有機(jī)硅(甲基)丙烯酰胺單體、聚合物、眼用透鏡以及接觸鏡片的制作方法
【專利說明】有機(jī)硅(甲基)丙烯酰胺單體、聚合物、眼用透鏡以及接觸鏡片
[00011 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2011年3月17日、申請(qǐng)?zhí)枮?01180014560.7、發(fā)明名稱為"有機(jī) 硅（甲基)丙烯酰胺單體、聚合物、眼用透鏡以及接觸鏡片"的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)專利申請(qǐng)
[0003] 本專利申請(qǐng)要求2011年3月15日提交的美國專利申請(qǐng)No. 13/048,469和2010年3月 18日提交的日本專利申請(qǐng)No. JP-2010-061991的優(yōu)先權(quán)。
【背景技術(shù)】
[0004] 本發(fā)明涉及在分子中具有直鏈硅氧烷基團(tuán)并且優(yōu)選地具有羥基的有機(jī)硅（甲基） 丙烯酰胺單體。通過聚合該單體得到的聚合物適用于各種醫(yī)療工具，諸如眼用透鏡、內(nèi)窺 鏡、導(dǎo)管、輸液管、輸氣管、支架、鞘管、袖帶、管連接器、進(jìn)人□、引流袋、血液流路、創(chuàng)面覆蓋 材料以及各種類型的藥物載體，但是尤其適用于接觸鏡片、眼用透鏡以及人工角膜。
[0005] 相關(guān)領(lǐng)域的說明
[0006] 近年來，通過共聚有機(jī)硅單體、親水單體和交聯(lián)劑單體獲得的有機(jī)硅水凝膠作為 用于連續(xù)佩戴的接觸鏡片材料而為人們所熟知。專利文獻(xiàn)1公開了通過下式(xl)和(x2)表 示的適用于制造有機(jī)硅水凝膠的有機(jī)硅丙烯酰胺單體。
[0007]
[0008]
[0009] 個(gè)J又明八丄T兒旺IAJWiB兀/K平?牛tfJfl T兒旺又t遷旺羊W兀駐圖，四 此通過聚合這些單體獲得的聚合物可能具有較差的形狀復(fù)原性質(zhì)。本文中，支鏈?zhǔn)侵高@樣 一種情況，其中始于鍵合到分子碳主鏈上的硅原子的31-(0^\鍵(其中X為1或大于1的整 數(shù))不是連續(xù)單鏈。因此，如果使用直鏈硅氧烷基團(tuán)，將會(huì)增大疏水性并存在與親水性物質(zhì) 的相容性會(huì)較差的擔(dān)憂。
[0010]此外，專利文獻(xiàn)1的組合物含有大約30至40重量份的甲基丙烯酸酯。雖然在均聚過 程中丙烯酰胺單體具有高于甲基丙烯酸酯的聚合速率常數(shù)，但是丙烯酰胺和甲基丙烯酸酯 共聚的速率則要明顯低得多并且整個(gè)體系的聚合速率將會(huì)因此降低。
[0011]另一方面，專利文獻(xiàn)2公開了由下式(yl)和(y2)表示的有機(jī)硅丙烯酰胺單體，以及 由該單體和親水性丙烯酰胺單體制得的有機(jī)硅水凝膠。
[0012
[0013] 丙烯酰胺單體占用于專利文獻(xiàn)2所公開的有機(jī)硅丙烯酰胺單體中的組合物的大部 分，并且預(yù)期整個(gè)體系的聚合速率會(huì)更高。然而，這些單體的有機(jī)硅區(qū)域還具有支鏈硅氧烷 基團(tuán)，因此通過聚合這些單體獲得的聚合物顯示出較差的形狀復(fù)原。此外，丙烯酰胺基團(tuán)的 酰胺鍵具有高親水性，因此從得到足量的有機(jī)硅組分以便提供高透氧度同時(shí)提供足夠的含 水量以便給透鏡提供柔韌性的角度來看，可能很難提供透明的透鏡。特別是，如果為了增加 表面的潤濕性而加入內(nèi)部潤濕劑，則得到透明的透鏡會(huì)特別困難。
[0014] 相關(guān)領(lǐng)域的參考文獻(xiàn)
