KR20200090178A - 생체 정보 계측용 의복 및 신축성 적층 시트 - Google Patents

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하루히코 나루사와
미치히코 이리에
다카시 곤도
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도요보 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 양호한 도전성이나 신축성을 가지며, 안정된 전기 신호를 취득하면서, 기재에 대한 접착성을 높여, 착탈이나 세탁시의 응력이나 변형에 대해서도, 전극의 박리나 단선이 생기지 않는 생체 정보 계측용 의복용의 신축성 적층 시트를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 신축성 적층 시트는 접착성을 갖는 신축성 절연층과 신축성 도체층의 적어도 2층을 포함하고, 신축성 절연층과 신축성 도체층의 층간의 90도 박리 강도가 1.0 N/cm 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

생체 정보 계측용 의복 및 신축성 적층 시트
본 발명은, 생체 정보 계측용 의복에 이용되는 전기 배선 및 전극 등에 이용되는 신축성 도체 및 그 절연 피막에 관한 것이며, 예컨대 생체의 피부 표면에 접촉시켜 생체 내부의 미약한 전기 신호를 계측할 수 있는 쾌적성이 우수한 생체 정보 계측용 의복이며, 그 전극 및 전기 배선으로서 유용한 신축성 적층 시트에 관한 것이다.
종래, 뇌파, 심전도, 근전도 등의 생체 내부의 미약한 생체 전기 신호를 측정하기 위해, 도전성을 갖는 부드러운 도전성 점착겔 등으로 이루어진 점착 패드 생체 전극(특허문헌 1) 등이 있고, 이러한 점착 패드 전극은, 피부에 대한 접착성을 갖고 있고 피험자가 안정된 상태에서 도전성을 확보하여, 생체 전기 신호 중에 노이즈나 신호 열화를 받아들이지 않도록 이용되어 왔다.
또한, 건강 관리나 질병 예측 등에 이용하기 위해, 일상생활의 장시간에 걸쳐 피험자가 동작한 상태에서도 연속적으로 생체 전기 신호를 취득할 수 있도록 의류 등에 부착할 수 있는 생체 전극이 있고, 피부에 대한 밀착성을 갖는 키토산 또는 키토산 유도체를 이용한 실링층 생체 전극(특허문헌 2)이나 전극의 표면 평활성을 높임으로써 피부에 대한 밀착성을 높인 섬유 편지 생체 전극(특허문헌 3), 전극 전면이 피부에 밀착되어 추종함으로써 안정된 신호 취득을 가능하게 한, 도전성 페이스트를 건조시켜 형성하는 신축성 시트형 전극(특허문헌 4) 등, 점착겔 전극의 대안이 되고 있다.
이들 전극은 동작한 상태에서도 안정된 전기 신호를 확보하기 위해 피부에 대한 전극의 밀착성이 중시되지만, 이들 전극을 의류와 일체화하고자 한 경우에는, 반복된 착탈이나 세탁에 있어서, 생체 전극이 응력이나 변형을 받아 전극의 단선이나 의류로부터의 박리가 생길 우려가 있어, 편리성의 면에서 일반 의류와 동일하게 취급하는 것은 어려했다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 평09-215668호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2002-035141호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 제06185638호 공보 특허문헌 4 : 국제 공개 WO2016/114339
이와 같이, 일상생활의 장기간에 걸쳐 전기 신호를 측정하는 것을 목적으로 한 전극을 부착한 의복에 관해서는, 착용자가 일상의 여러가지 자세나 동작을 취하더라도, 노이즈의 혼입이나 전기 신호의 열화를 방지하기 위해, 전극이 피부에 밀착되어 추종하는 것이 필요하다. 또한, 의류를 입거나 벗거나 할 때 또는 세탁을 할 때에, 생체 전극도 응력이나 변형을 받기 때문에, 전극에는 충분한 물성과 의류에 대한 접착성이 필요해진다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 과제를 배경으로 이루어진 것으로, 양호한 도전성이나 신축성을 가지며, 안정된 전기 신호를 취득하면서, 착탈이나 세탁시의 응력이나 변형에 대해서도, 전극의 박리나 단선이 생기지 않는 충분한 물성과 의류에 대한 접착성을 갖는 생체 정보 계측용 의복용의 신축성 적층 시트를 제공하는 것을 목적으로 했다.
즉 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.
[1] 전기 배선을 갖는 생체 정보 계측용 의복에 있어서, 상기 생체 정보 계측용 의복을 구성하는 파단 신도가 10% 이상인 플렉시블한 피접착층에 대한 90도 박리 강도가 1.0 N/cm 이상, 25.0 N/cm 이하의 범위인 신축성 절연층을 갖는 것을 특징으로 하는 생체 정보 계측용 의복.
[2] 상기 피접착층이, 의복 옷감, 절연 하지층, 도체층에서 선택되는 적어도 하나의 층인 것을 특징으로 하는 [1]에 기재된 생체 정보 계측용 의복.
[3] 생체 정보 계측용 의복의 전기 배선 또는 생체 접촉형 전극으로서 이용되는 신축성 도체층과, 상기 신축성 도체층에 대한 90도 박리 강도가 1.0 N/cm 이상, 25.0 N/cm 이하의 범위인 신축성 절연층을 적어도 갖는 것을 특징으로 하는 신축성 적층 시트.
