Способ получения формованных гидрогелевых изделий

 

Использование: в технологии получения формованных гидрогелевых изделий, в частности мягких контактных линз. Сущность: способ, включающий смешение гидрофильного (мет)акрилатного мономера, сшивающего агента и вытесняемого водой разбавителя с вязкостью, по меньшей мере, 100 МПа при 30^oС, состоящего из эфира борной кислоты и двухатомных спиртов, когезионный полярный параметр Хансена (σ_p) и когезионный полярный параметр водородной связи Хансена (σ_h) которых охватываются зоной круга, расположенного в координатах σ_p и σ_h и имеющего центр при σ_h 20,5, σ_p 13 и радиус, равный 8,5 в масштабе этих координат. 11 з. п. ф-лы, 3 ил., 7 табл.

Изобретение относится к изготовлению формованных гидрогелевых изделий, включая мягкие контактные линзы.

Известен способ изготовления гидрогелевых контактных линз путем формования мономерной смеси, при этом смесь растворяют в безводном растворителе, способном вытесняться водой, и помещают смесь в форму, конфигурация которой соответствует конфигурации готовой гидрогелевой линзы, после чего осуществляют полимеризацию мономера. После завершения полимеризации растворитель вытесняют водой с получением гидратированной линзы, конечные размеры и конфигурация которой идентичны размерам и конфигурации первоначально отформованного изделия из смеси полимера с растворителем.

Вытесняемые водой разбавители представляют собой эфиры борной кислоты и многоатомных спиртов, причем молекулы спиртов содержат по две, три или более гидроксильных групп.

Предлагаемый способ получения гидрогелевых изделий облегчает извлечение изделия из формы и снижает количество поверхностных дефектов получаемых контактных линз.

Технический результат достигается использованием в качестве разбавителя эфиров борной кислоты и двухатомных спиртов, когезионный полярный параметр Хансена (δ_p) и когезионный параметр водородной связи (δ_h) которых охватываются зоной круга, расположенного в координатах δ_p и δ_h имеющего центр при δ_h= 20,5, δ_p 13 и радиус, равный 8,5 в масштабе этих координат. Дополнительное существенное достоинство, характеризующее способ формования с использованием вытесняемых водой сложных эфиров, состоит в возможности применения гидрофобных мономеров (в частности, мономеров, поглощающих УФ-излучение) в полимеризационной смеси. Желательно обеспечить способность поглощать УФ-излучение контактным линзам, изготовленным в процессе формования, путем введения в смесь мономеров, которые поглощают УФ-излучение.

Целью изобретения является практическое достижение такого эффекта.

Формованные гидрогелевые изделия, в частности, мягкие контактные линзы, изготовляют путем: формования или литья полимеризационной смеси, которая включает в себя мономерную смесь, содержащую в качестве основного компонента один или несколько гидрофильных (мет)акрилатных мономеров, в частности 2-оксиэтилметакрилат, и один или несколько сшивающих агентов, и вытесняемый водой разбавитель, причем вязкость указанного разбавителя составляет, по меньшей мере, 100 МПа ^. с при температуре 30^оС; разбавитель состоит, в основном, из эфира борной кислоты и двухатомных спиртов, причем когезионный полярный параметр Хансена (δ_p) и когезионный параметр водородной связи Хансена (δ_h) упомянутых двухатомных спиртов находится внутри зоны круга, центр которого находится при δ_h 20,5, δ_p 13, а радиус8,5, в результате чего образуется формованный гель; последующего вытеснения разбавителя водой.

Мягкие контактные линзы изготовляют путем осуществления: 1) формования или литья полимеризационной смеси, которая включает в себя мономерную смесь, содержащую в качестве основного компонента гидрофильный (мет)акрилатный мономер, в частности 2-оксиэтилметакрилат, один или несколько сшивающих агентов и гидрофобный мономер, в частности мономер, поглощающий УФ-излучение, и вытесняемый водой разбавитель, вязкость которого при температуре 30^оС составляет, по меньшей мере, 10 МПа ^. с, при этом разбавитель состоит из эфира борной кислоты двухатомных спиртов, причем когезионный полярный параметр Хансена (δ_p) и когезионный параметр водородной связи Хансена (δ_h) упомянутых двухатомных спиртов находится внутри зоны круга, центр которого находится при δ_h 20,5, δ_p 13, а радиус 8,5, в результате чего образуется формованный гель, и 2) последующего вытеснения водой разбавителя.