[0015] 專利文獻(xiàn)
[0016] 專利文獻(xiàn) 1:US2005/0176911
[0017] 專利文獻(xiàn)2:日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)H10-212355

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本發(fā)明涉及具有高聚合速率的有機(jī)硅（甲基)丙烯酰胺單體，以及由此獲得的具有 良好透明性和形狀復(fù)原的聚合物。
[0019] 本發(fā)明還涉及以下組合物。即，
[0020] (1)-種有機(jī)硅（甲基）丙烯酰胺單體，其分子中包含（甲基)丙烯酰胺基團(tuán)以及具 有兩個(gè)或更多個(gè)_〇Si重復(fù)單元的直鏈硅氧烷基團(tuán)。
[0021] (2)根據(jù)（1)的有機(jī)硅（甲基)丙烯酰胺單體，其中該有機(jī)硅（甲基)丙烯酰胺單體還 包含至少一個(gè)羥基。
[0022] (3)根據(jù)(2)的有機(jī)硅(甲基)丙烯酰胺單體，其通過以下通式(a)表示。
[0023]
[0024] R表示氫原子或甲基;R1表示氫原子或具有1至20個(gè)碳原子的烷基或芳基，該烷基 或芳基可用羥基、酸、酯、醚、硫醇以及它們的組合取代;R 2表示Cho亞烷基或亞芳基，該亞烷 基或亞芳基可用羥基酸、酯、醚、硫醇以及它們的組合取代;其中R1或R 2中的至少一者具有羥 基;R3至R9獨(dú)立地表示具有1至20個(gè)碳原子的Cho烷基或芳基，其中任一者都可以用氟、羥 基、酸、酯、醚、硫醇以及它們的組合取代，并且η為1至10范圍內(nèi)的整數(shù)。
[0025] 本發(fā)明還涉及通過聚合包含至少一種如本文所述的有機(jī)硅（甲基)丙烯酰胺單體 的單體混合物得到的聚合物、眼用透鏡和接觸鏡片。
【附圖說明】
[0026] 圖1是通過光-DSC分析單體混合物的聚合反應(yīng)速率的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 本發(fā)明包含本發(fā)明的有機(jī)硅（甲基)丙烯酰胺單體，因此可提供具有高丙烯酰胺單 體含量的有機(jī)硅水凝膠，該有機(jī)硅水凝膠為透明的，并在含水量與潤濕性之間具有優(yōu)異的 平衡。
[0028] 通過聚合這種有機(jī)硅水凝膠獲得的聚合物適用于各種類型的醫(yī)療工具，尤其適用 于眼用透鏡，如接觸鏡片、人工晶體和人工角膜，并特別適用于接觸鏡片。
[0029] 本發(fā)明的有機(jī)硅（甲基)丙烯酰胺單體在分子中具有（甲基）丙烯酰胺基團(tuán)和直鏈 硅氧烷基團(tuán)，并在分子中優(yōu)選地具有至少一個(gè)羥基。硅氧烷基團(tuán)是指具有至少一個(gè)Si-0-Si 鍵的基團(tuán)，"直鏈"是指這樣的結(jié)構(gòu)，其中從鍵合到具有（甲基)丙烯酰胺基團(tuán)的烷基的硅原 子開始，以單行形式形成鍵，或換句話講，具有直鏈硅氧烷基團(tuán)的有機(jī)硅（甲基)丙烯酰胺單 體是指由下列通式(P)表示的結(jié)構(gòu)
[0030]
