exhibits insulating properties, especially in the dry state. In addition, the surface of the skin is usually uneven, and the skin is deformed or vibrated with body movement. Therefore, in order to reduce the synthetic resistance, it is also important that the electrode surface comes into contact with the skin at as many points as possible and in a wide area to stabilize the contact state between the skin and the bioelectrode.
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 of reducing the synthetic resistance between the living body and the biological electrode, a method of filling the space between the electrode and the skin with a liquid or cream-like electrolyte solution, a conductive gel, or the like, or a method of bringing the electrode into close contact with the skin with an adhesive material. There is. However, these methods are prone to hemorrhoids, 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 cloth-like bioelectrode made of a conductive metal-coated yarn such as a silver thread 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 tends to dry easily, and the synthetic resistance between the bioelectrode and the skin tends to increase due to the increase in the impedance of the stratum corneum. Therefore, noise is likely to be generated, the biological signal is attenuated, and the signal-to-noise ratio is likely to decrease, which is a major 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 is required for clothing that requires fire resistance and heat resistance, especially clothing for special environments such as fire fighting activities, blast furnace work, and automobile racing. In addition to these clothing items, durability is also important for work clothes, exercise clothes and underwear. In particular, in machine washing at a factory, strong mechanical stress is applied to the fibers due to high temperature and high speed washing, so that the fibers are easily worn or damaged, and excellent durability is required. Ultrafine fibers such as polyester nanofibers have a low melting point and ignition point, and it is difficult to obtain excellent flame retardancy and durability. For 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, the flame-retardant fiber material is not suitable for making ultrafine fibers due to restrictions such as workability and strength, and is considered to be a fiber having a fiber diameter of about several tens of μm in terms of durability. Especially when such a fiber having a normal fiber diameter is used, it is difficult to obtain a bioelectrode having adhesion to the skin, breathability, 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。 It is an object of the present invention to provide a conductive polymer electrode having excellent adhesion to the skin and the like, having excellent breathability, and having 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り、前記第2面側の繊維表面まで前記導電性高分子が固定化されている。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 immobilized in a state where the fiber sheet is impregnated with the conductive polymer, and the conductivity is gradually or gradually increased from the first surface to the second surface in the thickness direction. The density of the conductive polymer is reduced, and the conductive polymer is immobilized up to the fiber surface on the second surface side. As a result, it is possible to obtain excellent breathability and good texture while ensuring excellent adhesion to the skin and the like.
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, it is preferable that the conductive polymer is immobilized on the fiber sheet with a binder resin. This makes it easy to firmly immobilize 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 unevenly distribute 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 of the present invention, the fiber sheet is impregnated with the conductive polymer so that the density gradually or gradually decreases from the first surface to the second surface in the thickness direction. This is a method of immobilizing the conductive polymer on the fiber sheet. As a result, a conductive polymer electrode having excellent adhesion to the skin or the like, excellent breathability, and a good texture can be 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て前記導電性高分子を前記繊維シートに固定化し、かつ、前記一方向からの加熱により、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を小さくすることが好ましい。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. The thermosetting resin is cured to fix the conductive polymer on the fiber sheet, and heating from the one direction gradually or gradually increases from the first surface to the second surface in the thickness direction. It is preferable to gradually reduce the density of the conductive polymer. As a result, a 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て前記導電性高分子を前記繊維シートに固定化し、かつ、前記一方向からの光照射により、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を小さくすることが好ましい。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. The photocurable resin is cured to immobilize the conductive polymer on the fiber sheet, and by irradiation with light from the one direction, steps are taken from the first surface to the second surface in the thickness direction. It is preferable to reduce the density of the conductive polymer targetly or gradually. As a result, a 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 ensures excellent adhesion to the skin and the like, has excellent breathability, and has a good texture.
According to the method for producing a conductive polymer electrode of the present invention, a conductive polymer electrode having excellent adhesion to skin or the like, excellent air permeability, and a good texture can be obtained.
[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, the conductive polymer electrode of the present invention will be described with reference to an example. It should be noted that the dimensions and the like of the figures exemplified in the following description are examples, and the present invention is not necessarily limited to them, and the present invention can be appropriately modified without changing the gist thereof. ..
