В настоящей заявке приоритет на основании Европейской патентной заявки EP11162135, поданной 12 апреля 2011 г., и Предварительной заявки на Патент США № 61/474484, поданной 12 апреля 2011 г., которые включены в настоящий документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к материалу, который содержит, по меньшей мере, эластичную и электропроводящую область, интегрированную в материал, к способу для получения материала, а также к использованию кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом, для получения материала согласно изобретению. Оно также относится к устройству, содержащему материал, а также к предмету одежды, содержащему устройство.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники известны материалы, которые содержат электроды, и токопроводящие дорожки, позволяющие осуществлять реализацию носимой одежды, пригодные для записывания физиологических сигналов и используемые при ежедневной активности. Электроды помещают таким образом, чтобы они находились в контакте с кожей человека, и можно было бы исследовать возникающие электрические физиологические сигналы. Примерами физиологических сигналов, контролируемых через одежду, являются электрокардиограммы (ЭКГ) или электромиограммы (ЭМГ).
Тем не менее, стабильность, шум и чувствительность сигналов могут быть ослаблены по различным причинам: движение и длительность приема сигнала являются наиболее значительными из них.
Электрод и электропроводящая дорожка, интегрируемые в одежду, должны представлять собой систему минимально инвазивную, и при этом гибкую, комфортабельную для тела человека, в том числе при движении, и стойкую к периодической стирке.
Для снижения помех в традиционных электродах используют адгезив для прикрепления электрода к коже. Диапазон для электродов, встраиваемых в материалы, должен исключать адгезивы, в которых используется прижатие материала к телу. Для создания давления материалы должны быть гибкими и эластичными, чтобы их можно было приспособить для каждого из различных типов человеческого тела. Если система проводки не будет достаточно эластичной при любом движении, создаваемом телом, которое будет передаваться электродам, смещающим ее со своего места, гибкий контур будет работать как пружина между электродом и соединителем. Именно поэтому возникает необходимость в поиске эластичного материала, в котором отсутствует направленная система проводки, интегрированная в материал.
В документе Anjum Saleem et al., “Fabrication of extrinsically conductive silicone rubbers with high elasticity and analysis of their mechanical and electrical characteristics”, Polymers 2010, vol. 2 (3), pp. 200-210, (Энджюм Сэйлим и др., «Изготовление внешне проводящих кремнийорганических каучуков, обладающих высокой эластичностью, и анализ их механических и электрических характеристик», Полимеры 2010 г., том 2 (3), стр. 200-210) описана потребность и усилия по поиску кремнекаучука, укрепленного проводящим наполнителем, который допускает эту функциональность, и документ отображает сложности при ее достижении. Смешивание кремнийорганического каучука с проводящим наполнителем, до достижения порога протекания, не представляется достаточным для получения проводимости, а лишь только, когда углеродные волокна способны достигать полупроводниковых параметров. Проблема, связанная с углеродными волокнами, состоит в том, что они снижают механические свойства кремния, и, таким образом, они не являются пригодными для высокоэластичных продуктов.
Использование проводящего кремнийорганического каучука на материале описано в различных патентах, но поскольку эти публикации разъясняют использование проводящего кремнекаучука с комнатной температурой отверждения, проблема печатания непосредственно на материале еще не решена.
В существующем уровне техники у материалов для приема физиологических сигналов присутствуют различные недостатки, например, в патентной публикации US 7779656, в которой заявитель SmartLife Technology Limited описывает технологии трикотажного производства, в частности, технологии, применяемые для одежды, в которой пряжи обладают проводящими характеристиками. Такие виды одежды применимы для мониторинга физиологических сигналов, исходящих от владельца. Электроды прикрепляют к предмету одежды или интегрируют в него, электропроводящие дорожки представляют собой проводящие нити, соединенные с концевым соединителем, расположенным где-либо еще на одежде. Электропроводящие дорожки имеют два направления, пригодные для их интегрирования в материал, и, таким образом, дорожка имеет серьезные ограничения для соединения электрода и концевого соединителя, когда электроды расположены в различных местах. Такая ситуация отображена здесь на ФИГ. 1A.
В патентной публикации US 7783334, заявителем которой является Исследовательский институт электроники и телекоммуникаций, описан предмет одежды для измерения физиологических сигналов, содержащий электрод, изготовленный из электропроводящего материала, и выявляющий физиологический сигнал; электропроводящая дорожка, по которой передается выявляемый физиологический сигнал, причем блок измерения физиологических сигналов, который соединен с линией электропередачи, принимает физиологический сигнал и измеряет информацию, относящуюся к состоянию тела, соответствующую физиологическому сигналу, и пакет, где установлен блок измерения физиологических сигналов. Электропроводящие дорожки, изготовленные из электропроводящей нити, не интегрированы в одежду, а прикреплены к одежде посредством мелкой складки. Эта опция имеет некоторые ограничения, поскольку отсутствие интегрирования (встраивания) электропроводящей дорожки в ткань означает, что одежда не является удобной, а с другой стороны эластичность дорожек достаточно низка, поскольку они изготовлены из металлических нитей.