На фиг.1 представлен график параметров когезии Хансена δ_h и δ_p для нескольких двухатомных спиртов; на фиг.2 калибровочный график, используемый при определении модуля Юнга мягких контактных линз; на фиг.3 неполное схематическое изображение вида сбоку испытательного устройства и механизма, применяемого для определения силы, требуемой для размыкания форм, в которых изготовлены контактные линзы с использованием смесей полимера с разбавителем.

Класс эфиров борной кислоты, которые используют в соответствии с изобретением в качестве вытесняемых водой разбавителей в процессе формования гидрогельных изделий, охватывет боратные эфиры некоторых двухатомных спиртов, причем когезионный полярный параметр Хансена (δ_p) и когезионный параметр водородной связи Хансена (δ_h) упомянутых двухатомных спиртов находится в зоне круга, центр которого находится при δ_h 20,5, δ_p 13, а радиус равен 8,5. Необходимо также, чтобы вязкость эфира борной кислоты и дигидроксильного соединения при 30^оС составляла, по меньшей мере, 100 МПа ^. с, предпочтительнее, по меньшей мере, приблизительно 500 МПа ^. с при 30^оС.

Эфиры борной кислоты получают, в частности, реакцией борной кислоты с двухатомных спиртов и удалением воды, образовавшейся в результате реакции, в частности вакуумной перегонкой. Температура реакции обычно находится в интервале приблизительно от 50 до 120^оС. При этих температурах продолжительность реакции составляет приблизительно от 2 до 12 ч. Реакцию продолжают до тех пор, пока содержание воды в сложном эфире не достигнет менее примерно 2 мас. Соотношение между количествами борной кислоты и двухатомного спирта выбирают таким образом, чтобы вязкость сложного эфира при температуре 30^оС составляла, по меньшей мере, 100 МПа ^. с. Примеры иллюстрируют типичные соотношения между количествами борной кислоты и двухатомного спирта, при которых обеспечивается возможность достижения желаемой вязкости сложноэфирного продукта. В некоторых случаях для регулирования молекулярной массы сложноэфирного продукта в реакционную этерификационную смесь возможно добавление небольшого количества одноатомного спирта.

Двухатомные спирты, используемые в процессе получения вытесняемых водой боратных сложноэфирных разбавителей, которые применяют в соответствии с изобретением, представляют собой спирты, у которых когезионный полярный параметр Хансена (δ_p) и когезионный параметр водородной связи Хансена (δ_h) попадают в зону круга, определяемого как имеющий центр при δ_h 20,5 δ_p 13, и радиус 8,5. Когезионный параметр Хансена обычно выражают в данных трех компонентов (δ_h, δ_p, δ_d) где δ_h когезионный параметр водородной связи, δ_p полярный когезионный параметр, а δ_d дисперсионный когезионный параметр. Установлено, что для достижения целей изобретения дисперсионные когезионные параметры двухатомных спиртов являются практически идентичными (величины, которые были определены, варьируются в интервале приблизительно от 15,7 до 17,0), вследствие чего они мало влияют на выбор конкретного двухатомного спирта. Таким образом, обсуждение когезионных параметров Хансена при выборе двухатомного спирта, используемого при получении боратного сложноэфирного разбавителя, сокращается до двухмерной функции на основе полярного когезионного параметра и когезионного параметра водородной связи.

Когезионные параметры Хансена δ_h и δ_p для выбранных многоатомных спиртов приведены в табл.1.

Данные, приведенные в табл.1, иллюстрируют в виде графика зависимости величин δ_h от δ_p на фиг.1.