[0031]在式(P)中，1^表示具有（甲基）丙烯酰胺基團(tuán)的烷基。1^至把表示不含硅原子的基 團(tuán)。X表示2或更大的整數(shù)。與本發(fā)明的有機(jī)硅（甲基)丙烯酰胺不同，現(xiàn)有技術(shù)的有機(jī)硅（甲 基)丙烯酰胺在側(cè)鏈中包含有機(jī)硅的至少一部分。在式(P)中，X表示2或更大的整數(shù)，并且如 果X太小，則將無法實(shí)現(xiàn)足夠的透氧度，但如果太大，與親水單體的相容性將下降，并且將更 難獲得透明的透鏡。因此，在一些實(shí)施例中，X為介于3和7之間、介于3和6之間以及介于3和5 之間的值。此外，為了提高所得聚合物的物理特性的可重復(fù)性，X優(yōu)選地不具有分布。對(duì)于本 發(fā)明而言，術(shù)語"不具有分布"是指這樣的情況，其中在不同X值的各個(gè)峰中，最大峰的比率 為80%或更高，如對(duì)于可使用氣相色譜法(GC)(FID分析器)測量的單體而言通過GC測得，或 者對(duì)于不能使用GC測量的具有非常高沸點(diǎn)的單體而言通過液相色譜法(LC)(RI分析器)測 得。
[0032] 此外，在本說明書中，（甲基)丙烯?；侵副；图谆；⑶遥谆?丙烯酰胺是指丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺。
[0033] 本發(fā)明的不具有羥基的有機(jī)硅（甲基)丙烯酰胺單體包括由下式(sl)、（s5)和(s6)
[003^ 表示的單體；
[003?
[0036] 在這些單體中，從所得有機(jī)硅水凝膠的低模量的角度來看，由式(s5)和（s6)表示 的單體是更優(yōu)選的。
[0037] 對(duì)于本發(fā)明，值得關(guān)注的是，如果單體包含直鏈硅氧烷基團(tuán)，則疏水性將增大并且 與親水性物質(zhì)的相容性將較差，但具有酰胺鍵和羥基則可增大親水性。然而，如果羥基數(shù)太 高，聚合物的彈性模量將不利地較高，因此每個(gè)單體單元的羥基數(shù)在一個(gè)實(shí)施例中介于1和 6之間，在另一個(gè)實(shí)施例中介于1和3之間，進(jìn)一步地為1或2,并且其中所得聚合物的潤濕性 (低接觸角)尤其重要時(shí)，為2。
[0038] 此外，如果除直鏈硅氧烷基團(tuán)外還存在支鏈硅氧烷基團(tuán)，疏水性可能不利地較高。 因此，在一個(gè)實(shí)施例中，基于聚合組分，支鏈硅氧烷基團(tuán)以低于約15重量％的量存在，并且 在其他實(shí)施例中不存在支鏈硅氧烷基團(tuán)。
[0039] 為了增大聚合反應(yīng)速率，本發(fā)明的有機(jī)硅（甲基)丙烯酰胺單體具有（甲基)丙烯酰 胺基團(tuán)作為聚合基團(tuán)，因此可預(yù)期獲得增大的聚合反應(yīng)速率。使用丙烯酰胺單體作為親水 性物質(zhì)時(shí)，該影響尤其顯著。此聚合反應(yīng)速率的增加減少完成聚合反應(yīng)并生成最終材料所 需的固化時(shí)間。在丙烯酰胺基團(tuán)和甲基丙烯酰胺基團(tuán)中，從進(jìn)一步增大聚合反應(yīng)速率的角 度來看，丙烯酰胺基團(tuán)是優(yōu)選的。如上所述，如果存在酰胺基，則難以確保透明性，但如果存 在羥基，則可防止由于酰胺基的存在而使透明性降低。具體細(xì)節(jié)尚不清楚，但據(jù)認(rèn)為，除用 作增容劑外，羥基還可增加潤濕性。
[0040] 本發(fā)明的具有至少一個(gè)羥基的有機(jī)硅（甲基)丙烯酰胺單體的優(yōu)選結(jié)構(gòu)的例子為 由下列通式(a)表示的單體。
[0041 ][式 4]
[0042]
[0043] 在式(a)中，R表示氫原子或甲基。在一個(gè)實(shí)施例中，R為氫原子并且有機(jī)硅（甲基） 丙烯酰胺表現(xiàn)出增大的聚合反應(yīng)速率。
[0044] 在式(a)中，R1表示氫原子或具有1至20個(gè)碳原子的烷基或芳基，該烷基或芳基可 以被羥基、酸、酯、醚、硫醇以及它們的組合取代。
