JP7750519B2 - Artificial skin and method for producing artificial skin - Google Patents
Artificial skin and method for producing artificial skinInfo
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Description
本発明は、人工皮膚、人工皮膚の製造方法、および人工皮膚用塗工液セットに関する。 The present invention relates to artificial skin, a method for producing artificial skin, and a coating liquid set for artificial skin.
特許文献1には、弾性材料からなる表面層、および表面層と隣接して配置され、表面層を構成する弾性材料の弾性率とは異なる弾性率を有する弾性材料からなる下層とを含む手術シミュレーション用の三次元実体モデルが開示されている。
特許文献2には、ヒフの表皮を模して薄く形成された表皮層と、ヒフの真皮を模して表皮層以上の厚さに形成された真皮層と、ヒフの皮下組織を模して真皮層以上の厚さに形成された皮下層とを備えた縫合練習用透明性人工皮膚が開示されている。
Patent document 1 discloses a three-dimensional solid model for surgical simulation that includes a surface layer made of an elastic material and a lower layer arranged adjacent to the surface layer and made of an elastic material having an elastic modulus different from that of the elastic material that makes up the surface layer.
Patent Document 2 discloses transparent artificial skin for suturing practice, which includes a thin epidermal layer formed to imitate the epidermis of skin, a dermal layer formed to be thicker than the epidermal layer to imitate the dermis of skin, and a subcutaneous layer formed to be thicker than the dermal layer to imitate the subcutaneous tissue of skin.
弾性を有する材料からなり、人型ロボットや医療用シミュレータ等に用いられる人工皮膚が存在する。このような人工皮膚は、べたつきが少なく人の皮膚に近い触感を有し、外部からの応力に対する強靭性が高いことが好ましい。しかしながら、人工皮膚の材料等によっては、人工皮膚に含まれる可塑剤等が表面に染み出してべたつきが生じたり、外部からの応力によって裂けてしまったりする場合がある。
本発明は、べたつきが少なく外部からの応力に対する強靭性が高い人工皮膚を実現することを目的とする。
Artificial skin made of elastic materials exists and is used in humanoid robots, medical simulators, etc. It is desirable for such artificial skin to be less sticky, have a texture similar to human skin, and be highly resistant to external stress. However, depending on the material of the artificial skin, plasticizers contained in the artificial skin may seep out onto the surface, causing stickiness or tearing due to external stress.
The present invention aims to realize artificial skin that is less sticky and has high toughness against external stress.
本発明によれば、下記(1)~(10)に係る発明が提供される。
(1)シリコーンの含有量が、弾性層の固形分全量に対し20質量%以下である弾性材料からなる弾性層と、アクリル系樹脂からなり、前記弾性層上に積層された表皮層と、前記表皮層における前記弾性層とは反対側の面に付着した球状粒子とを備え、前記球状粒子は、平均粒子径が、1μm以上30μm以下である人工皮膚。
(2)前記弾性層は、ウレタン系エラストマーを含むことを特徴とする(1)に記載の人工皮膚。
(3)前記弾性層は、アクリル系エラストマーを含むことを特徴とする(1)に記載の人工皮膚。
(4)前記弾性層は、可塑剤を含まないことを特徴とする(1)~(3)のいずれかに記載の人工皮膚。
(5)前記弾性層は、着色剤を含み、前記表皮層および前記球状粒子は、着色剤を含まないことを特徴とする(1)~(4)のいずれかに記載の人工皮膚。
(6)前記表皮層の表面における水の接触角が100°以下であることを特徴とする(1)~(5)のいずれかに記載の人工皮膚。
(7)前記球状粒子は、平均粒子径が、前記表皮層の厚さの10%以上50%以下であることを特徴とする(1)~(6)のいずれかに記載の人工皮膚。
(8)前記球状粒子は、樹脂からなることを特徴とする(1)~(7)のいずれかに記載の人工皮膚。
(9)アクリル系樹脂を含む溶液を硬化して、粘着性を有する表皮層を形成する工程と、前記表皮層上に、シリコーンの含有量が、弾性層の固形分全量に対し20質量%以下である弾性材料からなる当該弾性層を形成する工程と、前記表皮層における前記弾性層とは反対側の面に、平均粒子径が1μm以上30μm以下である球状粒子を付着させる工程とを含む人工皮膚の製造方法。
(10)シリコーンの含有量が、弾性層の固形分全量に対し20質量%以下である弾性材料からなる弾性層と、アクリル系樹脂からなり、前記弾性層上に積層された表皮層と、前記表皮層における前記弾性層とは反対側の面に付着した球状粒子とを備え、前記球状粒子は、平均粒子径が、前記表皮層の厚さの10%以上50%以下である人工皮膚。
According to the present invention, the following inventions (1) to (10) are provided.
(1) An artificial skin comprising: an elastic layer made of an elastic material having a silicone content of 20% by mass or less relative to the total solid content of the elastic layer; a skin layer made of an acrylic resin and laminated on the elastic layer; and spherical particles attached to the surface of the skin layer opposite the elastic layer , the spherical particles having an average particle diameter of 1 μm or more and 30 μm or less .
(2) The artificial skin described in (1), characterized in that the elastic layer contains a urethane-based elastomer.
(3) The artificial skin described in (1), characterized in that the elastic layer contains an acrylic elastomer.
(4) The artificial skin according to any one of (1) to (3), characterized in that the elastic layer does not contain a plasticizer.
(5) The artificial skin described in any one of (1) to (4), characterized in that the elastic layer contains a colorant, and the epidermal layer and the spherical particles do not contain a colorant.
(6) The artificial skin according to any one of (1) to (5), characterized in that the contact angle of water on the surface of the epidermal layer is 100° or less.
(7) The artificial skin described in any one of (1) to (6), characterized in that the spherical particles have an average particle diameter of 10% or more and 50% or less of the thickness of the epidermal layer.
(8) The artificial skin described in any one of (1) to (7), characterized in that the spherical particles are made of resin.
(9) A method for manufacturing artificial skin, comprising the steps of: curing a solution containing an acrylic resin to form an adhesive epidermal layer; forming an elastic layer on the epidermal layer, the elastic layer being made of an elastic material having a silicone content of 20 mass% or less relative to the total solid content of the elastic layer; and attaching spherical particles having an average particle diameter of 1 μm or more and 30 μm or less to the surface of the epidermal layer opposite the elastic layer.
(10) Artificial skin comprising an elastic layer made of an elastic material having a silicone content of 20% by mass or less relative to the total solid content of the elastic layer; a skin layer made of an acrylic resin and laminated on the elastic layer; and spherical particles attached to the surface of the skin layer opposite the elastic layer, the spherical particles having an average particle diameter of 10% to 50% of the thickness of the skin layer.
本発明によれば、べたつきが少なく外部からの応力に対する強靭性が高い人工皮膚を実現することができる。 The present invention makes it possible to create artificial skin that is less sticky and highly resistant to external stress.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
(人工皮膚1)
図1は、本実施形態が適用される人工皮膚1の構成の一例を示した図であって、人工皮膚1の断面を示した図である。
本実施形態の人工皮膚1は、例えば、人型ロボットの皮膚として用いられる。また、本実施形態の人工皮膚1は、例えば、注射、手術、心マッサージ等の医療手技を練習するための医療用シミュレータに使用される。なお、人工皮膚1の用途はこれらに限定されるものではない。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(Artificial skin 1)
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of artificial skin 1 to which this embodiment is applied, and is a diagram showing a cross section of the artificial skin 1.
The artificial skin 1 of this embodiment is used, for example, as the skin of a humanoid robot. The artificial skin 1 of this embodiment is also used, for example, in a medical simulator for practicing medical procedures such as injections, surgery, cardiac massage, etc. However, the uses of the artificial skin 1 are not limited to these.
人工皮膚1は、図1に示すように、弾性層10と、弾性層10上に積層された表皮層20と、表皮層20における弾性層10とは反対側の面に付着した球状粒子30とを備える。なお、以下の説明において、人工皮膚1のうち、球状粒子30が付着されている側の面(図1における上側の面)を、人工皮膚1の表面と表記する場合がある。 As shown in Figure 1, the artificial skin 1 comprises an elastic layer 10, an epidermal layer 20 laminated on the elastic layer 10, and spherical particles 30 attached to the surface of the epidermal layer 20 opposite the elastic layer 10. In the following description, the surface of the artificial skin 1 to which the spherical particles 30 are attached (the upper surface in Figure 1) may be referred to as the surface of the artificial skin 1.
(弾性層10)
弾性層10は、弾性材料からなる。弾性層10は、弾性材料として、熱可塑性エラストマーを含むことが好ましい。熱可塑性エラストマーとは、ハードセグメントとソフトセグメントとを有し、室温でゴム弾性を有するとともに、加熱することにより軟化して流動性を有する高分子体である。
本実施形態の弾性層10は、熱可塑性エラストマーの含有量が、弾性層10の全質量中、90質量%以上であることが好ましく、95質量%以上であることがより好ましい。また、弾性層10における熱可塑性エラストマーの含有量の上限は、特に限定されないが、熱可塑性エラストマーの含有量が100質量%であってもよい。
(Elastic layer 10)
The elastic layer 10 is made of an elastic material. The elastic layer 10 preferably contains a thermoplastic elastomer as the elastic material. A thermoplastic elastomer is a polymer that has hard segments and soft segments, has rubber elasticity at room temperature, and softens and becomes fluid when heated.
In the elastic layer 10 of this embodiment, the content of the thermoplastic elastomer is preferably 90% by mass or more, and more preferably 95% by mass or more, of the total mass of the elastic layer 10. There is no particular upper limit to the content of the thermoplastic elastomer in the elastic layer 10, but the content of the thermoplastic elastomer may be 100% by mass.
弾性層10が含む熱可塑性エラストマーとしては、例えば、ウレタン系エラストマー、アクリル系エラストマー、オレフィン系エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、ブタジエン系エラストマー、スチレン系エラストマー、エステル系エラストマー、アミド系エラストマー、シリコーン系エラストマー等が挙げられる。弾性層10は、これらの熱可塑性エラストマーの中でも、ウレタン系エラストマーまたはアクリル系エラストマーを含むことがより好ましい。 Examples of thermoplastic elastomers contained in the elastic layer 10 include urethane-based elastomers, acrylic-based elastomers, olefin-based elastomers, vinyl chloride-based elastomers, butadiene-based elastomers, styrene-based elastomers, ester-based elastomers, amide-based elastomers, and silicone-based elastomers. Among these thermoplastic elastomers, it is more preferable that the elastic layer 10 contain a urethane-based elastomer or an acrylic-based elastomer.
弾性層10が、弾性材料としてウレタン系エラストマーまたはアクリル系エラストマーを含むことで、例えば弾性材料として他の熱可塑性エラストマーを含む場合と比べて、弾性層10と表皮層20との密着性を高めることができる。これにより、人工皮膚1において、表皮層20が弾性層10から剥がれにくくなる。 By including a urethane-based elastomer or an acrylic-based elastomer as the elastic material, the elastic layer 10 can improve adhesion between the elastic layer 10 and the epidermis layer 20 compared to, for example, when the elastic material includes other thermoplastic elastomers. This makes it less likely that the epidermis layer 20 will peel off from the elastic layer 10 in the artificial skin 1.
本実施形態の弾性層10は、シリコーンの含有量が、弾性層10の固形分全量に対し、20質量%以下である。弾性層10が、固形分全量に対し20質量%を超えるシリコーンを含有すると、弾性層10と表皮層20との密着性を得ることが困難になる。この場合、人工皮膚1を曲げたり伸ばしたりする操作を繰り返すと、弾性層10と表皮層20とが剥がれやすくなる。上位観点から、弾性層10におけるシリコーンの含有量は、弾性層10の固形分全量に対し15質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましい。 The elastic layer 10 of this embodiment has a silicone content of 20% by mass or less, based on the total solid content of the elastic layer 10. If the elastic layer 10 contains silicone in an amount exceeding 20% by mass, based on the total solid content, it becomes difficult to achieve adhesion between the elastic layer 10 and the epidermis layer 20. In this case, repeated bending and stretching of the artificial skin 1 will make the elastic layer 10 and the epidermis layer 20 more likely to peel from each other. From a higher perspective, the silicone content in the elastic layer 10 is preferably 15% by mass or less, based on the total solid content of the elastic layer 10, and more preferably 10% by mass or less.
弾性層10が含むウレタン系エラストマーは、イソシアネートと、短鎖ジオールと、長鎖ポリオールとが共重合した、ウレタン結合を有するブロック共重合体である。ウレタン系エラストマーは、ハードセグメントがジイソシアネートと短鎖ジオールとから構成され、ソフトセグメントがジイソシアネートと長鎖ポリオールとから構成される。
短鎖ジオールは、例えば分子量が500以下のジオールである。
また、長鎖ポリオールは、数平均分子量が1000~4000程度のポリオールであり、例えば、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール等を用いることができる。
また、ジイソシアネートとしては、芳香族ジイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート、脂環式ジイソシアネートが挙げられる。ジイソシアネートとしてより具体的には、芳香族ジイソシアネートであるジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、脂肪族ジイソシアネートであるヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)やイソホロンジイソシアネート(IPDI)等を用いることができる。
The urethane elastomer contained in the elastic layer 10 is a block copolymer having a urethane bond, which is a copolymerization of an isocyanate, a short-chain diol, and a long-chain polyol. The urethane elastomer has a hard segment composed of a diisocyanate and a short-chain diol, and a soft segment composed of a diisocyanate and a long-chain polyol.
