导电水凝胶、电极、电脉冲理疗仪和可穿戴电子产品

技术领域

本发明涉及导电凝胶技术领域，尤其涉及一种导电水凝胶、电极、电脉冲理疗仪和可穿戴电子产品。

背景技术

随着人们对生活质量要求的提高，理疗仪也得到了应用推广。理疗仪是物理治疗仪器的简称，是将物理因子作用于人体，使之产生好转的设备，适用于家庭、办公室等场所。常见的物理因子包括电、声、光、磁、水、压力等等。与药物治疗相对应，物理治疗相对比较安全，也环保。

电疗是将一定电压和频率的脉冲电信号，通过电极与人体相连，由于人体组织的很多组成部分都存在一定的电特性，所以当受到电刺激时，人体的肌肉、神经和体液、血液都会产生一定程度的理化反应。其中，电极与人体相连时，为了人体舒适性以及连接稳定性，一般都会通过导电凝胶与人体接触。

目前，市面上常规的理疗类的导电水凝胶材料剥离力通常在20-200g/25mm(180度to钢板)，表面黏性比较小，且重复使用性低，大概使用5次水凝胶表面出现失粘，与皮肤的贴合度开始下降，甚至从皮肤上脱落下来。对于采用这类导电水凝胶做电极的按摩仪来说，因凝胶存在的这些问题会导致按摩仪脉冲力度弱，体验效果差，或直接丧失按摩功能，失去按摩意义。

发明内容

本发明提供一种导电水凝胶、电极、电脉冲理疗仪和可穿戴电子产品，用以解决现有技术中到导电凝胶剥离力低、重复使用次数少的缺陷，实现高黏性，可重复使用次数多。

第一方面，本发明提供一种导电水凝胶，包括高分子化合物和聚合物单体，所述高分子化合物包括质量比为(0.2-0.45)：(0.1-1)：(0.5-1.5)的纤维素、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇。

根据本发明提供的导电水凝胶，所述纤维素、所述聚乙烯吡咯烷酮和所述聚乙烯醇的质量比为0.4:0.5:1。

根据本发明提供的导电水凝胶，所述纤维素在所述导电水凝胶中的质量百分含量不超过0.5％。

根据本发明提供的导电水凝胶，所述聚合物单体由丙烯酸和丙烯酰胺组成。

根据本发明提供的导电水凝胶，所述丙烯酸和所述丙烯酰胺的质量比为(10-25)：(1-2)。

根据本发明提供的导电水凝胶，所述丙烯酸和所述丙烯酰胺的质量比为22：1.14。

根据本发明提供的导电水凝胶，所述聚合物单体在所述导电水凝胶中的质量百分含量为10-30％。

根据本发明提供的导电水凝胶，所述导电水凝胶还包括溶剂，所述溶剂为质量比为1：(1-4.5)的水和甘油。

根据本发明提供的导电水凝胶，所述导电水凝胶还包括交联剂、引发剂、导电剂和碱性物质。

根据本发明提供的导电水凝胶，以重量份计，所述导电水凝胶包括以下组分：纤维素0.2-0.45份、聚乙烯醇0.5-1.5份、聚乙烯吡咯烷酮0.1-1份、丙烯酸10-25份、丙烯酰胺1-2份、交联剂0.03-0.07份、引发剂0.4-1份、水10-35份、甘油35-45份、导电剂0.1-0.4份和碱性物质0.1-0.4份。

根据本发明提供的导电水凝胶，所述导电水凝胶的剥离力为400g/25mm以上，在皮肤表面粘合次数不低于50次。

第二方面，本发明提供一种电极，包括上述任一导电水凝胶。

第三方面，本发明提供一种电脉冲理疗仪，包括上述电极。

在本发明的一些具体实施方式中，所述电脉冲理疗仪为肩颈按摩仪。

第四方面，本发明提供一种可穿戴电子产品，包括上述任一导电水凝胶。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明的导电水凝胶通过凝胶组分的合理复配，具有优良的粘结效果，剥离力达到400g/25mm以上，而且还具有一定的耐汗液性，粘附作用优于目前市面上的产品，在皮肤表面可重复使用50次以上。

