專利名稱：水凝膠材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及聚合物制品，例如眼科器件和其它適當的醫療和非醫療器件，和控制這類制品的尺寸變化。本發明特別涉及這樣一類聚合物制品，其中至少制品的一部分是由含溶劑可分解的龐大離去基團的共聚物組成的，該共聚物受溶劑分解和水合時，經脫除離去基團生成尺寸變化可控的水凝膠。由此使聚合物制品在水合期間由水合引起的應力與形變能夠減至最低程度。
另一方面，本發明涉及軟質接觸透鏡并包括有透氧性的較硬的中心部分和由本發明水凝膠形成的親水性軟質外圍邊緣的透鏡。
水凝膠是一種用來制造諸如軟質接觸透鏡，眼內透鏡等醫療器件的高分子材料。這類材料在水合期間會由其干凝膠態顯著地膨脹。由共聚物制成的聚合物制品，在吸水(水合)期間總體積的變化取決于該共聚物的單體/聚合物的性質和親水性。
在制造要求精確參數的制品，諸如接觸透鏡和眼內透鏡過程中，制品在水合期間的溶脹會成為嚴重的問題。這是因為精確的生產需要相當準確的尺寸溶脹的可預測性，以便確定制造參數。該溶脹還使水合后的聚合物基體(從而使制品)產生形變和應力。
事實上，顯著的殘余應力和由此產生的形變會使該材料不能用于預定的用途。
在制造接觸透鏡等制品的過程中，由于制作困難，很少從水合后的水凝膠來加工成形成制品的最終形狀。事實上，在干凝膠狀態下加工或澆注成制品更為容易。既然制品是在水合狀態下使用，在考慮從非水合或干凝膠狀態下的聚合物所制成的制品尺寸時也應計及聚合物水合期間的溶脹。
再者，如果在各批物料之間的或同一批物料內的溶脹度有變化，就無法制出所要的最終尺寸的制品。如果在X，Y或Z方向的溶脹度之比以補償總體積增加的方式變化，則以上所述可在總吸水量沒有變化的情況下發生。
也時常有明確的需要從水凝膠來制備材料，該材料當水合時體積一點也不變化。例如，US4，093，361描述一種當水合時沒有凈溶脹的水凝膠的制備方法。在該情況下，單體是在有一種非活性的水溶性中性填充劑的情況下聚合的。聚合完成后，用溶劑洗去中性填充劑，借此使水凝膠制品的最終尺寸不發生變化。但是，這樣制得的聚合物有諸如硬度不能令人滿意和所得制品的力學性能(如彈性模量，撕裂強度，最大伸長率)不再處于最佳狀態等缺點。
此外，可能有需要經由干凝膠態聚合物的表面處理來改變水凝膠的表面特性。水凝膠水合時明顯的體積變化會使這類表面改性變得無用，因為表面上有破裂和裂紋出現。
本發明的目的是提供一種至少部分由含溶劑可分解的龐大離去基團的共聚物材料構成的聚合物制品，該共聚物材料在溶劑分解和水合后，產生一種體積變化受選擇和控制的水凝膠。
優選的溶劑可分解聚合物是由帶有大的離去基團(諸如三氟乙酰基，三氯乙酰基，三甲硅烷基等)的丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯和乙烯基單體制成的。
本發明的共聚物制品在聚合和水合后顯示出尺寸變化是可控的，這使由該共聚物制成的制品能夠避免顯著的應力與形變。
本發明的另一個目的是提供一種全部或者部分地由新型聚合物組合物制成的接觸透鏡，該組合物性質上是軟質和親水性的，在水合后顯示極好的性能，包括強度高，不隨時間劣化，當暴露在空氣中時其結合水釋放較慢，光學性能良好，而且易于加工成形為接觸透鏡。
