專利名稱：多孔聚有機硅氧烷聚合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可水合的多孔聚有機硅氧烷聚合物及制備這些可水合的多孔聚合物的方法。具體地，本發(fā)明涉及聚合或共聚合摻有聚有機硅氧烷的單體以形成可水合的多孔聚有機硅氧烷聚合物的方法，以及由可水合的多孔聚有機硅氧烷聚合物制得的制品，包括膜或眼科裝置，例如接觸透鏡。
在許多應(yīng)用中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)聚合物呈多孔是有利的。所需的孔隙度依賴于具體的應(yīng)用。例如，膜過濾依賴于微孔聚合物的使用，以達(dá)到分離各種物質(zhì)的作用。在電解或電能儲存的電池中，耐化學(xué)品聚合物的大孔片作為電池間隔物有著廣泛的應(yīng)用。利用發(fā)泡劑制得的大孔材料(開孔泡沫體)可用作緩沖材料。多孔材料還可在醫(yī)藥領(lǐng)域中用作藥物化合物給藥的介質(zhì)，在醫(yī)用植入物中用于細(xì)胞包封或組織向內(nèi)生長，并獲得某些機械性能，如粘彈性。
孔可在所需形狀制品的制備過程中在聚合物中形成，或者于制備后在制品中形成。例如U.S.P.5213721中公開了這樣一種方法，其中在基質(zhì)聚合物塊中機械地鉆入孔，然后將所得的穿孔基質(zhì)進(jìn)行重復(fù)的撐壓和再壓固，直至孔縮小至所需的孔徑。
不太常見的是，多孔性是聚合物的內(nèi)在性能，并在特定的應(yīng)用中將聚合物制成所需的形狀時保持該多孔性。特別有利的是，在聚合物形成階段引入孔隙。這通常是經(jīng)濟(jì)的，并且在適宜的情形下，可以獲得對孔隙度和孔徑的良好控制。
基于聚有機硅氧烷的聚合物通常具有許多獨特和理想的性能，這使得這些基于聚有機硅氧烷的聚合物在許多應(yīng)用中特別適用。這些性能包括良好的柔韌性，透明性，高度耐極端溫度性，優(yōu)良的耐化學(xué)品性和耐氧化性。聚有機硅氧烷還具有許多理想的膜和溶解度方面的特性，常用于需要透氣性的裝置和/或治療藥物瀝取中。
基于聚有機硅氧烷的聚合物是接觸透鏡和其它眼科裝置的極為理想的材料。由于不能制備可使淚液或營養(yǎng)物質(zhì)遷移通過接觸透鏡或其它眼科裝置并保持其透明性的水合的多孔聚合物，由此限制了這些基于聚有機硅氧烷的聚合物在這方面的應(yīng)用?？伤系亩嗫拙塾袡C硅氧烷還適用于其它一些應(yīng)用，基于它們的性能這些應(yīng)用將是很明顯的。
聚有機硅氧烷通常以其疏水性而著稱。聚有機硅氧烷在使用中通常賦予材料和結(jié)構(gòu)以拒水性。聚有機硅氧烷本體的平衡水含量非常低，通常被認(rèn)為是不可水合的。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)可制備一種可水合的多孔聚有機硅氧烷基聚合物。據(jù)此，現(xiàn)提供一種可水合的多孔聚合物，該聚合物含有聚合的下式I的聚有機硅氧烷大單體Q-[M-L]c-M-Q(I)其中c為0～5，優(yōu)選0～3；M可相同或不同，并且為分子量為100～8000，更優(yōu)選200～8000的二官能嵌段，其中至少一個M含有來自含式II的硅氧烷重復(fù)單元的二官能聚合物或共聚物的殘基，
其中R1和R2可相同或不同，并且選自氫，任選取代的烷基，鏈烯基，炔基，芳基，鹵代烷基，鹵代鏈烯基，鹵代炔基，鹵代芳基，雜環(huán)基和鹵代雜環(huán)基；L可相同或不同，并且為二官能的連接基團(tuán)；Q可相同或不同，并且為可聚合的基團(tuán)。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的聚合物可被水合至含有明顯量的水。這些水被保持在聚合物基體的內(nèi)部空隙內(nèi)。本發(fā)明的聚合物可保持的水含量顯著超過了聚有機硅氧烷的含水容量。典型地，聚有機硅氧烷本體的含水量低于0.3重量％?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明聚合物的含水量(見實施例)通常大于5重量％，更優(yōu)選大于10重量％或15重量％，并可被制成含水量為25重量％或更大。式I的大單體優(yōu)選基本上不含，更優(yōu)選不含也被稱為“PFPE”嵌段的全氟聚醚嵌段。還優(yōu)選的是，所有變量M含有式II的單元，或者更特別地，所有變量M為下述說明的式III中的變量。