The short-chain diol is, for example, a diol having a molecular weight of 500 or less.
The long-chain polyol is a polyol having a number average molecular weight of about 1,000 to 4,000, and examples thereof include polyester polyol, polyether polyol, and polycarbonate polyol.
Examples of diisocyanates include aromatic diisocyanates, aliphatic diisocyanates, and alicyclic diisocyanates. More specifically, aromatic diisocyanates such as diphenylmethane diisocyanate (MDI) and aliphatic diisocyanates such as hexamethylene diisocyanate (HDI) and isophorone diisocyanate (IPDI) can be used.
本実施形態の人工皮膚1では、弾性層10が弾性材料としてウレタン系エラストマーを含むことで、他の弾性材料を用いる場合と比べて、人の皮膚に近い触感を得やすくなる。付言すると、本実施形態の人工皮膚1では、弾性層10が含むウレタン系エラストマーのハードセグメントおよびソフトセグメントそれぞれの平均分子量等を調整することで、所望する弾性層10の弾性力や引張強度を得やすくなり、人の皮膚に近い触感を得やすくなる。
弾性層10が弾性材料としてウレタン系エラストマーを含む人工皮膚1は、例えば、人工皮膚1の触感が使用感や売り上げ等に影響を与えやすい人型ロボット等の皮膚として、特に好適に用いることができる。
In the artificial skin 1 of this embodiment, the elastic layer 10 contains a urethane-based elastomer as the elastic material, which makes it easier to achieve a texture closer to that of human skin than when other elastic materials are used. Additionally, in the artificial skin 1 of this embodiment, by adjusting the average molecular weights of the hard and soft segments of the urethane-based elastomer contained in the elastic layer 10, it becomes easier to achieve the desired elastic force and tensile strength of the elastic layer 10, making it easier to achieve a texture closer to that of human skin.
Artificial skin 1 in which elastic layer 10 contains a urethane-based elastomer as the elastic material is particularly suitable for use as the skin of humanoid robots, etc., where the feel of artificial skin 1 is likely to have an impact on usability, sales, etc.
弾性層10が含むアクリル系エラストマーとしては、ハードセグメントが(メタ)アクリル酸エステルからなり、ソフトセグメントがアクリロニトリル、エチレン、(メタ)アクリル酸エステル等からなるブロック共重合体が挙げられる。なお、本実施形態の説明において、「(メタ)アクリル」とは、アクリルおよびメタクリルの少なくとも一方を意味する。
このようなアクリル系エラストマーとして具体的には、ハードセグメントがメタクリル酸メチル(MMA)から構成され、ソフトセグメントがアクリル酸ブチル(BA)とアクリル酸2-エチルヘキシル(2EHA)から構成されるブロック共重合体が挙げられる。
The acrylic elastomer contained in the elastic layer 10 may be a block copolymer in which the hard segment is made of (meth)acrylic acid ester and the soft segment is made of acrylonitrile, ethylene, (meth)acrylic acid ester, etc. In the description of this embodiment, "(meth)acrylic" means at least one of acrylic and methacrylic.
A specific example of such an acrylic elastomer is a block copolymer in which the hard segment is composed of methyl methacrylate (MMA) and the soft segment is composed of butyl acrylate (BA) and 2-ethylhexyl acrylate (2EHA).
本実施形態の人工皮膚1では、弾性層10が弾性材料としてアクリル系エラストマーを含むことで、他の弾性材料を用いる場合と比べて、人工皮膚1の強靭性を高めることができる。これにより、人工皮膚1に外部から応力が付与された場合に、人工皮膚1が裂けてしまうことが抑制される。
弾性層10が弾性材料としてアクリル系エラストマーを含む人工皮膚1は、例えば、人工皮膚1に対して応力がかかりやすい医療用シミュレータ等に、特に好適に用いることができる。
In the artificial skin 1 of this embodiment, the elastic layer 10 contains an acrylic elastomer as the elastic material, which increases the toughness of the artificial skin 1 compared to when other elastic materials are used. This prevents the artificial skin 1 from tearing when external stress is applied to the artificial skin 1.
Artificial skin 1 in which elastic layer 10 contains acrylic elastomer as the elastic material can be particularly suitably used in, for example, medical simulators where stress is likely to be applied to artificial skin 1 .
また、弾性層10は、上述した熱可塑性エラストマーの他に、添加剤を含んでもよい。弾性層10が含む添加剤としては、例えば、硬化剤、着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、熱安定剤、難燃剤等が挙げられる。 The elastic layer 10 may also contain additives in addition to the thermoplastic elastomer described above. Examples of additives that may be contained in the elastic layer 10 include curing agents, colorants, antioxidants, UV absorbers, light stabilizers, heat stabilizers, and flame retardants.
本実施形態では、弾性層10が、添加剤として着色剤を含むことが好ましい。弾性層10が着色剤を含むことで、人工皮膚1を、例えば人の皮膚に近い色等の目的とする色に着色することが可能となる。また、弾性層10が着色剤を含まずに、表皮層20や球状粒子30が着色剤を含むことにより人工皮膚1を着色する場合と比べて、着色剤が人工皮膚1の表面に露出しにくくなる。これにより、人工皮膚1の表面に接触した物やユーザの身体等に着色剤が付着して汚れることが抑制される。
また、人工皮膚1では、弾性層10が表皮層20および球状粒子30を介して視認される。そして、人工皮膚1では、着色剤により着色された弾性層10の色が表皮層20や球状粒子30によって散乱されてユーザに視認されるため、人の皮膚に近い色を再現しやすくなる。
In this embodiment, the elastic layer 10 preferably contains a colorant as an additive. By including a colorant in the elastic layer 10, it becomes possible to color the artificial skin 1 to a desired color, such as a color similar to that of human skin. Furthermore, compared to when the elastic layer 10 does not contain a colorant and the artificial skin 1 is colored by including a colorant in the epidermal layer 20 or the spherical particles 30, the colorant is less likely to be exposed to the surface of the artificial skin 1. This prevents the colorant from adhering to and contaminating objects that come into contact with the surface of the artificial skin 1 or the user's body.
Furthermore, in the artificial skin 1, the elastic layer 10 is visible through the epidermal layer 20 and the spherical particles 30. In the artificial skin 1, the color of the elastic layer 10 colored with a coloring agent is scattered by the epidermal layer 20 and the spherical particles 30 and is visible to the user, making it easier to reproduce a color close to that of human skin.
弾性層10が含む着色剤としては、特に限定されないが、顔料または染料が挙げられ、顔料を用いることが好ましい。また、着色剤は、1種を単独で用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。 The colorant contained in the elastic layer 10 is not particularly limited, but may be a pigment or a dye, with pigments being preferred. Furthermore, one type of colorant may be used alone, or multiple types may be used in combination.
弾性層10は、上述したように添加剤を含んでもよいが、その一方で、添加剤として可塑剤を含まないことがより好ましい。弾性層10が可塑剤を含む場合、可塑剤が人工皮膚1の表面に染み出すと、人工皮膚1の表面にべたつきが生じる場合がある。これに対し、弾性層10が可塑剤を含まないことで、弾性層10が可塑剤を含む場合と比べて、人工皮膚1の表面にべたつきが生じにくくなる。 As mentioned above, the elastic layer 10 may contain additives, but it is more preferable that it does not contain a plasticizer as an additive. If the elastic layer 10 contains a plasticizer, the surface of the artificial skin 1 may become sticky if the plasticizer seeps out onto the surface of the artificial skin 1. In contrast, if the elastic layer 10 does not contain a plasticizer, the surface of the artificial skin 1 is less likely to become sticky than if the elastic layer 10 contains a plasticizer.
弾性層10の厚さは、人工皮膚1の用途等によっても異なるが、例えば、0.5mm以上20mm以下とすることができる。弾性層10の厚さは、表皮層20の厚さと比べて厚いことが好ましい。なお、本実施形態の人工皮膚1において、「厚さ」とは、弾性層10に対して表皮層20が積層される方向(すなわち、図1における上下方向)の厚さを意味する。
例えば、人工皮膚1を医療用シミュレータとして用いる場合、弾性層10の厚さは、4mm以上であることが好ましい。医療用シミュレータでは、例えば、注射器等の器具を人工皮膚1に刺したり、メス等で人工皮膚1を切開したりする場合がある。本実施形態では、弾性層10の厚さを4mm以上とすることで、注射器やメス等の器具が、人工皮膚1を貫通しにくくなり、人工皮膚1が破損しにくくなる。
The thickness of the elastic layer 10 varies depending on the application of the artificial skin 1, but can be, for example, 0.5 mm or more and 20 mm or less. The thickness of the elastic layer 10 is preferably greater than the thickness of the epidermis layer 20. In the artificial skin 1 of this embodiment, the "thickness" refers to the thickness in the direction in which the epidermis layer 20 is stacked on the elastic layer 10 (i.e., the vertical direction in FIG. 1 ).
For example, when the artificial skin 1 is used as a medical simulator, the thickness of the elastic layer 10 is preferably 4 mm or more. In a medical simulator, for example, the artificial skin 1 may be pierced with an instrument such as a syringe or cut open with a scalpel. In this embodiment, by making the thickness of the elastic layer 10 4 mm or more, it becomes difficult for instruments such as a syringe or scalpel to penetrate the artificial skin 1, and the artificial skin 1 is less likely to be damaged.
弾性層10は、23℃における貯蔵弾性率が、1kPa以上1000kPa以下であることが好ましく、10kPa以上500kPa以下であることがより好ましく、50kPa以上200kPa以下であることがさらに好ましい。
これにより、人工皮膚1の触感がより人の皮膚に近くなる。
The storage modulus of the elastic layer 10 at 23° C. is preferably 1 kPa or more and 1000 kPa or less, more preferably 10 kPa or more and 500 kPa or less, and even more preferably 50 kPa or more and 200 kPa or less.
This makes the artificial skin 1 feel more similar to human skin.
弾性層10は、23℃における引張破断強度が、10MPa以上10000MPa以下であることが好ましく、100MPa以上5000MPa以下であることがより好ましい。
弾性層10は、23℃における引張破断伸度が、500%以上であることが好ましく、700%以上であることがより好ましい。弾性層10の引張破断伸度は高いほど好ましく、上限は特に限定されないが、通常は3000%以下である。
弾性層10は、23℃におけるヤング率が、0.01MPa以上10MPa以下であることが好ましく、0.1MPa以上5MPa以下であることがより好ましく、0.3MPa以上2MPa以下であることがさらに好ましい。
弾性層10の引張破断強度、引張破断伸度、およびヤング率が上記範囲内であると、人工皮膚1は十分な可撓性を有するとともに、曲げたり伸ばしたりする操作を繰り返しても裂けてしまったり破損してしまったりすることが抑制される。
The elastic layer 10 preferably has a tensile strength at break at 23° C. of 10 MPa or more and 10,000 MPa or less, and more preferably 100 MPa or more and 5,000 MPa or less.
The elastic layer 10 preferably has a tensile elongation at break of 500% or more, and more preferably 700% or more, at 23° C. The higher the tensile elongation at break of the elastic layer 10, the better. There is no particular upper limit, but it is usually 3000% or less.
The Young's modulus of the elastic layer 10 at 23° C. is preferably 0.01 MPa or more and 10 MPa or less, more preferably 0.1 MPa or more and 5 MPa or less, and even more preferably 0.3 MPa or more and 2 MPa or less.
When the tensile breaking strength, tensile breaking elongation, and Young's modulus of the elastic layer 10 are within the above ranges, the artificial skin 1 has sufficient flexibility and is prevented from tearing or breaking even when repeatedly bent and stretched.
(表皮層20)
本実施形態の表皮層20は、アクリル系樹脂からなる。ここで、アクリル系樹脂とは、構成単位として、(メタ)アクリル酸エステルからなる群から選択される1種以上の単量体に由来する構成単位を含む樹脂を意味する。
本実施形態の表皮層20は、粘着性を有することが好ましい。付言すると、本実施形態の表皮層20は、アクリル系樹脂として、アクリル系粘着剤を含むことが好ましい。
(Epidermal layer 20)
The surface layer 20 of this embodiment is made of an acrylic resin. Here, the acrylic resin refers to a resin containing, as a structural unit, a structural unit derived from one or more monomers selected from the group consisting of (meth)acrylic acid esters.
The surface layer 20 of this embodiment preferably has adhesiveness. In addition, the surface layer 20 of this embodiment preferably contains an acrylic adhesive as the acrylic resin.