[0045] 在一個(gè)實(shí)施例中，R1為氫原子或具有1至5個(gè)碳原子的烷基，該烷基可以被羥基、酸 或酯基取代。在另一個(gè)實(shí)施例中，R 1為具有1至5個(gè)碳原子的烷基，并且可以是未取代的或被 至少一個(gè)羥基取代。R1的例子包括氫原子、甲基、乙基、丙基、正丙基、異丙基、正丁基、仲丁 基、叔丁基、正戊基、異戊基、仲戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基、二十 烷基、苯基、萘基(所有這些基團(tuán)都可以如上所述被取代)等等。在一個(gè)實(shí)施例中，R 1選自甲 基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、仲丁基、或叔丁基，其中任何一個(gè)都可以被羥基取代。在 另一個(gè)實(shí)施例中，R 1選自氫原子、甲基、乙基。氫原子、甲基和乙基為有機(jī)硅（甲基)丙烯酰胺 單體提供增強(qiáng)的親水性。羥基取代的R 1基團(tuán)的例子包括2-羥乙基、2-羥丙基、3-羥丙基、2， 3- 二羥基丙基、4-羥基丁基、2-羥基-1，1-二(羥甲基）乙基、2-羥甲基苯基、3-羥甲基苯基、 4- 羥甲基苯基等。在一個(gè)實(shí)施例中，R1選自2-羥乙基、2-羥丙基和2，3_二羥基丙基，在另一 個(gè)實(shí)施例中，R 1為2,3-二羥基丙基。2,3-二羥基丙基為有機(jī)硅（甲基）丙烯酰胺提供增強(qiáng)的 親水性。此外，如果必須進(jìn)一步提高通過聚合有機(jī)硅（甲基)丙烯酰胺單體而獲得的聚合物 的透明性，則R 1優(yōu)選地不為氫原子。
[0046] R2表示二價(jià)心-^)亞烷基或芳基，其可以被羥基、酸、酯、醚、硫醇以及它們的組合取 代。在另一個(gè)實(shí)施例中，R 2選自亞烷基，其可以是未取代的或者被羥基、醚基以及它們的 組合取代。在另一個(gè)實(shí)施例中，R2選自C 2-5亞烷基，其可以是未取代的或者被羥基、醚基以及 它們的組合取代，并且在另一個(gè)實(shí)施例中，R 2為C3亞烷基，其可以是未取代的或者被羥基、 醚基以及它們的組合取代。在另一個(gè)實(shí)施例中，R 2為式(d)的基團(tuán)：
[0047] -CH2CH(OH)CH2- (d)
[0048] 或由下式(b)表示的基團(tuán)：
[0049] -CH2CH(OH)CH2〇CH2CH2CH2- (b)
[0050] 合適的R2基團(tuán)的例子包括:亞甲基、亞乙基、亞丙基、亞丁基、亞戊基、亞辛基、亞癸 基和亞苯基(其中任何一個(gè)都可以是未取代的或者被至少一個(gè)羥基取代）以及由下式(d)表 不的基團(tuán)：
[0051] -CH2CH(OH)CH2- (d)
[0052] 和由下式(b)表示的基團(tuán)：
[0053] -CH2CH(OH)CH2〇CH2CH2CH2- (b)
[0054] 這些亞烷基和亞芳基可以是直鏈的或支鏈的。其中，在一些實(shí)施例中，亞乙基、亞 丙基、亞丁基、由式(d)和(b)表不的基團(tuán)是優(yōu)選的，并且包含這些基團(tuán)的有機(jī)娃（甲基)丙稀 酰胺聚合形成具有低彈性模量的聚合物。在另一個(gè)實(shí)施例中，R2選自亞乙基、亞丙基或亞丁 基，在另一個(gè)實(shí)施例中，從實(shí)現(xiàn)通過聚合有機(jī)硅（甲基)丙烯酰胺單體而獲得的聚合物的疏 水性與降低的彈性模量之間的平衡的角度來看，R 2為正亞丙基。