優(yōu)選地，本發(fā)明的聚合物由聚合物基質(zhì)組成，在該聚合物基質(zhì)內(nèi)具有相互連接的孔隙。依賴于所用的聚合條件，各種孔徑及形態(tài)均是可以的。每個孔的大小可以至多約5微米，通常是約為100納米，孔的最小直徑通常約為10納米。有利地，特別是由于孔隙通常具有曲折路徑，因此產(chǎn)物的孔隙度可以特定分子量分子的透過率表示。
在本發(fā)明的第二方面中，提供了一種制備可水合的多孔聚有機硅氧烷聚合物的方法，該方法包括下述步驟i)在連續(xù)的單體組分相中分散一種成孔物質(zhì)(porogen)，其中所述的連續(xù)單體組分含有至少一種式I的大單體；ii)隨后使連續(xù)的單體相聚合；以及iii)從多孔聚合物中除去成孔物質(zhì)。
以下該方法稱為“成孔物質(zhì)法”。
在本發(fā)明的第三方面中，提供了一種制備可水合的多孔聚有機硅氧烷聚合物的方法，該方法包括下述步驟i)形成含有可聚合的組分和一種溶劑的混合物，其中可聚合的組分含有至少一種式I的大單體；ii)使所述的混合物聚合，其中在所述混合物聚合之后立即有至少顯著比例的所述溶劑呈離散相的形式，并且其中所述離散溶劑相在整個混合物中形成互穿網(wǎng)絡(luò)，或者分散在整個混合物中；以及iii)除去離散溶劑相。
以下該方法稱為“兩相法”。
Q為一可聚合基團(tuán)，優(yōu)選含有可進(jìn)入自由基聚合反應(yīng)的乙烯屬不飽和部分。優(yōu)選Q為式A的基團(tuán)，P1-(Y)m-(R′-X1)p- (A)其中P1為一可自由基聚合的基團(tuán)；Y為-CONHCOO-，-CONHCONH-，-OCONHCO-，-NHCONHCO-，-NHCO-，-CONH-，-NHCONH-，-COO-，-OCO-，-NHCOO-或-OCONH-；m和p相互獨立地為0或1；R′為至多有20個碳原子的有機化合物的二價殘基；X1為-NHCO-，-CONH-，-NHCONH-，-COO-，-OCO-，-NHCOO-或-OCONH-。
可自由基聚合的基團(tuán)P1例如為至多20個碳原子的鏈烯基，鏈烯基芳基或鏈烯基亞芳基烷基。鏈烯基的例子為乙烯基，烯丙基，1-丙烯-2-基，1-丁烯-2-，-3-和-4-基，2-丁烯-3-基，以及戊烯基，己烯基，辛烯基，癸烯基和十一碳烯基的異構(gòu)體。鏈烯基芳基的例子為乙烯基苯基，乙烯基萘基或烯丙基苯基。鏈烯基亞芳基烷基的一個例子為鄰-、間-或?qū)?乙烯基芐基。
優(yōu)選地，P1為至多12個碳原子的鏈烯基或鏈烯基芳基，特別優(yōu)選至多8個碳原子的鏈烯基，尤其是至多4個碳原子的鏈烯基。
優(yōu)選地，Y為-COO-，-OCO-，-NHCONH-，-NHCOO-，-OCONH-，-NHCO-或-CONH-，特別優(yōu)選-COO-，-OCO-，-NHCO-或-CONH-，尤其是-COO-，-OCO-。
優(yōu)選地，X1為-NHCONH-，-NHCOO-或-OCONH-，特別優(yōu)選-NHCOO-或-OCONH-。
在一優(yōu)選的實施方案中，指數(shù)m和p不同時為0。若p為0，則m優(yōu)選為1。
優(yōu)選地，R′為6～20個碳原子的亞烷基，亞芳基，飽和的二價環(huán)脂族基團(tuán)，亞芳基亞烷基，亞烷基亞芳基，亞烷基亞芳基亞烷基或亞芳基亞烷基亞芳基。
優(yōu)選地，R′為至多12個碳原子的二價基團(tuán)，特別優(yōu)選至多8個碳原子的二價基團(tuán)。在一優(yōu)選的實施方案中，R′進(jìn)一步為至多12個碳原子的亞烷基或亞芳基。在一特別優(yōu)選的實施方案中，R′為低級亞烷基，特別是至多4個碳原子的低級亞烷基。
特別優(yōu)選的是，Q選自丙烯?；?，甲基丙烯?；?，苯乙烯基，丙烯酰胺基，丙烯酰胺基烷基，氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯(urethanemethacrylate)或其任何取代的衍生物。最優(yōu)選的是，Q為式A的化合物，其中P1為至多4個碳原子的鏈烯基，Y為-COO-，R′為至多4個碳原子的亞烷基，X1為-NHCOO-，m和p各自為1。