进一步地，本发明的导电水凝胶保水率高，将其用于按摩仪等电脉冲理疗仪的电极，既性能好又舒适。

附图说明

图1是本发明实施例1导电水凝胶的涂胶工艺流程图；

图2是本发明实施例1导电水凝胶的实物图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

水凝胶是一种由亲水性高分子或水溶性高分子通过共价键、氢键或配位键等作用交联形成的三维网络，质地柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。早在上世纪90年代，Guiseppi-EIie和Wallace等通过将水凝胶与导电聚合物聚合交联，大大提升了水凝胶导电性。至此，导电水凝胶开始作为一个单独门类被研究。

发展至今，导电水凝胶已开发出聚电解质型、酸掺杂型、无机物填充型和导电高分子基型四大类，但是目前市面上的导电水凝胶普遍存在剥离力低的问题，用作电极材料与人体皮肤贴合时粘附力不强，故而容易脱落且可重复使用次数较低，严重影响了使用效果和体验感。

基于此，本发明实施例提供一种导电水凝胶，用以解决上述问题。

第一方面，本发明实施例提供一种导电水凝胶，包括高分子化合物和聚合物单体，所述高分子化合物包括质量比为(0.2-0.45)：(0.1-1)：(0.5-1.5)的纤维素、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚乙烯醇(PVA)。

现有技术中一般使用淀粉或纤维素等天然高分子化合物形成水凝胶，有的也会加入少量的合成高分子化合物，例如聚乙烯吡咯烷酮，但是，目前方案得到的导电水凝胶其剥离力通常在20-200g/25mm(180度to钢板)，针对该问题，本领域技术人员尝试了诸多方法去改进，但效果甚微。发明人研究意外发现，采用质量比为(0.2-0.45)：(0.1-1)：(0.5-1.5)的纤维素、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇，即采用占比较多的聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇复配，再结合少量的纤维素，以及体系中再加入一些聚合物单体，后期通过聚合可以形成理想的双网络结构，黏性较优，重复使用性好，而且也易于制备。

其中，纤维素、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇的质量比可以为(0.2-0.45)：(0.1-1)：(0.5-1.5)范围内的任一比值，例如，纤维素、聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇的质量比为0.2:0.1:0.5，0.2:1:0.5，0.2:0.1:1.5，0.2:1:1.5，0.45:0.1:0.5，0.45:1:0.5，0.45:0.1:1.5，0.45:1:1.5，0.3:0.5:1或0.4:0.5:1。优选为0.4:0.5:1。

本发明所述纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖。常见纤维素包括多聚合纤维素、木质纤维素、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素等，优选为甲基纤维素，所述甲基纤维素是一种非离子纤维素醚，它是通过醚化在纤维素中引入甲基而制成的。

聚乙烯吡咯烷酮是一种非离子型高分子化合物，化学式为(C

聚乙烯醇是一种有机化合物，化学式为[C

根据本发明的一些实施例，所述纤维素在所述导电水凝胶中的质量百分含量不超过0.5％。

本发明研究发现，若纤维素在导电水凝胶中的质量百分含量超过0.5％，则其溶解性较差，整个水凝胶溶液的配制难度也会加大，不利于形成理想黏度的导电水凝胶。

根据本发明的一些实施例，所述聚合物单体由丙烯酸和丙烯酰胺组成。

根据本发明的一些实施例，所述丙烯酸和所述丙烯酰胺的质量比为(10-25)：(1-2)。

现有技术中通常对聚合物单体没有限定，认为采用丙烯酸类单体或其他单体效果相当，或者，有的现有技术不采用聚合物单体，而直接添加聚合物，例如直接添加聚丙烯酰胺增加粘稠度，但是这种方式对剥离力的贡献不大，仍不能很好地解决本发明要解决的技术问题。本发明研究发现，采用特定比例的丙烯酸和丙烯酰胺，配合上述特定比例的高分子化合物，这种情况下构成的水凝胶网络各方面性能兼顾，比较适合用于需与人体皮肤接触的电极。