Мономерная смесь, использованная при осуществлении предлагаемого способа, содержит гидрофильный мономер, в частности ОЭМА, в качестве основного компонента, один или несколько сшивающих агентов и возможно небольшие количества других мономеров, в частности метакриловую кислоту. ОЭМА является предпочтительным гидрофильным мономером. Мономеры, которые могут быть использованы, включают в себя 2-оксиэтилакрилат, 2-оксипропилметакрилат, 2-оксипропилакрилат, 3-оксипропилметакрилат, N-винилпирролидон, монометакрилат глицерина, моноакрилат глицерина. Сшивающие агенты, которые могут быть использованы либо индивидуально, либо в сочетании, включают в себя этиленгликольдиметакрилат, триметилолпропантриметакрилат, триметакрилат глицерина, полиэтиленгликольдиметакрилат (мол. м. полиэтиленгликоля составляет, например, приблизительно до 400), другие полиакрилатные и полиметакрилатные сложные эфиры. Сшивающий агент используют в обычных количествах, например, от 0,1 до 3, предпочтительно в количестве от 0,2 до 2 мас.ч. на 100 мас.ч. ОЭМА или другого мономера. Мономеры, которые могут быть использованы, включают в себя метакриловую кислоту. Метакриловую кислоту обычно используют в количестве от 0,2 до 8 мас.ч. на каждые 100 мас.ч. ОЭМА. Могут входить в состав полимеризационной смеси и метоксиэтилметакрилат, акриловая кислота.

Гидрофобные мономеры могут входить в состав мономерной смеси. Примерами таких гидрофобных мономеров являются абсорбирующие УФ-излучение мономеры, в частности бензотриазол(мет)акрилатные эфиры, такие как 2-[2'-окси-5'-акрилоилоксиалкилфенил] -2H- бензотриазолы, 2-[2'-окси-5'-акрилоилоксиалкоксифенил] -2H- бензотриазолы и 2-[2'-оксифенил(5/6)акрилоилалкокси] бензотриазолы. Конкретные примеры бензотриазоловых (мет)акрилатных эфиров, поглощающих УФ-излучение, которые могут быть использованы в соответствии с изобретением, включают в себя следующие соединения: 2-[2'-окси-5'-метакрилоксиэтилфенил] -2H- бензотриазол, 2-[2'-окси-5'-метакрилоксиэтилфенил] -5-хлор-2Н- бензотриазол, 2-[2'-окси-5'-метакрилоксипропилфенил]-5-хлор-2Н- бензотриазол, 2-[2'-окси-5'-метакрилоксипропил- 3'-трет-бутилфенил -2Н-бензотриазол, 2-[2'-окси-5'-метакрилоксипропил-3'-трет- бутилфенил]-5-хлор-2Н-бензотриазол, 2-[2'-окси- 5'-(2- метакрилоилоксиэтокси)-3'-трет-бутилфенил] -5-метокси-2Н- бензотриазол, 2-[2'-окси-5'-(гамма-метакрилоилоксипропок- си)-3'- трет-бутилфенил] -5-метокси-2Н-бензотриазол и 2-[3'-трет-бутил-2'- окси-5-метоксифенил]-5-[3'-метакрилоилоксипропок- си]бензотриазол.

Другие гидрофобные мономеры, которые могут быть введены в полимеризационную реакционную смесь с различными целями, включают в себя бензофеноновые произвольные, алкил(мет)акрилаты с длинными молекулярными цепями, в частности Н-додецилметакрилат, стеарилметакрилат, н-октилметакрилат, н-додецилакрилат.

Бензотриазоловые (мет)акрилатные эфиры, поглощающие УФ-излучение, используют в составе мономерной смеси в количестве, эффективном для абсорбирования УФ-излучения в готовой линзе. Обычно количество поглощающего УФ-излучение мономера находится в интервале от 1 до 10 мас.ч. на каждые 100 мас.ч. основного гидрофильного мономера, в частности ОЭМА.