本發明提供至少一部分由含水在5-95%(重量)之間的水凝膠組成的聚合物制品，該水凝膠是由一種能經溶劑分解和水合作用而形成水凝膠的共聚物構成的。該水凝膠在處理期間經歷20%收縮和40%膨脹間的體積變化，該體積變化受共聚物的單體組成的支配，該共聚物由兩種或多種第Ⅰ類單體，一種或多種第Ⅱ類單體組成。第Ⅰ類單體含兩種或多種單體，該類單體各含有一個或多個可取代的離去基團，這些基團可借助溶劑分解，從共聚物中脫除。第Ⅱ類單體含一種或多種不帶該可取代離去基團的烯屬不飽和單體。共聚物中存在的兩類單體的重量要這樣地選定，以使第Ⅰ類單體重量占共聚物重量的5-95%，第Ⅱ類單體重量占共聚物重量的5-95%。
本文中所用的“可溶劑分解”意思是指在有親核試劑的情況下或在有低級C1-C4醇的情況下能夠分解成含羧基化合物和醇的一種酯連接基團。上述含羧基化合物為例如酰胺，酯或酸，上述親核試劑為例如水或諸如氨或有機胺之類的弱堿。
本發明的聚合物制品最好是至少部分地由其中第Ⅰ類單體選自下列通式單體的共聚物構成
R1＝-H，-烷基和-取代烷基，RLZ;
Y＝-(CH2)k-，-(Ar)-或-取代(Ar)-，-COO(CP2)j-(CR2R3)m-(CP2)m-，式中Ar為芳基;
P＝-H，-烷基和-取代烷基，-鹵(氯，溴，碘)基，-(Ar)或-取代(Ar);
R2，R3＝-H，-CH2-，或-OCO(CP2)j-CH3;
RLZ＝-OCOCF3，-OCOCCl3，-OCOCBr3，-O-Si〔(CP2)k-CP3〕3，-OSO3-CH3，-OSO3-Ar-CH3;
k＝1-16，其優選值為1-6;
j，m，n為0或1-16的整數，但須j+m+n＝2-16;j，m，n的優選值為0-6。
k，j，m，n＞16的單體的合成，結果形成性能不良的水凝膠。此外，X在官能度上取決于Y;例如當Y為雙官能度的〔-CH2-〕時，X＝1;當Y為三官能度的芳基(Ar)時，X＝2。
其它合適的可借助溶劑分解反應適當改性(此時得到醇或二醇)的第Ⅰ類單體包括含下列基團的單體氯乙酰基，二氯乙酰基，三氯乙酰基，三氟乙酰基，甲氧乙酰基，三苯甲氧乙酰基，苯氧乙酰基，諸如三甲(基甲)硅烷基，三乙基甲硅烷基，異丙基二甲基甲硅烷基，叔丁基二甲基甲硅烷基，甲基二異丙基甲硅烷基，三芐基甲硅烷基，三苯甲硅烷基之類的甲硅烷基醚，帶有亞甲基，亞乙基，2，2，2-三氯亞乙基的環狀縮醛和縮酮;由甲氧基亞甲基，乙氧基亞甲基形成的環狀原酸酯，1-(N，N-二甲氨基)亞乙基衍生物，1-(N，N-二甲氨基)亞芐基衍生物，和甲磺酸酯和甲苯磺酸酯。
優選的第Ⅰ類單體可借助下列反應方案所示的合成方法來制備
甲基丙烯酸甘油酯的三氯乙酸酯(HCE-GMA(2))為無色粘稠液，是使甲基丙烯酸縮水甘油酯(1)與當量的三氯乙酐(TCAA)反應來制備的
甲基丙烯酸甘油酯的三氟乙酸酯衍生物(HFE-GMA(3))可用三氟乙酐來合成。
甲基丙烯酸羥乙酯的三氟乙酸酯衍生物(TFA-HEMA(5))或羥基甲基丙烯酸酯的三氟乙酸酯衍生物(7)可借助吡啶與甲基丙烯酸羥乙酯(4)或丙酮酸甲酯(6)反應，然后用三氟乙酐(TFAA)捕集相應的陰離子來合成。
于是，在本發明的一個具體實例中，用HCE-GMA和/或HFE-GMA與甲基丙烯酸甲酯(MMA)和一合適的交聯劑，例如二甲基丙烯酸乙二醇酯進行共聚合反應生成一種共聚物或干凝膠，經溶劑分解繼之水合以脫除離去基團就產生水凝膠。
與由干凝膠制成的制品相比，由水凝膠制成的制品的尺寸，如同本行業技術熟練人員理解的那樣，取決于共聚物組分的比例，以及水凝膠共聚物的材料組分。