В патентной заявке US 2010198038 описан лист электрода, который включает: материал с уплощенной поверхностью; слой проводки, обеспеченной на уплощенной поверхности материала и изготовленный из проводящей краски, содержащей углеродные нанотрубки; и электрод, соединенный со слоем проводки. Проводящая краска не является эластичной. Состав проводящих красок полностью отличен от состава кремнекаучука. Необходимо применять краски в уплощенной области. Когда поверхность является текстильной, является необходимой применять первый слой, поскольку текстильный материал содержит отверстия, что является наибольшей проблемой для того, чтобы проводящие краски обладали механическими свойствами, поскольку ткань должна выдерживать воздействие воды, истирания, растяжения, динамических нагрузок, и т.д. Существующие проводящие краски не удовлетворяют этим требованиям. Описание материала важно не столько для проводящих свойств, сколько для механических свойств.
Таким образом, исходя из того, что известно из уровня техники, можно сделать вывод, что разработка материала, который содержит эластичную электропроводящую область, интегрированную в материал, который может представлять собой дорожку, представляет огромный интерес.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
При приеме некоторых физиологических сигналов, таких как ЭКГ, важно получить несколько сигналов, для получения точной диагностики. Количество электродов в ткани для приема сигналов ЭКГ ограничено возможностью соединения электрода с устройством, которое накапливает сигналы, поступающие по дорожкам. Дорожка, изготовленная из гибкого, эластичного и проводящего материала, является целью для соединения, насколько много необходимо электродов.
Местоположение и количество электродов может модифицировать рабочие характеристики одежды, из-за ограничений дорожек, и в целях предотвращения снижения эффективности материала, дорожки должны быть интегрированными в материал.
При приеме некоторых физиологических сигналов, таких как ЭКГ, важно обеспечить прилипание электрода к телу, причем интегрированный в материал электрод не должен содержать никаких адгезивов для его прикрепления к коже. Для этой цели крайне необходимым является снижение движения электрода в ходе его работы, для его конкурентоспособности по получению сигналов с традиционными электродами.
Согласно первому объекту настоящего изобретения обеспечен материал, имеющий по меньшей мере эластичную и электропроводящую область, интегрированную в материал, которая содержит слой кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом, причем толщина эластичной и электропроводящей область должна занимать 120-800 пм по толщине. Эластичная и электропроводящая область представляет собой дорожку, которая может быть соединена с электродом для приема физиологических сигналов, например, сигналов ЭКГ. Электропроводящая область может иметь любую форму и любое направление. Это открывает возможность размещения, насколько возможно, большего количества электродов, сколько необходимо внутри материала, с последующим соединением всех электродов через электропроводящие области с электрическим соединителем. Каждая электропроводящая область работает подобно независимой дорожке.
Поэтому согласно настоящему изобретению каждый из терминов «эластичная и электропроводящая область» и «эластичная и электропроводящая дорожка» являются взаимозаменяемыми.
Материал с электропроводящей областью, который содержит кремнекаучук, снабженный электропроводящим материалом, повышает гибкость, эластичность и проводимость дорожки. Гибкость и эластичность кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом, позволяет исключить прерывание проводимости при движении материала. Кроме того, кремнийорганическое соединение не должно терять свои свойства при стирке.
Нигде в уровне техники не раскрыто, что материал, содержащий эластичную и электропроводящую область, интегрированную в материал, может демонстрировать исключительные свойства гибкости и эластичности и исключительное взаимодействие материл-электропроводящая область.
Количество проводящего материала перестает быть важным, как только вы достигнете порога протекания, причем это значение зависит от проводящего наполнителя и кремнийорганического соединения. Целью настоящего изобретения является то, чтобы оно было пригодно для достижения и сохранения значений низкого сопротивления в эластичном материале с проводящей кремнеорганической смолой, пригодной для придания проводящему кремнийорганическому соединению любой формы и направления.
Поэтому объектом настоящего изобретения является материал, который содержит, по меньшей мере, одну электропроводящую область, интегрированную в материал, причем электропроводящая область содержит первый слой кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом в количестве 5-40 мас.%.
Является предпочтительным, чтобы, по меньшей мере, одна проводящая область означала от одной до двадцати электропроводящих областей, более предпочтительно, от одной до десяти электропроводящих областей. Более предпочтительным является наличие одной, двух, трех, четырех, пяти, шести, семи, восьми, девяти электропроводящих областей.
Кремнекаучук, снабженный электропроводящим материалом согласно настоящему изобретению, представляет собой кремнийорганическое соединение с комнатной температурой отверждения.
Кремнийорганическое соединение с комнатной температурой отверждения представляет собой кремнийорганическое соединение, которое вулканизируется или отверждается при комнатной температуре под действием химической реакции.
Проводящие свойства кремнекаучука зависят от того, как близко расположен проводящий материал, например, углеродные волокна (УВ), углеродная сажа (УС), графит, покрытый никелем (НГ), медные волокна (Cu). Публикация, такая как публикация Anjum Saleem и др., упомянутая выше, описывает, что важно достигнуть, по меньшей мере, такого количества проводящего материала, например, CF, чтобы оно соответствовало порогу протекания. Поскольку эта точка зависит от количества и расстояния между углеродными волокнами (УВ), очевидно, что когда мы растягиваем материал, мы достигаем значение ниже порога текучести, обеспечивая, таким образом, проводимость при растягивании материала, и что придется преодолеть порог текучести, и он должен находиться, насколько возможно, близко к точке насыщения, но поскольку мы приближаемся к точке насыщения, кремнийорганическое соединение будет терять свои механические свойства. Представленная в публикации смесь не является достаточной для получения низкорезистивных значений.