式I中，優(yōu)選c為1～5，更優(yōu)選c為1～3。c為1的大單體為特別優(yōu)選的，c為0的大單體也是優(yōu)選的。
c至少為1時，式I的大單體可含有連接基團(tuán)L。連接基團(tuán)L可以是任何可與羥基反應(yīng)的二官能部分的二價殘基。L的適宜前體為α，ω-雙環(huán)氧化物，α，ω-二異氰酸酯，α，ω-二異硫氰酸酯，α，ω-二酰基鹵，α，ω-二硫代?；u，α，ω-二羧酸，α，ω-二硫代羧酸，α，ω-二酸酐，α，ω-二內(nèi)酯，α，ω-二烷基酯，α，ω-二鹵化物，α，ω-二烷基醚，或α，ω-二羥甲基酰胺。
優(yōu)選的是，連接基團(tuán)為二異氰酸酯的二價殘基(-C(O)-NH-R-NH-C(O)-)，或二異硫氰酸酯的相應(yīng)殘基，其中R為至多20個碳原子的二價有機殘基。
二價殘基R例如為至多20個碳原子的亞烷基，亞芳基，亞烷基亞芳基，亞芳基亞烷基或亞芳基亞烷基亞芳基，6～20個碳原子的飽和二價環(huán)脂族基團(tuán)，或7～20個碳原子的亞環(huán)烷基亞烷基亞環(huán)烷基。
在一優(yōu)選的實施方案中，R為至多14個碳原子的亞烷基，亞芳基，亞烷基亞芳基，亞芳基亞烷基或亞芳基亞烷基亞芳基，或者是6～14個碳原子的飽和二價環(huán)脂族基團(tuán)。在一特別優(yōu)選的實施方案中，R為至多12個碳原子的亞烷基或亞芳基，或者6～14個碳原子的飽和二價環(huán)脂族基團(tuán)。
在一優(yōu)選的實施方案中，R為至多10個碳原子的亞烷基或亞芳基，或者6～10個碳原子的飽和二價環(huán)脂族基團(tuán)。
在一特別優(yōu)選的實施方案中，R為衍生自二異氰酸酯的殘基，例如衍生自己烷1，6-二異氰酸酯，2，2，4-三甲基己烷1，6-二異氰酸酯，四亞甲基二異氰酸酯，亞苯基1，4-二異氰酸酯，甲苯2，4-二異氰酸酯，甲苯2，6-二異氰酸酯，間-或?qū)?四甲基二甲苯二異氰酸酯，異佛爾酮二異氰酸酯或環(huán)己烷1，4-二異氰酸酯。
芳基為未取代或優(yōu)選被低級烷基或低級烷氧基取代的碳環(huán)芳族基團(tuán)。其例子為苯基，甲苯基，二甲苯基，甲氧基苯基，叔丁氧基苯基，萘基和菲基。
優(yōu)選地，亞芳基為未取代或被低級烷基或低級烷氧基取代的亞苯基或亞萘基，特別是1，3-亞苯基，1，4-亞苯基或甲基-1，4-亞苯基，1，5-亞萘基或1，8-亞萘基。
優(yōu)選地，飽和二價環(huán)脂族基團(tuán)為亞環(huán)烷基，例如亞環(huán)己基或亞環(huán)己基(低級亞烷基)，例如未取代或被一個或多個低級烷基，如甲基取代的亞環(huán)己基亞甲基，例如三甲基亞環(huán)己基亞甲基，如二價異佛爾酮基。
在本發(fā)明中，與殘基和化合物結(jié)合使用的術(shù)語“低級”除非另加說明，特別是指至多8個碳原子，優(yōu)選至多4個碳原子的殘基和化合物。
特別地，低級烷基具有至多8個碳原子，優(yōu)選至多4個碳原子，例如為甲基，乙基，丙基，丁基，叔丁基，戊基，己基或異己基。
亞烷基具有至多12個碳原子，并且可以是直鏈的或支化的。適宜的例子為亞癸基，亞辛基，亞己基，亞戊基，亞丁基，亞丙基，亞乙基，亞甲基，2-亞丙基，2-亞丁基，3-亞戊基等。
低級亞烷基為至多8個碳原子，優(yōu)選至多4個碳原子的亞烷基。特別優(yōu)選的低級亞烷基的例子為亞丙基，亞乙基和亞甲基。
在亞烷基亞芳基或亞芳基亞烷基中的亞芳基單元優(yōu)選為未取代或被低級烷基或低級烷氧基取代的亞苯基，而其中的亞烷基單元優(yōu)選為低級亞烷基，如亞甲基或亞乙基，特別是亞甲基。因此這些殘基優(yōu)選為亞苯基亞甲基或亞甲基亞苯基。
特別地，低級烷氧基具有至多8個碳原子，優(yōu)選至多4個碳原子，例如為甲氧基，乙氧基，丙氧基，丁氧基，叔丁氧基或己氧基。
優(yōu)選地，亞芳基亞烷基亞芳基為在亞烷基單元中具有至多8個，特別是至多4個碳原子的亞苯基(低級亞烷基)亞苯基，例如亞苯基亞乙基亞苯基或亞苯基亞甲基亞苯基。