特別是采用HFE-GMA和HCE-GMA和MMA的共聚物時，發現其水合后的制品的最終尺寸，在恒定的MMA濃度下取決于HCE-GMA與HFE-GMA的重量比。例如，比率為3∶1的HCE-GMA/HFE-GMA混合物與MMA的共聚物形成的水凝膠從干凝膠到水凝膠狀態的尺寸事實上幾乎沒有什么變化。但是具有比率為1∶3(不是3∶1)的HCE-GMA/HFE-GMA的制品的尺寸變化最高可達11%。第Ⅱ類單體可包括下列單體材料中的任何一種或多種甲基丙烯酸甲酯(MMA)甲基丙烯酸三氟甲酯(TFMMA)甲基丙烯酸羥甲酯(HMMA)甲基丙烯酸三氟乙酯(TFEMA)甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)二甲基丙烯酰胺(DMA)從干凝膠轉化成水凝膠之前的共聚物棒材上切割小圓柱體或鈕扣狀，以之作為透鏡毛坯可加工成接觸透鏡。
在經甲硅烷基化處理過的玻璃管中在引發劑過氯化新戊酸叔丁酯(TBPP)存在下，用二甲基丙烯酸乙二醇酯為交聯劑，可使這類單體共聚合。在反應完成后，打破玻璃管，得到無色硬質棒狀的干凝膠，然后切割成鈕扣狀，再在車床上加工成形為接觸透鏡。把制成的透鏡在5%氨水中溶劑分解24-28小時，然后使之在鹽水中平衡24小時。
具有軟質外圍邊緣和較硬中心的接觸透鏡的制造方法是，先象上述那樣形成一根尺寸等于透鏡外徑的棒材，然后穿過棒心，鉆一個直徑等于所要透鏡中心部分的孔洞。再用一種能形成較硬的非親水性聚合物的可聚合材料填充此孔。
選擇在水合時尺寸少變或不變的干凝膠，使之形成親水性外圍邊緣，這就可以消除水合中如尺寸顯著變化時可能出現的應力和形變。在其它實例中，采用那些具有相配的膨脹或收縮的物料，其變動范圍在20%收縮和40%膨脹之間，可能是合乎需要的。
實施例將用來進一步來說明本發明，提供這些實施例只是為了說明，而不是用來限制本發明。
實施例1制備一種含EGDMA交聯劑的HCE-GMA/HFE-GMA(重量比為1∶3)和MMA的混合物，把該混合物攪拌30分鐘。混合物在氬氣鼓泡條件下脫氣30秒鐘后，添加TBPP。把混合物轉移到經甲硅烷基化處理過的玻璃管中，放在保持50℃的水浴中聚合48小時。把部分聚合的物料轉移到保持70℃的烘箱中固化24小時。使聚合物在烘箱中緩緩冷卻直到室溫。打破玻璃管取出無色透明的聚合物。把聚合物切成圓片(厚度為0.2-0.5mm)，并放在5%氨水中水解24小時。當圓片在鹽水中“平衡”另-24小時后，測定其線膨脹。測得圓片直徑平均膨脹11%。其水合百分率為59%。
實施例2完全按照上述反應條件重復這一反應。但這一次以(HCE-GMA/HFE-GMA為3∶1)的重量比和MMA在經甲硅烷基化處理過的玻璃管中于50℃聚合，并在70℃固化48小時。打破玻璃管取出聚合物，把無應力，無氣泡，無色透明的棒材切成圓片。再把這些0.2-0.5mm厚的圓片放在5%氨水中水解24小時。然后轉移到鹽水中“平衡”24-28小時。測定其水合后的膨脹。測得圓片直徑平均膨脹1-2%。其水合百分率為8%。
實施例3完全按照上述反應條件重復這一反應。但這一次以(HCE-GMA/HFE-GMA為10∶1)的重量比和MMA/GMA在經甲硅烷基化處理過的玻璃管中于50℃聚合，并在70℃固化48小時。打破玻璃管取出聚合物，把無應力，無氣泡，無色透明的棒材切成圓片。使這些0.2-0.5mm厚的圓片在5%氨水中水解24小時。然后轉移到鹽水中“平衡”24-28小時。測定其水合后的膨脹。測得圓片直徑平均膨脹12-14%。其水合百分率為40%。