其中，丙烯酸和丙烯酰胺的质量比可以为(10-25)：(1-2)范围内的任一比值，例如，丙烯酸和丙烯酰胺的质量比为10:2，15:2，10:1，25:2，20:1.5，15:1，22:1.14，20:1或25:1。

根据本发明的一些实施例，所述丙烯酸和所述丙烯酰胺的质量比为22：1.14。

根据本发明的一些实施例，所述聚合物单体在所述导电水凝胶中的质量百分含量为10-30％。

上面方案中提及纤维素在导电水凝胶中的质量百分含量不超过0.5％，根据纤维素与PVP、PVA的质量比便可推算出高分子化合物在导电水凝胶中的占比，此处限定聚合物单体在导电水凝胶中的占比，即限定了高分子化合物与聚合物单体的比例，约为0.8-3％：10-30％。本发明研究发现，在此比例下，导电水凝胶黏性及重复使用性更好。

根据本发明的一些实施例，所述导电水凝胶还包括溶剂，所述溶剂为质量比为1：(1-4.5)的水和甘油。

水凝胶的溶剂一般都采用水，本发明针对上述高分子化合物与聚合物单体的体系，采用了质量比为1：(1-4.5)的水和甘油为溶剂。其中，水和甘油的质量比可以为1：(1-4.5)范围内的任一点值，例如，水和甘油的质量比为1:1，1:1.5，1:2，1:2.5，1:3，1:3.5，1:4或1:4.5。

根据本发明的一些实施例，所述导电水凝胶还包括交联剂、引发剂、导电剂和碱性物质。

根据本发明的一些实施例，以重量份计，所述导电水凝胶包括以下组分：纤维素0.2-0.45份、聚乙烯醇0.5-1.5份、聚乙烯吡咯烷酮0.1-1份、丙烯酸10-25份、丙烯酰胺1-2份、交联剂0.03-0.07份、引发剂0.4-1份、水10-35份、甘油35-45份、导电剂0.1-0.4份和碱性物质0.1-0.4份。

在本发明的一些实施例中，交联剂选用N,N-亚甲基双丙烯酰胺(简称MBA)，引发剂选用1103(久日生厂商)，导电剂选用氯化钠，碱性物质选用氢氧化钠。

根据本发明的一些实施例，所述导电水凝胶的剥离力为400g/25mm以上，在皮肤表面粘合次数不低于50次。

第二方面，本发明提供一种电极，包括上述任一导电水凝胶。

将导电水凝胶的各组分混合，制备成凝胶状态，即得导电水凝胶。在具体情况下，可进一步根据电极的形状和尺寸对导电水凝胶再加工，以匹配目标安装位置。

在本发明的一些实施例中，可按照如下步骤将导电水凝胶的各组分进行混合：

S1、将聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮在约90℃条件下搅拌，使其充分溶解，冷却备用；

S2、将甲基纤维素在约60℃条件下搅拌，使其充分溶解，冷却备用；

S3、将S1和S2的冷却液混合，搅拌均匀备用；

S4、在S3的混合溶液中依次加入碱性物质、丙烯酰胺、丙烯酸、交联剂、甘油和导电剂，搅拌均匀；最后加入引发剂搅拌均匀。

需要说明的是，上述制备步骤S1、S2可交换先后顺序，或同时进行。

第三方面，本发明提供一种电脉冲理疗仪，包括上述电极。

本领域技术人员可以理解的是，本发明的电极不仅仅可以应用在包括肩颈按摩仪在内的电脉冲理疗仪中，对于需要电极头可以自由移动的场所，用于固定皮肤的粘结导电场景都可以采用本发明的电极。

第四方面，本发明还提供一种可穿戴电子产品，包括上述任一导电水凝胶。本发明导电水凝胶优异的黏性，剥离力大，以及与皮肤的贴合性、舒适性，使得可将其应用到可穿戴电子产品上。