Способ получения эластичной и электропроводящей области, интегрированной в материал, содержит этап приложения давления, при нанесении кремнекаучука непосредственно на материал, для исключения каких-лидо пузырьков воздуха, которые будет нарушать проводимость. Для этой цели система нанесения представляет собой способ трафаретной печати, в котором использована низкая скорость и высокое давление. Прикладываемое давление составляет 0,2-0,8 кг/м2, предпочтительно, 0,3-0,5 кг/м2, и, в частности, предпочтительным является давление 0,45 кг/м2.
Низкая скорость будет позволять высоковязкому кремнекаучуку попадать в материал при той же точке высокого давления. Важным аспектом является толщина покрытия, и чем толще покрытие проводящего кремнийорганического соединения, тем лучше механические свойства, и, таким образом, лучше проводящие свойства, когда мы растягиваем материал. Согласно варианту воплощения настоящего изобретения эластичная и электропроводящая дорожка составляет, по меньшей мере, 120 пм по толщине, предпочтительно, по меньшей мере, 200 пм по толщине. В соответствии с конкретным вариантом воплощения настоящего изобретения, толщина дорожки составляет 120-800 пм по толщине, предпочтительно, 120-500 пм по толщине, более предпочтительно, 250-500 пм по толщине, в частности, предпочтительно, 300-400 пм по толщине.
Способ получения согласно изобретению содержит этап отверждения кремнекаучука при комнатной температуре. В настоящем изобретении кремнекаучук отверждают таким образом, чтобы он попадал в материал. Когда требуется снижение времени отверждения, включается этап предварительного отверждения, температура которого составляет 80-200°C.
Предпочтительно, этап предварительного отверждения осуществляют при температуре, составляющей 90-165°C.
Поэтому другой объект изобретения относится к способу получения материала согласно изобретению, который содержит этапы:
a) жидкостной печати на материале первого слоя кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом, в количестве 5-40 мас.%;
b) предварительного отверждения первого слоя в течение одной минуты при температуре, составляющей 80-200°C;
c) отверждения первого слоя при комнатной температуре.
Другой объект изобретения относится к использованию кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом в количестве 5-40 мас.%, для получения материала согласно изобретению.
Материал согласно изобретению, содержащий эластичную и проводящую область, может быть интегрирован в устройство для приема и накопления и/или хранения и/или обработки и/или передачи данных от упомянутого материала.
Поэтому согласно другому объекту изобретения обеспечено устройство, содержащее:
a) материал по изобретению,
b) электронно-измерительный прибор для приема и накопления и/или хранения и/или обработки и/или передачи данных от упомянутого материала.
С помощью материала по изобретению можно шить одежду.
Поэтому другой объект изобретения относится к предмету одежды, содержащему устройство по изобретению.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
ФИГ. 1A иллюстрирует вертикальную проекцию предмета одежды согласно уровню техники.
ФИГ. 1B иллюстрирует вертикальную проекцию предмета одежды согласно изобретению.
ФИГ. 2 показывает также полосу ЭКГ, где электропроводящая область была растянута примерно на 25% от ее исходной длины. Левая часть полосы (слева от линии) указывает на электропроводящие области, которые не были растянуты, а правая часть полосы (справа от линии) указывает на электропроводящие области, растянутые на 25%.
ФИГ. 3 показывает также полосу ЭКГ, где электропроводящая область была растянута примерно на 25% от ее исходной длины. Левая часть полосы (слева от линии) указывает на электропроводящие области, которые не были растянуты, а правая часть полосы (справа от линии) указывает на электропроводящие области, растянутые на 25%.
ФИГ. 4 показывает также полосу ЭКГ, где электропроводящая область была растянута примерно на 50% от ее исходной длины. Левая часть полосы (слева от линии) указывает на электропроводящие области, которые не были растянуты, а правая часть полосы (справа от линии) указывает на электропроводящие области, растянутые на 50%.
ФИГ. 5 показывает также полосу ЭКГ, где электропроводящая область была растянута примерно на 50% от ее исходной длины. Левая часть полосы (слева от линии) указывает на дорожки, которые не были растянуты, а правая часть полосы (справа от линии) указывает на электропроводящие области, растнутые на 50%.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как было указано выше, первый объект изобретения относится к материалу, который содержит, по меньшей мере, электропроводящую область 1, интегрированную в материал, причем электропроводящая область 1 содержит слой кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом в количестве 5-40 мас.%. Материал пригоден для растягивания в диапазоне 1-200%.
Специалистам в данной области техники известно несколько материалов, пригодных для изобретения, предпочтительно, эластичный материал, например, полиэстер, нейлон. Неограничивающим примером эластичного материала является материал, который содержит эластан в процентном содержании 3-20 мас.%.
Будучи гибкой, эластичная и электропроводящая область 1 является удлиненной, причем основа материала простирается по существу на полную длину этого слоя. Гибкость и эластичность кремнийорганического соединения дает возможность электропроводящей области 1 поддерживаться в очень удобном состоянии и не прерывать ее проводимость.
Как было указано выше, электропроводящая область 1, интегрированная в материал, может работать как дорожка. Таким образом, в конкретном варианте воплощения настоящего изобретения материал содержит, по меньшей мере, электропроводящую область 1 (дорожку), по меньшей мере, электрод 2, находящийся в электрическом контакте с дорожкой 1, и, по меньшей мере, с электрическим соединителем 3, помещенным на дорожку 1. Поэтому электропроводящая область 1, дорожка, передает электрический сигнал от электрода 2, помещенного в контакт с кожей пользователя, к электрическому соединителю 3, помещенному в электропроводящую область 1 дорожки. Соединитель 3 может находиться в контакте с электронно-измерительным прибором для приема и накопления и/или хранения и/или обработки и/или передачи данных от упомянутого материала.