Мономерная смесь содержит катализатор. Этот катализатор может представлять собой соединение, образующее свободные радикалы, в частности перекись лауроила, перекись бензоила, изопропилперкарбонат, азо-бис-изобутиронитрил. Катализатор может представлять собой фотоинициирующую систему, в частности ароматический альфа-оксикетон или третичный амин совместно с дикетоном. Типичными примерами фотоинициаторных систем являются 4-(2-оксиэтокси)-фенил-2-окси-2-пропилке-тон и сочетание камфорхинона с этил-4-(N,N-диметиламино)бензоатом. Такой катализатор используют в каталитически эффективных количествах, например от 0,1 до 2 мас.ч. на каждые 100 мас.ч. ОЭМА.

П р и м е р 1. Контактные линзы формуют из реакционной смеси, приведенной в табл.2.

Реакционную смесь помещают в прозрачные полистирольные формы, одну из сторон формы подвергают воздействию УФ-излучения 1,7 Дж/см² в течение от 6 до 12 мин.

П р и м е р 2. Состав для изготовления линз, поглощающих УФ-излучение.

Создавая условия, аналогичные примеру 1, контактные линзы формуют с использованием реакционной смеси, приведенной в табл.3.

П р и м е р 3. Ряд эфиров борной кислоты и двухатомных спиртов получают в соответствии со следующей процедурой.

Борную кислоту и двухатомный спирт загружают в 1-литровый роторный испаритель и постепенно нагревают до температуры 90^оС (время, необходимое для достижения 90^оС, составляет приблизительно 1 ч), одновременно поддерживая умеренный вакуум (100 Торр). После достижения 90^оС создают полый вакуум (10 Торр) и реакцию продолжают в течение 3 ч при 90^оС. После охлаждения содержание воды определяют титрованием по Карлу Фишеру, а вязкость боратного эфира при 30^оС измеряют с помощью вискозиметра Брукфилда (6, 12 и 30 об/мин). Боратные эфиры, полученные в соответствии с изложенной методикой, идентифицированы в табл. 4. В этой таблице идентифицированы использованные диоды с помощью сокращенных названий, которые приведены в табл.1, и один триол, то есть глицерин ("гли"), который применяют в ходе контрольного эксперимента; число молей каждого компонента (спирта и борной кислоты) и молярное соотношение спирта и борной кислоты, которые являются исходными реагентами в процессе получения эфира.

Многие из боратных эфиров, которые идентифицированы в табл.4, оценивают в качестве вытесняемых водой разбавителей при мономерном составе, приведенном в табл.5.

Эту мономерную композицию, которая содержит 0,4 мас. ч. сшивающего агента, выбирают для оценки, поскольку значения модуля Юнга для гидрогелей, полученных из этой композиции, могут быть хорошо скореллированы с ожидаемыми характеристиками в применении контактных линз. Установлено, что если модуль Юнга для гидрогеля, полученного с использованием такой композиции (которая включает в себя 0,4 мач.ч. полифункционального сшивающего агента), составляет, по меньшей мере, приблизительно 0,10-0,12 МПа, можно предположить, что прочность гидрогеля, полученного из смеси такого же состава, окажется достаточной для использования в виде мягких контактных линз. В обычной технологической практике количество полифункционального сшивающего агента, в частности этиленгликольдиметакрилата и триметилолпропана, обычно составляет приблизительно 0,2-1,0 мас.ч. Мягкие контактные линзы изготавливают из смеси мономера с разбавителем, которые приведены выше, в прозрачных полистирольных формах по примеру 1. Смесь мономера с разбавителем в каждой форме с одной стороны подвергают УФ-излучению 1,7 Дж/см² в течение 10 мин при 55^оС (лампы Т1 09 с пиковым излучением при 350 нм).

Линзы, изготовленные из разбавительно-мономерных смесей, оценивают по следующим показателям: внешний вид линзы как внутри формы, так и после извлечения из нее; модуль Юнга гидратированных линз; усилие, необходимое для извлечения отформованных линз из форм.

Результаты оценки приведены в табл.6 и 7. В табл.6 указаны номера примеров, двухатомный спирт, используемый для получения боратного эфира в качестве разбавителя, внешний вид линз (С прозрачная, W белая, OS непрозрачная поверхность, О слегка непрозрачная) и значение модуля Юнга "Е" в МПа. В табл.7 приведена величина усилия, которое требуется для извлечения отформованных линз из форм при трех различных температурах.