衍生出二價殘基L的優(yōu)選二異氰酸酯的一些例子包括三甲基六亞甲基二異氰酸酯(TMHMDI)，異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)，亞甲基二苯基二異氰酸酯(MDI)和1，6-六亞甲基二異氰酸酯(HMDI)。
式I的大單體含有至少一個基團(tuán)M，該基團(tuán)M為來自含有式II的硅氧烷重復(fù)單元的二官能聚合物或共聚物的殘基。每一M的分子量和化學(xué)組成可以相同或不同，只要它們均落在上述的分子量范圍內(nèi)即可。
衍生出M的二官能聚合物在每一端含有一獨立選擇的端官能團(tuán)，該端官能團(tuán)可與連接基團(tuán)L的前體反應(yīng)，由此形成共價鍵連接。優(yōu)選的端官能團(tuán)為羥基或氨基。這些官能團(tuán)可以通過亞烷基或其它非反應(yīng)性間隔基團(tuán)與M中的硅氧烷單元連接。優(yōu)選的端基部分為羥烷基，羥基烷氧基烷基和烷基氨基。特別優(yōu)選的羥烷基為羥丙基和羥丁基；特別優(yōu)選的羥基烷氧基烷基為羥基乙氧基乙基和羥基乙氧基丙基。
優(yōu)選地，式II重復(fù)單元中的基團(tuán)R1和R2選自至多10個碳原子的烷基或芳基，更優(yōu)選地選自低級烷基，最優(yōu)選為甲基。
優(yōu)選的如上所述的式I中的M殘基具有下式III
其中n為5～100的整數(shù)；Alk為未間隔的或被氧間隔的、至多20個碳原子的亞烷基；基團(tuán)R1、R2、R3和R4相互獨立地選自烷基，鏈烯基，炔基，芳基，鹵代烷基，鹵代鏈烯基，鹵代炔基，鹵代芳基，雜環(huán)基，鹵代雜環(huán)基及其任選取代的衍生物，更優(yōu)選這些基團(tuán)為烷基，芳基或鹵代烷基；X3為-O-或-NH-。
優(yōu)選n為5～70的整數(shù)，特別優(yōu)選8～50，尤其是10～28。
優(yōu)選地，基團(tuán)R1、R2、R3和R4相互獨立地為至多8個碳原子的低級烷基，特別優(yōu)選至多4個碳原子的低級烷基，尤其是至多2個碳原子的低級烷基。進(jìn)一步優(yōu)選R1、R2、R3和R4為甲基。
優(yōu)選地，被氧間隔的亞烷基為每一低級亞烷基部分具有至多6個碳原子的低級亞烷基-氧基-低級亞烷基，更優(yōu)選每一低級亞烷基部分具有至多4個碳原子的低級亞烷基-氧基-低級亞烷基，例如亞乙基-氧基-亞乙基或亞乙基-氧基-亞丙基。
優(yōu)選地，鹵代烷基為被一個或多個，特別是至多三個鹵素原子如氟、氯或溴取代的低級烷基，其例子為三氟甲基，氯甲基，七氟丁基或溴乙基。
Q、R1、R2、R3和R4的適宜取代基可選自至多10個碳原子的烷基，鏈烯基，炔基，芳基，鹵素，鹵代烷基，鹵代鏈烯基，鹵代炔基，鹵代芳基，羥基，烷氧基，鏈烯氧基，芳氧基，鹵代烷氧基，鹵代鏈烯氧基，鹵代芳氧基，氨基，烷基氨基，鏈烯基氨基，炔基氨基，芳基氨基，?；减；溝┗；蓟；０被?，烷基磺酰氧基，芳基亞磺酰氧基，雜環(huán)基，雜環(huán)氧基，雜環(huán)氨基，鹵代雜環(huán)基，烷氧基羰基，烷硫基，烷基磺?；?，芳硫基，芳基磺?；被酋；榛被投榛酋；?br> 特別優(yōu)選的聚合物為如上所述的這樣一些聚合物，其中c＝0，M為式III的分子量為248～8000的有機硅氧烷大單體的殘基。
可聚合組分還可包括含有一個或多個可參與反應(yīng)形成共聚物的乙烯屬不飽和基團(tuán)的共聚單體。優(yōu)選的乙烯屬不飽和基團(tuán)選自丙烯?；?，甲基丙烯?；?，苯乙烯基，丙烯酰胺基，丙烯酰胺基烷基，氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯，或其任何取代的衍生物。適宜的單體包括含氟和硅的丙烯酸烷基酯和親水性共聚單體，它們可廣泛地選自本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的物質(zhì)，或這些物質(zhì)的混合物。