Электропроводящая область, описанная в настоящей работе, содержит первый слой кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом. Кремнекаучук перед осуществлением способа отверждения находится в жидком высоковязком состоянии. При нахождении кремнийорганического соединения в высоковязком состоянии ее печатают на материал. Это означает, что объединение кремнийорганическое соединение - материал представляет собой объединение без адгезива. Кремнийорганическое соединение в состоянии высокой вязкости, когда печать, наносимая на материал, способна проникать в складки материала, прикрепляется к структуре волокон материала. Поэтому электропроводящая область, описанная в настоящем изобретении, является интегрированной в материал.
Следовательно, настоящее изобретение также охватывает материал согласно объему настоящего изобретения, который содержит, по меньшей мере, эластичную и электропроводящую дорожку, интегрированную в материал, причем эластичная и электропроводящая дорожка содержит кремнекаучук, снабженный электропроводящим материалом, получаемым на этапах:
a) трафаретной печати, где приложение давления составляет 0,2-0,8 кг/м2, т.е. первого нанесения покрытия на материал в виде кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом;
b) предварительного отверждения первого покрытия в течение одной минуты при температуре 80-200°C;
c) отверждения первого покрытия при комнатной температуре;
причем толщина отпечатанного покрытия составляет 120-800 пм по толщине.
В качестве альтернативы, электропроводящая область не отпечатывается непосредственно поверх материала, и между материалом и проводящей областью существует слой второго кремнийорганического соединения. Слой второго кремнийорганического соединения, отпечатываемый поверх материала, интегрируется (встраивается) в материал, поскольку он проникает в складки материала и скрепляется со структурой волокон материала; затем, кремнекаучук, снабженный электропроводящим материалом, отпечатывают поверх слоя второго кремнийорганического соединения, и он может встраиваться в молекулярную структуру кремнийорганического соединения посредством химических связей. В любом случае, сила сцепления материала повышается. В конечном результате, кремнекаучук, снабженный электропроводящим материалом, и второй кремнийорганический каучук совместно интегрируются в материал.
Электропроводящий материал, который добавляют к кремнекаучуку для придания ему электрической проводимости, выбирают из углеродной сажи, графита или различных металлических порошков, таких как серебро, никель и медь. Является предпочтительным, чтобы электропроводящий материал представлял собой углеродную сажу.
Термин «углеродная сажа», используемый в настоящей работе, относится к углероду в форме коллоидных частиц, которые образуются при неполном сгорании или термическом разложении газообразных или жидких углеводородов при контролируемых условиях. Ее физический внешний вид представляет собой черный, тонко разделенный шарик или порошок. Существуют различные типы углеродной сажи применительно к условиям реакции, т.е. существует, например, печная сажа, ламповая сажа, термическая сажа, ацетиленовая сажа, канальная газовая сажа.
В предпочтительном варианте воплощения процентное содержание проводящего материала составляет 10-35%. В более предпочтительном варианте воплощения процентное содержание проводящего материала составляет 15-30%. В другом предпочтительном варианте воплощения процентное содержание проводящего материала составляет 20-25%.
Для благоприятствования образованию связи между материалом и первым слоем можно поместить второй слой кремнекаучука между материалом и первым слоем кремнекаучука, снабженным электропроводящим материалом 1.
Поэтому в варианте воплощения этого объекта изобретения материал дополнительно содержит второй слой кремнекаучука, помещенный между материалом и первым слоем кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом 1.
В другом варианте воплощения этого объекта изобретения материал дополнительно содержит покрытие из изоляционного материала, покрывающего слой кремнекаучука, снабженный электропроводящим материалом 1. Примером изоляционного материала является противоскользящее кремнийорганическое соединение; это кремнийорганическое соединение обладает коэффициентом трения материал/кожа, по меньшей мере, 0,5.
Материал согласно изобретению может принимать физиологический сигнал, когда содержит электрод 2, помещаемый в контакт с кожей.
Поэтому в другом варианте воплощения этого объекта изобретения материал содержит электрод 2, помещаемый в контакт с кожей пользователя, имеющий также электрический контакт с электропроводящей областью 1.
Термин «электрод», используемый в настоящей работе, относится к области проводящего слоя, которая находится в контакте с кожей и в которой принимается физиологический сигнал, или электрический импульс передается пользователю.
В предпочтительном варианте воплощения этого объекта изобретения электрод 2 содержит проводящий материал, изготовленный из проводящих волокон и непроводящих волокон. Более предпочтительным является, чтобы электрод 2 относился к проводящему материалу, изготовленному из проводящих волокон.
Является предпочтительным, чтобы проводящие волокна были изготовлены из нейлона, покрытого серебром (такого как нити X-static® от компании Laird Sauquoit Industries), а непроводящие волокна были изготовлены из нейлона. Не ограничивающие примеры проводящих волокон представляют собой волокна, изготовленные из серебра, меди, никеля, нержавеющей стали, золота, а непроводящие волокна покрывают проводящим материалом или их смесями. Не ограничивающими примерами непроводящих волокон являются шерсть, шелк, хлопок, кудель, джут, акриловое волокно, полиамидный полиэстер, нейлон и/или волокна с эластичными нитями (такие как LYCRA® марочный спандекс от компании Invista™ S.a.r.l).
