Способ получения полимерного материала для мягких контактных линз

 

Полимерный материал для гидрогельных контактных линз получают радикальным синтезом путем сополимеризации 50-80 мас.% N-винилпирролидона, 10-40 мас. % 2-гидроксиэтилметакрилата, 5-15 мас.% метилметакрилата в присутствии 0,005-5 мас. % сшивающего агента, в качестве которого выступают дифункциональные производные метакриловой кислоты, и 0,01-1 мас.% инициатора радикальной (со)полимеризации, в качестве которого выступает динитрил азодиизомасляной кислоты. При этом осуществляют динамичный тепловой нагрев по экспоненциальному закону от 30 до 130^oС в течение 72 ч. Технический результат - улучшение физико-механических свойств материала в гидратированном состоянии при сохранении хороших оптических свойств. 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области синтеза полимерных гидрогельных материалов и может быть использовано в медицине в качестве материала для мягких контактных линз.

Известен способ получения полимерного материала для мягких контактных линз [патент RU 2119927, МКИ С 08 F 226/10 опубл. 10.10.98] путем сополимеризации N-винилпирролидона и метилметакрилата в присутствии дивинилового сшивающего агента под действием ионизирующего излучения. Ионизирующее излучение осуществляют последовательными импульсами с временной выдержкой после каждого импульса по определенной схеме до достижения общей экспозиционной дозы 10,5-14,0 кГр.

К недостаткам данного способа следует отнести необходимость наличия дорогостоящей установки ионизирующего излучения, помимо этого источник ионизирующего излучения со временем деградирует (падает мощность излучения), что, как показал опыт, достаточно сильно влияет на процесс полимеризации и вынуждает для поддержания воспроизводимости получаемого по этому способу материала постоянно изменять технологическую схему процесса. Кроме того, процесс полимеризации достаточно чувствителен к изменениям температуры и в силу невозможности термостатировать источник ионизирующего излучения приходится кондиционировать все помещение вместе с источником, что значительно усложняет процесс изготовления данного материала.

Также известен способ получения гидрогельного полимерного материала [а. с. 825548, МКИ С 08 F 271/02, G 02 С 7/04 опубл. 05.05.81] путем взаимодействия поливинилпирролидона молекулярной массы 11000-16000 в количестве 10-40 вес. % и гидроксиалкилметакрилата в количестве 40-85 вес.% в присутствии сшивающего агента полиэтиленгликольдиметакрилата молекулярной массы 1500 или олигоуретандиметакрилата молекулярной массы 456 в количестве 5-20 вес.%.

К недостаткам данного способа следует отнести недостаточно высокие физико-механические характеристики (предел прочности при растяжении и относительное удлинение при разрыве) в гидратированном состоянии, присущие гидрогельным материалам с высоким влагосодержанием (61-84%). Кроме того, высокое для данного класса полимеров относительное удлинение при разрыве сухого, не гидратированного образца (11-20%) говорит о достаточно высокой эластичности полимера, что ограничивает материал по применяемым к нему методам механической обработки и свидетельствуют о том, что материал содержит значительные количества непрореагировавших мономеров, что ограничивает применение материала в медицине.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения гидрофильных сшитых сополимеров N-винилпирролидона для корригирующих контактных линз [а. с. SU 1025129, МКИ С 08 F 226/10 опубл. 23.04.88] путем сополимеризации: N-винилпирролидона 44-80 мас.%; метилметакрилата и/или стирола 15-43 мас.%; акриламида 5-12 мас.%; дивинильного сшивающего агента - остальное под действием температуры в присутствии инициатора радикальной полимеризации.

К недостаткам данного способа следует отнести недостаточно высокие физико-механические характеристики (предел прочности при растяжении и относительное удлинение при разрыве) в гидратированном состоянии, присущие гидрогельным материалам с высоким влагосодержанием (56-82%). Кроме того, содержание исходных мономеров в сополимере 10-12% (степень конверсии 88-90%) в силу высокой физиологической активности этих мономеров недопустимо высоко для гидрогельных материалов, применяемых в медицине, что ограничивает применение данного материала и ухудшает его физико-механические и оптические свойства.

Задачей изобретения является увеличение степени конверсии гидрогельного полимерного материала для увеличения физико-механических характеристик при сохранении высоких оптических свойств.