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 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。
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 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-based polymer such as PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)), polypyrrole, polyaniline, polyacetylene, polyparaphenylene, polyparaphenylene vinylene, etc. Examples thereof include polyfluorene and the like. As the conductive polymer, one type may be used alone, or two or more types 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 contain 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 , SO 3 , and protonic acids such as H 2 SO 4 , HClO 4 . Can be done. Examples of the polymer dopant include polystyrene sulfonic acid (PSS) and the like. 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 because it is excellent in hydrophilicity and flexibility. By using PEDOT-PSS, a conductive polymer electrode having excellent moisturizing property that stably retains water in the stratum corneum on the skin surface and excellent adhesion to the skin etc. when used as a bioelectrode can be obtained. It will be easier to get rid of.
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 several thousand to several hundred thousand. The styrene-equivalent polymerization average molecular weight (Mw) of the conductive polymer is not particularly limited, and can be, for example, 1000 to 900,000, 3000 to 450,000, or 5000 to 50,000.
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 a resin that can adhere and immobilize 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 an epoxy acrylate type, an acrylic epoxy cationic polymerization type, and a 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。 The content of the conductive polymer in the conductive composition is preferably 0.1 to 10% by mass, more preferably 0.5 to 2% by mass, based on the total mass of the conductive composition. When the content of the conductive polymer is at least the lower limit of the above range, sufficient conductivity can be easily obtained. When the content of the conductive polymer is not more than the upper limit of the above range, the content of the resin binder can be relatively increased, the falling 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。 The content of the resin binder in the conductive composition is preferably 0.1 to 10% by mass, more preferably 1 to 4% by mass, based on the total mass of the conductive composition. When the content of the resin binder is at least the lower limit of the above range, the conductive polymer is likely to be suppressed from falling off, and the durability is improved. When the content of the resin binder is not more than the upper limit of the above range, the content of the conductive polymer can be relatively increased, and the conductivity is improved.
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 25 to 25 to the total mass of the conductive composition. 100% by mass is more preferable. When the total content of the conductive polymer and the binder resin is at least the lower limit of the above range, the durability and the 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 the additive, a surfactant, alcohol, natural polysaccharide, sugar alcohol, acrylic resin and the like can also be used.
Examples of the surfactant include a cationic surfactant, an anionic surfactant, and a nonionic surfactant. As the surfactant, one type may be used alone, or two or more types 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 a quaternary alkylammonium salt and an alkylpyridinium halide.
Examples of the anionic surfactant include alkyl sulfates, alkylbenzene sulfonates, alkyl sulfosuccinates, and fatty acid salts.
Examples of the nonionic surfactant 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 the alcohol, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination.
Examples of the monohydric alcohol 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 polymer polyhydric alcohols such as polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, and polypropylene glycol copolymer. Alcohol can be exemplified.
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 the sugar alcohol include sorbitol, xylitol, and erythritol.
Examples of the acrylic resin include polyacrylate and polymethylmethacrylate.
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。
Since 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 gradually decreases from the first surface a to 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, the fiber sheet is uniformly impregnated with the conductive polymer in the thickness direction and immobilized, so that sufficient air permeability is difficult to obtain and the texture tends to be inferior. rice field.
On the other hand, as described above, in the present invention, in the thickness direction of the conductive polymer electrode, the density of the conductive polymer gradually or gradually decreases from the first surface to the second surface. The conductive polymer is unevenly distributed. Since the density of the conductive composition is low in the portion on the second surface side of the conductive polymer electrode, excellent air permeability can be obtained and the texture is also good. Further, the first surface is appropriately smoothed by sufficiently filling the voids between the fibers with the conductive composition, so that the contact state with the skin or the like becomes multipoint contact and becomes stable. As a result, when used as a bioelectrode, the combined resistance between 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 applications of the conductive polymer electrode of the present invention include bioelectrodes, electrodes for drug delivery systems, antistatic coatings, touch panel operating tools, and electrodes for various sensors. The conductive polymer electrode of the present invention secures a stable contact state with respect to the skin where deformation and vibration occur, can reduce the synthetic resistance between the skin and the electrode, has excellent breathability, and causes skin sweating and moisture. It is particularly effective as a biological electrode used for long-term measurement of biological signals because it does not interfere with the evaporation of the material and has a good texture and can reduce discomfort when the electrode is attached.