В предпочтительном варианте воплощения этого объекта электрод 2 представляет собой слой кремнекаучука, снабженный электропроводящим материалом в количестве 5-40%, который интегрирован в материал. Когда гибкий, эластичный и проводящий электрод является удлиненным, подложка материала простирается по существу по всей длине этого слоя. Гибкость и эластичность кремнийорганического соединения дает возможность поддерживать электрод в очень хорошем комфортабельном состоянии и электрический поверхностный контакт с кожей пациента практически по всей области.
При измерении электрокардиограммы (ЭКГ) контактное сопротивление между кожей человека и электродами может составлять примерно несколько МОм. Таким образом, значение сопротивления, от одного конца (контактная часть электрода) кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом, до другого конца (соединительная часть), составляющее 1000 кОМ или менее, является достаточным для практического применения, при растягивании кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом, примерно на 50%.
Поэтому в варианте воплощения этого объекта электрическое сопротивление на сантиметр кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом, составляет 1000 ΚОм/см или менее, предпочтительно, 500 ΚОм/см или менее. В другом варианте воплощения этого объекта изобретения электросопротивление на см кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом, составляет от 50 Ом/см до 100 кОм/см, предпочтительно, 1-100 ΚОм/см, и особенно предпочтительное значение сопротивления на см составляет от 50 Ом/см до 10 ΚОм/см.
В другом варианте воплощения этого объекта температура вулканизации кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом, составляет 20-200°C. Более предпочтительный вариант воплощения температуры вулканизации составляет 50-140°C. В другом предпочтительном варианте воплощения температура вулканизации составляет 100-120°C.
Кремнекаучук, снабженный электропроводящим материалом, содержит платиновый катализатор диорганополисилоксан, имеющий алкенильные группы с кремниевыми связями, органогидрогенполисилоксан и электропроводящий материал.
Поэтому в варианте воплощения этого объекта кремнекаучук, снабженный электропроводящим материалом в количестве 5-40%, содержит:
a) диорганополисилоксан, имеющий алкенильные группы с кремниевыми связями;
b) органогидрогенполисилоксаны;
c) платиновый катализатор; и
d) электропроводящий материал.
Примерами диорганополисилоксана, имеющего алкенильные группы с кремниевыми связями, являются (диметилвинилсилокси)- диметилполисилоксановые смолы, (диметилаллилсилокси)- диметилполисилоксановые смолы, (фенилметилвинилсилокси)- смолы сополимера дифенилсилоксана и диметилсилоксана, (диметилвинилсилокси)- смолы сополимера метилвинилсилоксана и диметилсилоксана и силаноловые смолы сополимера метилвинилсилоксана и диметилсилоксана.
Примерами органогидрогенполисилоксанов являются (триметилсилокси)-метилгидрогенполисилоксаны, (триметилсилокси)- сополимеры диметилсилоксана и метилгидрогенсилоксана, (диметилфенилсилокси)- сополимеры метилфенилсилоксанметилгидрогенсилоксана, циклические метилгидрогенполисилоксаны и сополимеры, составленные из диметилгидрогенсилокси-блоков и блоков SiO4/2.
Некоторые платиновые катализаторы известны как катализаторы, ускоряющие отверждение, для составов кремнийорганических соединений, которые отверждаются под действием реакции гидросилирования. Примерами платиновых катализаторов являются: платиновая чернь, платина на активном углероде, платина на микропорошке кремнезема, платинохлористоводородная кислота, спиртовые растворы платинохлористоводородной кислоты, платино-олефиновые комплексы, тетрахлорид платины, винилсилоксановые комплексы платины, олефиновые комплексы платинохлористоводородной кислоты, метилвинилсилоксановые комплексы платинохлористоводородной кислоты.
В предпочтительном варианте воплощения этого объекта кремнекаучук, снабженный электропроводящим материалом в количестве 5-40%, содержит:
a) дивинилполидиметилсилоксан в процентном содержании 60-75 мас.%;
b) диоксисилан в процентном содержании 7-5 мас.%,
c) углеродная сажа в процентном содержании 5-15 мас.%,
d) платина (0)-1,3-дивинил-1,1,3,3-тетраметилдисилоксан (CAS № 68478-92-2) в процентном содержании 0,001-0,05 мас.% и;
e) полидиметилгидрогенсилоксан в процентном содержании 3-7 мас.%.
Высокий уровень прочности адгезии между материалом и эластичным и электропроводящим материалом достигается, потому что материал покрытия может легко проникать в промежутки между пучками волокон, скрепленными со структурой волокон материала, что приводит к интегрированию эластичного и электропроводящего материала в указанный материал.
Жидкостная печать представляет собой способ нанесения покрытия, который сочетает в себе ламинирование и нанесение жидкого покрытия, и в этом случае кремнийорганическое соединение, которое наносят в виде покрытия, представляет собой жидкое (высоковязкое) кремнийорганическое соединение, но вместо его нанесения на обе стороны, его наносят только с одной стороны материала, аналогично способу ламинирования. Контроль толщины при нанесении покрытий является важным, потому что они изменяют свойства материала, в зависимости от толщины покрытия.
Как хорошо известно из уровня техники, термин жидкостное печатание охватывает группу способов печатания, где отпечатываемый материал в жидком состоянии осаждается на подложку. В пределах этой группы способов существуют: трафаретная печать и цифровая печать. В способе цифровой печати материал непосредственно наносят с использованием дозатора, который воспроизводит дизайн с цифровым проектированием. Способ трафаретной печати жидкого материала состоит в осаждении с использованием трафарета. Трафарет может быть изготовлен с различной конструкцией и толщиной.