Поставленная задача решается тем, что при получении полимерного материала для мягких контактных линз путем сополимеризации N-винилпирролидона, метилметакрилата и сшивающего агента в присутствии инициатора радикальной полимеризации под действием температуры, предлагается в качестве сшивающего агента использовать дифункциональные производные метакриловой кислоты и сополимеризацию проводить в присутствии 2-гидроксиэтилметакрилата при содержании компонентов, мас.%: N-винилпирролидона - 50 - 80 2-Гидроксиэтилметакрилата - 10 - 40 Метилметакрилата - 5 - 15 Сшивающего агента - 0,05 - 5 Инициатора радикальной полимеризации - 0,01 - 1 при этом действие температуры проводить путем динамичного теплового нагрева с изменением температуры по экспоненциальному закону.

Изменение температуры по экспоненциальному закону предлагается осуществлять от 30 до 130^oС в течение 72 часов.

В процессе радикального синтеза при определенных условиях (экспоненциальное изменение температуры в реакционной смеси, концентрация мономеров и их соотношение, концентрация сшивающих агентов и инициатора) получают твердый сополимер с линейно-разветвленной структурой, способный после набухания в воде образовывать прочный прозрачный гидрогель.

Верхняя граница концентрации N-винилпирролидона и соответственно нижние границы концентраций 2-гидроксиэтилметакрилата, метилметакрилата и сшивающего агента определяются тем, что при более высоких концентрациях N-винилпирролидона и более низких концентрациях других веществ ухудшаются физико-механические свойства (прочность на разрыв и относительное удлинение при разрыве) получаемого после гидратации сополимера гидрогеля.

При уменьшении нижней границы концентрации N-винилпирролидона и соответственно увеличении верхних границ концентраций 2-гидроксиэтилметакрилата, метилметакрилата и сшивающего агента ухудшаются оптические свойства (прозрачность в оптическом диапазоне спектра) получаемого после гидратации сополимера гидрогеля.

Кроме того, при уменьшении нижней границы концентрации сшивающего агента увеличивается растворимость сополимера в воде, что приводит к увеличению доли экстрагируемых из гидрогеля олигомеров и непрореагировавших мономеров, а верхняя граница концентрации сшивающего агента определяет требуемое влагосодержание получаемого гидрогеля.

Нижняя граница концентрации инициатора определяется тем, что при более низких концентрациях инициатора увеличивается время процесса сополимеризации без улучшения характеристик полимера, а верхняя граница концентрации инициатора определяется тем, что при более высоких концентрациях инициатора процесс сополимеризации проходит с высокой скоростью, что ухудшает физико-механические свойства получаемого гидрогеля и увеличивает долю низкомолекулярных фракций сополимера.

Режим температурно-динамичного теплового нагрева, где температура реакционной смеси в процессе синтеза меняется по экспоненциальному закону от 30 до 130^oС в течение 72 часов, наилучшим способом поддерживает постоянную скорость полимеризации, определяемую природой инициатора (период полураспада инициатора, энергия активации, коэффициент диффузии), температурой реакционной смеси в каждый конкретный момент времени, природой реагирующих мономеров, наличием гель-эффекта. Постоянная контролируемая скорость полимеризации устраняет самоускорение процесса полимеризации, при этом уменьшается скорость обрыва цепи полимера, вследствие чего растет степень полимеризации, что приводит к улучшению физико-механических и оптических характеристик получаемого полимерного материала, уменьшению доли непрореагировавших мономеров, исчезновению внутренних напряжений вследствие отсутствия внутренних локальных перегревов, поскольку избыточное тепло, выделяющееся за счет теплового эффекта реакции, успевает отводиться в окружающую среду.

Начинать полимеризацию при температуре менее 30^oС нецелесообразно вследствие очень низкой скорости полимеризации при этой температуре и в силу условия поддержания скорости полимеризации постоянной ведет к неоправданно большому времени синтеза полимера. Повышение температуры более 130^oС приводит к внутримолекулярным реакциям полимера и его деструкции. При времени полимеризации менее 72 часов реакция проходит не полностью, материал содержит достаточное количество непрореагировавшего мономера, а увеличение времени полимеризации более 72 часов приводит к неоправданному затягиванию процесса.