特別優(yōu)選的共聚單體包括丙烯酸二氫全氟烷基酯，如丙烯酸二氫全氟辛基酯，丙烯酸1，1-二氫全氟丁基酯，丙烯酸三氫全氟烷基酯，丙烯酸四氫全氟烷基酯，三(三甲基甲硅烷氧基)丙基的甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯，甲基丙烯酸羥烷基酯，如甲基丙烯酸羥乙酯，甲基丙烯酸，以及含胺的共聚單體，如甲基丙烯酸N，N-二甲氨基乙酯，N，N-二甲基丙烯酰胺和N，N-二甲氨基乙基丙烯酰胺?；谂浞降闹亓浚瑔蝹€共聚單體加入到大單體中的優(yōu)選量為0～60重量％，最優(yōu)選0～40重量％。也可以在有或無其它共聚單體的情況下，使用式I的大單體的混合物制備適宜的共聚物。也可在有或無其它共聚單體的情況下?lián)饺肫渌髥误w(單官能或二官能的)。
其它優(yōu)選的多孔聚有機硅氧烷聚合物通過含式(V)的雙-甲基丙烯酸異氰酸基乙酯(IEM)封端的聚二甲基硅氧烷的配方的光引發(fā)聚合，由兩相法或成孔物質(zhì)法制得，RIEM-(OCH2CH2)y-O(CH2)z-[Si(CH3)2O]x-Si(CH3)2-(CH2)zO-(CH2CH2O)y-RIEM(V)其中x、y和z可相同或不同，以使得聚二甲基硅氧烷的分子量為200～8000，其中RIEM表示CH2＝CH(CH3)-COO-CH2CH2-NH-CO-。
最優(yōu)選的多孔硅氧烷聚合物是由含式(V)的甲基丙烯酸異氰酸基乙酯(IEM)封端的聚二甲基硅氧烷的配方的光引發(fā)聚合制得的，其中x＝26，y＝1，z＝3(以下稱為大單體1)。
RIEM-OCH2CH2-O(CH2)3-[Si(CH3)2O]26-Si(CH3)2-(CH2)3O-CH2CH2O-RIEM大單體1本發(fā)明多孔聚合物的形態(tài)和孔隙度可通過描述于本發(fā)明第二和第三方面的方法控制。在成孔物質(zhì)法中，多孔聚合物的形態(tài)通常可通過改變成孔物質(zhì)與大單體的比來控制。成孔物質(zhì)所占比例增加導(dǎo)致聚合物基質(zhì)內(nèi)的孔隙體積較高，由此提高了孔隙相互連接以從聚合物本體的前表面至后表面形成連續(xù)孔隙的可能性。成孔物質(zhì)的比例較低將導(dǎo)致形成閉孔結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)中孔隙是相互分離的，或者其相互連接程度較低。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)成孔物質(zhì)在室溫下為液態(tài)是優(yōu)選的。用于本發(fā)明的成孔物質(zhì)可選自多元醇，聚(亞烷基)二醇和多胺。盡管特別優(yōu)選聚丙二醇，但也可以使用其它的聚亞烷基二醇，如聚乙二醇。成孔物質(zhì)的分子量可以變化，并優(yōu)選分子量小于4000。
可以任何方便的裝置將可聚合的組分與成孔物質(zhì)和其它任選的組分混合。例如，可通過振動或攪拌將可聚合的組分與成孔物質(zhì)和其它任選的組分混合。組分加入到混合物中的順序并不十分嚴(yán)格。構(gòu)成可聚合組分的各種組分不必要在摻入混合物之前混合在一起?；旌衔锟梢允蔷嗳芤旱男问剑蛘叱煽孜镔|(zhì)為相異的一相，例如分散體、乳液、微乳液的形式，或者優(yōu)選共連續(xù)的微乳液形式。
可以任選地在聚合之前向混合物中加入少量改性組分。例如，可加入溶劑控制孔徑和形態(tài)。適宜的其它溶劑包括乙酸乙酯和二甲基甲酰胺。
可以在混合物中摻入表面活性劑。表面活性劑的使用是控制孔徑和孔密度的有效方式。
通?？扇缦滤鐾ㄟ^可聚合組分的引發(fā)，以任何方便的方法聚合該混合物。適宜的聚合條件對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是顯而易見的。例如，溫度可以為-100～350℃，壓力可以為低于大氣壓至高于大氣壓。
應(yīng)當(dāng)理解的是，顯著比例的成孔物質(zhì)保持離散相的形式。這是指有足夠量的成孔物質(zhì)形成互穿網(wǎng)絡(luò)或分散體。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到，取決于聚合組分和成孔物質(zhì)，可有一定量的成孔物質(zhì)被吸附或保留在可聚合組分中，并最終吸附或保留在多孔聚合物中。典型地，在聚合剛剛完成之后，有多于60％的成孔物質(zhì)為離散相的形式。優(yōu)選多于80％的成孔物質(zhì)為離散相的形式，更優(yōu)選多于95％的成孔物質(zhì)為離散相的形式。