表皮層20を構成するアクリル系樹脂は、(メタ)アクリル系共重合体成分を含む。
(メタ)アクリル系共重合成分は、(メタ)アクリルモノマーに由来する構造単位を主成分とする共重合体である。なお、主成分とは、(メタ)アクリル系共重合体成分における(メタ)アクリルモノマーに由来する構造単位の含有量が、50質量%以上であることを意味する。(メタ)アクリル系共重合成分における(メタ)アクリルモノマーに由来する構造単位の含有量は、80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましい。
The acrylic resin constituting the skin layer 20 contains a (meth)acrylic copolymer component.
The (meth)acrylic copolymer component is a copolymer mainly composed of structural units derived from (meth)acrylic monomers. The term "main component" means that the content of structural units derived from (meth)acrylic monomers in the (meth)acrylic copolymer component is 50% by mass or more. The content of structural units derived from (meth)acrylic monomers in the (meth)acrylic copolymer component is preferably 80% by mass or more, and more preferably 90% by mass or more.
(メタ)アクリルモノマーとしては、例えば、(メタ)アクリレートモノマーを用いることができる。なお、本実施形態の説明において、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレートおよびメタクリレートの少なくとも一方を意味する。
(メタ)アクリレートモノマーとしては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t-ブチル(メタ)アクリレート、n-ヘキシル(メタ)アクリレート、n-オクチル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、イソノニル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート等のモノマーが挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。
As the (meth)acrylic monomer, for example, a (meth)acrylate monomer can be used. In the description of this embodiment, "(meth)acrylate" means at least one of acrylate and methacrylate.
Examples of (meth)acrylate monomers include methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, n-butyl (meth)acrylate, isobutyl (meth)acrylate, t-butyl (meth)acrylate, n-hexyl (meth)acrylate, n-octyl (meth)acrylate, isooctyl (meth)acrylate, isononyl (meth)acrylate, cyclohexyl (meth)acrylate, and 2-ethylhexyl (meth)acrylate. These may be used alone or in combination.
表皮層20を構成するアクリル系樹脂は、架橋剤を含んでもよい。アクリル系樹脂が架橋剤を含むことで、表皮層20は十分な凝集力を発揮し、優れた可撓性を示す。
架橋剤としては、例えば、分子中にイソシアネート基を複数有するポリイソシアネートからなるイソシアネート系架橋剤、分子中にグリシジル基を複数有するエポキシ樹脂からなるエポキシ系架橋剤、金属キレート化合物からなる金属キレート系架橋剤等が挙げられる。これらの架橋剤は、1種を単独で用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、高温で加熱することなく架橋できる観点から、イソシアネート系架橋剤、または金属キレート系架橋剤を用いることが好ましく、金属キレート系架橋剤を用いることが特に好ましい。金属キレート系架橋剤を用いることで、後述する人工皮膚1の製造工程において、表皮層20の作製に要する養生時間を短くすることができ、人工皮膚1の生産性を向上させることができる。
The acrylic resin constituting the skin layer 20 may contain a crosslinking agent. When the acrylic resin contains a crosslinking agent, the skin layer 20 exerts sufficient cohesive force and exhibits excellent flexibility.
Examples of crosslinking agents include isocyanate-based crosslinking agents made of polyisocyanate having multiple isocyanate groups in the molecule, epoxy-based crosslinking agents made of epoxy resin having multiple glycidyl groups in the molecule, and metal chelate-based crosslinking agents made of metal chelate compounds. These crosslinking agents may be used alone or in combination. Among these, from the viewpoint of being able to crosslink without heating at high temperatures, it is preferable to use an isocyanate-based crosslinking agent or a metal chelate-based crosslinking agent, and it is particularly preferable to use a metal chelate-based crosslinking agent. By using a metal chelate-based crosslinking agent, the curing time required to prepare the epidermis layer 20 in the manufacturing process of the artificial skin 1 described below can be shortened, thereby improving the productivity of the artificial skin 1.
表皮層20は、アクリル系粘着剤に加えて、粘着付与剤を含んでもよい。表皮層20が粘着付与剤を含むことで、表皮層20の粘着性が向上し、表皮層20の表面から球状粒子30が剥がれにくくなる。また、表皮層20が粘着付与剤を含むことで、弾性層10と表皮層20の密着性をより高めることができる。
表皮層20が含む粘着付与剤としては、特に限定されないが、例えば、水素化ロジン樹脂、水素化テルペン樹脂、脂肪族炭化水素樹脂、シランカップリング剤等が挙げられる。
The skin layer 20 may contain a tackifier in addition to the acrylic adhesive. When the skin layer 20 contains a tackifier, the adhesiveness of the skin layer 20 is improved, and the spherical particles 30 are less likely to peel off from the surface of the skin layer 20. Furthermore, when the skin layer 20 contains a tackifier, the adhesion between the elastic layer 10 and the skin layer 20 can be further improved.
The tackifier contained in the skin layer 20 is not particularly limited, but examples thereof include hydrogenated rosin resin, hydrogenated terpene resin, aliphatic hydrocarbon resin, and silane coupling agent.
また、表皮層20は、アクリル系粘着剤、架橋剤、および粘着付与剤の他に、添加剤を含んでもよい。表皮層20が含む添加剤としては、軟化剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、熱安定剤、難燃剤等が挙げられる。
なお、表皮層20は、添加剤として着色剤を含んでいてもよいし、含んでいなくてもよいが、人工皮膚1を人の皮膚に近い外観にする観点から、着色剤を含まないことが好ましい。また、表皮層20が着色剤を含むと、着色剤が人工皮膚1の表面に露出しやすくなり、人工皮膚1の表面に接触した物やユーザの身体等に着色剤が付着して汚れるおそれがある。
In addition to the acrylic adhesive, crosslinking agent, and tackifier, the skin layer 20 may contain additives such as softeners, antioxidants, ultraviolet absorbers, light stabilizers, heat stabilizers, and flame retardants.
The epidermis layer 20 may or may not contain a colorant as an additive, but it is preferable that it does not contain a colorant from the viewpoint of making the appearance of the artificial skin 1 similar to that of human skin. Furthermore, if the epidermis layer 20 contains a colorant, the colorant is likely to be exposed on the surface of the artificial skin 1, and there is a risk that the colorant will adhere to and stain objects that come into contact with the surface of the artificial skin 1 or the user's body.
また、表皮層20は、可視光に対する透過性を有することが好ましい。本実施形態の人工皮膚1では、表皮層20が可視光に対する透過性を有することで、弾性層10が着色されている場合に、弾性層10の色を、表皮層20および後述する球状粒子30を介して人工皮膚1の表面から視認できる。これにより、人工皮膚1を、例えば人の皮膚に近い色等の目的とする色にしやすくなる。 Furthermore, it is preferable that the epidermis layer 20 is transparent to visible light. In the artificial skin 1 of this embodiment, since the epidermis layer 20 is transparent to visible light, when the elastic layer 10 is colored, the color of the elastic layer 10 can be seen from the surface of the artificial skin 1 through the epidermis layer 20 and the spherical particles 30 described below. This makes it easier to give the artificial skin 1 a desired color, such as a color similar to human skin.
表皮層20の厚さは、例えば、20μm以上1mm以下とすることができる。
表皮層20の厚さは、弾性層10の厚さと比べて薄いことが好ましい。表皮層20の厚さが弾性層10の厚さと比べて厚い場合、人工皮膚1の柔軟性が低くなり、人工皮膚1の触感が悪くなる場合がある。
また、表皮層20の厚さは、球状粒子30の平均粒子径と比べて厚いことが好ましく、球状粒子30の平均粒子径の2倍以上100倍以下であることがより好ましい。表皮層20の厚さが球状粒子30の平均粒子径と比べて薄い場合、表皮層20の表面から球状粒子30が剥がれやすくなる。一方、表皮層20の厚さが球状粒子30の平均粒子径に対して過度に厚い場合、球状粒子30が表皮層20の内部に埋もれやすくなり、人工皮膚1が球状粒子30を有することにより人工皮膚1の触感を改善する効果が不十分となる場合がある。
The thickness of the skin layer 20 can be, for example, 20 μm or more and 1 mm or less.
The thickness of the epidermis layer 20 is preferably thinner than the thickness of the elastic layer 10. If the thickness of the epidermis layer 20 is thicker than the thickness of the elastic layer 10, the flexibility of the artificial skin 1 may decrease, and the feel of the artificial skin 1 may become worse.
Furthermore, the thickness of the epidermis layer 20 is preferably thicker than the average particle diameter of the spherical particles 30, and more preferably is at least two times but not more than 100 times the average particle diameter of the spherical particles 30. If the thickness of the epidermis layer 20 is thinner than the average particle diameter of the spherical particles 30, the spherical particles 30 will be more likely to peel off from the surface of the epidermis layer 20. On the other hand, if the thickness of the epidermis layer 20 is excessively thick compared to the average particle diameter of the spherical particles 30, the spherical particles 30 will be more likely to be embedded inside the epidermis layer 20, and the effect of improving the tactile feel of the artificial skin 1 due to the presence of the spherical particles 30 in the artificial skin 1 may be insufficient.
表皮層20は、23℃における貯蔵弾性率が、1kMPa以上1000kPa以下であることが好ましく、10kPa以上500kPa以下であることがより好ましく、50kPa以上200kPa以下であることがさらに好ましい。
これにより、人工皮膚1の触感がより人の皮膚に近くなるとともに、球状粒子30が表皮層20に埋没してべたつくことを抑制できる。
また、弾性層10と表皮層20との23℃における貯蔵弾性率の差の絶対値は、1000kPa以下であることが好ましく、100kPa以下であることがより好ましい。付言すると、弾性層10と表皮層20との23℃における貯蔵弾性率の差の絶対値は、小さいほど好ましい。これにより、人工皮膚1を曲げたり伸ばしたりする操作を繰り返しても表皮層20が弾性層10から浮いたり剥がれたりすることが抑制される。
The storage modulus of the skin layer 20 at 23° C. is preferably 1 kMPa or more and 1000 kPa or less, more preferably 10 kPa or more and 500 kPa or less, and even more preferably 50 kPa or more and 200 kPa or less.
This makes the feel of the artificial skin 1 closer to that of human skin, and also prevents the spherical particles 30 from being embedded in the epidermal layer 20 and becoming sticky.
Furthermore, the absolute value of the difference in storage modulus at 23° C. between the elastic layer 10 and the epidermis layer 20 is preferably 1000 kPa or less, and more preferably 100 kPa or less. Additionally, the smaller the absolute value of the difference in storage modulus at 23° C. between the elastic layer 10 and the epidermis layer 20, the more preferable. This prevents the epidermis layer 20 from lifting or peeling off from the elastic layer 10 even when the artificial skin 1 is repeatedly bent and stretched.
表皮層20は、23℃における引張破断強度が、10MPa以上10000MPa以下であることが好ましく、100MPa以上5000MPa以下であることがより好ましい。
弾性層10は、23℃における引張破断伸度が、500%以上であることが好ましく、700%以上であることがより好ましい。表皮層20の引張破断伸度は高いほど好ましく、上限は特に限定されないが、通常は3000%以下である。
表皮層20は、23℃におけるヤング率が、0.01MPa以上10MPa以下であることが好ましく、0.1MPa以上5MPa以下であることがより好ましく、0.3MPa以上2MPa以下であることがさらに好ましい。
表皮層20の引張破断強度、引張破断伸度、およびヤング率が上記範囲内であると、人工皮膚1は十分な可撓性を有するとともに、曲げたり伸ばしたりする操作を繰り返しても裂けてしまったり破損してしまったりすることが抑制される。
The skin layer 20 preferably has a tensile breaking strength at 23° C. of 10 MPa or more and 10,000 MPa or less, and more preferably 100 MPa or more and 5,000 MPa or less.
The elastic layer 10 preferably has a tensile breaking elongation of 500% or more, more preferably 700% or more, at 23° C. The higher the tensile breaking elongation of the skin layer 20, the better. There is no particular upper limit, but it is usually 3000% or less.
The Young's modulus of the skin layer 20 at 23° C. is preferably 0.01 MPa or more and 10 MPa or less, more preferably 0.1 MPa or more and 5 MPa or less, and even more preferably 0.3 MPa or more and 2 MPa or less.
When the tensile breaking strength, tensile breaking elongation, and Young's modulus of the epidermis layer 20 are within the above ranges, the artificial skin 1 has sufficient flexibility and is less likely to tear or break even when repeatedly bent and stretched.
表皮層20は、アクリル板に対する粘着力が、10N/25mm以上であることが好ましく、12N/25mm以上であることがより好ましく、15N/25mm以上であることがさらに好ましい。表皮層20は、アクリル板に対する粘着力が10N/25mm以上であることにより、アクリル板に対する粘着力が10N/25mm未満である場合と比べて、表皮層20に対する球状粒子30の粘着力が高くなる。これにより、人工皮膚1において、表皮層20の表面から球状粒子30が剥がれにくくなる。特に、球状粒子30が樹脂からなる樹脂粒子である場合に、表皮層20の表面から球状粒子30が剥がれにくくなる。
表皮層20のアクリル板に対する粘着力は、粘着テープ・粘着シート試験方法(JIS Z 0237(2009))に記載された方法に準拠して、以下の方法により測定することができる。具体的には、例えば基材等の上に形成した表皮層20を、表面粗さが50±25nmのアクリル板に貼り付ける。そして、引張試験機を用いて、アクリル板に対して180°方向へ5mm/sの速度で引き剥がし、引き剥がすために要した力をアクリル板に対する粘着力とする。
The adhesive strength of the epidermis layer 20 to the acrylic plate is preferably 10 N/25 mm or more, more preferably 12 N/25 mm or more, and even more preferably 15 N/25 mm or more. When the adhesive strength of the epidermis layer 20 to the acrylic plate is 10 N/25 mm or more, the adhesive strength of the spherical particles 30 to the epidermis layer 20 is higher than when the adhesive strength to the acrylic plate is less than 10 N/25 mm. This makes it difficult for the spherical particles 30 to peel off from the surface of the epidermis layer 20 in the artificial skin 1. In particular, when the spherical particles 30 are resin particles made of resin, the spherical particles 30 are difficult to peel off from the surface of the epidermis layer 20.