[4] 상기 신축성 적층 시트의 인장 탄성률이 10 MPa 이상 500 MPa 이하이고, 또한, 신축성 적층 시트의 신장률 10%에서의 신장시의 하중이 3 N 이상 100 N 이하인 것을 특징으로 하는 [3]에 기재된 신축성 적층 시트.
[5] 상기 신축성 도체층의 미신장시의 피막 저항이 300 Ω□ 이하이고, 또한, 신장률 10%에서의 피막 저항 증가비가 10 미만인 것을 특징으로 하는 [3] 또는 [4]에 기재된 신축성 적층 시트.
[6] 상기 접착성을 갖는 신축성 절연층이 유연성 수지를 포함하고, 상기 도체층이 도전성 미립자와 바인더 수지로 구성되는 도전성 조성물을 포함하며, 유연성 수지의 한센 용해도 파라미터(δ)값으로부터 바인더 수지의 한센 용해도 파라미터(δ)값을 뺀 값이 -5.0∼+5.0(MPa)0.5이고, 또한, 유연성 수지의 한센 용해도 파라미터의 수소 결합항(δh)으로부터 바인더 수지의 한센 용해도 파라미터의 수소 결합항(δh)을 뺀 값이 -6.0∼+6.0(MPa)0.5인 것을 특징으로 하는 [3] 내지 [5]의 어느 하나에 기재된 신축성 적층 시트.
[7] 상기 바인더 수지의 탄성률이 1 GPa 이하이고, 또한, 파단 신도가 200% 이상인 것을 특징으로 하는 [3] 내지 [6]의 어느 하나에 기재된 신축성 적층 시트.
[8] 도포 또는 인쇄에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 [3] 내지 [7]의 어느 하나에 기재된 신축성 적층 시트의 제조 방법.
[9] 상기 [3] 내지 [8]의 어느 하나에 기재된 신축성 적층 시트를 전기 배선에 이용한 것을 특징으로 하는 [1] 또는 [2]에 기재된 생체 정보 계측용 의복.
[10] 신축성 적층 시트와 옷감의 층간의 90도 박리 강도가 1.0 N/cm 이상 25.0 N/cm 이하인 것을 특징으로 하는 [9]에 기재된 생체 정보 계측용 의복.
본 발명은, 전기 배선을 갖는 생체 정보 계측용 의복에 있어서, 상기 생체 정보 계측용 의복을 구성하는 파단 신도가 10% 이상인 플렉시블한 피접착층에 대한 90도 박리 강도가 1.0 N/cm 이상 25.0 N/cm 이하의 범위인 신축성 절연층을 갖는 것을 특징으로 하는 생체 정보 계측용 의복이다. 이것이 의미하는 바는, 상기 피접착층이, 의복 옷감, 절연 하지층, 도체층에서 선택되는 적어도 하나의 층이며, 즉 전기 배선의 절연에 있어서 절연층과 피착체 사이에 충분한 접착성을 부여하는 것에 의해, 착탈시의 스트레스나 세탁 등에 의한 스트레스에 대하여 충분히 견딜 수 있는 절연을 갖는 생체 정보 계측용 의복을 실현하는 것이다.
본 발명은, 미리 도체층과 절연층이 적층된 신축성 적층 시트의 형태로 의복 본체에 전기 배선 내지 전극 등을 형성하는 수법으로 제작된 생체 정보 측정용 의복에 적용되는 것이 바람직하다. 본 발명에서는, 의류 내측의 일부에 부착하여, 생체 신호를 측정하기 위해 피부에 접촉시키는 신축성 적층 시트는, 접착성을 갖는 신축성 절연층과 신축성 도체층의 적어도 2층을 포함한다. 접착성을 갖는 신축성 절연층은 신축성 도체층과의 층간의 90도 박리 강도가 1.0 N/cm 이상, 21.0 N/cm 이하의 범위이기 때문에, 착탈이나 세탁시의 응력이나 변형하에서, 신축성 도체층을 지지하여, 신장시에 신축성 도체층 내부의 도전성 미립자의 연쇄 구조가 파괴되는 것을 억제하고, 반복 신축에 있어서도 높은 도전성을 유지하는 역할을 한다.
또한, 신축성 적층 시트의 인장 탄성률이 10 MPa 이상 500 MPa 이하이고, 또한, 신축성 적층 시트의 신장률 10%에서의 신장시의 하중이 3 N 이상 100 N 이하이기 때문에, 착용시에 자세 변화되었을 때에 변형하는 옷감에 신축성 적층 시트가 추종하여 위화감을 주지 않고, 유연하고 신축 가능하기 때문에 의류에 부착하여 사용하더라도 착용감을 손상하지 않는다.
또한, 신축성 도체층은 미신장시의 피막 저항이 300 Ω□ 이하이고, 또한, 신장률 10%에서의 피막 저항 증가비가 10 미만이기 때문에, 측정에 필요한 전기 신호를 얻어, 착용시에 자세 변화되었을 때에 변형하는 옷감에 따라 신축성 도체층이 늘어나더라도 안정된 전기 신호가 확보된다.
신축성 도체층의 구성은, 도전성 미립자와 바인더 수지를 포함하며, 도전성 미립자를 이용함으로써 전기 신호를 확보하고, 바인더 수지로 미립자를 고정하여 신축성 도체층으로서의 형상을 유지한다. 이 때 탄성률이 1 GPa 이하이고, 또한, 파단 신도가 200% 이상인 바인더 수지를 이용함으로써, 신축성이 우수한 신축성 도체층을 얻어, 옷감에 신축성 도체층이 추종하여 위화감을 주지 않고, 옷감에 따라 신축성 도체층이 늘어나더라도 안정된 전기 신호가 확보된다.
신축성 도체층과 적층되는 접착성을 갖는 신축성 절연층은 유연성 수지를 포함하지만, 신축성 도체층의 표면이 평활하기 때문에 유연성 수지의 침투에 의한 물리적 접착력을 얻을 수 없고, 접합 접착에는 화학적 접착력을 필요로 한다. 그 때문에 유연성 수지의 한센 용해도 파라미터(δ)값으로부터 바인더 수지의 한센 용해도 파라미터(δ)값을 뺀 값이 -5.0∼+5.0(MPa)0.5이고, 또한, 유연성 수지의 한센 용해도 파라미터의 수소 결합항(δh)으로부터 바인더 수지의 한센 용해도 파라미터의 수소 결합항(δh)을 뺀 값이 -6.0∼+6.0(MPa)0.5의 범위내가 되도록 각각의 수지를 선정함으로써, 층간의 90도 박리 강도가 1.0 N/cm 이상을 만족시킬 수 있다.
또한, 신축성 적층 시트를 복수 구비하는 생체 정보 계측용 의복은, 신축성 적층 시트와 옷감의 층간의 90도 박리 강도가 1.0 N/cm 이상이지만, 유연성 수지와 옷감을 접합하여 접착할 때에는, 유연성 수지가 옷감에 침투하여 물리적 접착력을 얻을 수 있기 때문에, 수지의 한센 용해도 파라미터에 의한 선정을 하지 않고, 필요 충분한 접착력을 얻어, 사용시나 세탁시에 신축성 도체층이 박리되지는 않는다.
본 발명의 생체 정보 계측용 의복에서의 전기 배선의 도체층으로는, 금속박, 도전성 섬유 내지 도전성사(絲), 신축성 도체층 등을 이용할 수 있다. 금속박으로는 동박, 알루미늄박, 스테인레스스틸박, 금박 등을 이용하는 것이 가능하다. 또한 도전성 섬유 내지 도전성사로는, 금속의 세선, 금속 코팅한 천연 섬유 또는 합성 섬유, 금속 미립자나 카본 나노 파이버 등의 도전성 필러를 함유하는 고분자 재료로 이루어진 섬유, 도전성 고분자를 피복 내지 함청시킨 섬유 등을 이용할 수 있다. 또한, 이들 도전성 섬유 내지 도전사로 구성되는 펠트, 천, 편지(編地), 부직포 등을 전기 배선의 도체층으로서 이용할 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시형태의 신축성 적층 시트에 관해 설명한다. 본 발명의 신축성 적층 시트는, 바람직하게는 접착성을 갖는 신축성 절연층과 신축성 도전층의 적어도 2층을 포함하며, 신축성 절연층과 신축성 도체층의 층간의 90도 박리 강도가 1.0 N/cm 이상 25.0 N/cm 이하의 범위이며, 접착성을 갖는 신축성 절연층을 통해 의류 내측의 일부에 부착된다.
신축성 절연층과 신축성 도체층의 층간의 90도 박리 강도의 바람직한 범위는 1.5 N/cm 이상 15.0 N/cm의 범위이고, 더욱 바람직하게는 2.5 N/cm 이상 10 N/cm 이하의 범위이다. 층간의 90도 박리 강도가 소정의 범위 미만인 경우에는, 착탈이나 세탁시의 응력이나 변형하에서 신축성 도체층이 박리되고 탈락할 우려가 있고, 또한, 신장시에 신축성 도체층 내부의 도전성 미립자의 연쇄 구조가 파괴되어, 반복 신축에 있어서 도전성이 저하되고 단선된다. 또한 소정 범위 이상에서는 신축성 절연층 또는 신축성 도체층의 재료 강도를 훨씬 넘어버리기 때문에 실용적 의미가 없다.
신축성 적층 시트는 그 인장 탄성률이 500 MPa 이하이고, 또한, 신축성 적층 시트의 신장률 10%에서의 신장시의 하중이 100 N 이하이다. 인장 탄성률이 500 MPa를 초과하는 경우나, 신장률 10%에서의 신장시의 하중이 100 N을 초과하는 경우에는, 착용자가 여러 자세나 동작을 취한 경우에, 전극이 피부에 추종할 수 없고, 피부로부터 떨어져 노이즈의 혼입이나 전기 신호의 열화를 야기한다.
신축성 도체층은 미신장시의 피막 저항이 300 Ω□ 이하이고, 또한, 신장률 10%에서의 피막 저항 증가비가 10 미만이다. 미신장시의 피막 저항이 300 Ω□를 초과하는 경우나, 신장률 10%에서의 피막 저항 증가비가 10을 초과하는 경우에는, 착용시에 자세 변화되었을 때에 변형하는 옷감에 따라 신축성 피막층이 늘어났을 때에, 저항 변화에 의해 노이즈의 혼입이나 전기 신호의 열화를 야기한다. 본 발명의 신축성 적층 시트는, 피부에 접촉하여 전기 신호를 취득하는 전극으로서 이용하는 것 외에, 배선으로서 이용할 수도 있고, 그 경우에는 신축성 도체층의 표측에 절연 보호층으로서 신축성 절연성 피막층을 더 형성해도 좋다.
또 인장 탄성률에 있어서 하한은 10 MPa 정도이며, 인장 탄성률이 그 이상으로 낮은 경우에는 재료 강도가 극단적으로 약해지므로 실용성이 부족해진다.
본 발명의 신축성 적층 시트에 있어서, 접착성을 갖는 신축성 절연층은 유연성 수지를 포함하며, 열가소성 수지, 열ㆍ광경화성 수지, 고무ㆍ엘라스토머 등을 들 수 있다. 열가소성 수지로는 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌ㆍ아세트산비닐 공중합체, 폴리염화비닐리덴, 공중합 폴리에스테르 등을 이용할 수 있다. 열ㆍ광경화성 수지로는 아크릴 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄 수지 등을 이용할 수 있다. 고무ㆍ엘라스토머로는 우레탄 고무, 아크릴 고무, 실리콘 고무, 부타디엔 고무, 니트릴 고무, 이소프렌 고무, 스티렌부타디엔 고무, 부틸 고무, 클로로술폰화폴리에틸렌 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 불화비닐리덴 코폴리머 등을 들 수 있다. 그 중에서 신축성을 발현시키기 위해 고무ㆍ엘라스토머를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 도공이나 인쇄를 하기 위해 유연성 수지는 물이나 유기 용제를 함유해도 좋다.
전기 전도성을 갖는 신축성 도체층은 적어도 도전성 미립자와 바인더 수지의 2종 이상으로 구성되며, 각각 성분이나 도전성 미립자의 연쇄 구조가 상이한 층을 2층 이상 가져도 좋다. 도전성 미립자는 금속계 미립자 및 또는 탄소계 미립자이며, 금속계 미립자로는, 은, 금, 백금, 팔라듐, 구리, 니켈, 알루미늄, 아연, 납, 주석 등의 금속 입자, 황동, 청동, 백동, 땜납 등의 합금 입자, 은피복 구리와 같은 하이브리드 입자, 나아가 금속 도금한 고분자 입자, 금속 도금한 유리 입자, 금속 피복한 세라믹 입자 등을 이용할 수 있다. 탄소계 미립자로는, 그래파이트 분말, 활성탄 분말, 인편형 흑연 분말, 아세틸렌블랙, 케첸블랙, 풀러렌, 카본 나노 튜브 등을 이용할 수 있다. 도전성 미립자는 1종만이어도 좋고 2종 이상이어도 좋다.
바인더 수지는 탄성률이 1 GPa 이하이고, 또한, 파단 신도가 200% 이상인 수지를 이용하는 것이 바람직하고, 열가소성 수지, 열ㆍ광경화성 수지, 고무ㆍ엘라스토머 등을 들 수 있다. 열가소성 수지로는 저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌ㆍ아세트산비닐 공중합체, 폴리염화비닐리덴, 공중합 폴리에스테르 등을 이용할 수 있다. 열ㆍ광경화성 수지로는 아크릴 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄 수지 등을 이용할 수 있다. 고무ㆍ엘라스토머로는 우레탄 고무, 아크릴 고무, 실리콘 고무, 부타디엔 고무, 니트릴 고무, 이소프렌 고무, 스티렌부타디엔 고무, 부틸 고무, 클로로술폰화폴리에틸렌 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 불화비닐리덴 코폴리머 등을 들 수 있다. 바인더 수지는 1종만이어도 좋고 2종 이상이어도 좋다. 그 중에서는 도전성 미립자와의 밀착성과 신축성을 발현시키기 위해서는 고무ㆍ엘라스토머를 이용하는 것이 바람직하다.
바람직하게는 접착성을 갖는 신축성 절연층과 전기 전도성을 갖는 신축성 도체층을 접합하여 적층할 때에, 각각의 층을 구성하는 유연성 수지와 바인더 수지의 접합 접착에는 화학적 접착력을 필요로 한다. 그 때문에 본 발명에서 실시하는 층간의 90도 박리 강도가 1.0 N/cm 이상을 만족시키기 위해서는, 유연성 수지의 한센 용해도 파라미터(δ)값으로부터 바인더 수지의 한센 용해도 파라미터(δ)값을 뺀 값이 -5.0∼+5.0(MPa)0.5이고, 또한, 유연성 수지의 한센 용해도 파라미터의 수소 결합항(δh)으로부터 바인더 수지의 한센 용해도 파라미터의 수소 결합항(δh)을 뺀 값이 -6.0∼+6.0(MPa)0.5의 범위내가 되도록 각각의 수지를 선정하는 것이 바람직하다.
여기서 설명하는 한센의 용해도 파라미터란, DR. Charles M. Hansen 등이 제창한 용해성의 지표이며, 용해성을 분산항(δd), 극성항(δp), 수소 결합항(δh)의 3개의 파라미터로 나타낸 것이며, 각 파라미터가 가까운 물질끼리는 서로의 용해성이 높다고 판단하는 지표이다. 또, 한센 용해도 파라미터(δ)는 하기 식(1)로 표시된다.
δ=((δd)2+(δp) 2+(δh)2)0.5ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(1)
이들 파라미터에 의한 지표는 수지의 혼합성에도 사용되고, 본 발명에서의 신축성 적층 시트의 각 수지층의 화학적 접착력의 지표에도 유용하며, 특히, 한센 용해도 파라미터(δ)와 수소 결합항(δh)에 의한 선정이 유용하다는 것을 발견했다.
신축성 도체층에 이용하는 도전성 미립자의 배합량은 전기 저항과 신축성, 투습성을 고려하여 결정되고, 바인더 수지에 대한 체적%가 크면 전기 저항은 낮아져 전기 신호의 열화가 억제되지만, 신축성 절연층과의 접착력이 낮아지고 내세탁성이 저하되고, 또한, 신축성이 낮아져, 타이트함과 피트감이 악화된다. 한편, 체적%가 작으면 신축성이 올라가, 타이트함과 피트감이 향상되지만, 전기 저항이 높아져 전기 신호가 열화한다. 양자의 특성의 균형을 잡는 데에 있어서 도전성 미립자의 바인더 수지에 대한 배합량은 20∼60 체적%가 바람직하다.
본 발명의 신축성 적층 시트의 접착성을 갖는 신축성 절연층과 신축성 도체층의 어느 하나 또는 양쪽에, 기계적 특성, 내열성, 내구성, 투습성을 얻기 위해, 필요한 특성을 손상하지 않는 범위에서 절연성 미립자를 포함하고 있어도 좋다. 절연계 미립자는 유기계 내지 무기계의 절연성 물질로 이루어진 미립자이며, 유기계 미립자로는, 아크릴 수지 미립자, 스티렌 수지계 미립자, 멜라민 수지계 미립자 등의 수지계 미립자를 이용할 수 있다. 무기계 미립자로는, 실리카, 알루미나, 지르코니아, 탈크, 탄화규소, 마그네시아, 질화붕소 등의 세라믹스계 미립자나, 인산칼슘, 인산마그네슘, 황산바륨, 황산칼슘 등의 물에 난용인 염의 미립자를 이용할 수 있다. 절연계 미립자는 1종만이어도 좋고 2종 이상이어도 좋다.
본 발명의 신축성 도체층은 상기 도전성 미립자와 바인더 수지 외에, 물 또는 유기 용제를 포함한 도전성 페이스트를 도포 또는 인쇄 등의 수단에 의해 제작된다. 물 또는 유기 용제의 함유량은 도전성 미립자의 분산 방법이나, 도전성막 형성 방법에 적합한 도전성 페이스트의 점도나 건조 방법 등에 의해 결정되는 것 외에, 도포후의 도전성 미립자의 연쇄 구조 형성 상태나 피막층의 투습성을 좌우한다. 특별히 한정되지는 않지만, 도전성 미립자, 바인더 수지와 용제의 합계 질량을 100%로 한 경우에 20∼60 질량%인 것이 바람직하다. 20 질량% 미만인 경우에는 점도가 높아져 도공이나 인쇄에 적합하지 않고, 도전성 미립자의 연쇄 구조가 불균일해져 도전성이나 신축성이 저하된다. 한편, 60 질량%를 초과하는 경우에는, 건조 경화 도막 중의 잔용제량이 많아져, 도막의 신뢰성 저하를 야기할 우려가 있다.
또한, 유기 용제는, 비점이 100℃ 이상, 300℃ 미만인 것이 바람직하다. 유기 용제의 비점이 지나치게 낮으면, 페이스트 제조 공정이나 페이스트 사용시에 용제가 휘발하여, 페이스트를 구성하는 성분비가 변화하기 쉬울 우려가 있고, 유기 용제의 비점이 지나치게 높으면, 건조 경화 도막중의 잔용제량이 많아져, 도막의 신뢰성 저하를 야기할 우려가 있다. 이러한 유기 용제로는, 시클로헥사논, 톨루엔, 이소포론, γ-부티로락톤, 벤질알콜, 엑손 화학 제조의 솔벳소 100, 150, 200, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 테르피네올, 부틸글리콜아세테이트, 디아밀벤젠(비점: 260∼280℃), 트리아밀벤젠(비점: 300∼320℃), n-도데칸올(비점: 255∼29℃), 디에틸렌글리콜(비점: 245℃), 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트(비점: 145℃), 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트(비점: 217℃), 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트(비점: 247℃), 디에틸렌글리콜디부틸에테르(비점: 255℃), 디에틸렌글리콜모노아세테이트(비점: 250℃), 트리에틸렌글리콜디아세테이트(비점: 300℃), 트리에틸렌글리콜(비점: 276℃), 트리에틸렌글리콜모노메틸에테르(비점: 249℃), 트리에틸렌글리콜모노에틸에테르(비점: 256℃), 트리에틸렌글리콜모노부틸에테르(비점: 271℃), 테트라에틸렌글리콜(비점: 327℃), 테트라에틸렌글리콜모노부틸에테르(비점: 304℃), 트리프로필렌글리콜(비점: 267℃), 트리프로필렌글리콜모노메틸에테르(비점: 243℃), 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올모노이소부틸레이트(비점: 253℃) 등을 들 수 있고, 필요에 따라서 이들의 2종 이상이 포함되어도 좋다. 이러한 유기 용제는, 도전성 페이스트가 도포나 인쇄 등에 적합한 점도가 되도록 적절하게 함유된다.
또한, 본 발명의 신축성 도체층을 제작하기 위해 이용되는 도전성 페이스트에는, 도포 인쇄 특성을 얻기 위해, 신축 가능한 도전성막에 필요한 특성을 손상하지 않는 범위에서, 칙소성 부여제, 레벨링제, 가소제, 소포제 등을 배합할 수 있다. 본 발명의 신축성 도체층을 형성하기 위한 도전성 페이스트는, 미립자를 액체에 분산시키는 종래 공지의 방법을 이용함으로써 수지 중에 도전성 미립자를 균일하게 분산할 수 있다. 예컨대, 미립자의 분산액, 수지 용액을 혼합한 후, 초음파법, 믹서법, 3롤밀법, 볼밀법 등으로 균일하게 분산할 수 있다. 이들 수단은, 복수를 조합하여 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 신축성 적층 시트의 제조 방법은, 도전성 페이스트를 이형성이 있는 기재 상에 도포 또는 인쇄하여 도막을 형성하고, 이어서 도막에 포함되는 유기 용제를 휘산시켜 건조시킨 후에, 미리 형성된 접착성을 갖는 신축성 절연층 시트를 접합하는 방법, 미리 형성된 접착성을 갖는 신축성 절연층 시트에 도전성 페이스트를 도포 또는 인쇄하여 도막을 형성하고, 이어서 도막에 포함되는 유기 용제를 휘산시켜 건조시켜 얻는 방법, 도전성 페이스트를 이형성이 있는 기재 상에 도포 또는 인쇄하여 도막을 형성하고, 이어서 도막에 포함되는 유기 용제를 휘산시켜 건조시킨 후에, 그 위에 접착성을 갖는 신축성 절연층을 형성하는 유연성 수지 용액을 도포 또는 인쇄하여 도막을 형성하고, 이어서 도막에 포함되는 유기 용제를 휘산시켜 건조시키는 방법 등이 있고, 어느 방법을 이용해도 좋다. 또한 어느 방법을 이용하는 경우에도, 절연 피막층과 도전성 피막층의 층간 접착력을 향상시키기 위해, 앞서 형성한 피막층에 플라즈마 처리, 화염 처리, 프라이머 처리 등을 한 후에, 다음 층을 형성해도 좋다.
도전성 페이스트를 도포하는 공정은, 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 코팅법, 인쇄법 등에 의해 행할 수 있다. 인쇄법으로는, 스크린 인쇄법, 평판 옵셋 인쇄법, 잉크젯법, 플렉소 인쇄법, 그라비아 인쇄법, 그라비아 옵셋 인쇄법, 스탬핑법, 디스펜스법, 스키지 인쇄 등을 들 수 있다. 도포된 도전성 페이스트나 유연성 수지 용액을 가열ㆍ건조시키는 공정은, 대기하, 진공 분위기하, 불활성 가스 분위기하, 환원성 가스 분위기하 등에서 행할 수 있고, 유기 용제가 휘산되고, 경우에 따라 가열하에 경화 반응이 진행되어, 건조후의 신축성 도체층의 전기 저항이나 신축성이 양호해진다. 대기하에서의 가열 온도는 50∼200℃의 범위, 가열 시간은 10∼90분의 범위에서 행하고, 신축성 도체층의 전기 저항이나 신축성, 바인더 수지의 내열성, 유기 용제의 비점 등을 고려하여 저온 장시간 내지 고온 단시간의 조합에서 선택된다. 50℃ 미만 내지 10분 미만에서는 용제가 도막 중에 잔류하여, 원하는 전기 저항이나 신축성을 얻을 수 없고, 200℃를 초과 내지 90분 초과하는 경우에는, 바인더 수지나 유연성 수지나 기재의 열화나 가교에 의해 원하는 신축성을 얻을 수 없고, 또한 비용 증가를 초래한다.
본 발명의 생체 정보 측정용 의류는, 상기 본 발명의 신축성 적층 시트를 복수 의류 내측의 일부에 부착한 구성을 갖는다. 본 발명의 생체 정보 측정용 의류의 기재는, 벨트, 브래지어와 같은 띠형상의 물건, 및/또는, 편직물, 부직포로 이루어진 피복이라면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 생체 정보의 측정을 위해 착용시의 신체에 대한 피트성이나 운동시ㆍ동작시의 추종성 등의 관점에서, 신축성을 갖는 것이 바람직하고, 착탈이나 세탁시의 응력이나 변형에 대해서도 전극의 박리나 단선이 생기지 않도록, 신축성 적층 시트와 옷감의 층간의 90도 박리 강도가 1.0 N/cm 이상을 갖는다. 이러한 생체 정보 측정용 의류는, 착용자의 생체 정보를 계측하는 수단이 되고, 통상의 착용법과 착용감을 가지며, 착용하는 것만으로 간편하게 각종 생체 정보를 측정할 수 있다.
실시예
다음으로, 본 발명의 구체적 실시예에 관해 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 특별히 한정되는 것은 아니다.
[도전성 페이스트의 제작]
표 1에 나타내는 재료를 이용하여, 표 2에 나타내는 중량 배합비에 의해 수지를 각 용제에 용해하고, 얻어진 용액에 도전성 미립자를 배합하고, 3롤밀로 혼합하여 도전성 페이스트를 얻었다.
Figure pct00001
Figure pct00002
[신축성 적층 시트의 제작]
이형 처리 PET 필름 상에 상기 도전성 페이스트를 사용하고, 어플리케이터를 이용하여 건조막 두께가 약 60 μm이 되도록 도포하고, 120℃, 30분간, 열풍 건조 오븐으로 건조시키는 것에 의해 신축성 도체층을 형성했다. 동일하게 하여 별도로 준비한 이형 처리 PET 필름 상에 표 1에 나타내는 접착성 수지 용액을 사용하고, 어플리케이터를 이용하여 건조막 두께가 약 60 μm이 되도록 도포하고, 120℃, 30분간, 열풍 건조 오븐으로 건조시키는 것에 의해, 접착성을 갖는 신축성 절연층을 형성했다. 다음으로 이형 처리 PET 필름 부착 신축성 도체층과 이형 처리 PET 필름 부착 접착성을 갖는 신축성 절연층을, 이형 처리 PET 필름이 외측이 되도록 중합하여, 고무롤 온도를 120℃로 조정한 롤 라미네이트기로 접착하고, 양면 이형 처리 PET 필름 부착 신축성 적층 시트를 제작했다. 이들 시트를 이용하여 후술하는 방법으로, 두께, 인장 탄성률, 10% 신장시 단위 하중, 미신장시 피막 전기 저항, 10% 신장시 저항 증가비, 90도 박리 강도를 측정했다. 실시예의 측정 결과를 표 3에 나타낸다.
Figure pct00003
[전극 및 배선을 구비한 의복의 제작]
상기에서 제작한 이형 처리 PET 필름 부착 신축성 적층 시트를 배선폭 1.0 cm 배선 길이 15.0 cm에 이어지는 사방 5.0 cm의 정방형상으로 잘라냈다. 잘라낸 배선 부착 전극으로부터 접착성을 갖는 신축성 절연층측의 이형지를 박리하여 셔츠(폴리에스테르 100%)의 이면측의 소정 위치에 배치하여 다리미로 열압착하고, 추가로 이형 처리 PET 필름을 박리하여, 이면측에 전극을 갖춘 셔츠를 제작했다.
[두께, 탄성률 및 10% 신장시 하중의 측정]
두께는 JIS K7130(1999) 플라스틱-필름 및 시트-두께 측정 방법, A법에 기초하여 측정했다. 탄성률 및 신장시 하중은 JIS K7161-1(2012) 플라스틱-인장 특성을 구하는 방법-제1부에 기초하여 측정했다. 측정 조건은 시험편 폭 15 mm, 시험편 길이 150 mm, 척간 거리 100 mm, 시험 속도 50 mm/분으로 했다.
[신장 시험 및 전기 저항의 측정]
폭 2.5 cm의 척을 2개 구비한 신장 시험기(수동 연신기)를 이용하여, 척간 거리 5.0 cm이 되도록 상기에서 제작한 신축성 적층 시트를 사이에 끼우고, 길이 방향으로 신장률 10%까지 신장(변위량 0.5 cm)했다. 시험 전후의 전기 저항은 디지털 멀티미터(요코가와미터&인스투루먼트사 제조 「YOKOGAWA TY530」)를 이용하고, 대향하는 2개의 척의 외측(측정 거리 10 cm)에서 신장 전후의 저항치(Ω)를 측정하여, 신축성 적층 시트의 전기 저항(Ω□)을 얻었다. 저항치의 측정은 신장 직후(3초 이내)에 실시했다.
[90도 박리 강도의 측정]
신축성 적층 시트의, 접착성을 갖는 신축성 절연 피막층측과, 전기 전도성을 갖는 신축성 피막층측 각각에, 인장 탄성률이 1 GPa 이상, 두께가 20 μm 이상인 기재를 이용한 점착 테이프를 접착하고, 각각의 층을 각각의 층에 접착한 점착 테이프마다 파지하고, 접착성을 갖는 신축성 절연 피막층과 전기 전도성을 갖는 신축성 피막층의 층간 박리력을, JIS K6854-1(1999) 접착제-박리 접착 강도 시험 방법 90도 박리에 기초하여, 신축성 적층 시트의 90도 박리 접착력을 측정했다. 측정 조건은 시험편폭 15 mm, 시험편 길이 150 mm, 박리 속도 50 mm/분으로 했다.
또, 본 실시예에서는 기재 두께가 50 μm인 폴리에스테르 필름 기재에 두께 25 μm의 점착제층을 갖는 점착 테이프를 이용했다.