Как было указано выше, согласно другому объекту изобретения обеспечен способ получения материала согласно изобретению, который содержит этапы:
a) жидкостной печати первого покрытия кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом в количестве 5-40%, на материал;
b) предварительного отверждения первого покрытия в течение одной минуты при температуре 80-200°C;
c) отверждения первого покрытия при комнатной температуре.
Согласно варианту воплощения настоящего изобретения способ жидкостной печати представляет собой способ трафаретной печати.
Термин «комнатная температура», используемый в настоящем изобретении, относится к температуре 20-30°C, например, 25°C.
Печатная плата представляет собой проводящую систему электропроводки, покрытую по панели печатающим проводящим материалом, расположенным на панели, причем, для достижения различных целей, с проводящей системой проводки могут быть соединены различные электрические компоненты. Настоящее изобретение описывает цепь с эластичными и гибкими механическими свойствами, где панель представляет собой тканую сетку, а система электропроводки представляет собой проводящее кремнийорганическое соединение, отпечатанное на материале. Как только отверждение кремнийорганического соединения делает невозможным его соединение с каким-либо электрическим компонентом, например, для использования этого кремнийорганического соединения в качестве системы электропроводки, электронные компоненты необходимо помещать в ткань, перед нанесением жидкого проводящего кремнийорганического соединения, и этот способ описан как предпочтительный вариант воплощения, содержащий следующие этапы:
a) покрытия электрода термическим адгезивом;
b) прикрепления электрода к материалу;
c) жидкостного печатания первого слоя кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом в количестве 5-40%, на материал;
d) предварительного отверждения первого слоя в течение одной минуты при температуре 80-200°C;
e) нанесения слоя изоляционного материала, покрывающего первый слой кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом;
f) отверждения при комнатной температуре;
g) установления соединителя.
В предпочтительном варианте воплощения, первый слой кремнекаучука, снабженный электропроводящим материалом, печатают с использованием трафаретной печати, с толщиной 120-800 пм, предпочтительно, 200-500 пм, и особо предпочтительно, 300-400 пм.
Электрод помещают в материал таким образом, чтобы он находился в электрическом контакте с дорожкой.
Этапы a) и b) описывают способ получения электрода, этапы c)-f) описывают способ получения электропроводящей области. Способ получения электропроводящей области - этапы c)-g) могут быть осуществлены перед способом получения электрода, т.е. этапами a) и b).
Когда материал дополнительно содержит второй слой кремнекаучука, помещенный между материалом и первым слоем кремнекаучука, снабженным электропроводящим материалом перед этапом d), может быть осуществлен этап жидкостной печати печатания кремнийорганического соединения и этап предварительного отверждения второго кремнийорганического соединения.
На протяжении всего описания и формулы изобретения слово «содержит» и варианты этого слова не должны рассматриваться как исключающие другие технические признаки, добавки, компоненты или этапы. Кроме того, слово «содержит» охватывает случай «состоит из». Дополнительные задачи, преимущества и признаки изобретения должны быть понятны специалистам в данной области техники, при исследовании описания, или могут быть изучены при следовании практики изобретения. Следующие примеры и чертежи представлены лишь в виде иллюстрации, и их не следует рассматривать в качестве ограничений настоящего изобретения. Ссылочные обозначения, относящиеся к чертежам и помещенные в скобки в формуле изобретения, приведены лишь для попытки сделать формулу изобретения более понятной, и не должны рассматриваться как ограничивающие объем формулы изобретения. Кроме того, настоящее изобретение охватывает все возможные сочетания конкретных и предпочтительных вариантов воплощения, описанных в настоящей работе.
ПРИМЕРЫ
Пример 1.
Были измерены рабочие характеристики материала согласно изобретению, с различными уровнями растягивания, для оценки того, как это может повлиять на качество сигнала. Материал в примере содержит электропроводящую область, которая содержит проводящее кремнийорганическое соединение (VP97065/30 от компании Alpina Technische Produkte GmbH), причем два электрода проводящего материала изготовлены из проводящих волокон и непроводящих волокон, при этом проводящие волокна изготовлены из нейлона, покрытого серебром (нити X-static® от компании Laird Sauquoit Industries), а непроводящие волокна изготовлены из нейлона.
Для исследования и оценки сигналов, передаваемых через электрическую область, которая содержит проводящее кремнийорганическое соединение VP97065/30, было проведено исследование, в котором электропроводящая область была подвергнута различным уровням растягивания для оценки того, насколько сигнал искажен.
Оцениваются три состояния: состояние покоя, растяжение электропроводящей области примерно на 25% и растяжение электропроводящей области примерно на 50%. Сигнал был генерирован многопараметрическим модулирующим устройством для ЭКГ пациента PS420 (от компании Fluke Corporation) и пропущен через электроды, и сигнал был направлен посредством электричества через область, которая содержит проводящее кремнийорганическое соединение, в электронно-измерительный прибор для приема и передачи сигнала в компьютер для визуализации и дополнительного анализа.
Уровни растягивания электропроводящей области были следующими.
Состояние покоя: электропроводящая область не растянута, поддерживается ее исходная длина 6,5 см.
Растяжение на 25%: электропроводящая область растянута примерно на 25% относительно ее исходной длины, 8,125 см.
Растяжение на 50%: электропроводящая область растянута примерно на 50% относительно ее исходной длины, 9,75 см.
Для каждого состояния (покоя, растяжения на 25% и 50%) было уловлено два сегмента сигнала, который состоит из 9-10 ударов сердца модулятора ЭКГ (10 секунд на каждый сегмент, поскольку модулятор сконфигурирован на 60 ударов в минуту).