The adhesive strength of the skin layer 20 to the acrylic plate can be measured by the following method in accordance with the method described in the Test Method for Adhesive Tapes and Adhesive Sheets (JIS Z 0237 (2009)). Specifically, for example, the skin layer 20 formed on a substrate or the like is attached to an acrylic plate with a surface roughness of 50±25 nm. Then, using a tensile tester, the skin layer is peeled off in a direction 180° relative to the acrylic plate at a speed of 5 mm/s, and the force required to peel off is taken as the adhesive strength to the acrylic plate.
(球状粒子30)
球状粒子30は、球状の形状を有する粒子である。人工皮膚1に球状の粒子を用いることで、人工皮膚1の触感がより人の皮膚に近くなる。ここで、球状とは、真球状のみを意味するものではなく、楕円や略球状、表面に微細な穴や凹凸があるものでもよい。球状粒子30は、短径と長径との比率が1:1~1:2の範囲であれば、球状として好ましい。人工皮膚1の表面における触感や光沢が均一になることから、球状粒子は真球状であることがより好ましい。
球状粒子30は、球状であれば無機粒子であっても樹脂粒子であってもよいが、透明性の観点から、樹脂粒子であることが好ましい。
(Spherical particles 30)
The spherical particles 30 are particles having a spherical shape. By using spherical particles in the artificial skin 1, the texture of the artificial skin 1 becomes closer to that of human skin. Here, spherical does not only mean a perfect sphere, but also an elliptical or nearly spherical shape, or a shape with minute holes or irregularities on the surface. The spherical particles 30 are preferably spherical if the ratio of the minor axis to the major axis is in the range of 1:1 to 1:2. It is more preferable that the spherical particles are perfect spheres, as this will result in a uniform texture and gloss on the surface of the artificial skin 1.
The spherical particles 30 may be inorganic particles or resin particles as long as they are spherical, but from the viewpoint of transparency, resin particles are preferred.
球状粒子30として用いる樹脂粒子としては、例えば、(メタ)アクリル樹脂、スチレン樹脂、スチレン-(メタ)アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、セルロースなどの樹脂からなる樹脂粒子が挙げられる。これらは、樹脂粒子として1種が単独で用いられてもよいし、2種以上が組み合わせて用いられてもよい。
球状粒子30は、これらの樹脂の中では、表皮層20との密着性の観点から、(メタ)アクリル樹脂またはスチレン樹脂からなる粒子であることが好ましい。このような球状粒子30としては、(メタ)アクリル粒子(アクリルビーズ)、アクリルウレタン粒子(アクリルウレタンビーズ)、アクリルスチレン粒子(アクリルスチレンビーズ)、スチレン粒子(スチレンビーズ)等が挙げられる。
Examples of resin particles used as the spherical particles 30 include resin particles made of resins such as (meth)acrylic resin, styrene resin, styrene-(meth)acrylic resin, urethane resin, polyamide resin, silicone resin, epoxy resin, phenolic resin, polyethylene resin, and cellulose. These may be used alone or in combination of two or more types as resin particles.
Of these resins, the spherical particles 30 are preferably particles made of a (meth)acrylic resin or a styrene resin from the viewpoint of adhesion to the skin layer 20. Examples of such spherical particles 30 include (meth)acrylic particles (acrylic beads), acrylic urethane particles (acrylic urethane beads), acrylic styrene particles (acrylic styrene beads), and styrene particles (styrene beads).
球状粒子30は、硬質であることが好ましい。具体的には、球状粒子30は、10%圧縮強度が、10MPa以上であることが好ましく、12MPa以上であることがより好ましく、15MPa以上であることがさらに好ましい。球状粒子30の10%圧縮強度が10MPa以上であると、人工皮膚1の表面における触感が良好になる。球状粒子30の10%圧縮強度とは、球状粒子30を10%押し込んだ場合の硬さをいい、株式会社島津製作所製 微小圧縮試験機MCTシリーズを用いて測定することができる。具体的には、直径が90%の長さとなるまで球状粒子30を挟み込み、その時の圧力を測定することで得られる。硬質な球状粒子30である(メタ)アクリル粒子またはスチレン粒子としては、例えば、架橋ポリメタクリル酸メチル粒子、架橋ポリメタクリル酸ブチル粒子、架橋ポリスチレン粒子などが挙げられる。 The spherical particles 30 are preferably hard. Specifically, the 10% compressive strength of the spherical particles 30 is preferably 10 MPa or more, more preferably 12 MPa or more, and even more preferably 15 MPa or more. When the 10% compressive strength of the spherical particles 30 is 10 MPa or more, the tactile feel on the surface of the artificial skin 1 is improved. The 10% compressive strength of the spherical particles 30 refers to the hardness when the spherical particles 30 are compressed 10%, and can be measured using an MCT series microcompression tester manufactured by Shimadzu Corporation. Specifically, it is obtained by squeezing the spherical particles 30 until their diameter becomes 90% of their length and measuring the pressure at that time. Examples of (meth)acrylic particles or styrene particles that are hard spherical particles 30 include cross-linked polymethyl methacrylate particles, cross-linked polybutyl methacrylate particles, and cross-linked polystyrene particles.
球状粒子30は、表皮層20における弾性層10とは反対側の面に付着している。以下の説明では、球状粒子30が付着する表皮層20における弾性層10とは反対側の面を、表皮層20の表面と表記する場合がある。 The spherical particles 30 are attached to the surface of the skin layer 20 opposite the elastic layer 10. In the following description, the surface of the skin layer 20 opposite the elastic layer 10 to which the spherical particles 30 are attached may be referred to as the surface of the skin layer 20.
本実施形態の球状粒子30は、表皮層20が有する粘着力によって、表皮層20の表面に付着している。また、球状粒子30は、球状粒子30の一部が表皮層20の表面から突出するように、表皮層20の表面に付着している。これにより、人工皮膚1の表面には、球状粒子30の形状に由来する微細な凹凸が形成された粗面となっている。 In this embodiment, the spherical particles 30 adhere to the surface of the epidermal layer 20 due to the adhesive force of the epidermal layer 20. Furthermore, the spherical particles 30 adhere to the surface of the epidermal layer 20 so that a portion of the spherical particles 30 protrudes from the surface of the epidermal layer 20. As a result, the surface of the artificial skin 1 has a rough surface with fine irregularities resulting from the shape of the spherical particles 30.
本実施形態の人工皮膚1は、表皮層20の表面に球状粒子30が付着していることで、人工皮膚1の表面の状態を人の皮膚に近づけることができる。
具体的には、人工皮膚1は、表皮層20の表面に球状粒子30が付着していることで、弾性層10を構成する弾性材料や表皮層20を構成するアクリル系樹脂に由来するべたつきが生じにくくなる。これにより、人工皮膚1の触感がより人の皮膚に近くなる。
また、人工皮膚1は、表皮層20の表面に球状粒子30が付着していることで、例えば、人工皮膚1の表面から注射器等の器具を刺した場合に、器具を刺した跡が目立ちにくくなる。
In the artificial skin 1 of this embodiment, spherical particles 30 are attached to the surface of the epidermal layer 20, so that the surface condition of the artificial skin 1 can be made closer to that of human skin.
Specifically, the artificial skin 1 has spherical particles 30 attached to the surface of the epidermis layer 20, which makes it less likely to become sticky due to the elastic material that makes up the elastic layer 10 and the acrylic resin that makes up the epidermis layer 20. This makes the feel of the artificial skin 1 closer to that of human skin.
Furthermore, since the spherical particles 30 are attached to the surface of the epidermal layer 20 of the artificial skin 1, when an instrument such as a syringe is inserted into the surface of the artificial skin 1, the mark left by the instrument is less noticeable.
さらに、人工皮膚1は、表皮層20の表面に球状粒子30が付着していることで、人工皮膚1の外部から人工皮膚1の表面に照射された光が、球状粒子30によって散乱されやすくなる。これにより、人工皮膚1は、表面の光沢が低減され、人の皮膚に近い外観を実現しやすくなる。
さらにまた、人工皮膚1は、表皮層20の表面に球状粒子30が付着していることで、球状粒子30が付着していない場合と比べて、人工皮膚1の表面における濡れ性が高くなる。これにより、人工皮膚1の表面に、化粧品や塗料等を塗りやすくなり、人工皮膚1の装飾がしやすくなる。また、人工皮膚1の表面に塗った化粧品等が剥がれにくくなる。
Furthermore, since the artificial skin 1 has spherical particles 30 attached to the surface of the epidermal layer 20, light irradiated onto the surface of the artificial skin 1 from outside the artificial skin 1 is more likely to be scattered by the spherical particles 30. This reduces the glossiness of the surface of the artificial skin 1, making it easier to achieve an appearance similar to that of human skin.
Furthermore, since the spherical particles 30 are attached to the surface of the epidermal layer 20 of the artificial skin 1, the wettability of the surface of the artificial skin 1 is increased compared to when the spherical particles 30 are not attached. This makes it easier to apply cosmetics, paints, etc. to the surface of the artificial skin 1, facilitating decoration of the artificial skin 1. In addition, cosmetics, etc. applied to the surface of the artificial skin 1 are less likely to peel off.
球状粒子30の平均粒子径は、1μm以上30μm以下とすることができ、5μm以上20μm以下であることが好ましい。また、球状粒子30の平均粒子径は、表皮層20の厚さよりも小さいことが好ましく、表皮層20の厚さの1%以上50%以下であることがより好ましい。
これにより、球状粒子30の平均粒子径がこの範囲よりも小さい場合と比べて、表皮層20に対して球状粒子30が埋もれにくくなる。また、球状粒子30の平均粒子径がこの範囲よりも大きい場合と比べて、表皮層20の表面から球状粒子が剥がれにくくなる。
なお、本実施形態において、球状粒子30の平均粒子径とは、個数平均粒子径を意味する。球状粒子30の平均粒子径は、例えばレーザ回折散乱法により測定することができる。
The average particle diameter of the spherical particles 30 can be 1 μm or more and 30 μm or less, and preferably 5 μm or more and 20 μm or less. The average particle diameter of the spherical particles 30 is preferably smaller than the thickness of the skin layer 20, and more preferably 1% or more and 50% or less of the thickness of the skin layer 20.
This makes it difficult for the spherical particles 30 to be embedded in the skin layer 20, compared to when the average particle diameter of the spherical particles 30 is smaller than this range. Also, it makes it difficult for the spherical particles 30 to peel off from the surface of the skin layer 20, compared to when the average particle diameter of the spherical particles 30 is larger than this range.
In this embodiment, the average particle size of the spherical particles 30 refers to the number-average particle size. The average particle size of the spherical particles 30 can be measured by, for example, a laser diffraction scattering method.
また、本実施形態の球状粒子30は、着色剤を含まないことが好ましい。
さらに、球状粒子30が可視光に対する透過性を有することが好ましい。本実施形態の人工皮膚1では、球状粒子30が可視光に対する透過性を有することで、弾性層10が着色されている場合に、弾性層10の色を、表皮層20および球状粒子30を介して人工皮膚1の表面から視認できる。これにより、人工皮膚1を、例えば人の皮膚に近い色等の目的とする色にしやすくなる。
Furthermore, it is preferable that the spherical particles 30 of this embodiment do not contain a colorant.
Furthermore, it is preferable that the spherical particles 30 are transparent to visible light. In the artificial skin 1 of this embodiment, since the spherical particles 30 are transparent to visible light, when the elastic layer 10 is colored, the color of the elastic layer 10 can be seen from the surface of the artificial skin 1 through the epidermal layer 20 and the spherical particles 30. This makes it easier to give the artificial skin 1 a desired color, such as a color similar to human skin.