特別優(yōu)選的是，成孔物質(zhì)在聚合組分中形成互穿網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致多孔聚合物具有網(wǎng)狀多孔形態(tài)。網(wǎng)狀多孔形態(tài)可以是由互相連接的聚合物球形粒子構(gòu)成的開孔、海綿狀結(jié)構(gòu)，或者是帶有成排的互相連接的、通常為球形孔的開孔結(jié)構(gòu)。
在另一實施方案中，多孔聚合物可以是離散的孔分散于整個聚合物的閉孔結(jié)構(gòu)形式。
可以通過任何方便的方式從多孔聚合物中除去成孔物質(zhì)。適宜的除去溶劑的方式包括蒸發(fā)，用溶劑如異丙醇并隨后用水交換，或者是用適宜的溶劑如水或異丙醇將成孔物質(zhì)簡單地從多孔聚合物洗滌出。
本發(fā)明的方法適用于制備各種孔徑和形態(tài)的材料。單個孔的平均孔徑的上限為約5微米，典型地為約100納米，也可以得到直徑為約10納米的孔。
孔可以形成互穿網(wǎng)絡(luò)。更有利的是用特定分子量的分子的滲透性來表征這些形態(tài)。這將在實施例中描述。
本發(fā)明方法的特別有利的實施方案是使成孔物質(zhì)相成為連續(xù)的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式，該成孔物質(zhì)相可很容易地被萃取出來，結(jié)果留下具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)孔的多孔材料，這些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)孔可使流體和小直徑的粒子很容易地通過該多孔聚合物。
盡管孔的大小和密度可通過可聚合組分與成孔物質(zhì)的比來控制，但也可如上所述通過表面活性劑的使用對孔的大小和密度作出微小的改變。很小比例水的加入也可提高孔隙度。
在本發(fā)明的第三方面，兩相法也可控制聚有機硅氧烷的孔隙度和形態(tài)。
可以任何方便的形式將可聚合的組分與溶劑和其它任選的組分混合。例如，可通過振動或攪拌將可聚合的組分與溶劑和其它任選的組分混合。組分加入到混合物中的順序并不十分嚴(yán)格。構(gòu)成可聚合組分的各種組分不必要在摻入混合物之前混合在一起?；旌衔锟梢允蔷嗳芤旱男问剑蛘呷軇橄喈惖囊幌?，例如分散體、乳液、微乳液的形式，或者優(yōu)選共連續(xù)的微乳液形式。聚合之前混合物的形式并不重要，因為是在聚合過程中混合物的形式控制多孔聚合物的形態(tài)。
溶劑可以是有機溶劑或水。有機溶劑優(yōu)選選自短鏈的醇、胺或多元醇。短鏈醇、胺或多元醇可以是環(huán)狀的、支化的或線性的；支鏈化合物為特別優(yōu)選的。短鏈化合物的碳原子數(shù)目可以為1～12；然而優(yōu)選的碳原子數(shù)目為2～8。特別優(yōu)選的是異丙醇，1-己醇，3-己醇，環(huán)戊醇，1，3-丙二醇和乙二醇。
混合物可以是微乳液的形式。微乳液通常是通過表面活性劑的界面層穩(wěn)定化的、熱力學(xué)上穩(wěn)定且基本上是呈透明的兩相體系。典型地，微乳液由分散于連續(xù)介質(zhì)中的均勻并且呈球形的液滴組成。典型地，粒徑為10-2微米左右。微乳液也可以共連續(xù)結(jié)構(gòu)存在，其中每一相均以連續(xù)的互穿網(wǎng)絡(luò)形式存在于另一相中。
聚合之前可任選地向混合物中加入少量的改性組分。例如，可加入其它的溶劑以控制孔徑和形態(tài)。適宜的其它溶劑包括乙酸乙酯，二甲基甲酰胺和水。
本發(fā)明第二和第三方面方法的聚合均可通過離子輻射引發(fā)或通過自由基引發(fā)劑引發(fā)。優(yōu)選使用自由基引發(fā)劑，如苯偶姻甲醚，偶氮二異丁腈，過氧化苯甲酰，過氧化二碳酸酯(peroxydicarbonate)等。特別優(yōu)選的自由基引發(fā)劑為Darocur 1173(Ciba-Geigy SpecialtyChemicals的注冊商標(biāo))。可通過熱或光化學(xué)方式由引發(fā)劑形成自由基；也可使用氧化還原引發(fā)。