Когда различные электрокардиографические сигналы были получены с различными уровнями растяжения, мы можем провести определенный вид измерений для этих сигналов, для оценки рабочих характеристик области под действием электричества, которая содержит проводящее кремнийорганическое соединение. Эти измерения были проведены по сигналам.
Визуальные измерения
Эта мера представляла собой непосредственное распознание, точно по наблюдению сигнала, качества сигнала, принимаемого с точки зрения морфологии и выявленного шума. Это визуальное распознание также используется для идентификации того, были ли удары сердца (желудочковых комплексов) и волновые характеристики распознаны, и какие из них создают слишком много шума, чтобы они были распознаны кардиологом. Для каждого из различных уровней растягивания электропроводящей области было проанализировано всего 500 ударов.
Измерения по сигналу
Эти измерения были проведены на сигнале, зарегистрированном при каждом уровне растяжения. Эти измерения включают в себя ручной и автоматический анализ записанных сигналов.
Взаимная корреляция: сигнал был разделен по различным уровням растягивания и сопоставлен с корреляцией между ними. Взаимная корреляция представляла собой измерение сходства между двумя формами волны как функции отставания во времени, применяемой к одной из них. Это было очень полезно, потому что был использован модулятор ЭКГ, который всегда генерирует одни и те же удары, без различий между ними. Это означает, что если мы осуществляем взаимную корреляцию между двумя сигналами (один - для отсутствия растяжения, а другой - для наличия такового), шум вызовет только разница между ними. Это измерение разнится между 0 (отсутствие сходства, полностью различные) и 1 (сигналы равны).
RMS-шум: RMS (Root Mean Square, среднеквадратичный) сегмента T-P может быть рассчитан между сердечными ударами. Это измерение было проведено для каждого из уровней растяжения, а в среднем - являлось показателем оценки шума в сигнале. Эти измерения были проведены вручную (для подбора начала и конца каждого сегмента).
Оба значения представляли собой очень важные и очень хорошие критерии оценки шума, присутствующего в сигнале, и искажений, вызванных растягиванием кремнекаучука, снабженным электропроводящим материалом.
Результаты
В этом разделе представлены результаты, полученные в следующем протоколе испытаний. Эти результаты затрагивают все проведенные измерения, которые были описаны в предыдущих разделах. Была представлена информация, разделенная на два раздела: Визуальные результаты и Результаты, полученные из измерения сигнала.
Визуальные результаты, полученные с учетом улавливания сигнала непосредственно из компьютера
Линия, которая пересекает полосы ЭКГ, указывает на точки, где растягивание началось и поддерживалось до конца полосы.
Растягивание на 25%
Два примера (ФИГ. 2, ФИГ. 3), в левой части полосы (слева от линии), электропроводящие области не растянуты, а в правой части полосы (справа от линии) электропроводящие области растянуты на 25%.
Растягивание на 50%
Представлены два примера (ФИГ. 4, ФИГ. 5), где в левой части полосы (слева от линии) электропроводящие области не растянуты, а в правой части полосы (справа от линии) электропроводящие области растянуты на 50%.
Из этих сигналов было легко обнаружено, что растягивание электропроводящей области лишь едва влияет на качество сигнала. При растягивании дорожки на 50% было выявлено и стало заметно больше шума, но этого шума было не достаточно для искажения сигнала, и все волны и характеристические точки еще были видимыми, и, кроме того, шум легко отфильтровывался при последующей обработке.
Результаты измерения сигнала
В этом разделе показаны результаты, полученные посредством измерений, сделанных вручную и автоматически, с помощью сигнала, как было разъяснено ранее. Эти результаты дают более точные данные о шуме и о качестве сигнала.
a) Среднеквадратичный шум
Растягивание на 25%
Результаты приведены для четырех различных сегментов, два из которых относятся к электропроводящей области, не подвергнутой растягиванию (ОТСУТСТВИЕ РАСТЯЖЕНИЯ 1 и ОТСУТСТВИЕ РАСТЯЖЕНИЯ 2), а другие два - к электропроводящим областям, растянутым на 25% (РАСТЯЖЕНИЕ_1 НА 25% и РАСТЯЖЕНИЕ_2 НА 25%).
Среднеквадратичный шум
В обоих случаях сигнал без растяжения электропроводящих областей дает меньше шума, чем когда электропроводящую область растягивают после этого. Это становится более ясным с помощью средних результатов.
Средний среднеквадратичный шум
Растяжение на 50%
Результаты приведены для четырех различных сегментов, два из которых относятся к электропроводящей области, не подвергнутой растягиванию (ОТСУТСТВИЕ РАСТЯЖЕНИЯ 1 и ОТСУТСТВИЕ РАСТЯЖЕНИЯ 2), а другие два - к электропроводящим областям, растянутым на 50% (РАСТЯЖЕНИЕ_1 НА 50% и РАСТЯЖЕНИЕ_2 НА 50%).
Среднеквадратичный шум
В обоих случаях, сигнал без растяжения электропроводящих областей дает меньше шума, чем когда электропроводящую область растягивают после этого. Это становится более ясным с помощью средних результатов.
Средний среднеквадратичный шум
Также было очень существенным, что разница между двумя состояниями была очень небольшой, что, таким образом, указывает на то, что вследствие растяжения электропроводящих областей присутствует очень небольшой шум.