(人工皮膚1の特性)
以上説明したように、本実施形態の人工皮膚1は、弾性層10と、弾性層10上に積層された表皮層20と、表皮層20における弾性層10とは反対側の面に付着した球状粒子30とを備える。そして、人工皮膚1は、表皮層20がアクリル系樹脂から形成されている。このため、例えば、表皮層20がアクリル系樹脂以外の材料により形成されている場合と比べて、表皮層20の表面に対する球状粒子30の密着性が高くなっている。これにより、表皮層20の表面から球状粒子30が剥がれにくくなっている。
そして、人工皮膚1の使用を繰り返した場合であっても、触感が失われにくく、良好な状態を長期間保つことができる。
(Characteristics of Artificial Skin 1)
As described above, the artificial skin 1 of this embodiment includes the elastic layer 10, the epidermis layer 20 laminated on the elastic layer 10, and the spherical particles 30 attached to the surface of the epidermis layer 20 opposite the elastic layer 10. The epidermis layer 20 of the artificial skin 1 is formed from an acrylic resin. Therefore, the adhesion of the spherical particles 30 to the surface of the epidermis layer 20 is higher than when, for example, the epidermis layer 20 is formed from a material other than an acrylic resin. This makes it difficult for the spherical particles 30 to peel off from the surface of the epidermis layer 20.
Furthermore, even if the artificial skin 1 is used repeatedly, the tactile sensation is not easily lost and good condition can be maintained for a long period of time.
(人工皮膚1の製造方法)
続いて、本実施形態の人工皮膚1の製造方法について説明する。図2は、人工皮膚1の製造方法の工程を示した図である。
図2に示すように、本実施形態の人工皮膚1の製造方法は、アクリル系樹脂を含む溶液を硬化して、粘着性を有する表皮層20を形成する工程(表皮層形成工程S1)と、表皮層20上に、弾性材料からなる弾性層10を形成する工程(弾性層形成工程S2)と、表皮層20における弾性層10とは反対側の面に、球状粒子30を付着させる工程(粒子付着工程S3)とを含む。
(Method for manufacturing artificial skin 1)
Next, a method for manufacturing the artificial skin 1 of this embodiment will be described. FIG. 2 is a diagram showing steps in the method for manufacturing the artificial skin 1.
As shown in FIG. 2, the method for producing artificial skin 1 of this embodiment includes a step of curing a solution containing an acrylic resin to form an adhesive epidermal layer 20 (epidermal layer forming step S1), a step of forming an elastic layer 10 made of an elastic material on epidermal layer 20 (elastic layer forming step S2), and a step of attaching spherical particles 30 to the surface of epidermal layer 20 opposite to elastic layer 10 (particle attaching step S3).
なお、人工皮膚1の製造方法における弾性層形成工程の手順は、弾性層10に用いる弾性材料の種類(熱可塑性エラストマーの種類)等によって異なる。ここでは、弾性層10にウレタン系エラストマーを用いる場合を例に挙げて、人工皮膚1の製造方法を説明する。
図3(a)~(c)は、人工皮膚1の製造方法における各工程の手順の一例を示した図である。図3(a)が表皮層形成工程を示しており、図3(b)が弾性層形成工程を示しており、図3(c)が粒子付着工程を示している。
The procedure for the elastic layer formation step in the method for manufacturing artificial skin 1 varies depending on the type of elastic material (type of thermoplastic elastomer) used for elastic layer 10. Here, the method for manufacturing artificial skin 1 will be described using an example in which a urethane-based elastomer is used for elastic layer 10.
3(a) to 3(c) are diagrams showing an example of the procedure of each step in the manufacturing method of artificial skin 1. Fig. 3(a) shows the epidermis layer forming step, Fig. 3(b) shows the elastic layer forming step, and Fig. 3(c) shows the particle attachment step.
(表皮層形成工程S1)
表皮層形成工程S1では、表皮層20を構成するアクリル系樹脂に対して離型性を有する型や離型フィルム等からなる支持体50を準備する。
また、表皮層20を形成するためのアクリル系樹脂を含む表皮層塗工液を準備する。なお、表皮層塗工液については、後段にて詳細に説明する。
(Skin layer formation step S1)
In the surface layer forming step S1, a support 50 made of a mold, a release film, or the like that has releasability with respect to the acrylic resin that constitutes the surface layer 20 is prepared.
Also, a surface layer coating liquid containing an acrylic resin is prepared for forming the surface layer 20. The surface layer coating liquid will be described in detail later.
次いで、図3(a)に示すように、アクリル系樹脂に対して離型性を有する支持体50上に、表皮層用塗工液を塗布する。この際、表皮層用塗工液を乾燥させた後の厚さが、目的とする表皮層20の厚さとなるように、表皮層用塗工液を塗布する。
表皮層用塗工液を塗布する方法については、特に限定されないが、例えば、コンマコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スプレーコーター、スリットコーター、ナイフコーター等の塗工機を用いて塗工する方法が挙げられる。また、離型性を有する支持体50の内部に、表皮層用塗工液を流し入れてもよい。
3( a), the coating liquid for the surface skin layer is applied onto a support 50 having releasability to the acrylic resin. At this time, the coating liquid for the surface skin layer is applied so that the thickness of the coating liquid for the surface skin layer after drying will be the desired thickness of the surface skin layer 20.
The method for applying the coating liquid for the surface layer is not particularly limited, and examples thereof include a coating method using a coating machine such as a comma coater, a die coater, a curtain coater, a spray coater, a slit coater, a knife coater, etc. Alternatively, the coating liquid for the surface layer may be poured into the support 50 having releasability.
次いで、支持体50に塗布した表皮層用塗工液中の溶媒を蒸発させ、表皮層用塗工液を乾燥させる。表皮層用塗工液を乾燥させる際には、必要に応じて加熱してもよい。その後、予め定められた環境下で表皮層用塗工液を養生することで、粘着性を有する表皮層20が得られる。 Next, the solvent in the surface layer coating liquid applied to the support 50 is evaporated, and the surface layer coating liquid is dried. The surface layer coating liquid may be heated as needed when drying. The surface layer coating liquid is then cured under a predetermined environment, resulting in a surface layer 20 with adhesive properties.
(弾性層形成工程S2)
弾性層形成工程S2では、弾性層10を形成するための弾性層用塗工液を準備する。この例では、弾性層用塗工液は、熱可塑性エラストマーの一例であるウレタン系エラストマーを含む。なお、弾性層用塗工液については、後段にて詳細に説明する。
次いで、表皮層形成工程S1により形成された表皮層20上に、弾性層用塗工液を塗布する。弾性層用塗工液は、表皮層形成工程と同様に、塗工機を用いて塗工してもよく、支持体50の内部に流し入れてもよい。
(Elastic layer forming step S2)
In the elastic layer forming step S2, a coating liquid for forming the elastic layer 10 is prepared. In this example, the coating liquid for forming the elastic layer contains a urethane-based elastomer, which is an example of a thermoplastic elastomer. The coating liquid for forming the elastic layer will be described in detail later.
Next, the elastic layer coating liquid is applied onto the surface skin layer 20 formed in the surface skin layer forming step S1. The elastic layer coating liquid may be applied using a coating machine, as in the surface skin layer forming step, or may be poured into the support 50.
次いで、表皮層20上に塗布した弾性層用塗工液中の溶媒を蒸発させ、弾性層用塗工液を乾燥させる。弾性層用塗工液を乾燥させる際には、必要に応じて加熱してもよい。これにより、弾性層10と表皮層20とが積層された積層体40が得られる。その後、得られた積層体40を支持体から取り外す。 Next, the solvent in the elastic layer coating liquid applied to the surface layer 20 is evaporated, and the elastic layer coating liquid is dried. The elastic layer coating liquid may be heated as needed when drying. This results in a laminate 40 in which the elastic layer 10 and the surface layer 20 are laminated. The resulting laminate 40 is then removed from the support.
なお、この例では、表皮層20上に弾性層用塗工液を塗布または流し入れることで、弾性層10と表皮層20とが積層された積層体40を形成したが、弾性層形成工程はこれに限られない。
積層体40は、例えば以下の方法により作製してもよい。すなわち、表皮層20が形成された支持体50とは異なる他の支持体(不図示)に対して弾性層用塗工液を塗布または流し入れ、乾燥させて、弾性層10を形成する。続いて、得られた弾性層10と表皮層20とを重ね合わせ、必要に応じて荷重をかけて、ラミネートする。これにより、弾性層10と表皮層20とが積層された積層体40が得られる。
In this example, the elastic layer coating liquid was applied or poured onto the surface layer 20 to form a laminate 40 in which the elastic layer 10 and the surface layer 20 were laminated, but the elastic layer formation process is not limited to this.
The laminate 40 may be produced, for example, by the following method. That is, the elastic layer coating liquid is applied or poured onto a support (not shown) other than the support 50 on which the skin layer 20 is formed, and then dried to form the elastic layer 10. The resulting elastic layer 10 and the skin layer 20 are then superimposed, and a load is applied as necessary to laminate them. This results in the laminate 40 in which the elastic layer 10 and the skin layer 20 are stacked.
(粒子付着工程S3)
粒子付着工程S3では、積層体40の表皮層20における弾性層10とは反対側の面に対し、球状粒子30を振りかける。上述したように、表皮層20は、粘着性を有している。このため、積層体40の表皮層20に球状粒子30を振りかけることで、表皮層20における弾性層10とは反対側の面に球状粒子30が付着する。
次いで、表皮層20に球状粒子30を付着させた積層体40を水で洗い流す。これにより、表皮層20の表面には接着せずに積層体40の他の部分に付いた余分な球状粒子30を取り除く。
以上の工程により、弾性層10と、弾性層10上に積層された表皮層20と、表皮層20における弾性層10とは反対側の面に付着した球状粒子30とを備える、図1に示した人工皮膚1が得られる。
(Particle attachment step S3)
In the particle attachment step S3, spherical particles 30 are sprinkled onto the surface of the skin layer 20 of the laminate 40 opposite the elastic layer 10. As described above, the skin layer 20 has adhesiveness. Therefore, by sprinkling the spherical particles 30 onto the skin layer 20 of the laminate 40, the spherical particles 30 adhere to the surface of the skin layer 20 opposite the elastic layer 10.
Next, the layered product 40 with the spherical particles 30 attached to the surface layer 20 is washed with water, thereby removing excess spherical particles 30 that are not attached to the surface of the surface layer 20 and are attached to other parts of the layered product 40.
Through the above steps, the artificial skin 1 shown in Figure 1 is obtained, which includes the elastic layer 10, the epidermis layer 20 laminated on the elastic layer 10, and the spherical particles 30 attached to the surface of the epidermis layer 20 opposite the elastic layer 10.
(人工皮膚用塗工液セット)
続いて、本実施形態の人工皮膚1の作製に用いる人工皮膚用塗工液セットについて説明する。人工皮膚用塗工液セットは、弾性層10と表皮層20とを含む人工皮膚1を形成するためのものであり、弾性層用塗工液と、表皮層用塗工液とを含む。
(Artificial skin coating liquid set)
Next, we will explain the artificial skin coating liquid set used to produce the artificial skin 1 of this embodiment. The artificial skin coating liquid set is used to form the artificial skin 1 including the elastic layer 10 and the epidermis layer 20, and includes a coating liquid for the elastic layer and a coating liquid for the epidermis layer.
(弾性層用塗工液)
弾性層用塗工液は、弾性層10を形成するための第1の塗工液の一例である。
弾性層用塗工液は、弾性層10を構成する弾性材料である熱可塑性エラストマーの原料を含む。熱可塑性エラストマーとしては、上述したように、ウレタン系エラストマー、アクリル系エラストマーが挙げられる。
(Coating liquid for elastic layer)
The elastic layer coating liquid is an example of a first coating liquid for forming the elastic layer 10 .
The coating liquid for the elastic layer contains a raw material of a thermoplastic elastomer, which is an elastic material that constitutes the elastic layer 10. As described above, examples of the thermoplastic elastomer include a urethane-based elastomer and an acrylic-based elastomer.
ウレタン系エラストマーからなる弾性層10を形成するための弾性層用塗工液は、例えば、ウレタン系エラストマーの原料となる短鎖ジオールおよび長鎖ポリオールを含む主剤と、イソシアネートや金属キレートからなる硬化剤とを含む。なお、ウレタン系エラストマーからなる弾性層10を形成するための弾性用塗工液は、主剤と硬化剤とが別個の2液型の塗工液であってもよいし、主剤と硬化剤とを併せて含む1液型の塗工液であってもよい。 The elastic layer coating liquid used to form the elastic layer 10 made of a urethane-based elastomer contains, for example, a base resin containing a short-chain diol and a long-chain polyol, which are the raw materials for the urethane-based elastomer, and a curing agent made of an isocyanate or a metal chelate. The elastic layer coating liquid used to form the elastic layer 10 made of a urethane-based elastomer may be a two-component coating liquid in which the base resin and the curing agent are separate, or a one-component coating liquid in which both the base resin and the curing agent are included.
また、ウレタン系エラストマーからなる弾性層10を形成するための弾性層用塗工液は、溶剤と混ぜ合わせて使用する溶剤型の塗工液であってもよく、溶剤を使用しない無溶剤の塗工液であってもよい。
弾性層用塗工液に溶剤を用いる場合、溶剤としては特に限定されないが、例えば、アセトン、トルエン、ベンゼン、シクロヘキサン、ヘキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸プロピル、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン等が挙げられる。
Furthermore, the coating liquid for the elastic layer for forming the elastic layer 10 made of a urethane-based elastomer may be a solvent-based coating liquid that is used by mixing with a solvent, or may be a solventless coating liquid that does not use a solvent.