實施例4-19在實施例4-19的情況下，聚合反應在50℃進行24小時，然后在70℃固化48小時。附表中表明反應混合物中所含的單體比例。聚合反應是在經甲硅烷基化處理過的玻璃管中進行的，聚合反應完成后，打破玻璃管取出制成的棒材。把棒材切成圓片，使圓片浸沒在5%氨水中水合24小時，隨即轉移到鹽水中“平衡”24小時。測量其水合后的尺寸變化。其膨脹情況列于下表。
實施例1-17列舉的任一組成都能夠制成接觸透鏡。共聚物組合物一般澆注成棒狀形態，然后把棒材切成小圓柱體或鈕扣狀制成透鏡毛坯。再把這些透鏡毛壞在從干凝膠態轉化成水凝膠態前機加工成所要的尺寸。
這種組合物也可用來制作上述具有軟質外圍邊緣和較硬中心的第二類接觸透鏡。通常這類接觸透鏡由一種透氣性標準硬質接觸透鏡材料(例如Fluoroboro 60)制成的中心部分，和圍繞中心區域的外圍邊緣組成，該外圍是由HCE-GMA/HFE-GMA(3∶1)和MMA(即實施例4的組合物)制成。
權利要求
1.一種聚合物制品，至少其一部分是由含水在5-95%(重量)之間的水凝膠組成的，該水凝膠是由一種能經溶劑分解和水合作用而形成水凝膠的共聚物構成；該共聚物經這種處理后，經歷在20%收縮和40%膨脹間的體積變化，該共聚物由選自兩種或多種第Ⅰ類單體，一種或多種第Ⅱ類單體組成，其中第Ⅰ類單體各有一個或多個可取代的離去基團，該基團可借助溶劑分解，脫除，第Ⅱ類單體各為不含這種可取代離去基團的烯屬不飽和單體；共聚物中存在的兩類單體的重量要這樣地選定，以使第Ⅰ類單體的量占共聚物重量的5-95%，第Ⅱ類單體的量占共聚物重量的5-95%。
2.權利要求1的聚合物制品，其中一種或多種第Ⅰ類單體具有下列通式式中R1為-H，-烷基或-取代烷基或定義如下的RLZ基;Y為-(CH2)K-，-(Ar)-或-取代(Ar)-，或式-COO(CP2)j-(CR2R3)m-(CP2)n-;其中P為-H，-烷基或-取代烷基，-鹵(氯，溴，碘)基，-(Ar)或-取代(Ar);而R2和R3各自分別代表-H，-CH2-，-OCO(CP2)j或-CP3;RLZ為借助溶劑分解能脫除的可取代的離去基團，該基團選自-O-COCF3，-OCOCCl3，-OCOCBr3，-O-Si〔(CP2)K-CP3〕3，-OSO3-CH3，和-OSO3-Ar-CH3或氯乙酰基，二氯乙酰基，三氯乙酰基，氯乙酰基，甲氧乙酰基，三苯甲氧乙酰基，苯氧乙酰基，三甲(基甲)硅烷基，三乙基甲硅烷基，異丙基二甲基甲硅烷基，叔丁基二甲基甲硅烷基，甲基二異丙基甲硅烷基，三芐基甲硅烷基，三苯甲硅烷基，帶有亞甲基，亞乙基，2，2，2-三氯亞乙基的環狀縮醛和縮酮;由甲氧基亞甲基，乙氧基亞甲基形成的環狀原酸酯，1-(N，N-二甲氨基)亞乙基衍生物，1-(N，N-二甲氨基)亞芐基衍生物，和甲磺酸酯和甲苯磺酸酯，式中k為1-16的整數，j，m，n各為0或至少為1的整數，但須j+m+n≥2而≤16;X在官能度上取決于Y。
3.權利要求2的聚合物制品，其中k的數值為1-6。
4.權利要求2的聚合物制品，其中j，m和n各為0或1-6的整數。
5.權利要求1的聚合物制品，其中第Ⅰ類單體經過下列合成路線之一生成
The trifluoroacetate derivative of glyceryl methacrylate(HFE-GMA(3))can be synthesized using trifluoroacetic anhydride.