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 above-mentioned
[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。
[Manufacturing method of conductive polymer electrode]
In the method for producing a conductive polymer electrode of the present invention, the fiber sheet is impregnated with the conductive polymer, and the density of the conductive polymer decreases from the first surface to the second surface in the thickness direction. Is a method of immobilizing 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, as an example of the method for manufacturing the conductive polymer electrode of the present invention, the method for manufacturing the
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 impregnation method of 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 a solvent is used, the amount of the solvent used is preferably 50% by mass to 99% by mass, more preferably 80% by mass to 90% by mass, based on the total 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 impregnating 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 of 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, while running a long impregnated
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 heat 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。
Further, as shown in FIG. 3, a
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 fixation of the conductive polymer is stabilized. When the heating temperature is not more than the upper limit of the above range, deterioration of the conductive polymer due to heat 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 of 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。 Further, the conductive polymer may be unevenly distributed and immobilized without using the binder resin. For example, the current density on the surface of the fiber sheet is controlled by a method of electrolyzing a conductive polymer collected at a specific electrode (for example, a cathode) to polymerize and immobilize it, or by adjusting the shape of an electrode and the conductive composition. Then, an electrolytic polymerization method for promoting immobilization may be used. Further, the immobilization method using a binder resin may be combined with an electrolytic polymerization method 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 to the second surface, so that the skin or the like on the first surface side is formed. A conductive polymer electrode having excellent adhesion and conductivity, and excellent breathability and texture can be obtained.
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。 The method for manufacturing the conductive polymer electrode of the present invention is not limited to the above-mentioned method. For example, the method of pressing the impregnated sheet is not limited to the method using a roll, and may be, for example, a method using a press machine provided with a pair of plates.
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。
1 ... Conductive polymer electrode, 1a ... 1st surface, 1b ... 2nd surface, 10 ... Fiber sheet, 12 ... Fiber, 14 ... Conductive composition, 20 ... Impregnated sheet, 30 ... Heating roller, 31 ... Heating mechanism , 40 ...
Cooling roller, 41 ... Cooling mechanism, 50 ... Separator film.
Claims (3)
かつ、前記一方向からの加熱により、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を小さくする、導電性高分子電極の製造方法。 The fiber sheet is impregnated with a conductive composition containing a conductive polymer and a thermosetting resin, and heated from one direction on the first surface side in the thickness direction to cure the thermosetting resin to have high conductivity. The molecule is immobilized on the fiber sheet,
A method for manufacturing a conductive polymer electrode, which gradually or gradually reduces the density of the conductive polymer from the first surface to the second surface in the thickness direction by heating from the one direction.
かつ、前記一方向からの光照射により、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を小さくする、導電性高分子電極の製造方法。 The fiber sheet is impregnated with a conductive composition containing a conductive polymer and a photocurable resin, and light is irradiated from one direction on the first surface side in the thickness direction to cure the photocurable resin to cure the conductive resin. The polymer is immobilized on the fiber sheet,
Further, a method for manufacturing a conductive polymer electrode, which gradually or gradually reduces the density of the conductive polymer from the first surface to the second surface in the thickness direction by irradiating light from the one direction. ..