When a solvent is used in the coating liquid for the elastic layer, the solvent is not particularly limited, but examples thereof include acetone, toluene, benzene, cyclohexane, hexane, methyl acetate, ethyl acetate, isopropyl acetate, propyl acetate, methyl isobutyl ketone, and methyl ethyl ketone.
また、アクリル系エラストマーからなる弾性層10を形成するための弾性層用塗工液は、例えば、アクリル系エラストマーと、アクリル系エラストマーを溶解する溶剤とを含む溶液である。
溶剤としては、ウレタン系エラストマーからなる弾性層10を形成するための弾性層用塗工液と同様に、アセトン、トルエン、ベンゼン、シクロヘキサン、ヘキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸プロピル、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン等を用いることができる。
The elastic layer coating liquid for forming the elastic layer 10 made of an acrylic elastomer is, for example, a solution containing an acrylic elastomer and a solvent that dissolves the acrylic elastomer.
As the solvent, acetone, toluene, benzene, cyclohexane, hexane, methyl acetate, ethyl acetate, isopropyl acetate, propyl acetate, methyl isobutyl ketone, methyl ethyl ketone, etc. can be used, as in the elastic layer coating liquid for forming the elastic layer 10 made of a urethane-based elastomer.
さらに、弾性層用塗工液は、必要に応じて、上述した各種の添加剤を含んでいてもよい。
また、弾性層用塗工液は、粘度が、10mPa・s以上20Pa・s以下の範囲であることが好ましい。弾性層用塗工液の粘度が20Pa・sを超える場合、上述した弾性層形成工程において、表皮層20上に弾性層用塗工液を塗布または流し入れる際の作業性が低下しやすい。また、弾性層用塗工液の粘度が10mPa・s未満である場合、例えば離型フィルム上に弾性層用塗工液を塗工する場合等に、弾性層用塗工液が周囲に流れやすくなる。この場合、弾性層10を所望する厚さにすることが難しくなる場合がある。
Furthermore, the coating liquid for the elastic layer may contain the various additives described above, if necessary.
The viscosity of the elastic layer coating liquid is preferably in the range of 10 mPa·s to 20 Pa·s. If the viscosity of the elastic layer coating liquid exceeds 20 Pa·s, the workability of applying or pouring the elastic layer coating liquid onto the surface layer 20 in the elastic layer formation step described above is likely to decrease. If the viscosity of the elastic layer coating liquid is less than 10 mPa·s, the elastic layer coating liquid is likely to flow around, for example, when applying the elastic layer coating liquid onto a release film. In this case, it may be difficult to achieve the desired thickness of the elastic layer 10.
(表皮層用塗工液)
表皮層用塗工液は、表皮層20を形成するための第2の塗工液の一例である。
表皮層用塗工液は、表皮層20を形成するためのアクリル系樹脂を含む。なお、アクリル系樹脂とは、上述したように、(メタ)アクリル酸エステルからなる群から選択される1種以上の単量体に由来する構成単位を含む樹脂である。
また、表皮層用塗工液は、架橋剤を含む。架橋剤としては、上述したように、イソシアネート系架橋剤、エポキシ系架橋剤、金属キレート系架橋剤等が挙げられる。
なお、表皮層用塗工液は、アクリル系樹脂と架橋剤とが別個の2液型の塗工液であってもよいし、アクリル系樹脂と架橋剤とを併せて含む1液型の塗工液であってもよい。
表皮層用塗工液は、弾性層用塗工液と同様に、溶剤を含んでもよい。
(Coating liquid for surface layer)
The surface layer coating liquid is an example of a second coating liquid for forming the surface layer 20 .
The surface layer coating liquid contains an acrylic resin for forming the surface layer 20. As described above, the acrylic resin is a resin containing structural units derived from one or more monomers selected from the group consisting of (meth)acrylic acid esters.
The coating liquid for the surface layer also contains a crosslinking agent, such as an isocyanate-based crosslinking agent, an epoxy-based crosslinking agent, or a metal chelate-based crosslinking agent, as described above.
The coating liquid for the surface layer may be a two-component coating liquid containing the acrylic resin and the crosslinking agent separately, or may be a one-component coating liquid containing both the acrylic resin and the crosslinking agent.
The coating liquid for the surface layer may contain a solvent, similar to the coating liquid for the elastic layer.
また、表皮層用塗工液は、粘度が、5mPa・s以上10Pa・s以下の範囲であることが好ましい。表皮層用塗工液は、の粘度が10Pa・sを超える場合、上述した表皮層形成工程において、支持体50に表皮層用塗工液を塗布または流し入れる際の作業性が低下しやすい。また、表皮層用塗工液の粘度が5mPa・s未満である場合、例えば離型フィルム上に表皮層用塗工液を塗工する場合等に、表皮層用塗工液が周囲に流れやすくなる。この場合、表皮層20を所望する厚さにすることが難しくなる場合がある。 The viscosity of the surface layer coating liquid is preferably in the range of 5 mPa·s to 10 Pa·s. If the viscosity of the surface layer coating liquid exceeds 10 Pa·s, the workability of applying or pouring the surface layer coating liquid onto the support 50 in the above-mentioned surface layer formation step is likely to decrease. If the viscosity of the surface layer coating liquid is less than 5 mPa·s, the surface layer coating liquid will tend to flow around, for example, when applying the surface layer coating liquid onto a release film. In this case, it may be difficult to achieve the desired thickness of the surface layer 20.
なお、弾性層用塗工液および表皮層用塗工液は、公知の方法により合成してもよいし、市販品を用いてもよい。 The coating fluid for the elastic layer and the coating fluid for the surface layer may be synthesized by known methods, or commercially available products may be used.
続いて、本発明を実施例に基づいてより詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 Next, the present invention will be described in more detail based on examples. Note that the present invention is not limited to the following examples.
<弾性層形成用組成物の調製>
(弾性層形成用組成物a1)
三洋化成工業社製の「サンニックスPP-4000」(ポリプロピレングリコール、数平均分子量4000、粘度920mPa・s、固形分濃度100質量%)16g、三洋化成工業社製の「サンニックスKC-737」(グリセリン系ポリエーテル、数平均分子量7000、粘度1430mPa・s、固形分濃度100質量%)8.0g、ダウ・東レ社製の「DOWSIL BY16-201」(両末端カルビノール変性シリコーンオイル、固形分濃度100質量%)0.96g、旭化成社製のイソシアネート系架橋剤「デュラネートD101」(HDI系プレポリマー型ポリイソシアネート、固形分濃度100質量%)2.6g、ビックケミー社製の消泡剤「BYK-088」(シリコーン系消泡剤、固形分濃度3.3質量%)0.24g、日東化成製のスズ触媒「ネオスタン U-810」(ジオクチル錫ジラウレート、固形分濃度100質量%)0.24gを混合して攪拌し、弾性層形成用組成物a1を調製した。調製した弾性層形成用組成物a1の粘度は1100mPa・sであった。
<Preparation of Elastic Layer-Forming Composition>
(Elastic layer-forming composition a1)
16 g of "Sannyx PP-4000" manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd. (polypropylene glycol, number average molecular weight 4000, viscosity 920 mPa·s, solid content concentration 100% by mass), 8.0 g of "Sannyx KC-737" manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd. (glycerin-based polyether, number average molecular weight 7000, viscosity 1430 mPa·s, solid content concentration 100% by mass), and 8.0 g of "DOWSIL" manufactured by Dow-Toray 0.96 g of BY16-201 (both terminal carbinol-modified silicone oil, solids concentration 100% by mass), 2.6 g of Asahi Kasei Corporation's isocyanate-based crosslinking agent "Duranate D101" (HDI-based prepolymer polyisocyanate, solids concentration 100% by mass), 0.24 g of BYK-Chemie Corporation's defoamer "BYK-088" (silicone-based defoamer, solids concentration 3.3% by mass), and 0.24 g of Nitto Kasei's tin catalyst "Neostan U-810" (dioctyltin dilaurate, solids concentration 100% by mass) were mixed and stirred to prepare an elastic layer-forming composition a1. The viscosity of the prepared elastic layer-forming composition a1 was 1100 mPa s.
(弾性層形成用組成物a2)
クラレ社製のアクリルエラストマー「クラリティ LA3320」(ハードブロックにメチルメタクリレート、ソフトブロックにノルマルブチルアクリレートを用いたA-B-Aブロック共重合体、ペレット状固形物)16gを、酢酸ブチル24gに溶解させた後、ビックケミー社製の消泡剤「BYK-051N」(シリコーン系消泡剤、固形分濃度20質量%)を0.04g加えて攪拌し、弾性層形成用組成物a2を調製した。調製した弾性層形成用組成物a2の固形分濃度は40質量%、粘度は2500mPa・sであった。
(Elastic layer-forming composition a2)
16 g of Kuraray Co., Ltd.'s acrylic elastomer "CLARITY LA3320" (an A-B-A block copolymer using methyl methacrylate for the hard block and normal butyl acrylate for the soft block, pellet-like solid material) was dissolved in 24 g of butyl acetate, and then 0.04 g of BYK-Chemie Co., Ltd.'s defoamer "BYK-051N" (a silicone-based defoamer, solids concentration 20% by mass) was added and stirred to prepare elastic layer-forming composition a2. The prepared elastic layer-forming composition a2 had a solids concentration of 40% by mass and a viscosity of 2500 mPa s.
(弾性層形成用組成物a3)
株式会社エクシール製の造形用軟質樹脂(商品名「人肌のゲル」、硬度15、乳白タイプ)の主剤(主剤の全量に対し、ポリオール90質量%、可塑剤7質量%、スズ触媒3質量%)と硬化剤(硬化剤の全量に対し、芳香族ジイソシアネート10質量%、可塑剤90質量%)とを3:1の比率で混合して攪拌し、弾性層形成用組成物a3を調製した。調製した弾性層形成用組成物a3の粘度は1800mPa・sであった。
(Elastic layer-forming composition a3)
A base material (90% by mass of polyol, 7% by mass of plasticizer, and 3% by mass of tin catalyst, based on the total amount of base material) of soft resin for molding (product name "Human Skin Gel", hardness 15, milky white type) manufactured by Exseal Co., Ltd. and a curing agent (10% by mass of aromatic diisocyanate and 90% by mass of plasticizer, based on the total amount of curing agent) were mixed in a ratio of 3:1 and stirred to prepare elastic layer-forming composition a3. The viscosity of the prepared elastic layer-forming composition a3 was 1800 mPa s.
(弾性層形成用組成物a4)
Smooth-On社製のシリコーン樹脂「Ecoflex 00-20」の主剤と硬化剤とを1:1の比率で混合して攪拌し、弾性層形成用組成物a4を調製した。調整した弾性層形成用組成物a4の粘度は3000mPa・sであった。
(Elastic layer-forming composition a4)
The main component and curing agent of the silicone resin "Ecoflex 00-20" manufactured by Smooth-On Corp. were mixed and stirred in a ratio of 1:1 to prepare an elastic layer-forming composition a4. The viscosity of the prepared elastic layer-forming composition a4 was 3000 mPa s.
<弾性層10の作製>
調製した弾性層形成用組成物a1~a4を、離型面を内側にして箱型に折り曲げた離型フィルム「クリーンセパHY-S10」(表面に離型処理を施したPETフィルム、東山フイルム社製、厚さ50μm)に、硬化後の厚みが4mmとなるようにキャスティングし、室温(25℃)で7日間静置後、離型フィルムから取り出してシート状の弾性層A1~A4を作製した。
<Preparation of Elastic Layer 10>
The prepared elastic layer-forming compositions a1 to a4 were cast onto a release film "Clean Sepa HY-S10" (a PET film with a release-treated surface, manufactured by Higashiyama Film Co., Ltd., thickness 50 μm) folded into a box shape with the release surface facing inward, so that the thickness after curing would be 4 mm, and after being left to stand at room temperature (25°C) for 7 days, the compositions were removed from the release film to produce sheet-like elastic layers A1 to A4.
得られた弾性層A1~A4に対し、せん断貯蔵弾性率、引張破断強度、引張破断伸度、およびヤング率を測定した。測定の結果を表1に示す。なお、これらの測定方法については、後段にて詳細に説明する。 The shear storage modulus, tensile breaking strength, tensile breaking elongation, and Young's modulus of the obtained elastic layers A1 to A4 were measured. The measurement results are shown in Table 1. The measurement methods will be explained in detail later.
<表皮層形成用組成物の調製>
(表皮層形成用組成物b1)
綜研化学社製のアクリル系粘着剤「SKダイン1717」(固形分濃度45%)20gに、酢酸ブチル5.7gを加え、綜研化学社製のアルミキレート架橋剤「M-5A」(固形分濃度100%)0.4gを混合して攪拌し、表皮層形成用組成物b1を調製した。調製した表皮層形成用組成物b1の固形分濃度は35質量%、粘度は1500mPa・sであった。
<Preparation of Composition for Forming Epidermal Layer>
(Composition b1 for forming epidermal layer)
A surface skin layer-forming composition b1 was prepared by adding 5.7 g of butyl acetate to 20 g of an acrylic pressure-sensitive adhesive "SK Dyne 1717" (solid content concentration 45%) manufactured by Soken Chemical & Engineering Co., Ltd., and mixing and stirring with 0.4 g of an aluminum chelate crosslinking agent "M-5A" (solid content concentration 100%) manufactured by Soken Chemical & Engineering Co., Ltd. The solid content concentration of the prepared surface skin layer-forming composition b1 was 35 mass %, and the viscosity was 1500 mPa s.