为了对本发明的技术方案和技术效果做更详细的说明，下面将通过更具体的实施例和性能测试结果进行进一步说明。

若无特别说明，本发明实施例所涉及的试剂均可通过正规商业渠道获得。

实施例1

本实施例提供一种导电水凝胶，其组成如下：

甲基纤维素0.4份、聚乙烯醇1份、聚乙烯吡咯烷酮0.5份、丙烯酸22份、丙烯酰胺1.14份、交联剂(MBA)0.06份、引发剂(1103)0.8份、水33份、甘油43份、导电剂(氯化钠)0.3份和碱性物质(氢氧化钠)0.3份。

本实施例还提供上述导电水凝胶的制备方法，具体如下：

一、料液配置

S1、称取1g聚乙烯醇、0.5g聚乙烯吡咯烷酮物料在90℃恒温水浴条件下搅拌30min使其充分溶解冷却备用。

S2、称取0.4g甲基纤维素物料在60℃恒温水浴条件下搅拌10min使其充分溶解冷却备用。

S3、将S1和S2的冷却液混合一起搅拌均匀备用。

S4、在S3的混合溶液中依次加入0.3g的氢氧化钠、1.14g的丙烯酰胺、22g的丙烯酸、0.06g的交联剂(MBA)、43g甘油、0.3g的氯化钠，搅拌均匀，最后加入0.8g的引发剂(1103)搅拌均匀备用。

二、涂胶

参照图1所示的工艺流程图进行涂胶工艺，制备厚度为1.0mm±0.1mm的导电水凝胶，其实物图如图2所示。

其中，涉及到的仪器有：

水凝胶涂胶机：一次性完成卷筒水凝胶的涂布、固化、换膜等工序，直接获得成品。

模切机：模切机又叫啤机、裁切机、数控冲压机，主要用于相应的一些非金属材料、不干胶、EVA、双面胶、电子、手机胶垫等的模切(全断、半断)、压痕和烫金作业、贴合、自动排废，模切机利用钢刀、五金模具、钢线(或钢板雕刻成的模版)，通过压印版施加一定的压力，将印品或纸板轧切成一定形状。

关键参数包括：

线速度：0.3-1m/min；

两次UV固化的光照功率：2kW、2kW。

实施例2

本实施例提供一种导电水凝胶，其组成如下：

甲基纤维素0.4份、聚乙烯醇1份、聚乙烯吡咯烷酮0.2份、丙烯酸20份、丙烯酰胺1.14份、交联剂(MBA)0.06份、引发剂(1103)0.8份、水33份、甘油43份、导电剂(氯化钠)0.3份和碱性物质(氢氧化钠)0.3份。

实施例3

本实施例提供一种导电水凝胶，其组成如下：

甲基纤维素0.3份、聚乙烯醇2份、聚乙烯吡咯烷酮0.2份、丙烯酸20份、丙烯酰胺1.14份、交联剂(MBA)0.06份、引发剂(1103)0.8份、水32份、甘油43份、导电剂(氯化钠)0.3份和碱性物质(氢氧化钠)0.3份。

实施例4

本实施例提供一种导电水凝胶，其组成如下：

聚乙烯醇2份、聚乙烯吡咯烷酮0.5份、丙烯酸17份、丙烯酰胺10份、交联剂(MBA)0.1份、引发剂(1103)0.6份、水28份、甘油42份、导电剂(氯化钠)0.3份和碱性物质(氢氧化钠)0.3份。

实施例5

本实施例提供一种导电水凝胶，其组成如下：

聚乙烯醇2份、聚乙烯吡咯烷酮0.5份、丙烯酸17份、丙烯酰胺17份、交联剂(MBA)0.1份、引发剂(1103)0.6份、水28份、甘油43份、导电剂(氯化钠)0.3份和碱性物质(氢氧化钠)0.3份。

实施例6

本实施例提供一种导电水凝胶，其组成如下：

聚乙烯醇1份、丙烯酸20份、丙烯酰胺10份、交联剂(MBA)0.05份、引发剂(1103)0.65份、水28份、甘油43份、导电剂(氯化钠)0.3份和碱性物质(氢氧化钠)0.3份。