用于生成多孔聚合物的該第三方面的優(yōu)選方法是在光引發(fā)劑、短鏈二元醇(作為溶劑)和也可作為溶劑的短鏈醇表面活性劑的存在下，進(jìn)行式(I)的聚有機硅氧烷大單體的聚合。通過控制微乳液中所用的二元醇量可顯著地改變聚有機硅氧烷的孔結(jié)構(gòu)和形態(tài)。高二元醇含量可生成由被大的多孔通道分離的熔合球形聚合物粒子組成的膜結(jié)構(gòu)。這些膜的特征是，它們對牛血清白蛋白(BSA)(MW 67000)的滲透性高，并且其水含量高。相反，少量二元醇的微乳液生成孔密度較低的膜，導(dǎo)致對BSA滲透性的降低。
聚有機硅氧烷微乳液的配方和聚合可使用非反應(yīng)性有機溶劑，如異丙醇和己醇來代替水。而且，硅氧烷微乳液可不需要表面活性劑來強化微乳液的穩(wěn)定性。然而，作為一種選擇也可以加入表面活性劑。也可通過簡單地改變微乳液中短鏈二元醇的量來控制所得聚合物材料的孔隙度。
可以由構(gòu)成本發(fā)明一部分的第二和第三方面的方法中的任一種制備基于聚有機硅氧烷的多孔聚合物。這些方法可使這些高度穩(wěn)定和耐用的材料以多孔的形式使用。此外，本發(fā)明方法可提供具有足夠尺寸和密度(frequency)的連續(xù)孔結(jié)構(gòu)的基于硅氧烷的聚合物，它們可以允許高分子量生命分子如蛋白質(zhì)和糖蛋白通過。
由本發(fā)明方法制得的聚合物由聚合物基質(zhì)構(gòu)成，在聚合物基質(zhì)內(nèi)具有相互連接的孔隙。根據(jù)所用的聚合條件，可得到各種不同的孔徑和形態(tài)。單個孔的平均孔徑的上限為約5微米，通常為100納米，而通常直徑最小孔的下限為約10納米。更有利地，并且特別是由于孔隙常常具有曲折的路徑，因此產(chǎn)物的孔隙度以特定分子量的分子的滲透性表示。
本發(fā)明的第二和第三方面提供了向聚有機硅氧烷基材料中引入連續(xù)孔結(jié)構(gòu)的方法。在作為人造角膜的應(yīng)用中，需要低和高分子量的營養(yǎng)物質(zhì)以及在組織液中的其它組分可通過的孔隙度。營養(yǎng)物質(zhì)通過植入物或高嵌體(onlay)的滲透性對于任何上皮覆蓋物的長期生命力是很重要的。連續(xù)的孔結(jié)構(gòu)以及硅氧烷材料的化學(xué)惰性和良好的化學(xué)性能也使得這些材料適用作過濾膜和類似的裝置。
按照本發(fā)明另一方面的內(nèi)容，提供了一種由前述的多孔聚合物或共聚物制得的眼科裝置，優(yōu)選一種接觸透鏡，更優(yōu)選的是一種軟接觸透鏡。
接觸透鏡以及軟接觸透鏡是表面曲率半徑不同的聚合物圓片。曲率半徑是結(jié)合聚合物的折光指數(shù)選擇的，以使其得到所需的光學(xué)校正，以及使透鏡的內(nèi)表面與佩戴者角膜的形狀匹配。它們通常是在無菌鹽水中出售。任選地，透鏡的表面可以用本領(lǐng)域公知的方法通過涂敷進(jìn)行改性，這些方法例如為等離子體聚合，輝光放電，或接枝一種更具親水性的聚合物。
還可以用本領(lǐng)域公知的一般成型方法和加工工藝將按照本發(fā)明制得的聚合物制成其它有用的制品。本發(fā)明的透明聚合物可以用于組織培養(yǎng)裝置，光學(xué)器件，顯微鏡載片等。
本發(fā)明的另一方面是以膜或片形式將多孔聚合物作為膜或過濾器使用。這些多孔膜可以與另一支持膜層壓在一起以形成一種復(fù)合物。這些應(yīng)用可涉及氣體或液體的滲透。
本發(fā)明的多孔聚合物特別適用于醫(yī)學(xué)應(yīng)用，如用作眼科裝置、藥物輸送裝置或生物材料。例如它們具有如下應(yīng)用所需的材料性能，如經(jīng)皮進(jìn)入裝置，軟組織植入物，植入的葡萄糖監(jiān)視器，包封的生物植入物如胰島，給藥貼，接觸透鏡，活性化合物的持續(xù)釋放，用于生物反應(yīng)器或生物傳感器的固定配體，傷口愈合繃帶，以及生物技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，包括血管移植。