Испытание для определения модуля Юнга.

Значения модуля Юнга линз, приведенные в табл.6, определены в соответствии со следующей методикой.

Линзы, использованные в ходе проведения данного испытания, характеризуются -1,0 диоптрии, 8,9+/-0,3 мм ОК (основная кривизна), 0,15+/-0,01 мм толщины в центре, 14,0+/-0,5 мм в диаметре.

Измеряют размеры линзы и, если они соответствуют техническим условиям, линзу помещают поверх прозрачного цилиндра из акрилового полимера (внешний диаметр 13 мм, внутренний диаметр 9,8 мм, высота 7,2 мм) таким образом, что фронтальный изгиб остается против внутренней верхней поверхности (в диаметре 9,8 мм) цилиндра из акрилового полимера. Устройство погружают в 0,9%-ный солевой раствор в середине камеры для измерения толщины анализатора контактных линз. Цилиндр и линзу центpируют так, что линза находится в горизонтальном положении, и центральную шкалу толщины регулируют таким образом, что имеется возможность измерить прогиб в центре фронтальной кривой поверхности. 3-миллиметровый стальной шарик (массой 0,2584 г) осторожно помещают на вогнутую сторону линзы. Центральная часть линзы будет прогибаться в зависимости от модуля линзы. Этот прогиб считывают в миллиметрах на центральной шкале толщины и по калибровочному графику, приведенному на фиг.2, можно определить модуль. Испытанию подвергают минимум 3 линзы из одной партии и прогиб каждой линзы измеряют 3 раза. Значение модуля представляет собой среднюю величину, по меньшей мере, 9 измерений.

Испытание по извлекаемости из формы.

Испытание проводят с целью оценить усилие, которое требуется для размыкания формы, в которой получена смесь полимера с разбавителем, и результаты сведены в табл.7. Испытание состоит в следующем.

Для измерения усилий при размыкании форм используют зажимное приспособление и установку, которые показаны на фиг.3. Прибор, используемый для измерения усилия, представляет собой лабораторную машину 1 для измерения прочности при растяжении. 50-фунтовый (22,7 кг) динамометрический датчик применяют в сочетании с самописцем 2, рассчитанным на 20-фунтовую (9,1 кг) полную шкалу. Температуру регулируют с помощью тепловой пушки, подключенной к реостату. Для измерения температуры смеси полимера с разбавителем используют термопару Т-типа. Зажимное приспособление 3 удерживает образец 4 на месте в процессе испытания, а рычаг 5 используют для оттягивания верхней половины 6 формы от нижней ее половины 7.

Образец включает в себя верхнюю 6 и нижнюю 7 половины формы 4, которые соединены вместе матрицей 8 из полимера и разбавителя. Образцы для испытания представляют собой свежеизготовленные заполненные формы постоянных размеров. Немедленно после завершения полимеризации формы помещают в сушильный шкаф, что позволяет предотвратить абсорбирование влаги полимером или разбавителем.

Подвергаемый испытанию образец помещают в держатель для образца, как это показано на фиг.3. Зажимное приспособление для образца удерживают нижним зажимом прибора с давлением 36 фунт/дюйм², 2,53 кг/см². Весь образец расположен под углом 20^о к горизонтальной плоскости в зажимном приспособлении. Нижняя половина 7 формы удерживается на месте в процессе испытания за счет введения четырех шпилек (на рисунке показаны только две в поперечном разрезе) 9, 10 по периферии нижней половины 7 формы через 90^о-интервалы. Рычаг 5, используемый для оттягивания верхней половины 6 от нижней половины 7, находится между двумя половинами и удерживается на месте верхним зажимом прибора. Скорость, с которой этот рычаг тянет верхнюю половину, регулируют скоростью перемещения направляющей головки прибора. Воздушный поток тепловой пушки направляют непосредственно на верхнюю половину формы с целью поддержать ее постоянный подогрев. Температуру этого воздушного потока регулируют реостатом. За температурой образца следят посредством введения термопары в матрицу полимера с разбавителем 8. Когда измеряемая с помощью термопары температура равна желаемой, направляющая головка прибора перемещается со скоростью 1 дюйм/мин (2,54 см/мин). Усилие размыкания формы измеряют при температурах 30, 55 и 80^оС.