Способ осуществляется следующим образом. В 50-80 мас.% N-винилпирролидона добавляют последовательно с перемешиванием 10-40 мас.% 2-гидроксиэтилметакрилата, 5-15 мас.% метилметакрилата, 0,05-5 мас.% сшивающего агента, в качестве которого выступают дифункциональные производные метакриловой кислоты, и 0,01-1 мас.% инициатора радикальной (со)полимеризации, в качестве которого выступает динитрил азодии-зомасляной кислоты (ДАК). После растворения ДАК смесь фильтруют, продувают током осушенного азота и разливают в герметичные полипропиленовые цилиндры диаметром 12-15 мм. Цилиндры помещают в термостат и нагревают в течение 72 часов, увеличивая температуру в термостате от 30 до 130^oС в соответствии с экспоненциальным законом. Затем из цилиндров вынимают твердый блок сополимера и используют для изготовления гидрогельных мягких контактных линз методом токарного точения.

Пример 1. В колбу на 150 мл наливают 53,5 г свежеперегнанного N-винилпирролидона, добавляют последовательно с перемешиванием 40 г свежеперегнанного 2-гидроксиэтилметакрилата, 5 г свежеперегнанного метилметакрилата, 1 г очищенного диметакрилового эфира диэтиленгликоля (ДМЭДЭГ) и 0,5 г ДАК. После растворения ДАК смесь фильтруют, продувают током осушенного азота и разливают в герметичные полипропиленовые цилиндры диаметром 15 мм. Цилиндры помещают в термостат и нагревают в течение 72 часов, увеличивая температуру в термостате от 30 до 130^oС в соответствии с экспоненциальным законом. Затем цилиндры достают из термостата, охлаждают до комнатной температуры и вынимают из них твердые блоки сополимера. Блоки сополимера бесцветные, прозрачные, твердые. Полученный материал после гидратации в воде при 25^oС имеет следующие свойства: Водосодержание, % - 40 Степень конверсии (содержание гель-фракции), % - 97 Светопропускание % - 98
Показатель преломления - 1,408
Предел прочности при растяжении, кГс/см² - 3,5
Относительное удлинение при разрыве, % - 75
Водосодержание определяют по формуле
(m_h-m_o)100/m_h,
где m_h - масса гидратированного образца;
m_о - масса сухого образца.

Степень конверсии определяют по формуле
m₁100/m_o,
где m₁ - масса высушенного после экстракции образца;
m_о - масса сухого образца.

Экстракцию проводят в течение 60 часов в аппарате Сокслета. После экстракции образцы высушивают в вакуумном сушильном шкафу до постоянного веса. Светопропускание определяют на спектрофотометре Specord-М40, показатель преломления - на рефрактометре RL-2. Предел прочности при растяжении и относительное удлинение при разрыве определяют на разрывной машине РМБ-30.

Приведенные в таблице примеры 2-4 осуществляют аналогично примеру 1, но при иных соотношениях исходных компонентов.

Сополимер, получаемый предлагаемым способом, обладает высокой степенью конверсии - 95-96% (в прототипе 88-90%), что определяет его высокие физико-механические свойства в гидратированном состоянии (предел прочности при растяжении 3,1-5,2 кГс/см², относительное удлинение при разрыве 71-90%), что обеспечивает более длительный эксплуатационный период мягкой контактной линзы. Высокая степень конверсии определяет также высокую твердость сухого полимера, что позволяет очень точно обрабатывать и полировать материал, обеспечивая комфортность пациентам, уменьшить брак при производстве линз. Высокая эластичность материала и низкое содержание экстрагируемых веществ позволяют снизить конъюнктивитные заболевания у пациентов. Данный сополимер, обладая водосодержанием 40-60%, позволит заменить широко используемый в настоящее время и морально устаревший материал "Гиполан" с 38% водосодержанием, ряд импортных материалов.

Формула изобретения

1. Способ получения полимерного материала для мягких контактных линз путем сополимеризации N-винилпирролидона, метилметакрилата и сшивающего агента в присутствии инициатора радикальной полимеризации под действием температуры, отличающийся тем, что в качестве сшивающего агента используют дифункциональные производные метакриловой кислоты и сополимеризацию проводят в присутствии 2-гидроксиэтилметакрилата при содержании компонентов, мас.%:
N-винилпирролидон - 50-80
2-гидроксиэтилметакрилат - 10-40
Метилметакрилат - 5-15
Сшивающий агент - 0,05-5
Инициатор радикальной полимеризации - 0,01-1
при этом действие температуры проводят путем динамичного теплового нагрева с изменением температуры по экспоненциальному закону.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменение температуры по экспоненциальному закону осуществляют от 30 до 130^oС в течение 72 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1