式中TCAA為三氯乙酐，TFAA為三氟乙酐。
6.權利要求2的聚合物制品，其中RLZ選自含有易水解基的基團。
7.前述權利要求中的任一項的聚合物制品，其中第Ⅱ類單體之一為甲基丙烯酸甲酯。
8.前述權利要求中的任一項的聚合物制品，其中第Ⅱ類單體之一為甲基丙烯酸(2′，2′，2′-三氟乙基)酯。
9.前述權利要求中的任一項的聚合物制品，其中第Ⅰ類單體為1，3-雙-(三氯乙酸基)丙基-2-甲基丙烯酸酯和1，3-雙-(三氟乙酸基)丙基-2-甲基丙烯酸酯。
10.權利要求1-8中的任一項的聚合物制品，其中第Ⅰ類單體為1，3-雙-(三甲基甲硅烷基)丙基-2-甲基丙烯酸酯和1，3-雙-(三氟乙酸基)丙基-2-甲基丙烯酸酯。
11.權利要求1-8中的任一項的聚合物制品，其中第Ⅰ類單體為1，3-雙-(叔丁基二甲基甲硅烷基)丙基-2-甲基丙烯酸酯和1，3-雙-(三氟乙酸基)丙基-2-甲基丙烯酸酯。
12.權利要求1-8中的任一項的聚合物制品，其中第Ⅰ類單體為1，3-雙-(三氯乙酸基)丙基-2-甲基丙烯酸酯和甲基-α-(三氟乙酸基)丙烯酸酯。
13.權利要求1-8中的任一項的聚合物制品，其中第Ⅰ類單體為甲基丙烯酸(2′-三氟乙酸基)乙酯和甲基-α-(三氟乙酸基)丙烯酸酯。
14.權利要求1-8中的任一項的聚合物制品，其中第Ⅰ單體為甲基丙烯酸(2′-三氯乙酸基)乙酯和甲基-α-(三氟乙酸基)丙烯酸酯。
15.前述權利要求中的任一項的聚合物制品，其中第Ⅰ類和第Ⅱ類兩類單體的重量比在19∶1到1∶19之間。
16.前述權利要求中的任一項的聚合物制品，其中聚合物制品為接觸透鏡。
17.權利要求16的聚合物制品，其中該接觸透鏡有一透氧性的硬質中心部分，其四周環繞著親水性的軟質外圍，該外圍邊緣為制品的水凝膠部分。
18.權利要求16的聚合物制品，其中該接觸透鏡是一種由透氧性的硬質部分和軟質水凝膠部分組成的組合透鏡。
全文摘要
一種適用于眼科器件，諸如接觸透鏡，眼內透鏡和其它醫療與非醫療器件的聚合物組合物。該組合物由帶有預定比例的一類含溶劑可分解基團的重復單元和各種所需要的親水性重復單元的共聚物組成。該共聚物的力學性能穩定，形成的聚合物制品的尺寸能夠得到控制。本發明生成的親水性組合物特別適用在那些有必要減小和盡可能消除由于吸水性等導致的聚合物制品的應力與形變的應用場合。
文檔編號G02B1/04GK1063702SQ9210024
公開日1992年8月19日 申請日期1992年1月14日 優先權日1991年1月15日
發明者S·H·艾斯凱瑞, S·C·姜, H·H·奈德林格 申請人:皮爾金頓維森爾公司