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021020919A JP7001948B2 (en) | 2021-02-12 | 2021-02-12 | Conductive polymer electrode and method for manufacturing conductive polymer electrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021020919A JP7001948B2 (en) | 2021-02-12 | 2021-02-12 | Conductive polymer electrode and method for manufacturing conductive polymer electrode |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017155141A Division JP2019033778A (en) | 2017-08-10 | 2017-08-10 | Conductive polymer electrode, and manufacturing method of the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021090787A JP2021090787A (en) | 2021-06-17 |
| JP7001948B2 true JP7001948B2 (en) | 2022-01-20 |
Family
ID=76312930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021020919A Active JP7001948B2 (en) | 2021-02-12 | 2021-02-12 | Conductive polymer electrode and method for manufacturing conductive polymer electrode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7001948B2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005213455A (en) | 2004-01-30 | 2005-08-11 | Nippon Koden Corp | Conductive pressure-sensitive adhesive composition, process for producing the same, and biomedical electrode using the conductive pressure-sensitive adhesive composition |
| JP2015154945A (en) | 2015-03-27 | 2015-08-27 | 日本電信電話株式会社 | Biological electrode and biological signal measuring device |
| US20170027473A1 (en) | 2015-07-29 | 2017-02-02 | Far Eastern New Century Corporation | Physiology sensing device and intelligent textile |
| JP2017512542A (en) | 2014-03-10 | 2017-05-25 | エル.アイ.エフ.イー. コーポレーション エス.エー.L.I.F.E. Corporation S.A. | Physiological monitoring clothing |
| JP2017086260A (en) | 2015-11-05 | 2017-05-25 | 三井化学株式会社 | Conductive nonwoven fabric and method for producing the same, nonwoven fabric laminate, bioelectrode, and biosignal measurement device |
-
2021
- 2021-02-12 JP JP2021020919A patent/JP7001948B2/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005213455A (en) | 2004-01-30 | 2005-08-11 | Nippon Koden Corp | Conductive pressure-sensitive adhesive composition, process for producing the same, and biomedical electrode using the conductive pressure-sensitive adhesive composition |
| JP2017512542A (en) | 2014-03-10 | 2017-05-25 | エル.アイ.エフ.イー. コーポレーション エス.エー.L.I.F.E. Corporation S.A. | Physiological monitoring clothing |
| JP2015154945A (en) | 2015-03-27 | 2015-08-27 | 日本電信電話株式会社 | Biological electrode and biological signal measuring device |
| US20170027473A1 (en) | 2015-07-29 | 2017-02-02 | Far Eastern New Century Corporation | Physiology sensing device and intelligent textile |
| JP2017086260A (en) | 2015-11-05 | 2017-05-25 | 三井化学株式会社 | Conductive nonwoven fabric and method for producing the same, nonwoven fabric laminate, bioelectrode, and biosignal measurement device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2021090787A (en) | 2021-06-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6454649B2 (en) | Electrode member and apparatus | |
| Chen et al. | Permeable conductors for wearable and on‐skin electronics | |
| KR102045018B1 (en) | Flexible EMI shielding materials for electronic device, EMI shielding type circuit module comprising the same and Electronic device comprising the same | |
| JP5984645B2 (en) | Pressure sensor and pressure sensor device | |
| JP5986008B2 (en) | Method for manufacturing conductive fabric and method for manufacturing biological signal measuring apparatus | |
| Lee et al. | Permeable bioelectronics toward biointegrated systems | |
| US10994044B2 (en) | Shape memory spacer fabric composite | |
| JP7001948B2 (en) | Conductive polymer electrode and method for manufacturing conductive polymer electrode | |
| Zhang et al. | Smart wearable fibers and textiles: status and prospects | |
| JP5947247B2 (en) | Method and apparatus for producing conductive fiber | |
| Chauhan et al. | MXene on Textile Substrates: A Review | |
| JP6770493B2 (en) | Conductive polymer electrode and method for manufacturing conductive polymer electrode | |
| JP2019033778A (en) | Conductive polymer electrode, and manufacturing method of the same | |
| JP6947973B2 (en) | Elastic electrode and its manufacturing method, and wearable electrode | |
| JP6287265B2 (en) | Multifilament yarn and fiber structure using the same | |
| Li et al. | Recent progress in the strategies and applications of electrospinning electroactive tissue engineering scaffolds | |
| KR102372671B1 (en) | heating patch | |
| Park et al. | Fibrillar Strings for Wearable Sensor Applications: J. Park et al. | |
| KR20110088047A (en) | Planar heating element having waterproof, moisture permeability, and antistatic property and manufacturing method thereof | |
| JP6989733B1 (en) | Conductive films, bioelectrodes and biosensors | |
| JP6043685B2 (en) | Catheter including conductive composite fiber | |
| JP2019131906A (en) | Conductive fiber and manufacturing method therefor, conductive fabric and bioelectrode | |
| Roy et al. | Soft materials for wearable electronics | |
| JP2023087704A (en) | nanomesh laminate | |
| AYDINOĞLU | CONDUCTIVE HYDROGELS AS SMART MATERIALS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210212 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20211117 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20211124 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20211207 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7001948 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |