KR20230074414A - 생체 전극 - Google Patents

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fibers
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치구사 카메모토
노리코 나가이
케이이치 토노모리
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도레이 카부시키가이샤
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Abstract

유연하고 착의 쾌적성이 높고, 위치 어긋남을 일으키기 어려운, 텍스타일 형상의 생체 전극으로 하기 위해, 비도전성의 섬유로 구성된 섬유 기재층과 도전체층의 적층 구조를 갖고, 상기 도전층은 카본 블랙, 우레탄 수지 및 수계 증점제를 함유하는 도전체로 형성된 층인 생체 전극으로 한다.

Description

생체 전극
본 발명은 생체 전극에 관한 것이다.
인체나 동물의 뇌파나 심전도, 근전도 등, 생체 전기 신호를 측정하기 위해서나, 생체에 전기 자극을 부여하기 위해서 사용하는 생체 전극으로서는 겔 전극이나 고무 전극, 금속 박판을 사용한 전극, 도전성 섬유 소재를 사용한 전극 등, 다양한 종류의 생체 전극이 사용되고 있다.
상기 겔 전극이나 고무 전극은 유연성이 풍부하여 생체의 체표면에 밀착되어 안정된 생체 신호 취득이 가능하다고 하는 메리트가 있는 한편, 통풍성이 나쁘고, 접촉 개소에 땀참이 생기고, 물듦 등을 야기한다고 하는 문제가 있었다.
또한, 금속 박판을 사용한 전극은 소수성으로 단단하고, 수분이 풍부해서 유연한 생체의 체표면과 접촉하는 용도에는 적합성이 낮다고 하는 문제가 있었다. 체표면에 밀착시키기 위해서는, 높은 접압을 필요로 하거나, 도전성의 페이스트(젤리)를 사용할 필요가 있었다.
도전성의 페이스트 등을 사용하지 않고, 생체의 체표면에 직접 첨부할 수 있는 전극으로서, 도전성을 갖는 텍스타일 형상의 전극은 유효하다고 생각되어, 다양한 제안이 되고 있다. 텍스타일 전극은 절곡에 강하고, 체표면의 요철에 맞춰서 형상 변화시킬 수 있다.
텍스타일 형상의 전극에 있어서, 도전성을 부여하기 위해서 섬유에 금속 도금한 것이나, 도전성 고분자를 코팅한 것, 카본 재료를 사용한 것이 제안되어 있다. 카본은 알레르기 반응이나 금속의 부식을 야기하기 어렵고, 또한 저렴하기 때문에 공업 용도로 널리 사용되고 있다.
카본을 사용한 텍스타일 전극으로서, 실리콘 러버에 카본 블랙 분말을 첨가한 전극이 제안되어 있다(특허문헌 1, 2 참조).
일본 특허 공표 2006-512128호 공보 국제 공개 제2017/199026호
특허문헌 1에 기재된 생체 전극과 특허문헌 2에 기재된 생체 전극은 모두 스테인리스강 등의 도전사로 구성되는 기재 또는 도전 와이어로 구성되는 기재를 갖고 있다. 또한, 이들 생체 전극은 실리콘 러버(실리콘 고무)의 사용이 예시되어 있다. 스테인리스강 등의 도전사로 구성되는 기재 및 도전 와이어로 구성되는 기재는 비도전성의 섬유로 구성되는 기재와 비교해서 유연성이 떨어지는 경향이 있다. 또한, 이들 생체 전극이 포함하는 실리콘 소재는 이형성이 우수한 계면 특성을 갖는다. 그 때문에, 이들 생체 전극은 사용 시에 피부 박리되기 쉬워져, 생체 신호 취득 중의 착용자의 움직임으로 생체 전극의 위치 어긋남을 발생시키고, 미약한 신호를 취득 또는 입력하는 생체 전극에 있어서 아치 팩트를 발생시켜 버릴 우려가 있다. 한편, 비도전성의 섬유를 사용한 경우, 충분한 도전성이 얻어지지 않는 경우가 있다.
상기에 비추어, 본 발명은 텍스타일 형상의 생체 전극이며, 유연하고 착의 쾌적성이 높고, 위치 어긋남을 일으키기 어려운 생체 전극을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위한 발명의 구성은 이하 중 어느 하나이다.
(1) 비도전성의 섬유로 구성된 섬유 기재층과 도전체층의 적층 구조를 갖고, 상기 도전체층은 카본 블랙, 우레탄 수지 및 수계 증점제를 함유하는 도전체로 형성된 층인 생체 전극.
(2)(1)에 있어서,
상기 섬유 기재층과 상기 도전체층 사이에 섬유와 도전체가 혼재하고 있는 혼재층을 갖는 생체 전극.
(3)(2)에 있어서,
상기 혼재층의 두께의 값을, 생체 전극이 구비하는 상기 도전체층, 상기 혼재층, 및 상기 섬유 기재층의 각 두께의 합계값으로 나눈 값에 100을 곱하여 얻어진 값인 혼재층 비율이 0.1∼80%이며, 상기 도전체층 두께가 1∼200㎛인 생체 전극.
(4)(1) 내지 (3) 중 어느 하나에 있어서,
상기 수계 증점제가 폴리아크릴산계 화합물인 생체 전극.
(5)(1) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서,
상기 우레탄 수지가 에테르계 우레탄 수지 및 카보네이트계 우레탄 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 생체 전극.
(6)(1) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서,
상기 생체 전극의 체적 저항률이 1×106Ω·㎝ 이하인 생체 전극.
(7)(1) 내지 (6) 중 어느 하나에 있어서,
상기 섬유 기재층의 표면 저항값이 1×1010Ω 이상인 생체 전극.
본 발명은 텍스타일 형상의 생체 전극이며, 유연하고 착의 쾌적성이 높고, 우수한 도전성을 갖고, 위치 어긋남을 일으키기 어려운 생체 전극이 얻어진다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태를 나타내는 생체 전극의 횡단면의 개념도이다.
이하에, 본 발명에 따른 생체 전극의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<생체 전극>
본 발명의 생체 전극은 비도전성의 섬유로 구성된 섬유 기재층과 도전체층의 적층 구조를 갖고, 도전체층이 생체에의 접촉면이 되고, 생체 신호를 취득해 전달하는 것이다. 여기서, 상기 적층 구조는 섬유 기재층과 도전체층이 직접 적층되어 이루어지는 적층 구조여도 좋고, 섬유 기재층과 도전체층 사이에 섬유와 도전체가 혼재하고 있는 혼합층 등을 구비한 3층 이상의 적층 구조여도 좋다. 도전체층은 카본 블랙, 우레탄 수지 및 수계 증점제를 포함하는 도전체로 형성된 층이며, 혼재층은 섬유와 도전체가 혼재하고 있는 층이다. 또한, 혼재층은 상기 도전체가 비도전성의 섬유에 함침함으로써 형성되어 있다. 도 1은 본 발명의 생체 전극의 일 형태의 횡단면을 나타내는 개념도이지만, 예를 들면 섬유 기재(2) 상에 도전체(1)를 도포함으로써 얻어진 형태이며, 상기 생체 전극은 도전체만으로 구성된(즉, 섬유 기재를 포함하지 않는다) 도전체층(3), 도전체와 섬유 기재를 포함하는 혼재층(4), 섬유 기재만으로 구성된(즉, 도전체를 포함하지 않는다) 섬유 기재층(5)이 적층된 구조를 갖고 있다.
<도전체층>
본 발명에 있어서 도전체층이란 도전성을 발현하는 층이며, 도전체만으로 형성된(즉, 섬유 기재를 포함하지 않는다) 층이다. 여기서 말하는 도전체란 생체 전극에 도전성을 부여하기 위한 배합물이며, (A)카본 블랙, (B)우레탄 수지, 및 (C)수계 증점제를 포함한다. 그리고, 상기 배합물 및 도전체층은 (A)카본 블랙, (B)우레탄 수지, 및 (C)수계 증점제 이외에 다른 성분을 함유하고 있어도 좋다. 다른 성분으로서는, (D) 도전성 향상제, (E) 유연성 부여제, (F) 계면활성제 및/또는 레벨링제, 가교제, 촉매, 소포제 등이 예시되지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
<(A)카본 블랙>
본 발명에 사용하는 카본 블랙(이하, CB로 기재하는 경우가 있다)은 도전성 물질이다. CB에 의한 도전성 부여 시에는 CB의 베이스를 형성하고 있는 입자지름(스트럭처를 구성하는 입자의 입자지름, 이하 상기 입자를 1차 입자, 상기 입자지름을 1차 입자지름이라고 칭하는 경우도 있다)과, 1차 입자의 연쇄 구조인 스트럭처와, 입자 표면 성상을 고려하는 것이 긴요하다. CB와 바인더를 포함하는 용액을 조제하는 경우, 특히 중요한 것은 입자 표면 성상을 개질함으로써 비표면적을 크게 하는 것이다. 비표면적이 큰 것은 입자 표면에 세공이 많은 것을 의미하고, 세공에 바인더가 들어가서 입자간 거리를 작게 할 수 있어, 높은 도전성을 얻는 것으로 이어진다.
비표면적은 BET법으로 측정할 수 있고, 카본 블랙의 BET 비표면적은 400∼2000㎡/g 이상인 것이 바람직하다. 카본 블랙의 BET 비표면적은 600∼1600㎡/g인 것이 보다 바람직하다. 카본 블랙의 BET 비표면적이 400㎡/g 이상임으로써 입자간 거리가 충분히 작아져서 생체 전극에 충분한 도전성을 부여할 수 있는 범위가 되고, 600㎡/g 이상에 의해 한층 높은 도전 성능이 얻어진다. 상한을 2000㎡/g 이하로 함으로써 스트럭처를 유지할 수 있고, 생체 전극에 안정한 도전 성능의 부여가 가능해진다. 이 효과는 카본 블랙의 BET 비표면적이 1600㎡/g 이하임으로써 보다 현저한 것이 된다.
또한, 높은 도전성을 얻기 위해서는, CB의 1차 입자가 작은 것이 바람직하다. CB의 1차 입자의 평균 입자지름은 1∼200㎚의 범위로 하는 것이 바람직하고, 5∼100㎚의 범위가 보다 바람직하다. 1㎚ 이상으로 함으로써 생체 전극의 마찰에 있어서의 견뢰성이 현재화하고, 5㎚ 이상으로 높은 견뢰성이 얻어진다. 200㎚ 이하로 함으로써, 생체 전극에의 도전 성능 부여가 충분하게 되고, 또한 100㎚ 이하로 함으로써 높은 도전성이 부여된다. 1차 입자지름은 도전체로부터 잘라낸 극박 절편을 투과형 전자 현미경(Transmision Electron Microscope; TEM)에 의해 1차 입자지름을 관찰할 수 있는 임의의 배율로 관찰해 취득한 상으로부터 임의로 선택한 복수의 1차 입자에 대해서 외접하는 원의 직경을 구하고, 그것들의 값을 평균화해서 얻는다.
또한, 높은 도전성을 얻기 위해서는, 스트럭처가 고도로 발달되어 있는 것이 바람직하고, 스트럭처의 크기의 지표인 디부틸프탈레이트(DBP) 흡수량이 100∼600㎤/100g의 것이 바람직하고, 300∼500㎤/100g의 것이 보다 바람직하다. 100㎤/100g이상으로 함으로써, 스트럭처의 발달에 의해 도전 성능이 현재화하고, 300㎤/100g이상으로 함으로써 도전 성능이 더욱 향상된다. 한편, 600㎤/100g 이하로 함으로써 점도를 높게 억제할 수 있어 섬유의 내부에 충분히 침투시킬 수 있고, 생체 전극에 충분한 도전 성능을 부여할 수 있다. 500㎤/100g 이하로 함으로써, 그 효과는 보다 현저해진다. DBP 흡수량은 JIS K 6217-4(2017)에 나타내어지는 방법으로 업소프트 미터를 사용해서 측정한다.
본 발명의 생체 전극에 있어서, (A)카본 블랙의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 도전체의 고형분 100중량부에 대하여, CB의 함유량은 1중량부∼60중량부인 것이 바람직하고, 5중량부∼40중량부인 것이 보다 바람직하다. 1중량부 이상으로 함으로써, 카본 블랙의 연속성에 의해 생체 전극에 있어서의 도전 성능이 현재화하고, 5중량부 이상으로 도전성능이 더욱 향상된다. 또한, CB의 함유량을 60중량부 이하, 또한 40중량부 이하로 함으로써 도전체층의 마찰에 있어서의 견뢰성이 얻어진다.
<(B)우레탄 수지>
도전체는 상기 (A)카본 블랙에 추가하여, (B)우레탄 수지를 더 함유한다. 여기서, (B)우레탄 수지의 역할은 도전체를 구성하는 배합물을 섬유 기재에 담지시키는 바인더의 역할을 담당한다. 바인더는 생체 전극의 유연성이 크게 관여하기 때문에 바인더가 우레탄 수지인 것이 중요하다. 우레탄 수지는 우레탄 수지 이외의 수지와 비교해서 유연성이 어긋나기 때문에, 본 발명의 생태 전극은 유연하고 착의 쾌적성이 우수하다.
(B)우레탄 수지는 생체 전극 중의 도전체를 구성하는 배합물의 섬유 기재로부터의 탈락을 막고, 또한 생체 전극의 피부 박리를 경감하고, 생체 신호 취득성을 향상시킬 수 있다. 이 점으로부터, 도전체가 우레탄 수지를 포함하는 것이 본 발명의 특징 중 하나이다.
도전체는 바인더로서, 우레탄 수지 단독이어도 좋고 그 밖의 수지를 1종 또는 복수 포함하고 있어도 좋고, 기타의 수지로서 바람직한 구체예로서는, 올레핀계 수지, 폴리에스테르계 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 염화비닐 수지, 나일론 수지 및 아크릴계 수지 등이 예시된다.
우레탄 수지는 원재료의 폴리올에 의해 에테르계, 에스테르계, 카보네이트계, 변성 폴리올, 또는 에스테르/카보네이트계, 또는 그것들을 조합시킨 폴리머 등으로 분류되지만, 모두 사용할 수 있다. 내가수분해성의 관점에서, 특히 에테르계 우레탄 수지 및 카보네이트계 우레탄 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다.
우레탄 수지로서 사용할 수 있는 시판품으로서는 이하의 것을 예시할 수 있다. 즉, 에테르계 우레탄 수지로서, "Rezamin(상표등록) D-2040"(DAINICHISEIKA), "SUPERFLEX(등록상표) E-4800"(DKS Co., Ltd.), 카보네이트계 우레탄 수지로서, "EVAFANOL(등록상표) HA-107C"(NICCA CHEMICAL CO., LTD.), "Rezamin(등록상표) D-6300"(DAINICHISEIKA사제), "Rezamin(등록상표) D-6065NP"(DAINICHISEIKA), "SUPERFLEX(등록상표) 460"(DKS Co., Ltd.제), 또한 폴리에테르/카보네이트계 우레탄 수지로서 "Rezamin(등록상표) D-4080"(DAINICHISEIKA), "Rezamin(등록상표) D-4200"(DAINICHISEIKA) 등이 예시된다.
우레탄 수지에는 방향족 이소시아네이트와 지방족 이소시아네이트로부터 유래되는 우레탄 수지가 있지만, 독성 및 황변의 관점에서, 피부 접촉 또는 내구성이 필요한 생체 전극 용도로서는 지방족 이소시아네이트를 갖는 우레탄 수지인 것이 바람직하다.
본 발명의 생체 전극에 있어서, 얻어지는 생체 전극의 유연성의 관점에서, 우레탄 수지의 유리 전이 온도(Tg)는 -60∼±0℃인 것이 바람직하다. 유리 전이 온도(Tg)는 이하의 방법에 의거해 측정된다. 우선, 스테인리스의 박스 중에 수지 용액을 유입하고, 60℃에서 1시간, 120℃에서 2시간 건조하고, 두께 약 0.3㎜의 필름을 작성한다. 이 필름을 사용하고, 점탄성 측정 장치 DMS6100(Seiko Instruments Inc.제)에서 -100∼200℃의 동적 점탄성을 측정하고, 얻어진 손실 점탄율의 피크 온도(T℃)를 유리 전이 온도(Tg)라고 한다. 또한, 측정은 승온 속도 5℃/분, 측정 주파수 1Hz에서 행한다.
또한, 얻어지는 생체 전극의 내마찰성의 관점에서, 우레탄 수지 단체의 인장강도는 5∼50MPa인 것이 바람직하다. 우레탄 수지 단체의 인장 강도가 5MPa 이상임으로써 생체 전극의 마찰에 대한 견뢰성이 얻어지고, 우레탄 수지 단체의 인장 강도가 50MPa 이하임으로써, 생체 전극의 텍스타일 특유의 유연성을 보다 확실하게 유지할 수 있다.
본 발명의 생체 전극에 있어서, 우레탄 수지의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 도전체의 고형분 100중량부에 대하여 40∼98중량부가 바람직하고, 60∼95중량부가 보다 바람직하다. 우레탄 수지의 함유량이 40중량부 이상임으로써, 생체 전극에 함유되는 (A)카본 블랙이 보다 탈락하기 어려워진다. 한편, 우레탄 수지의 함유량이 98중량부 이하임으로써, 생체 전극 중의 카본 블랙간의 접점을 확보하고, 전극 부재로서 사용했을 때에 충분한 도전성을 확보할 수 있으므로 바람직하다.
<(C)수계 증점제>
도전체는 상기 (A)카본 블랙, (B)우레탄 수지에 추가하여, (C)수계 증점제를 더 함유한다. 여기서, (C)수계 증점제의 역할은 도전체층을 형성하기 위한 도포액을 섬유 기재에 도포할 때에, 도포 두께 및 도포액의 섬유 기재에의 침투 정도를 제어하기 위해서, 도전체층을 구성하는 배합물로 형성된 용액(도포액)에 점성 특성을 주는 것이다. 또한, 도포 두께를 제어함으로써, 도전체층의 두께를 제어할 수 있고, 우수한 도전성을 갖는 생체 전극을 얻을 수 있다. 또한, 섬유 기재에의 도포 액의 침투 정도를 제어함으로써, 후술하는 혼재층의 두께를 제어할 수 있고, 우수한 도전성을 갖는 생체 전극을 얻을 수 있다.
(C)수계 증점제는 제조 시에 있어서의 VOC 저감의 관점에서, 수계의 용매를 포함한다. 수계 증점제는 1종류를 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다.
수계 증점제로서는 이하의 것을 예시할 수 있다. 무기계로서는, 규산염, 몬모릴로나이트, 유기계로서는 셀룰로오스계의 카르복시메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 비닐계의 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐벤질에테르 공중합물, 폴리아크릴산계의 폴리아크릴산 또는 폴리아크릴산염, 폴리(메타)아크릴산-(메타)아크릴산 에스테르 공중합체, 가교 코어-카르복실산 에멀전, 폴리우레탄계의 폴리에테르 변성 우레탄 화합물, 소수성 변성 폴리옥시에틸렌 폴리우레탄 공중합물, 우레아계의 우레탄우레아계 화합물 등이 예시된다.
그 중에서도, 폴리아크릴산계 화합물은 도포액에 증점성에 추가하여 틱소트로픽성을 부여할 수 있기 때문에 바람직하게 사용된다. 폴리아크릴산계 화합물에 의해 증점 및 틱소트로픽성을 부여한 도포액은 저장 시의 침강 방지나 도포 시의 점성 저하에 의한 작업성 향상 등 우수한 특성이 얻어진다.
본 발명의 생체 전극에 있어서, (C)수계 증점제의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 도전체의 고형분 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부인 것이 바람직하고, 0.5∼5중량부인 것이 보다 바람직하다. 수계 증점제의 함유량이 0.1중량부 이상임으로써 생체 전극의 도전체를 형성하는 도포액에 증점성 및 틱소트로픽성을 부여해 도포성을 향상시킬 수 있고, 10중량부 이하로 함으로써, 과도한 증점에 의한 도포 불량을 억제할 수 있으므로 바람직하다.
<기타 배합물>
상기와 같이, 본 발명의 생체 전극에 있어서, 도전체는 (A)카본 블랙, (B)우레탄 수지, 및 (C)수계 증점제 이외에 다른 성분을 함유하고 있어도 좋다. 다른 성분으로서는, (D)도전성 향상제, (E)유연성 부여제, (F)계면활성제 및/또는 레벨링제, 가교제, 촉매, 소포제 등이 예시된다.
<(D)도전성 향상제>
도전체에는 (D)도전성 향상제를 첨가해도 좋다. (D)도전성 향상제로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 비점이 100℃ 이상이며 분자 내에 2개 이상의 히드록실기를 갖는 화합물, 비점이 100℃ 이상이며 분자 내에 적어도 1개의 술피닐기를 갖는 화합물, 비점이 60℃ 이상이며 분자 내에 적어도 1개의 카르보닐기를 갖는 화합물, 비점이 100℃ 이상이며 분자 내에 적어도 1개의 아미드기를 갖는 화합물 등이 예시된다. 이들 (D)도전성 향상제는 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다.
비점이 100℃ 이상이며 분자 내에 2개 이상의 히드록실기를 갖는 화합물로서는, 예를 들면 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 트리메틸렌글리콜, β-티오디글리콜, 트리에틸렌글리콜, 트리프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,3-부탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 카테콜, 시클로헥산디올, 시클로헥산디메탄올, 글리세린, 에리스리톨, 인마톨, 락티톨, 말티톨, 만니톨, 소르비톨, 크실리톨, 수크로오스 등이 예시된다. 이것들은 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다.
비점이 100℃ 이상이며 분자 내에 적어도 1개의 술피닐기를 갖는 화합물로서는, 예를 들면 디메틸술폭시드 등이 예시된다.
비점이 60℃ 이상이며 분자 내에 적어도 1개의 카르보닐기를 갖는 화합물로서는, 예를 들면 아크릴산, 메타크릴산, 메탄산, 에탄산, 프로판산, 부탄산, 펜탄산, 헥산산, 옥탄산, 데칸산, 도데칸산, 벤조산, p-톨루일산, p-클로로벤조산, p-니트로벤조산, 1-나프토에산, 2-나프토에산, 프탈산, 이소프탈산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 아디프산, 말레산, 푸마르산 등이 예시된다. 이것들은 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다.
비점이 100℃ 이상이며 분자 내에 적어도 1개의 아미드기를 갖는 화합물로서는, 예를 들면 N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸포름아미드, N,N-디메틸포름아미드, 아세트아미드, N-에틸아세트아미드, N-페닐-N-프로필아세트아미드, 벤즈아미드 등이 예시된다. 이것들은 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다.
도전체가 (D)도전성 향상제를 함유하는 경우, 그 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 도전체의 고형분 100중량부에 대하여 0.01∼20중량부가 바람직하고, 0.1∼10중량부가 보다 바람직하다. (D)도전성 향상제의 함유량이 0.01중량부 이상임으로써, 충분한 도전성 향상 효과가 얻어지고, 20중량부 이하임으로써 생체 전극의 건조성이 양호하다.
<(E)유연성 부여제>
도전체에 (E)유연성 부여제를 첨가해도 좋다. (E)유연성 부여제로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 글리세롤, 소르비톨, 폴리글리세린, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜-폴리프로필렌글리콜 코폴리머 등이 예시된다. 이것들은 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다.
도전체가 (E)유연성 부여제를 함유하는 경우, 그 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 도전체의 고형분 100중량부에 대하여 0.01∼20중량부가 바람직하고, 0.1∼10중량부가 보다 바람직하다. (E)유연성 부여제의 함유량이 0.01중량부 이상으로 충분한 유연성이 얻어지고, 20중량부 이하로 생체 전극의 도전성이나 강도가 우수하고, 내세탁성이 매우 저하되는 일도 없다.
<(F)계면활성제 및/또는 레벨링제>
본 발명에 있어서는 도전체를 구성하는 배합물을 도전체 중에 균일하게 분산되기 위한 계면활성제나, 생체 전극의 건조 시의 표면 장력을 균일화하기 위한 레벨링제를 도전체에 첨가해도 좋다. 또한, 본 발명의 생체 전극에 있어서는 하나의 화합물이 계면활성제에나 레벨링제에도 상당하는 경우가 있다. 또한, 계면활성제와 레벨링제가 다른 화합물의 경우, 계면활성제와 레벨링제를 병용해도 좋다.
계면활성제로서는, 고형 성분의 용매에의 분산성을 갖는 것이 바람직하고, 그 구체예로서는, 예를 들면 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산, 폴리에테르 변성 실록산, 폴리에테르에스테르 변성 수산기 함유 폴리디메틸실록산, 폴리에테르 변성 아크릴기 함유 폴리디메틸실록산, 폴리에스테르 변성 아크릴기 함유 폴리디메틸실록산, 퍼플루오로폴리디메틸실록산, 퍼플루오로폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산, 퍼플루오로 폴리에스테르 변성 폴리디메틸실록산 등의 실록산계 화합물; 퍼플루오로알킬카르복실산, 퍼플루오로알킬 폴리옥시에틸렌에탄올 등의 불소 함유 유기 화합물; 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르, 프로필렌옥시드 중합체, 에틸렌옥시드 중합체 등의 폴리에테르계 화합물; 야자유 지방산 아민염, 검 로진 등의 카르복실산; 피마자유 황산 에스테르류, 인산 에스테르, 알킬에테르 황산염, 소르비탄 지방산 에스테르, 술폰산 에스테르, 숙신산 에스테르 등의 에스테르계 화합물; 알킬아릴술폰산 아민염, 술포숙신산 디옥틸나트륨 등의 술폰산염 화합물; 라우릴 인산나트륨 등의 인산염 화합물; 야자유 지방산 에탄올 아미드 등의 아미드 화합물; 아크릴계화합물 등이 예시된다. 이들 계면활성제는 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다.
레벨링제로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산, 폴리에테르 변성 실록산, 폴리에테르에스테르 변성 수산기 함유 폴리디메틸실록산, 폴리에테르 변성 아크릴기 함유 폴리디메틸실록산, 폴리에스테르 변성 아크릴기 함유 폴리디메틸실록산, 퍼플루오로폴리디메틸실록산, 퍼플루오로폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산, 퍼플루오로 폴리에스테르 변성 폴리디메틸실록산 등의 실록산계 화합물; 퍼플루오로알킬카르복실산, 퍼플루오로알킬폴리옥시에틸렌에탄올 등의 불소 함유 유기 화합물; 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르, 프로필렌옥시드 중합체, 에틸렌옥시드 중합체 등의 폴리에테르계 화합물; 야자유 지방산 아민염, 검 로진 등의 카르복실산; 피마자유 황산 에스테르류, 인산 에스테르, 알킬에테르 황산염, 소르비탄 지방산 에스테르, 술폰산 에스테르, 숙신산 에스테르 등의 에스테르계 화합물; 알킬아릴술폰산 아민염, 술포숙신산 디옥틸나트륨 등의 술폰산염 화합물; 라우릴인산나트륨 등의 인산염 화합물; 야자유 지방산 에탄올아미드 등의 아미드 화합물 등이 예시된다. 이들 레벨링제는 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다.
<섬유 기재층>
본 발명의 생체 전극이 구비하는 섬유 기재층을 구성하는 섬유로서는 스테인리스강, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 등의 금속 섬유나, 은 등의 금속으로 피복한 금속 피막 섬유, 금속이나 카본을 혼련한 수지를 사용해서 방사한 도전성 섬유등을 사용하지 않고, 비도전성의 섬유를 사용한다. 여기서 말하는 비도전성이란 1×1010Ω 이상의 표면 저항값을 나타내는 것으로 한다. 비도전성 섬유는 도전성 섬유와 비교해서 입수가 용이한 경향이 있고, 본 발명의 생체 전극은 생산성이 우수하다.
본 발명에 사용되는 섬유 기재층을 구성하는 비도전성의 섬유는 천연 섬유여도 좋고 화학 섬유여도 좋다. 천연 섬유로서는, 면이나 삼 등의 셀룰로오스계 섬유, 양모나 비단 등의 단백 섬유 등이 예시된다. 화학 섬유로서는, 레이온 등의 재생 섬유, 아세테이트 등의 반합성 섬유, 그리고 합성 섬유가 예시된다. 가공성의 관점에서, 본 발명에 사용되는 섬유 기재층을 구성하는 섬유는 합성 섬유인 것이 바람직하다.
합성 섬유로서는, 나일론, 아라미드 등의 폴리아미드 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르 섬유, 폴리아크릴로니트릴 등의 아크릴 섬유, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 섬유, 폴리비닐알코올 섬유, 폴리염화비닐계 섬유, 폴리우레탄 섬유, 폴리이미드 섬유 등의 복소환 고분자 섬유 등이 예시된다. 생체 전극에 의해 높은 유연성을 부여할 수 있다라는 관점에서, 특히 폴리아미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리올레핀 섬유 중 어느 1종 또는 복수종을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 생체 전극에 있어서, 섬유 기재층을 구성하는 섬유의 단면 형상에 대해서는 둥근 단면, 삼각 단면, 편평 단면, 다각 단면, 중공형, 기타 이형도가 높은 이형 단면의 형상이어도 좋고, 특별히 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 섬유 기재층의 형태로서는 메쉬, 초지, 직물, 편물, 부직포, 리본, 끈 등이 예시된다. 사용 목적에 따른 형태이면 좋고, 특별히 한정되지 않지만, 도전성, 가공성의 관점에서, 부직포 또는 직물이 바람직하다.
부직포인 경우에는, 고내수압인 것이 바람직하다. 50㎜H2O(490Pa) 이상, 또한 100㎜H2O(980Pa) 이상의 성능을 갖는 것이 보다 바람직하다. 내수압을 달성하는 수단으로서, 스펀 본드층과 멜트 블로우층의 적층 구조, 부직포 단위면적당 중량 증가, 엠보싱 가공을 행함으로써 상기 범위 내로 할 수 있다.
직물인 경우에는, 섬도의 평방근에 실 밀도를 곱해서 산출되는 커버 팩터에 대해서, 경사와 위사 각각의 커버 팩터의 합계가 1500 이상 3000 이하의 직물인 것이 바람직하다. 커버 팩터가 작으면 코팅제가 이면에 도달하고, 섬유 기재층이 절연층으로서 기능하지 않을 우려가 있다. 한편, 커버 팩터가 3000을 초과하는 직물은 제직성이 저하된다.
섬유의 형태는, 모노필라멘트사, 멀티필라멘트사, 스테이플사 중 어느 것이어도 상관없다.
단섬유 섬도로서는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면 0.0001dtex∼300dtex 정도가 예시된다.
섬유 기재층에는 섬유의 낙합 처리, 기모 처리 이외에, 수축 처리, 형태 고정 처리, 압축 처리, 염색 마무리 처리, 유분 부여 처리, 열고정 처리, 용제 제거, 형태 고정제 제거, 코밍 처리, 폴리싱 처리, 평면(롤) 브레스 처리, 고성능 숏컷 셔링 처리(입모의 컷트) 등 많은 처리가 각 공정에서 적절히 조합되어 실시되지만, 전극으로서의 성능을 손상하지 않는 한, 실시가 한정되는 것은 아니다.
또한, 섬유 기재층은 단위면적당 단위가 5g/㎡ 이상 500g/㎡ 이하인 것이 바람직하다. 단위면적당 단위가 5g/㎡ 이상임으로써, 생지가 지나치게 얇지 않고, 생체 전극이 충분한 강도를 갖고, 단위면적당 단위가 500g/㎡ 이하임으로써 양호한 유연성을 갖는다. 보다 바람직하게는 10g/㎡ 이상 250g/㎡ 이하이다.
또한, 섬유 기재층은 후술하는 방법으로 섬유 기재 단체에서의 표면 저항값을 측정했을 때, 1×1010Ω 이상인 것이 바람직하다. 상기 표면 저항값이 1×1010Ω 이상임으로써, 도전체층을 부여했을 때에 생체 전극에 강성이 생기는 것을 보다 억제할 수 있고, 결과적으로 착의 쾌적성이 보다 우수한 것이 된다. 또한, 스테인리스강 등의 도전사 또는 도전 와이어를 사용하면, 섬유 기재 단체에서의 저항값이 저하되고, 상기 표면 저항값이 1×1010Ω 미만이 되는 경향이 있다. 또한, 상기 표면 저항값이 1×1010Ω 이상이고, 즉 섬유 기재 자체의 도전성이 낮으면, 섬유 기재층을 절연층으로서 보다 활용할 수 있다. 또한, 표면 저항값이 1×1018Ω을 초과하는 섬유 기재로서 불소계 폴리머를 사용하는 것이 예시된다. 상기 관점에 추가하여, 가공제의 도포성이 보다 우수한 것이 된다고 하는 관점에서, 상기 표면 저항값은 1×1018Ω 이하인 것이 바람직하다. 또한, 이러한 섬유 기재 단체에서의 표면 저항값은 섬유 기재를 형성하는 폴리머의 선정이나, 기재 형성 시나 형성 후에 도전성 물질 부여를 제한함으로써 컨트롤할 수 있다.
<혼합층>
본 발명에 있어서, 도전체층은 섬유 기재층에 담지되어 있지만, 도전체층과 섬유 기재층 사이에는 혼재층을 갖고 있는 것이 바람직하다. 여기서, 혼재층이란 섬유와 도전체가 혼재하는 층이며, 섬유 간극에 도전체가 들어가 있는 층이다. 혼재층이 있음으로써, 도전체층과 섬유 기재층의 접착이 강고한 것이 되고, 사용 시의 층간의 박리가 일어나기 어려워진다. 혼재층은 후술하는 방법으로 측정되는 혼재층 비율이 80% 이하가 되도록 설치하는 것이 바람직하다. 상기 혼합층 비율은 0.1% 이상 80% 이하가 보다 바람직하고, 0.5% 이상 50% 이하가 더욱 바람직하다. 여기서, 후술한 바와 같이, 혼재층 비율은 혼재층의 두께의 값을 생체 전극이 구비하는 도전체층, 혼재층, 및 섬유 기재층의 각 두께의 합계값으로 나눈 값에 100을 곱해서 얻어진 값을 말한다.
<생체 전극의 그 밖의 구성>
본 발명의 생체 전극에서는 생체 접촉면인 도전체층과 반대의 면에 수지층이 적층되어 있어도 좋고, 섬유나 필름 등이 적층되어 있어도 좋다. 수지나 섬유, 필름은 전기 자극의 절연이나, 투습, 보습 등의 목적으로 적층하는 것이 가능하다.
<생체 전극에 있어서의 혼재층 비율, 도전체층 두께>
본 발명의 생체 전극이 갖는 혼재층 비율, 도전체층 두께는 증점제의 선정이나 도포액 중의 증점제 배합량, 또한 섬유 기재를 구성하는 폴리머 선정, 섬도, 밀도에 의해 컨트롤할 수 있다. 후술하는 실시예의 항에 기재된 측정 방법으로 혼재층 비율을 측정했을 때, 혼재층 비율이 0.1% 이상 80% 이하인 것이 바람직하고, 0.5% 이상 50% 이하인 것이 보다 바람직하다.
여기서 말하는 혼재층 비율이란 구체적으로 생체 전극이 구비하는 혼재층의 두께의 값을, 생체 전극이 구비하는 도전체층, 혼재층, 및 섬유 기재층의 각 두께의 합계값으로 나눈 값에 100을 곱해서 얻어진 값을 말한다.
혼재층 비율이 지나치게 높으면, 섬유 기재가 갖는 절연성에 의해 생체 전극의 저항값이 높아지고, 결과적으로 도전성이 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 본 발명의 생체 전극은 혼재층 비율을 80% 이하로 함으로써, 저항값을 낮게 억제하고, 도전성의 보다 양호한 전극의 제공이 가능하다. 보다 바람직하게는 50% 이하이다. 한편, 혼재층 비율이 낮으면 도전체와 섬유 기재의 층간에서 박리가 생기는 경향이 있기 때문에 바람직하지 않다. 본 발명의 생체 전극은 혼재층 비율을 0.1% 이상, 보다 바람직하게는 0.5% 이상으로 함으로써, 도전체층과 섬유 기재층의 층간에서의 박리의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 후술하는 실시예의 항에 기재된 측정 방법으로 도전체층 두께를 측정했을 때, 1∼200㎛인 것이 바람직하다. 도전체층 두께가 지나치게 얇으면, 섬유 기재가 갖는 절연성의 영향이 강해져서 생체 전극의 저항값이 높아지기 쉽고, 결과적으로 도전성이 저하되기 쉽기 때문에 바람직하지 않다. 도전체층 두께가 지나치게 두꺼우면, 섬유 기재가 갖는 유연성이 손상되기 쉬워 강성이 생기고, 착의 쾌적성이 저해될 우려가 있다. 본 발명의 생체 전극은 도전체층 두께를 1∼200㎛로 함으로써, 도전성, 유연성을 보다 높은 레벨에서 양립하는 전극의 제공이 가능하다.
또한, 저항값이 낮게 억제되어 도전성이 보다 양호하고, 도전체층과 섬유 기재층의 층간에서의 박리의 발생을 억제할 수 있으며, 또한 유연성도 우수한 전극의 제공이 가능해진다고 하는 관점에서, 혼재층 비율이 0.1∼80%이며, 또한 도전체층 두께가 1∼200㎛인 것이 특히 바람직하다.
<생체 전극의 제조 방법>
본 발명의 생체 전극은, 예를 들면 (A)카본 블랙, (B)우레탄 수지, 및 (C)수계 증점제를 함유하는 도전체의 도포액을 섬유 기재층의 면 상에 도포에 의해 부여함으로써, 섬유 기재층과 도전체층의 적층 구조를 형성해서 얻어진다. 또한, 도포 액으로서는, (A)카본 블랙, (B)우레탄 수지, 및 (C)수계 증점제를 포함하는 분산액, 또는 (A)카본 블랙, (B)우레탄 수지, 및 (C)수계 증점제를 포함하는 용액 등을 사용하여, 그것을 섬유 기재층의 면 상에 도포하는 것이 바람직하다. 또한, 본 명세서에 있어서는 도전체에 포함되는 모든 성분을 완전히 용해시키는 것(즉, 「용매」)과, 불용성분을 분산시키는 것(즉, 「분산매」)는 특별히 구별하지 않고, 모두 「용매」라고 기재한다. 이하, 용매에 대해서 설명한다.
<용매>
상기 용매로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 물; 메탄올, 에탄올, 2-프로판올, 1-프로판올, 글리세린 등의 알코올류; 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜 등의 에틸렌글리콜류; 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜 모노노말부틸에틸, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르 등의 글리콜 에테르류; 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트 등의 글리콜에테르아세테이트류; 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 트리프로필렌글리콜 등의 프로필렌글리콜류; 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜디메틸에테르, 디프로필렌글리콜디메틸에테르, 프로필렌글리콜디에틸에테르, 디프로필렌글리콜디에틸에테르 등의 프로필렌글리콜에테르류; 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 디프로필렌글리콜 모노메틸에테르아세테이트, 디프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트 등의 프로필렌글리콜에테르아세테이트류; 테트라히드로푸란; 아세톤; 아세토니트릴 등이 예시된다. 이들 용매는 단독으로 사용해도 좋고, 2종류 이상을 병용해도 좋다.
용매는 물, 또는 물과 유기용매의 혼합물인 것이 바람직하다. 용매로서 물을 함유하는 경우, 물의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 도전체의 고형분 100중량부에 대하여, 10∼1000중량부가 바람직하고, 20∼500중량부가 보다 바람직하다. 물의 함유량이 10중량부 이상임으로써, 용액 중의 배합물의 유동성이 확보되어 핸들링이 양호해지고, 1000중량부 이하가 됨으로써, 배합물 농도가 지나치게 낮아지지 않고, 도포액 사용량이 지나치게 증가하는 일도 없다.
본 발명에 있어서, 도전체의 도포액을 섬유 기재층 상에 부여할 때에는, 침지법, 코팅법, 스프레이법 등 통상의 방법을 사용하면 좋고, 도포액을 섬유 기재에 적층하고, 그 후 가열함으로써 생체 전극을 얻을 수 있다. 도전체의 도포액을 균일한 두께로 도포할 수 있는 점에서 코팅법이 바람직하다.
(A)카본 블랙은 미리 (E)계면활성제와 혼합하고, 용매 중에 균일하게 분산되어 있는 것이 바람직하고, 또한 (B)우레탄 수지를 혼합해도 분산성이 유지되는 것이 바람직하다. 카본 블랙을 용매 중에 균일하게 분산하는 방법으로서는, 예를 들면 볼 밀, 비즈 밀, 유성 볼 밀, 진동 볼 밀, 샌드 밀, 콜로리드 밀, 아트리터, 롤밀, 고속 임펠러 분산, 디스퍼서, 호모지나이저, 고속 충격 밀, 초음파 분산, 교반 날개, 스터러 등에 의한 기계 교반법 등이 예시되지만, 이것에 한정되지 않는다.
<생체 전극의 사용 형태>
본 발명의 생체 전극의 바람직한 사용 형태로서는 생체와 직접 접촉해 전기신호의 취득 및/또는 전기 신호나 전기 자극을 부여할 수 있는 형태가 예시된다. 생체로부터의 전기 신호를 취득하는 심전위, 근전위, 뇌파 등의 전극 부재, 또는 생체에의 전기 자극을 부여하는 저주파, 고주파, EMS 등의 전극 부재가 예시된다.
구체적인 형상으로서는, 상기 생체 전극을 포함하는 전극, 전선, 웨어, 팬츠, 장갑, 양말, 브래지어, 헤드밴드, 리스트밴드, 목도리, 모자, 복대, 서포터, 구두, 시트, 안경, 카튜샤, 털장식이 있는 부재, 헤드폰, 시계, 의자, 변좌, 핸들, 베드, 카펫, 각종 커버 등, 직접 피부에 접하는 것을 바람직하게 예시할 수 있지만, 이것들에 한정되지 않는다. 이들 제품의 일부에, 예를 들면 생체 전극과 도통이 취해지도록 센서나 전기 자극 장치 등을 부착함으로써 전극 부재의 기능을 갖는 각종 제품으로 할 수 있다.
전극의 경우에서는, 전극 단독 및/또는 상기 직접 피부에 접하는 것과의 조합에 의한 형태도 적합하게 이용할 수 있다. 전극 단독으로의 형상은 원지름, 다각형 등 어떠한 형상이어도 좋고, 한정하는 것은 아니다.
전극의 크기는 소망의 생체 신호를 취득할 수 있기 위한 접촉 면적으로 하면 좋고, 한정되는 것은 아니다. 생체와의 밀착성을 향상시키기 때문에, 일반적인 평전극에서는 움직임과 연동하기 쉽도록 루프 형상 등 입체 구조로 해도 좋고, 에어로 부풀어 오르게 해도 좋다.
전극으로서 의복 등의 타구조물과 조합시켜서 사용하는 경우, 소망의 부위의 전기 신호를 취득할 수 있도록 생체 전극에 배선을 접합시켜도 좋고, 또한 생체 전극에 버튼, 후크, 자석, "매직 테이프"(등록상표)로 대표되는 면 패스너 등을 접합시킴으로서 의복에 착탈 가능한 형상으로서도 적합하게 이용할 수 있다.
<생체 전극의 정마찰 저항력>
본 발명의 생체 전극은 바인더 수지를 적절하게 선정함으로써 정마찰 저항력을 컨트롤할 수 있다. 후술하는 정마찰 저항력(Fs)을 측정했을 때, 0.16N/㎠ 이상인 것이 바람직하다. 생체 전극의 정마찰 저항력이 작으면, 생체 신호 취득 중의 착용자의 움직임에 의해 생체 전극의 위치 어긋남을 발생시키고, 미약한 신호를 취득 또는 입력하는 생체 전극에 있어서, 아티팩트를 발생시켜 버릴 우려가 있다. 본 발명의 생체 전극은 정마찰 저항력이 크기 때문에 착용자의 움직임에 의해 생체 전극의 위치 어긋남의 발생을 예방할 수 있다.
<생체 전극의 체적 저항률>
본 발명의 생체 전극의 체적 저항률은 CB의 성질(BET 비표면적이나 DBP 부착량), 도전체 중의 CB 배합량, 혼재층 비율 등에 의해 컨트롤할 수 있다.
본 발명의 생체 전극의 체적 저항률은 후술하는 방법으로 측정했을 때, 1×106Ω·㎝ 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1×10-2Ω·㎝ 이상 1×106Ω·㎝ 이하이다. 체적 저항률이 1×106Ω·㎝ 이하임으로써, 생체 전극의 생체 신호 취득성이 보다 우수한 것이 된다. 한편, 체적 저항률이 1×10-2Ω·㎝ 이상임으로써, CB를 담지하고 있는 바인더량이 증가하게 되고, 결과적으로 생체 전극에 있어서의 CB의 유지력이 향상해 CB의 생체 전극으로부터의 탈락이 보다 억제된다.
실시예
이어서, 실시예에 의해 본 발명의 생체 전극에 대해서 상세하게 설명한다. 본 발명의 생체 전극은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 실시예 및 비교예에 있어서의 측정값은 다음의 방법으로 얻은 것이다.
<생체 전극의 정마찰 저항력>
생체 전극은 이하에 나타내는 방법으로 정마찰 저항력을 측정했다.
Shinto Scientific Co., Ltd.제 표면성 측정기 트리보 기어(TYPE: HEIDON-14DR)를 사용하고, 이동 속도 60㎜/min, 하중 255g(2.50N)으로 평면 압자(면적 30×28㎜)에 전극을 고정하고, 촬상 수재인 표면 거칠기 0.8㎛의 SUS판을 직각 방향으로 슬라이딩시켜서 정마찰 저항력(N)을 측정했다. 3점 측정하고, 평균화한 정마찰 저항력을 평면 압자의 표면적으로 나누고, 단위면적당의 정마찰 저항력(N/㎠)을 구했다. 또한, 하중의 설정은 평면 압자의 면적당으로 착압 상당을 인가하기 위해, 상기 하중으로 했다.
<섬유 기재층의 표면 저항값>
생체 전극이 갖는 섬유 기재층은 표면 전기 저항기(SHISHIDO ELECTROSTATIC, LTD.제 Megaresta H0709)를 사용하고, 20℃, 40% RH 환경 하에서 500V, 60초간, 표면 저항값(Ω)을 측정했다. 3점 측정하고, 평균화했다.
<생체 전극의 혼재층 비율>
생체 전극이 갖는 혼재층 비율은 이하의 방법으로 측정했다. 전극을 한쪽 날로 절단하고, 마이크로스코프(KEYENCE CORPORATION제 VHX-2000)로 100배의 배율로 단면 화상을 취득했다. 계측 모드를 사용하고, 도전체만으로 형성되는 도전체층 두께(㎛), 섬유 기재층만으로 형성되는 섬유 기재층 두께(㎛), 도전체층과 섬유 기재층 사이의 도전체와 섬유가 혼재하는 혼재층 두께(㎛)를 각각 계측했다.
단면 화상으로부터 각 층의 두께를 계측하는 구체적인 방법을 도 1에 의거해서 상세하게 설명한다. 도전체층 표면측으로부터 섬유 기재층을 향해서 도전체의 침투하고 있는 임의의 3개소를 선택하고, 각각에 있어서 도전체층과 혼재층의 합산한 두께를 계측하고, 그 평균값을 A라고 한다. 또한, 도전체가 섬유 기재에 침입하고 있는 다른 임의의 3개소를 선택하고, 섬유 기재층과 혼재층을 합산한 두께를 계측하고, 그 평균값을 B라고 한다. 또한, 다른 임의의 3개소를 선택하고, 도전체층, 혼재층, 섬유 기재층의 합산(생체 전극 두께)으로서, 도전체층측의 표면으로부터 섬유 기재층측의 표면까지의 두께를 계측하고, 그 평균값을 C라고 한다. 혼재층 두께는 (A+B)-C로 해서 산출하고, D라고 한다. 도전체층 두께는 A-D로서 산출한다. 섬유 기재층 두께는 B-D로서 산출한다. 또한, 혼재층 비율(%)은 혼재층 두께를 생체 전극이 구비하는 도전체층, 혼재층, 및 섬유 기재층의 각 두께의 합계값으로 나눈 값에 100을 곱해서 얻어진 값을 말한다. 또한, 기재 표면에 엠보싱 등의 요철이 있고, 장소에 따라 층 두께가 다른 경우, 생체에 접촉하는 부위에서 상을 취득하고, 층 두께 계측한다.
<생체 전극의 저항값 및 체적 저항률>
JIS K 7194(1994)에 나타내지는 5점 측정의 방법으로 측정했다. 저항계(Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd. 4탐침 저항계 Loresta-AX MCP-T370)를 사용해서 20℃, 40% RH 환경 하에서 생체 전극의 저항값(Ω)을 측정했다. 또한, 체적 저항률을 산출하기 위해서 사용한 생체 전극의 두께의 값은 도전체층과 혼재층의 각 두께의 합계값을 사용했다. 전극을 한쪽 날로 절단하고, 마이크로스코프(KEYENCE CORPORATION제 VHX-2000)로 100배의 배율로 상을 취득하고, 계측 모드를 사용하고, 도전체만으로 형성되는 도전체층 두께(㎛), 도전체층과 섬유 기재층 사이의 도전체와 섬유가 혼재하는 혼재층 두께(㎛)를 각각 계측했다. 얻어진 저항값, 두께 및 JIS에 규정의 보정계수로부터 체적 저항률(Ω·㎝)을 산출했다.
<생체 전극의 강연도 변화 배율>
생체 전극의 강연도 변화 배율은 생체 전극의 강연도(㎜)와, 도전 가공 전의 섬유 기재의 강연도(㎜)를 JIS L 1096(직물 및 편물의 생지 시험 방법)(1999)의 강연도 A법(45° 캔틸레버법)에 준해서 각각 측정한 후, 생체 전극의 강연도를 섬유 기재의 강연도로 나누고, 생체 전극의 강연도 변화 배율을 산출했다. 한편, 강연도측정 샘플은 세로 방향 또는 웰 방향이 길이가 되도록 채취하고, 측정은 표리에서 행한 후, 평균화했다.
<도전체층의 박리 강력>
JIS L 1066(2004)이 박리 강도의 시험 방법을 참고로 이하의 방법으로 실시했다. 시료의 세로 방향을 길이 방향으로 하는 15×2.5㎝의 시험편을 3장 만든다. 각 시험편에 대해서, 시험편으로부터 도전체층을 시험편의 길이 방향으로 5㎝ 정확하게 박리한 상태에서, 자기 기록 장치 부착 저속 신장형 인장 시험기를 사용하고, 박리한 도전체층의 부분과, 나머지 기재의 부분을 잡고 간격 5㎝로 파지하고, 인장속도를 10㎝/min으로 해서 도전체층을 5㎝ 더 박리하고, 그 때의 하중(N)을 계측한다. 하중-박리 거리의 곡선으로부터, 극대값(N)을 큰 쪽으로부터 3점, 또한 극소값(N)을 작은 쪽으로부터 3점 취하여, 그것들의 평균값을 산출한다. 이것을 각 시험편에 대해서 행하고, 또한 평균을 산출하고, 박리 강도력이라고 한다. 박리 강도력이 30cN/㎝ 이상인 경우를 A, 박리 강도력이 30cN/㎝ 미만인 경우를 B라고 하고, A의 경우에 생체 전극으로서 충분한 박리 강력을 유지하고 있는 것으로 판단한다.
[실시예 1]
84dtex-72F의 폴리에스테르 필라멘트를 사용하고, 환편기로 스무스 조직의 환편물을 제편했다. 얻어진 환편물을 수산화나트륨 3질량% 수용액(80℃에서 20분)으로 정련하고, 수세(50℃에서 10분)하고, 건열 처리기에서 열 세팅(180℃에서 1분)하고, 섬유 기재를 얻었다. 얻어진 섬유 기재는 단위면적당 중량 150g/㎡이었다. 얻어진 섬유 기재에 (A)도전성 물질로서 카본 블랙을 포함하는 「"LION PASTE(등록상표)" W-311N」(LION SPECIALTY CHEMICALS CO., Ltd.제, KETJENBLACK 분산액) 400g/L와, (B)바인더로서 「"EVAFANOL(등록상표) HA-107C"」(NICCA CHEMICAL CO., LTD., 수계 우레탄 수지) 500g/L와, (C)수계 증점제로서 「SN 시크너 920」(Sannop corporation, 아크릴산염) 40g/L를 포함하는 혼합 용액을 바 코터에 의해 도포하고, 130℃에서 가열하고, 생체 전극을 얻었다. 사용 부재 및 얻어진 생체 전극의 특성을 표 1에 나타낸다.
[실시예 2]
섬유 기재를 나일론 저지로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 같은 처리를 행해서 생체 전극을 제조했다. 나일론 저지는 웰, 코스로 70d-24F, 78T/2-24F의 나일론 6 필라멘트를 사용해서 환편물을 제작하고, 실시예 1과 같은 처리를 행해서 섬유 기재를 얻었다. 얻어진 섬유 기재는 단위면적당 중량 260g/㎡이었다. 사용 부재 및 얻어진 생체 전극의 특성을 표 1에 나타낸다.
[실시예 3]
폴리프로필렌계의 멜트 블로우 섬유 웹, 스펀 본드 섬유 웹, 멜트 블로우 섬유 웹의 3층 적층 부직포를 섬유 기재로서 사용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 처리를 행해서 생체 전극을 제조했다. 섬유 기재의 단위면적당 중량은 65g/㎡였다. 내수압은 1091㎜H2O였다. 사용 부재 및 얻어진 생체 전극의 특성을 표 1에 나타낸다.
[실시예 4]
바인더를 「"SUPERFLEX(등록상표)" E-4800」(DKS Co., Ltd., 폴리에테르계 우레탄 수지)로 변경한 것 이외에는, 실시예 3과 같은 방법에 의해 생체 전극을 제조했다. 사용 부재 및 얻어진 생체 전극의 특성을 표 1에 나타낸다.
[실시예 5]
혼재층 비율을 0.4%로 변경한 것 이외에는, 실시예 4와 마찬가지의 제조 방법에 의해 생체 전극을 제조했다. 사용 부재 및 얻어진 생체 전극의 특성을 표 1에 나타낸다.
[실시예 6]
혼재층 비율을 57%로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 제조 방법에 의해 생체 전극을 제조했다. 사용 부재 및 얻어진 생체 전극의 특성을 표 1에 나타낸다.
[실시예 7]
섬유 기재를 폴리에스테르 직물로 변경하고, 혼재층 비율을 24%로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 제조 방법에 의해 생체 전극을 제조했다. 섬유 기재는 84dtex-72F의 폴리에스테르 필라멘트를 사용하고, 직기로 평조직의 직물을 제작했다. 얻어진 직물을 계면활성제 0.5g/L, 수산화나트륨 0.7g/L의 수용액, (80℃에서 20분)으로 정련, 수세(50℃에서 10분)하고, 건열 처리기에서 열 세팅(180℃에서 1분)하고, 섬유 기재를 얻었다. 얻어진 섬유 기재는 단위면적당 중량 110g/㎡였다. 얻어진 섬유 기재의 커버 팩터는 2300이었다. 사용 부재 및 얻어진 생체 전극의 특성을 표 1에 나타낸다.
[비교예 1]
증점제의 첨가를 없음으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 같은 처리를 행해서 생체 전극을 제조했다. 사용 부재 및 얻어진 생체 전극의 특성을 표 2에 나타낸다.
[비교예 2]
바인더를 「"하이 레진 SD-319」(TAKAMATSU OIL＆FAT CO., LTD., 실리콘 수지)로 변경한 것 이외에는, 실시예 3로 같은 제조 방법에 의해 생체 전극을 제조했다. 사용 부재 및 얻어진 생체 전극의 특성을 표 2에 나타낸다.
[비교예 3]
바인더를 「"KM-9772」(Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., 실리콘 고무)으로 변경한 것 이외에는, 실시예 3과 마찬가지의 제조 방법에 의해 생체 전극을 제조했다. 사용 부재 및 얻어진 생체 전극의 특성을 표 2에 나타낸다.
Figure pct00001
Figure pct00002
실시예의 생체 전극은 수계 증점제를 첨가하고 있기 때문에, 전극 중의 혼재층 비율이 낮아져서 우수한 체적 저항률을 실현했다. 이것에 의해, 고감도에서의 생체 신호 취득성을 갖고 있는 것으로 생각된다. 또한, 정마찰 저항력이 매우 높기 때문에, 착용했을 때에 위치 어긋남의 발생을 막고, 생체 신호 취득 시의 아티팩트의 발생을 막는 것이 기대된다. 또한, 비도전성의 섬유 기재를 사용하여 유연한 우레탄 수지를 바인더로서 사용하고 있기 때문에, 우수한 착의 쾌적성을 갖고 있다. 한편, 비교예 1은 증점제를 첨가하고 있지 않기 때문에, 전극 중의 혼재층 비율이 높고, 체적 저항률이 높아지고 있으며, 실시예와 비교해서 생체 신호 취득 성능의 저하가 염려된다. 또한, 비교예 2∼3은 우레탄계 바인더를 사용하고 있지 않기 때문에, 정마찰 저항력이 낮아 착용했을 때에 위치 어긋남이 발생하여, 생체 신호 취득 시의 아티팩트의 발생이 염려된다.
본 발명의 생체 전극은 인체나 동물의 뇌파나 심전도, 근전도 등, 생체 전기신호를 측정하거나, 생체에 전기 자극을 부여하는 생체 전극으로서 적합하게 사용된다.
1: 도전체 2: 섬유 기재
3: 도전체층 4: 혼합층
5: 섬유 기재층

Claims (7)

  1. 비도전성의 섬유로 구성된 섬유 기재층과 도전체층의 적층 구조를 갖고, 상기 도전체층은 카본 블랙, 우레탄 수지 및 수계 증점제를 함유하는 도전체로 형성된 층인 생체 전극.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유 기재층과 상기 도전체층 사이에 섬유와 도전체가 혼재하고 있는 혼재층을 갖는 생체 전극.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 혼재층의 두께의 값을, 생체 전극이 구비하는 상기 도전체층, 상기 혼재층, 및 상기 섬유 기재층의 각 두께의 합계값으로 나눈 값에 100을 곱하여 얻어진 값인 혼재층 비율이 0.1∼80%이며, 상기 도전체층 두께가 1∼200㎛인 생체 전극.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수계 증점제가 폴리아크릴산계 화합물인 생체 전극.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 우레탄 수지가 에테르계 우레탄 수지 및 카보네이트계 우레탄 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 생체 전극.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 생체 전극의 체적 저항률이 1×106Ω·㎝ 이하인 생체 전극.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 섬유 기재층의 표면 저항값이 1×1010Ω 이상인 생체 전극.
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