Усилие, которое необходимо для разрушения адгезии полимера разбавителя к верхней половине 6 как функция времени, фиксируется самописцем. По результатам этой записи определяют минимальное усилие для размыкания формы.

По данным видно, что только те сложные эфиры, которые получены из диолов, характеризующихся параметрами Хансена, попадающими в определенную зону, позволяют изготовлять прозрачные линзы (что является существенным для контактных линз), и только те, вязкость которых превышает 100 МПа ^. с, характеризуются значениями модуля, достаточно высокими для использования в контактных линзах.

Данные о размыкании формы ясно демонстрируют, что диоловые эфиры обеспечивают упрощенную извлекаемость из формы.

Для иллюстрации повышения производительности, достигнутой при использовании диолоборатных эфиров вместо глицеринборатного эфира, подсчитывают число поверхностных дефектов на 80 линзах трех партий, причем линзы изготовлены из смеси мономер эфир по примеру 1. При использовании эфира диэтиленгликоля и борной кислоты (пример 21 в табл.4), процентное количество поверхностных дефектов составляет 10,4% если разбавитель представляет собой эфир 1,4-бутандиола и борной кислоты (пример 12 в табл.4), процентное количество поверхностных дефектов составляет 13,0% а если разбавителем являлся эфир глицерина и борной кислоты (пример 20 в табл.4), процентное число поверхностных дефектов составляет 30,4% Это улучшение является ценным в сравнении с тем, что достигается при осуществлении способа-прототипа.

Формула изобретения

Способ получения формованных гидрогелевых изделий, например контактных линз, путем смешения мономерной смеси на основе гидрофильного (мет)акрилатного мономера со сшивающим агентом и вытесняющим водой разбавителем, представляющим собой эфир борной кислоты и двухатомных спиртов, с последующей полимеризацией смеси и вытеснением разбавителя водой, отличающийся тем, что в качестве разбавителя используют разбавители с вязкостью не менее 100 МПа · с при температуре 30^oС на основе спиртов, когезионный полярный параметр Хансена δ_p и когезионный параметр водородной связи Хансена δ_h которых охватываются зоной круга, расположенного в координатах δ_p и δ_h и имеющего центр при δ_h= 20,5, δ_p= 13 и радиус, равный 8,5 в масштабе этих координат.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве гидрофильного мономера используют гидроксиалкил(мет)акрилат.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве гидроксиалкил(мет)акрилата используют 2-гидроксиэтилметакрилат.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют разбавитель с вязкостью по меньшей мере 500 МПа · с при температуре 30^oС.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют разбавитель на основе двухатомного спирта, выбранного из группы, включающей этиленгликоль, 1,2-пропандиол, 1,4-бутандиол, 1,6-гександиол, 2,5-гександиол, 1,8-октандиол, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, тетраэтиленгликоль, полиэтиленгликоль с мол. м. приблизительно 2000, дипропиленгликоль и трипропиленгликоль.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что используют разбавитель на основе двухатомного спирта, выбранного из группы, включающей 1,4-бутадиол, 1,6-гександиол, 2,5-гександиол, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, полиэтиленгликоль с мол. м. приблизительно 1000, дипропиленгликоль и трипропиленгликоль.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве разбавителя используют разбавитель на основе 1,4-бутандиола.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве разбавителя используют разбавитель на основе диэтиленгликоля.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют мономерную смесь, содержащую метакриловую кислоту.

10. Способ по пп.1 9, отличающийся тем, что используют мономерную смесь, дополнительно содержащую гидрофобный мономер.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что в качестве гидрофобного мономера используют сложный эфир бензотриазола.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что в качестве эфира бензотриазола используют 2-(2-гидроксо -5-метакрилоксипропил-3-трет.бутилфенил)-5-хлор-20Н-бензотриазол.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8