[0055] 在式(a)中，R3至R9獨(dú)立地表示具有1至20個(gè)碳原子的烷基或芳基，其中任何一個(gè)都 可以被氟、羥基、酸、酯、醚、硫醇以及它們的組合取代。R 3至R8的例子包括氫原子、甲基、乙 基、丙基、正丙基、異丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、異戊基、仲戊基、新戊基、己基、 庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基、二十烷基、苯基、萘基(其中任何一個(gè)都可以被氟、羥基 或它們的組合取代)等等。在一些實(shí)施例中，具有1至4個(gè)碳原子的烷基是優(yōu)選的，并且從增 大透氧度的角度來看，甲基是最優(yōu)選的。R 9獨(dú)立地表示具有1至20個(gè)碳原子的烷基或芳基。R9 的例子包括氫原子、甲基、乙基、丙基、正丙基、異丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、異 戊基、仲戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十二烷基、二十烷基、苯基、萘基(其中 任何一個(gè)都可以被氟、羥基或它們的組合取代)等等。對(duì)于R 9,具有1至4個(gè)碳原子的烷基是 優(yōu)選的，并且在一些實(shí)施例中，根據(jù)透氧度和硅氧烷基團(tuán)的耐水解性之間的平衡，正丁基、 仲丁基或叔丁基(可以是未取代的或被羥基取代)是最優(yōu)選的。在其他實(shí)施例中，R 9可以是 甲基或乙基。
[0056] 在式(a)中，η表示1和10之間的整數(shù)，并且如果η太小，則可能無法實(shí)現(xiàn)所需的透氧 度，但如果太大，與親水單體的相容性將下降，并且將更難獲得透明的透鏡。因此，在一些實(shí) 施例中，η為介于2和6之間、介于2和5之間以及介于2和4之間的值。下限值的任何一個(gè)和優(yōu) 選上限值的任何一個(gè)可組合在一起。此外，為了提高所得聚合物的物理特性的可重復(fù)性，η 優(yōu)選地不具有分布。對(duì)于本發(fā)明而言，術(shù)語"不具有分布"是指這樣的情況，其中在不同η值 的各個(gè)峰中，最大峰的比率為80%或更高，如對(duì)于可使用氣相色譜法(GC)(FID分析器)測量 的單體而言通過GC測得，或者對(duì)于不能使用GC測量的具有非常高沸點(diǎn)的單體而言通過液相 色譜法(LC)(RI分析器)測得。
[0057]可通過合成有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何方法制備本發(fā)明的有機(jī)硅（甲 基)丙烯酰胺單體。由式(a)表示的有機(jī)硅（甲基)丙烯酰胺單體的制備方法的例子
[0058]
[0059] 包括對(duì)由下式(alO)表示的化合物
[0060]
[0061 ] 使用由下式(al 1)表示的直鏈硅氧烷進(jìn)行氫化硅烷化
[0062]
[0063] 以及包括對(duì)由下式(al2)表示的通過氫化硅烷化獲得的化合物
[0064]
[0065] 進(jìn)行（甲基)丙烯?；Ｔ谑?alO)中，Q1包含碳-碳雙鍵并通過氫化硅烷化轉(zhuǎn)化為 式(a)的R 2。
[0066] 本發(fā)明的有機(jī)硅（甲基）丙烯酰胺單體的制備方法的一個(gè)更具體的例子是用于由 下式(a20)表示的單體的方法。
[0067]
[0068] 制備方法包括通過胺進(jìn)行的環(huán)氧化物開環(huán)反應(yīng)、羥基保護(hù)、氫化硅烷化、丙烯?；?和羥基去保護(hù)。在式(a20)中，R、R 2、R3至R9以及η與上式(a)中的那些相同，并且式(a20)