(表皮層形成用組成物b2)
クラレ社製のアクリルエラストマー「クラリティ LA3320」(ハードブロックにメチルメタクリレート、ソフトブロックにアクリレートを用いたA-B-Aブロック共重合体、ペレット状固形物)9gを、酢酸エチルと酢酸ブチルの1:1混合溶媒16.7gに溶解させて、弾性層形成用組成物b2を調製した。調製した弾性層形成用組成物b2の固形分濃度は35質量%、粘度は1000mPa・sであった。
(Composition b2 for forming epidermal layer)
Elastic layer-forming composition b2 was prepared by dissolving 9 g of Kuraray Co., Ltd.'s acrylic elastomer "CLARITY LA3320" (an A-B-A block copolymer using methyl methacrylate for the hard block and acrylate for the soft block, pellet-like solid) in 16.7 g of a 1:1 mixed solvent of ethyl acetate and butyl acetate. The prepared elastic layer-forming composition b2 had a solids concentration of 35 mass % and a viscosity of 1000 mPa s.
(表皮層形成用組成物b3)
ダウ・東レ社製の「DOWSIL SD 4560 PSA」(付加型シリコーン粘着、固形分濃度60質量%)20gに、ノルマルヘプタン14gを加え、ダウ・東レ社製の「DOWSIL NC-25 Catalyst」(白金触媒、固形分濃度〇〇質量%)0.18gを混合して攪拌し、表皮層形成用組成物b3を調製した。調製した表皮層形成用組成物b3の固形分濃度は35質量%、粘度は5000mPa・sであった。
(Composition b3 for forming epidermal layer)
14 g of normal heptane was added to 20 g of "DOWSIL SD 4560 PSA" (addition-type silicone adhesive, solids concentration 60% by mass) manufactured by Dow-Toray Industries, Inc., and 0.18 g of "DOWSIL NC-25 Catalyst" (platinum catalyst, solids concentration xx% by mass) manufactured by Dow-Toray Industries, Inc. was mixed and stirred to prepare a surface layer-forming composition b3. The solids concentration of the prepared surface layer-forming composition b3 was 35% by mass, and the viscosity was 5000 mPa s.
<表皮層20の作製>
表皮層形成用組成物b1~b3を、離型フィルム「クリーンセパHY-S20」(表面に離型処理を施したPETフィルム、東山フイルム社製、厚さ50μm)の離型面上に、乾燥後の厚みが35μmとなるように、ベーカー式アプリケーターを用いて塗布し、恒温乾燥器を用いて80℃で5分間熱処理を行った後、室温(25℃)で24時間養生した。これにより、表皮層B1~B3を作製した。
<Preparation of Epidermal Layer 20>
Each of the skin layer-forming compositions b1 to b3 was applied to the release surface of a release film "Clean Sepa HY-S20" (a PET film with a release-treated surface, manufactured by Higashiyama Film Co., Ltd., thickness 50 μm) using a Baker applicator so that the thickness after drying would be 35 μm, and the applied composition was heat-treated at 80°C for 5 minutes using a thermostatic oven, followed by aging at room temperature (25°C) for 24 hours. This produced skin layers B1 to B3.
得られた表皮層B1~B3に対し、せん断貯蔵弾性率、引張破断強度、引張破断伸度、ヤング率、水接触角、およびアクリル板に対する粘着力を測定した。測定の結果を表2に示す。なお、これらの測定方法については、後段にて詳細に説明する。 The shear storage modulus, tensile strength at break, tensile elongation at break, Young's modulus, water contact angle, and adhesive strength to an acrylic plate were measured for the obtained skin layers B1 to B3. The measurement results are shown in Table 2. These measurement methods will be explained in detail later.
<人工皮膚1の作製>
表皮層20(表皮層B1~B3)の離型フィルムとは反対側の面を、弾性層10(弾性層A1~A4)に、ハンドローラーを用いて貼り合わせ、表皮層20から離型フィルムを剥離した。次いで、粒子を表皮層20に振りかけ、表皮層20の表面に付着していない粒子を払って取り除いた後、表皮層20の表面を流水で洗い流して、実施例1~7、および比較例1~6の人工皮膚1を作製した。
<Preparation of artificial skin 1>
The surface of epidermal layer 20 (epidermal layers B1 to B3) opposite the release film was attached to elastic layer 10 (elastic layers A1 to A4) using a hand roller, and the release film was peeled off from epidermal layer 20. Next, particles were sprinkled on epidermal layer 20, and any particles not adhering to the surface of epidermal layer 20 were brushed off and then the surface of epidermal layer 20 was rinsed with running water to produce artificial skin 1 of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 6.
人工皮膚1の作製に用いた粒子は以下の通りである。表3に、各粒子の特性を示す。なお、粒子C1~粒子C5が、上述した実施形態における球状粒子30に当たる。
・粒子C1:積水化成品工業社製「テクポリマーMBX-5」、架橋ポリメタクリル酸メチル粒子、球状、平均粒子径5μm
・粒子C2:積水化成品工業社製「テクポリマーMBX-20」、架橋ポリメタクリル酸メチル粒子、球状、平均粒子径20μm
・粒子C3:積水化成品工業社製「テクポリマーSBX-4」、架橋ポリスチレン粒子、球状、平均粒子径4μm
・粒子C4:根上工業社製「アートパールC-600T」、架橋ウレタン粒子、球状、平均粒子径10μm
・粒子C5:モメンティブ社製「トスパール2000B」、シリコーン粒子、球状、平均粒子径6μm
・粒子C6:ジョンソンエンドジョンソン社製「ジョンソン ベビーパウダー」、タルク、不定形、平均粒子径11μm
The particles used to produce the artificial skin 1 are as follows. The properties of each particle are shown in Table 3. Note that particles C1 to C5 correspond to the spherical particles 30 in the above-described embodiment.
Particle C1: Sekisui Plastics Co., Ltd. "Techpolymer MBX-5", cross-linked polymethyl methacrylate particles, spherical, average particle diameter 5 μm
Particle C2: Sekisui Plastics Co., Ltd. "Techpolymer MBX-20", cross-linked polymethyl methacrylate particles, spherical, average particle diameter 20 μm
・Particle C3: "Techpolymer SBX-4" manufactured by Sekisui Plastics Co., Ltd., crosslinked polystyrene particles, spherical, average particle diameter 4 μm
Particle C4: "Art Pearl C-600T" manufactured by Negami Chemical Industrial Co., Ltd., cross-linked urethane particles, spherical, average particle diameter 10 μm
Particle C5: "Tospearl 2000B" manufactured by Momentive, silicone particles, spherical, average particle diameter 6 μm
Particle C6: Johnson & Johnson "Johnson Baby Powder", talc, irregular shape, average particle size 11 μm
<評価方法>
得られた各弾性層A1~A4、表皮層B1~B3、およびこれらを用いて作成した人工皮膚1について、以下の方法により評価を行った。
(1)弾性層10、および表皮層20の厚さ
テスター産業製厚さ測定機「TH-104」を用い、弾性層10、および表皮層20の厚さを求めた。
<Evaluation method>
The obtained elastic layers A1 to A4, epidermal layers B1 to B3, and artificial skin 1 prepared using these were evaluated by the following methods.
(1) Thickness of Elastic Layer 10 and Skin Layer 20 The thickness of the elastic layer 10 and the skin layer 20 was measured using a thickness measuring instrument "TH-104" manufactured by Tester Sangyo Co., Ltd.
(2)弾性層10、表皮層20の引張破断強度、引張破断伸度、およびヤング率の測定
表皮層B1~B3は、表皮層から離型フィルムを剥離し、厚みが0.5μmとなるようにハンドローラーを用いて積層した。そして、表皮層B1~B3および弾性層A1~A4を、10mm×70mmの長方形状に切断し、試験片とした。得られた試験片を、精密万能試験機(島津製作所社製、AUTOGRAPH(登録商標) AGX)を用いて、23℃50%の環境下、つかみ具間距離30mm、引張速度10mm/minで破断するまで伸長させて、引張破断強度、および引張破断伸度を測定した。また、得られた歪み-応力カーブより、伸長初期の直線部分の傾きからヤング率を求めた。
(2) Measurement of Tensile Break Strength, Tensile Break Elongation, and Young's Modulus of Elastic Layer 10 and Skin Layer 20 Skin layers B1-B3 were laminated using a hand roller to a thickness of 0.5 μm after peeling the release film from the skin layer. Skin layers B1-B3 and elastic layers A1-A4 were then cut into 10 mm x 70 mm rectangular specimens to prepare test pieces. The resulting specimens were stretched to break using a precision universal testing machine (Shimadzu Corporation, AUTOGRAPH (registered trademark) AGX) at 23°C and 50% humidity, with a gripping distance of 30 mm and a pulling rate of 10 mm/min, to measure the tensile break strength and tensile break elongation. The Young's modulus was also determined from the slope of the linear portion of the resulting strain-stress curve at the initial stage of elongation.
(3)弾性層10、表皮層20の貯蔵弾性率の測定
表皮層B1~B3は、表皮層B1~B3から離型フィルムを剥離し、厚みが0.5μmとなるようにハンドローラーを用いて積層した。そして、表皮層B1~B3および弾性層A1~A4を、15mm×15mmの大きさに切断し、試験片とした。得られた試験片を、粘弾性測定装置(TA instrument社製、Discovery HR-2)を用いて、23℃50%の環境下、せん断モード、ジオメトリ:直径8mmパラレルプレート、周波数:1Hz、ひずみ:1%で、断貯蔵弾性率を測定した。
(3) Measurement of Storage Modulus of Elastic Layer 10 and Skin Layer 20 Skin layers B1 to B3 were prepared by peeling the release film from the skin layers B1 to B3 and laminating them using a hand roller to a thickness of 0.5 μm. The skin layers B1 to B3 and the elastic layers A1 to A4 were then cut into 15 mm x 15 mm pieces to prepare test specimens. The shear storage modulus of the resulting test specimens was measured using a viscoelasticity measuring device (TA Instrument, Discovery HR-2) under an environment of 23°C and 50% humidity, in shear mode, with a geometry of 8 mm diameter parallel plates, a frequency of 1 Hz, and a strain of 1%.
(4)表皮層20の濡れ性の評価
表皮層B1~B3から離型フィルムを剥離し、表皮層B1~B3の表面に、接触角計(協和界面科学製、DropMaster DMo-502)を使用し、4μLの純水を反射防止フィルムの表面に滴下して水の接触角を測定した。
水接触角が100°以下であれば、人工皮膚は十分な化粧品や塗料の密着性を有すると言える。
(4) Evaluation of Wettability of Epidermal Layer 20 The release films were peeled off from the epidermal layers B1 to B3, and 4 μL of pure water was dropped onto the surface of the antireflection film using a contact angle meter (DropMaster DMo-502, manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.) to measure the contact angle of water.
If the water contact angle is 100° or less, it can be said that the artificial skin has sufficient adhesion to cosmetics and paints.
(5)表皮層20の粘着力の測定
表皮層B1~B3の離型フィルムと反対側の面にポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(東洋紡エステル(登録商標)フィルムE5100:東洋紡製、厚さ50μm)のコロナ処理面を貼り合わせ、幅25mm、長さ100mmの大きさに切り出して試験片を作製した。この基材付き試験片について、被着体として、アクリル板に対する粘着力を、JIS Z 0237(2009)に記載された方法に準拠して測定した。
具体的には、離型シートを表皮層B1~B3より剥離して、表皮層B1~B3の基材とは反対側の面をアクリル板(アクリライト(登録商標)L:三菱ケミカル製、厚さ2mm)に、2kgのローラーを2往復させて圧着した。次に、島津製作所製精密万能試験機「AUTOGRAPH(登録商標) AGS-1kNX、50Nロードセル」を用いて、剥離速度5mm/s、剥離角度180°の条件で、表皮層B1~B3の粘着力を測定した。
(5) Measurement of Adhesion of Epoxy Layer 20 A corona-treated polyethylene terephthalate (PET) film (Toyobo Ester (registered trademark) Film E5100, manufactured by Toyobo, 50 μm thick) was attached to the surface of each of the epidermal layers B1 to B3 opposite the release film, and the resulting film was cut into a size of 25 mm wide and 100 mm long to prepare a test specimen. The adhesive strength of this substrate-attached test specimen to an acrylic plate as an adherend was measured in accordance with the method described in JIS Z 0237 (2009).
Specifically, the release sheets were peeled off from the skin layers B1 to B3, and the surfaces of the skin layers B1 to B3 opposite the substrate were pressed against an acrylic plate (Acrylite (registered trademark) L: manufactured by Mitsubishi Chemical, thickness 2 mm) by rolling a 2 kg roller back and forth twice. Next, the adhesive strength of the skin layers B1 to B3 was measured using a precision universal testing machine "AUTOGRAPH (registered trademark) AGS-1kNX, 50 N load cell" manufactured by Shimadzu Corporation at a peel speed of 5 mm/s and a peel angle of 180°.