Взаимная корреляция
Это измерение дает оценку качества сигнала, причем его значения являются почти самыми лучшими, поскольку они указывают на то, что сигнал, уловленный с помощью проводящей и не растянутой области, равен сигналу уловленной с помощью электропроводящей растянутой области. Далее, в Таблице 5 показаны результаты для растяжения на 25% и растяжения на 50%.
Взаимная корреляция
В Таблице 5 показано, что сигнал был лишь едва искажен шумом в обеих ситуациях. Как и ожидалось, 50%-ное растяжение было несколько хуже, но результаты оказались очень хорошими, со сходимостью 96% (только 4% шума) в самом худшем случае.
Анализируя представленные здесь данные, можно извлечь некоторые выводы, которые определяют рабочие характеристики электропроводящей области: электропроводящая область является пригодной для передачи биоэлектрических потенциалов, и, в частности, как здесь видно, для передачи электрокардиографических сигналов, причем электропроводящая область ведет себя очень хорошо в ситуациях растягивания, с очень небольшими искажениями (шумовыми) сигнала, причем все характеристические точки и волны электрокардиограммы прекрасно распознаются, когда электропроводящая область растянута, вследствие чего с визуальным наблюдением ЭКГ не возникает никаких проблем.
ССЫЛКИ, ПЕРЕЧИСЛЕННЫЕ В ЗАЯВКЕ
US 7779656
US 7783334
US 2010198038
Anjum Saleem et al., “Fabrication of extrinsically conductive silicone rubbers with high elasticity and analysis of their mechanical and electrical characteristics”, Polymers 2010, vol. 2 (3), pp. 200-210.
Настоящее изобретение относится к материалу, который содержит, по меньшей мере, эластичную и электропроводящую область, интегрированную непосредственно в материал, к способу для получения материала, а также к использованию кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом для получения материала согласно изобретению, и также относится к устройству, содержащему материал, а также к предмету одежды, содержащему такое устройство. Материал, содержащий, по меньшей мере, эластичную и электропроводящую дорожку, имеющую толщину от 120 мкм до 800 мкм, причем эластичная и электропроводящая дорожка интегрирована непосредственно в материал, и при этом эластичная и электропроводящая дорожка содержит кремнекаучук, снабженный электропроводящим материалом. Изобретение улучшает характеристики листа электрода при растяжении. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 табл., 5 ил.
1. Материал, содержащий, по меньшей мере, эластичную и электропроводящую дорожку, имеющую толщину от 120 мкм до 800 мкм, причем эластичная и электропроводящая дорожка интегрирована непосредственно в материал, и при этом эластичная и электропроводящая дорожка содержит кремнекаучук, снабженный электропроводящим материалом.
2. Материал по п. 1, который дополнительно содержит слой изоляционного материала, покрывающего эластичную и электропроводящую дорожку.
3. Материал по п. 1, в котором материал дополнительно содержит электрод в электрическом контакте с эластичной и электропроводящей дорожкой, причем электрод выполнен с возможностью размещения в контакте с кожей пользователя.
4. Материал по п. 3, в котором электрод содержит проводящий материал, изготовленный из проводящих волокон и непроводящих волокон.
5. Материал по п. 3, в котором электрод содержит слой, содержащий кремнекаучук и эластичный и электропроводящий материал, в количестве 5-40 мас.%, причем электрод интегрирован в материал.
6. Материал по любому одному из пп. 1-5, в котором электросопротивление на сантиметр кремнекаучука составляет от 50 Ом/см до 100 кОм/см.
7. Материал по любому одному из пп. 1-5, в котором температура вулканизации кремнекаучука составляет 20-200°С.
8. Материал по п. 5, в котором кремнекаучук содержит:
a) диорганополисилоксановую смолу, имеющую алкенильные группы с кремниевыми связями;
b) органогидрогенполисилоксаны; и
c) платиновый катализатор.
9. Материал по п. 5, в котором эластичный и электропроводящий материал представляет собой углеродную сажу.
10. Способ получения материала по любому из пп. 1-9, который содержит этапы:
a) жидкостной печати первого слоя кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом в количестве 5-40 мас.%, интегрированным в материал;
b) предварительного отверждения первого слоя вплоть до одной минуты при температуре 80-200°С;
c) отверждения первого слоя при комнатной температуре.
11. Способ по п. 10, в котором этап жидкостной печати содержит приложение давления в диапазоне 0,2 кг/м2 - 0,8 кг/м2 при печати кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом непосредственно на материал.
12. Способ по п. 11, в которой этап жидкостной печати содержит приложение давления 0,3 кг/м2 - 0,5 кг/м2, при печати кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом, непосредственно на материал.
13. Применение кремнекаучука, снабженного электропроводящим материалом в количестве 5-40 мас.%, для получения материала по любому из пп. 1-9.
14. Устройство, содержащее: a) материал по любому из пп. 1-9, и
b) электронно-измерительный прибор для приема и накопления и/или хранения и/или обработки и/или передачи данных от упомянутого материала.
15. Предмет одежды, содержащий материал по любому из пп. 1-9 или устройство по п. 14.
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКОКСИСИЛАНОВ | 1998 |
|
RU2196142C2 |
| US2008242176 A1, 02.10.2008 | |||
| US5164443 A, 17.11.1992 | |||
| WO2004058346 A1, 15.07.2004 | |||
| Распределительный механизм для паровых или пневматических копровых баб | 1934 |
|
SU55241A1 |
| ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫЙ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЙ ЭЛАСТОМЕР И ИЗДЕЛИЕ ИЗ НЕГО | 2000 |
|
RU2237303C2 |