[한센 용해도 파라미터치의 산출]
각각의 수지를 H1-NMR, C13-NMR 및 IR 측정에 의해 해석한 결과로부터 구조식을 구하고, Charles M.Hansen저 「Hansen Solubility Parameters; A Users Handbook(CRC Press, 2007)」에 기재되어 있는 방법을 참고로, 컴퓨터 소프트웨어 「Hansen Solubility Parameters in Practice(HSPiP)를 이용하여 산출을 행했다. 산출한 값을 표 1에 나타낸다.
[세탁 내구성]
세탁의 조건은, JIS L 0844에 준거하여 행했다. 구체적으로는, 기계 세탁기, 세탁 네트, 세제(카오 주식회사 제조 어택)를 이용하여, 상기에서 제작한 전극을 구비한 셔츠를 5회 연속 세탁후, 1회 그늘에서 말리기를 1사이클로 하여 10회 반복했다. 세탁후의 신축성 도체 시트의 시트 저항을 측정하여, 초기 시트 저항과의 변화(세탁후의 시트 저항/초기 시트 저항)를 구했다.
[착탈 내구성]
상기에서 작성한 전극 및 배선을 구비한 셔츠를 이용하여, 성인 남성 5명을 피험자로 하여 100회의 착탈을 행하고, 시험후의 전극 및 배선의 박리 상태 및 파단 상태를 육안으로 관찰했다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 신축성 적층 시트는 충분한 접착성을 갖기 때문에 착탈시나 세탁시에 신축성 도체층이 박리되지 않고, 신장시의 하중이 낮기 때문에 옷매무새나 착용감을 손상하지 않고, 신장시에도 전기 저항의 증가가 억제되기 때문에 전기 노이즈가 적은 생체 전기 신호를 얻을 수 있다.
본 발명에서는, 전극의 접착 부족이 원인이 되는 전극의 박리, 파단을 억제하여, 옷매무새나 착용감이 우수하고, 양호한 전기 신호 측정을 가능하게 하는 생체 정보 측정용의 신축성 적층 시트 및 의류를 제공하는 것으로, 일상생활의 건강 관리, 조깅, 마라톤 등 옥외 스포츠시의 생체 정보의 파악, 건설 현장 등의 옥외 작업에서의 노무 관리에 적용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 전기 배선을 갖는 생체 정보 계측용 의복에 있어서, 상기 생체 정보 계측용 의복을 구성하는 파단 신도가 10% 이상인 플렉시블한 피접착층에 대한 90도 박리 강도가 1.0 N/cm 이상, 25.0 N/cm 이하의 범위인 신축성 절연층을 갖는 것을 특징으로 하는 생체 정보 계측용 의복.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피접착층이, 의복 옷감, 절연 하지층, 도체층에서 선택되는 적어도 하나의 층인 것을 특징으로 하는 생체 정보 계측용 의복.
  3. 생체 정보 계측용 의복의 전기 배선 또는 생체 접촉형 전극으로서 이용되는 신축성 도체층과, 상기 신축성 도체층에 대한 90도 박리 강도가 1.0 N/cm 이상, 25.0 N/cm 이하의 범위인 신축성 절연층을 적어도 갖는 것을 특징으로 하는 신축성 적층 시트.
  4. 제3항에 있어서, 상기 신축성 적층 시트의 인장 탄성률이 10 MPa 이상 500 MPa 이하이고, 또한, 신축성 적층 시트의 신장률 10%에서의 신장시의 하중이 3 N 이상 100 N 이하인 것을 특징으로 하는 신축성 적층 시트.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 신축성 도체층의 미신장시의 피막 저항이 300 Ω□ 이하이고, 또한, 신장률 10%에서의 피막 저항 증가비가 10 미만인 것을 특징으로 하는 신축성 적층 시트.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접착성을 갖는 신축성 절연층이 유연성 수지를 포함하고, 상기 도체층이 도전성 미립자와 바인더 수지로 구성되는 도전성 조성물을 포함하며, 유연성 수지의 한센 용해도 파라미터(δ)값으로부터 바인더 수지의 한센 용해도 파라미터(δ)값을 뺀 값이 -5.0∼+5.0(MPa)0.5이고, 또한, 유연성 수지의 한센 용해도 파라미터의 수소 결합항(δh)으로부터 바인더 수지의 한센 용해도 파라미터의 수소 결합항(δh)을 뺀 값이 -6.0∼+6.0(MPa)0.5인 것을 특징으로 하는 신축성 적층 시트.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바인더 수지의 탄성률이 1 GPa 이하이고, 또한, 파단 신도가 200% 이상인 것을 특징으로 하는 신축성 적층 시트.
  8. 도포 또는 인쇄에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 신축성 적층 시트의 제조 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 신축성 적층 시트를 전기 배선에 이용한 것을 특징으로 하는 생체 정보 계측용 의복.
  10. 제9항에 있어서, 신축성 적층 시트와 옷감의 층간의 90도 박리 강도가 1.0 N/cm 이상 25.0 N/cm 이하인 것을 특징으로 하는 생체 정보 계측용 의복.
KR1020207016184A 2017-11-17 2018-10-01 생체 정보 계측용 의복 및 신축성 적층 시트 KR20200090178A (ko)

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