(6)弾性層10と表皮層20の密着性の評価
実施例1~11および比較例1~3、5、6で得られた人工皮膚1を10mm×50mmの長方形状に切断し、手で3倍に引き延ばして戻す操作を20回繰り返した。そして、人工皮膚1を目視観察して、弾性層10と表皮層20との間の密着性を評価した。
評価は以下の基準で行った。
A:弾性層と表皮層間で浮きや剥がれが全くみられない。
C:引き延ばし操作20回以内に、弾性層と表皮層間で浮きや剥がれがみられた。
(6) Evaluation of Adhesion Between Elastic Layer 10 and Epidermal Layer 20 The artificial skin 1 obtained in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 3, 5, and 6 was cut into a 10 mm x 50 mm rectangle, and the process of manually stretching it to three times its original size and then returning it to its original size was repeated 20 times. The artificial skin 1 was then visually observed to evaluate the adhesion between the elastic layer 10 and the epidermal layer 20.
The evaluation was carried out according to the following criteria.
A: No lifting or peeling is observed between the elastic layer and the surface layer.
C: Within 20 stretching operations, lifting or peeling was observed between the elastic layer and the surface layer.
(7)人工皮膚1の触感の評価
実施例1~11および比較例1~6で得られた人工皮膚1の表面(粒子が接着されている側の表面)を指で10回強くこすり、触感の評価を行った。評価は以下の基準で行った。
(7-1)ざらつきの評価
A:すべすべとした手触りで、触感がよい。
C:ざらつきが感じられ、触感が悪い。
(7-2)べたつきの評価
A:べたつきが感じられず、触感が良い。
B:強く押すように触れるとわずかにべたつきが感じられるが、実用上問題ない。
C:べたつきが感じられ、且つ、手に粒子や添加剤等の付着が確認された。
(7-3)1ヶ月保管した後のべたつきの評価
(7-2)で評価した人工皮膚1を1ヶ月間室温(23℃)で保管後、表面(粒子が接着されている側の表面)を指で10回強くこすり、触感の評価を行った。評価は(7-2)と同様の基準で行った。
(7) Evaluation of the tactile sensation of artificial skin 1 The surface of the artificial skin 1 obtained in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 6 (the surface on which the particles were adhered) was rubbed strongly with a finger 10 times, and the tactile sensation was evaluated. The evaluation was performed according to the following criteria.
(7-1) Evaluation of roughness A: Smooth and pleasant to the touch.
C: Roughness is felt and the feel is bad.
(7-2) Evaluation of Stickiness A: No stickiness is felt and the texture is good.
B: When pressed firmly, it feels slightly sticky, but this does not pose any problems in practical use.
C: Stickiness was felt, and particles, additives, etc. were found to adhere to the hands.
(7-3) Evaluation of stickiness after one month of storage After storing the artificial skin 1 evaluated in (7-2) for one month at room temperature (23°C), the surface (the surface on which the particles were adhered) was rubbed strongly with a finger 10 times to evaluate the tactile sensation. The evaluation was performed according to the same criteria as in (7-2).
<評価結果>
続いて、実施例1~11、比較例1~6のそれぞれの人工皮膚1の評価結果を表4、表5に示す。
<Evaluation results>
Next, the evaluation results of the artificial skin 1 of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 6 are shown in Tables 4 and 5.
表4、表5に示すように、シリコーンの含有量が、弾性層10の固形分全量に対し20質量%以下である弾性材料からなる弾性層10と、アクリル系樹脂からなり、弾性層10上に積層された表皮層20と、表皮層20の表面に付着した球状粒子30とを備える実施例1~11の人工皮膚1では、弾性層10と表皮層20との間の密着性および触感(ざらつき、べたつき、1か月のべたつき)の評価において、良好な結果が得られることが確認された。これにより、べたつきが少なく外部からの応力に対する強靭性が高い人工皮膚1を実現できることが確認された。 As shown in Tables 4 and 5, the artificial skin 1 of Examples 1 to 11, which includes an elastic layer 10 made of an elastic material with a silicone content of 20% by mass or less relative to the total solid content of the elastic layer 10, an epidermal layer 20 made of an acrylic resin laminated on the elastic layer 10, and spherical particles 30 attached to the surface of the epidermal layer 20, achieved favorable results in evaluations of adhesion between the elastic layer 10 and the epidermal layer 20 and tactile feel (roughness, stickiness, stickiness after one month). This confirmed that it is possible to achieve artificial skin 1 that is less sticky and has high toughness against external stress.
これに対し、表皮層20の表面にタルクからなる不定形の粒子C6を付着させた比較例1の人工皮膚1では、触感の評価において表面にざらつきが感じられ、触感が良くなかった。また、製造工程において表皮層20の表面を水で洗い流した際に、粒子の脱落が確認された。
また、表皮層20の表面に粒子を付着させていない比較例2の人工皮膚1では、触感の評価において表面にべたつきが感じられ、触感が良くなかった。
さらに、表皮層20がシリコーンを含む比較例3の人工皮膚1では、密着性の評価において、弾性層10と表皮層20との間に浮きや剥がれが見られ、弾性層10と表皮層20との間の密着性が良くなかった。
さらにまた、表皮層20を設けなかった比較例4の人工皮膚1では、人工皮膚1(弾性層10)の表面に球状粒子30を保持することができず、触感の評価において表面にべたつきが感じられ、触感が良くなかった。
In contrast, in the artificial skin 1 of Comparative Example 1, in which amorphous particles C6 made of talc were attached to the surface of the epidermis layer 20, the surface felt rough in the tactile evaluation, and the tactile sensation was poor. Furthermore, when the surface of the epidermis layer 20 was rinsed with water during the manufacturing process, it was confirmed that the particles fell off.
Furthermore, in the artificial skin 1 of Comparative Example 2 in which no particles were attached to the surface of the epidermal layer 20, the surface felt sticky in the evaluation of the feel, and the feel was not good.
Furthermore, in the artificial skin 1 of Comparative Example 3, in which the epidermis layer 20 contained silicone, lifting and peeling were observed between the elastic layer 10 and the epidermis layer 20 in the adhesion evaluation, and the adhesion between the elastic layer 10 and the epidermis layer 20 was poor.
Furthermore, in the artificial skin 1 of Comparative Example 4, which did not have an epidermal layer 20, the spherical particles 30 could not be retained on the surface of the artificial skin 1 (elastic layer 10), and the surface felt sticky in the tactile evaluation, resulting in an unfavorable tactile feel.
また、弾性層10におけるシリコーンの含有量が弾性層10の固形分全量に対し20質量を超える比較例5の人工皮膚1では、密着性の評価において、弾性層10と表皮層20との間に浮きや剥がれが見られ、弾性層10と表皮層20との間の密着性が良くなかった。また、弾性層10の成分が人工皮膚1の表面に染み出し(ブリードアウト)、1ヶ月保管した後のべたつきの評価において表面にべたつきが感じられ、触感が良くなかった。
さらに、弾性層10におけるシリコーンの含有量が弾性層10の固形分全量に対し20質量を超え、且つ表皮層20がシリコーンを含む比較例6の人工皮膚1では、弾性層10と表皮層20との間に浮きや剥がれが見られ、弾性層10と表皮層20との間の密着性が良くなかった。また、弾性層10の成分が人工皮膚1の表面に染み出し(ブリードアウト)、1ヶ月保管した後のべたつきの評価において表面にべたつきが感じられ、触感が良くなかった。
Furthermore, in the artificial skin 1 of Comparative Example 5, in which the silicone content in the elastic layer 10 exceeded 20 mass percent relative to the total solid content of the elastic layer 10, lifting and peeling were observed between the elastic layer 10 and the epidermis layer 20 in the evaluation of adhesion, and the adhesion between the elastic layer 10 and the epidermis layer 20 was poor. Furthermore, components of the elastic layer 10 bled out onto the surface of the artificial skin 1, and in the evaluation of stickiness after storage for one month, the surface felt sticky and the feel was poor.
Furthermore, in the artificial skin 1 of Comparative Example 6, in which the content of silicone in the elastic layer 10 exceeded 20% by mass relative to the total solid content of the elastic layer 10 and the epidermis layer 20 contained silicone, lifting and peeling were observed between the elastic layer 10 and the epidermis layer 20, and the adhesion between the elastic layer 10 and the epidermis layer 20 was poor. In addition, the components of the elastic layer 10 bled out onto the surface of the artificial skin 1, and in an evaluation of stickiness after storage for one month, the surface felt sticky and the feel was poor.
また、実施例1~11のうち、ウレタンエラストマーからなる弾性層A1と、表皮層B1とを用いた実施例1~6の人工皮膚1を互いに比較すると、弾性層10の厚さを35μmとし、球状粒子30として架橋ポリメタクリル酸メチル粒子からなる粒子C1、C2を用いた実施例1および実施例3の人工皮膚1が、密着性および触感の評価において特に良好な結果が得られることが確認された。
さらに、実施例1~11のうち、ウレタンエラストマーからなる弾性層A1と、表皮層B2とを用いた実施例7~9の人工皮膚1では、いずれも密着性および触感の評価において特に良好な結果が得られることが確認された。
さらにまた、表皮層20の厚さが250μmである実施例2、8、9を比較すると、表皮層B1と比べて硬い(ヤング率が高い)表皮層B2を用いた実施例8、9の人工皮膚1では、実施例2と比べて、べたつきの評価において良好な結果が得られることが確認された。これは、実施例8、9では、実施例2と比べて、球状粒子30が表皮層20に埋まりにくいためと推測される。
Furthermore, when comparing the artificial skins 1 of Examples 1 to 6, which used an elastic layer A1 made of urethane elastomer and an epidermal layer B1 among Examples 1 to 11, it was confirmed that the artificial skins 1 of Examples 1 and 3, which had an elastic layer 10 thickness of 35 μm and used particles C1 and C2 made of crosslinked polymethyl methacrylate particles as the spherical particles 30, obtained particularly good results in the evaluations of adhesion and tactile feel.
Furthermore, among Examples 1 to 11, it was confirmed that the artificial skin 1 of Examples 7 to 9, which used an elastic layer A1 made of urethane elastomer and an epidermal layer B2, all achieved particularly good results in the evaluations of adhesion and tactile feel.
Furthermore, when comparing Examples 2, 8, and 9 in which the thickness of the epidermal layer 20 was 250 μm, it was confirmed that the artificial skin 1 of Examples 8 and 9, which used an epidermal layer B2 that was harder (having a higher Young's modulus) than the epidermal layer B1, obtained better results in the evaluation of stickiness than Example 2. This is presumably because in Examples 8 and 9, the spherical particles 30 were less likely to be embedded in the epidermal layer 20 than in Example 2.
1…人工皮膚、10…弾性層、20…表皮層、30…球状粒子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Artificial skin, 10... Elastic layer, 20... Epidermal layer, 30... Spherical particle
Claims (10)
アクリル系樹脂からなり、前記弾性層上に積層された表皮層と、
前記表皮層における前記弾性層とは反対側の面に付着した球状粒子と
を備え、
前記球状粒子は、平均粒子径が、1μm以上30μm以下である人工皮膚。 an elastic layer made of an elastic material having a silicone content of 20% by mass or less based on the total solid content of the elastic layer;
a surface layer made of an acrylic resin and laminated on the elastic layer;
spherical particles attached to a surface of the skin layer opposite to the elastic layer ,
The spherical particles have an average particle diameter of 1 μm or more and 30 μm or less .
前記表皮層および前記球状粒子は、着色剤を含まないことを特徴とする請求項1に記載の人工皮膚。 the elastic layer contains a colorant;
The artificial skin of claim 1 , wherein the epidermal layer and the spherical particles do not contain a colorant.
前記表皮層上に、シリコーンの含有量が、弾性層の固形分全量に対し20質量%以下である弾性材料からなる当該弾性層を形成する工程と、
前記表皮層における前記弾性層とは反対側の面に、平均粒子径が1μm以上30μm以下である球状粒子を付着させる工程と
を含む人工皮膚の製造方法。 a step of curing a solution containing an acrylic resin to form an adhesive surface layer;
forming an elastic layer on the surface layer, the elastic layer being made of an elastic material having a silicone content of 20% by mass or less based on the total solid content of the elastic layer;
A method for manufacturing artificial skin, comprising a step of attaching spherical particles having an average particle diameter of 1 μm or more and 30 μm or less to the surface of the epidermis layer opposite the elastic layer.
アクリル系樹脂からなり、前記弾性層上に積層された表皮層と、a surface layer made of an acrylic resin and laminated on the elastic layer;
前記表皮層における前記弾性層とは反対側の面に付着した球状粒子とspherical particles attached to the surface of the skin layer opposite to the elastic layer;
を備え、Equipped with
前記球状粒子は、平均粒子径が、前記表皮層の厚さの10%以上50%以下である人工皮膚。The spherical particles have an average particle diameter of 10% to 50% of the thickness of the epidermal layer.
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