实施例7

本实施例提供一种导电水凝胶，其组成如下：

聚乙烯醇1份、丙烯酸27份、丙烯酰胺7份、交联剂(MBA)0.05份、引发剂(1103)0.65份、水28份、甘油43份、导电剂(氯化钠)0.3份和碱性物质(氢氧化钠)0.3份。

实施例8

本实施例提供一种导电水凝胶，其组成如下：

聚乙烯醇1份、丙烯酸23份、交联剂(MBA)0.05份、引发剂(1103)0.65份、水28份、甘油43份、导电剂(氯化钠)0.3份和碱性物质(氢氧化钠)0.3份。

实施例9

本实施例提供一种导电水凝胶，其组成如下：

聚乙烯醇1份、聚乙烯吡咯烷酮0.5份、丙烯酸24份、丙烯酰胺3.84份、交联剂(MBA)0.06份、引发剂(1103)0.8份、水28份、甘油43份、导电剂(氯化钠)0.3份和碱性物质(氢氧化钠)0.3份。

实施例10

本实施例提供一种导电水凝胶，其组成如下：

聚乙烯醇2份、聚乙烯吡咯烷酮0.5份、丙烯酸24份、丙烯酰胺1.84份、交联剂(MBA)0.06份、引发剂(1103)0.8份、水28份、甘油43份、导电剂(氯化钠)0.3份和碱性物质(氢氧化钠)0.3份。

实施例11

本实施例提供一种导电水凝胶，其组成如下：

甲基纤维素0.3份、丙烯酸20份、丙烯酰胺1份、交联剂(MBA)0.05份、引发剂(1103)0.8份、水30份、甘油48份、导电剂(氯化钠)0.3份和碱性物质(氢氧化钠)0.3份。

实施例12

本实施例提供一种导电水凝胶，其组成如下：

甲基纤维素0.6份、丙烯酸20份、丙烯酰胺1份、交联剂(MBA)0.04份、引发剂(1103)0.8份、水30份、甘油48份、导电剂(氯化钠)0.3份和碱性物质(氢氧化钠)0.3份。

实施例13

本实施例提供一种导电水凝胶，其组成如下：

甲基纤维素0.6份、丙烯酸16份、丙烯酰胺1份、交联剂(MBA)0.04份、引发剂(1103)0.8份、水32份、甘油50份、导电剂(氯化钠)0.3份和碱性物质(氢氧化钠)0.3份。

实施例2-13参照实施例1的方法制备出厚度为1.0mm±0.1mm的导电水凝胶片。

对各实施例所得导电水凝胶进行性能测试，包括：

剥离力测试：参照GBT2792-2014中的方法1进行测试，即180度to钢板，单位为g/25mm。

重复粘肤次数：将各实施例制得的导电水凝胶片粘于人体手部皮肤，取下，再粘于同一位置，取下，如此循环往复，直至导电水凝胶片粘不住掉落，统计期间总的粘肤次数。

结果如下表所示。

表1

由以上结果可知，高分子化合物仅采用纤维素或聚乙烯醇，或采用聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮的混合物，所得导电水凝胶均不能兼顾剥离力强度和重复粘肤性能。当采用纤维素、聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮复配时，才能使导电水凝胶的剥离力与重复粘肤性能兼顾，且保水率效果最优，也利于制备加工。

其中，实施例1为较优实施例，将其与目前国产和日本积水进口的导电水凝胶产品进行性能对比，结果如下表所示(表中剥离力为3次测量数值)。

表2

由以上结果可知，本发明实施例制备得到的导电水凝胶其剥离力相较于进口产品略低一些，但是比目前国内产品性能优很多，而且，本发明的导电水凝胶有价格优势，成本明显低于进口产品。综合而言，本发明的导电水凝胶弥补了市场空白，有广阔应用前景，可用于可穿戴电子产品以及各种电脉冲理疗仪的电极部分。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。