本發(fā)明的多孔聚合物還適用于用途廣泛的膜，包括工業(yè)用膜，電容器，家用反滲透裝置，用滲透壓進(jìn)行的膜蒸餾，以及在食品、奶制品、果汁、低酒精啤酒工業(yè)中的超濾。
在本說明書中，除非上下文另作指示，詞語“含有”及其各種變體應(yīng)當(dāng)理解為所述的整數(shù)或整數(shù)組包括在其中，但并不排除任何其它的整數(shù)或整數(shù)組。本發(fā)明將通過下述非限定性的實施例作進(jìn)一步的詳述。所用溫度為攝氏度。通用聚合方法在惰性氣氛下將可聚合配方引入到圓形聚丙烯模具(0.2mm厚，20mm直徑)中，通過暴露于波長為350nm的紫外燈照射3小時進(jìn)行聚合。在下述的組成中均使用重量份。
將配方的各組分(引發(fā)劑Darocur1173除外)以任意的順序加入到配有特氟隆涂敷的磁力攪拌棒的玻璃螺帽管形瓶中。然后將玻璃管形瓶放置在磁力攪拌器平臺上，使各組分徹底混合。10分鐘后加入Darocur 1173，并繼續(xù)混合5分鐘。將該混合物在氮氣氣氛下小心地放置于聚丙烯圓片模具(20mm直徑，0.2mm厚)的底半部。然后將模具蓋小心地放回原位，注意防止任何氣穴的形成。對于剩余的系列模具迅速地重復(fù)該過程。然后將填充的模具夾入框架中。將夾緊的模具從氮氣氣氛中取出，并將其放置在紫外線固化箱中，該固化箱由每一個可放置兩個框架的四個玻璃底盤組成。在每一盤的玻璃基底下部為兩個寬譜紫外燈，其輸出為1.22mW/cm2。聚合3小時后，將模具從紫外線固化箱中取出。打開模具，用平圓底端的鑷子小心地剝?nèi)ゾ酆衔飯A片完成脫模，以使聚合物撕裂達(dá)到最小。將脫模的聚合物圓片放置于60ml裝有乙酸異丙酯的螺帽玻璃瓶中(每個瓶中放置10個聚合物圓片)。開始進(jìn)行萃取步驟，目的是從聚合物圓片中除去任何未聚合的物質(zhì)。將密封瓶放置在37℃的水浴中保溫過夜。從水浴中取出這些瓶，并從聚合物中潷去乙酸異丙酯。然后向瓶中充入異丙醇并將其放回到水浴中。4小時后從聚合物中潷去異丙醇，并將聚合物最終保存在乙醇中。
用上述的一般方法從所列組分制備下述的多孔聚合物。大單體1為分子量2000的PDMS，通過聚硅氧烷與甲基丙烯酸異氰酸基乙酯反應(yīng)生成端雙鍵(見上式)使其可聚合。大單體2通常為相同的，它是基于分子量為1000的PDMS聚合物，即x的值相應(yīng)較低的式V化合物。使用下述的縮寫EG乙二醇，IPA異丙醇，Teric G9A8由ICI Australia Operations Pty Ltd.出售的基于聚氧乙烯(PEO)的表面活性劑，PPG聚丙二醇(分子量為192或725，如所示)，HEMA甲基丙烯酸羥乙酯，MACRO 1大單體1，MACRO 2大單體2。
在這些實施例中說明了制備多孔聚合物的兩相法和成孔物質(zhì)法，以及所得聚合物的性能。實施例1非水微乳液法
化或氫化試劑，即，使烷基或氫根鍵接到金屬原子上。
R20優(yōu)選包含1-4個碳原子，R20更優(yōu)選為甲基或乙基。
例如，烷基鋁化合物(參見下一段)可烷基化(II)。但不是所有的烷基鋁化合物都是足以從金屬原子上奪取X-或烷基的強Lewis酸。這時，必須存在足以產(chǎn)生這種奪取作用的其它強Lewis酸。例如，在實施例37中，多甲基鋁氧烷可用作“唯一”的Lewis酸，它可烷基化，也可從金屬原子上進(jìn)行奪取作用。在實施例60和61，三乙基鋁可烷基化金屬，但不是足以從金屬原子上奪取陽離子的強Lewis酸，因此還要向聚合反應(yīng)體系中加入另一種(較強的)Lewis酸B(C6H5)3。如果沒有較強的Lewis酸B(C6H5)3，聚合反應(yīng)就不能進(jìn)行。
可烷基化金屬的優(yōu)選中性Lewis酸選自烷基鋁化合物，如R193Al、R19AlCl2、R192AlCl、和“R19AlO”(烷基鋁氧烷)，其中R19為包含1-25個碳原子，優(yōu)選1-4個碳原子的烷基。合適的烷基鋁化合物包括甲基鋁氧烷(具有通式(MeAlO)n的低聚物)、(C2H5)2AlCl、(C2H5)AlCl2、和[(CH3)2CHCH2]3Al。
金屬氫化物，如NaBH4可用于將氫根鍵接到金屬M上。
在本文所描述的第二種聚合反應(yīng)工藝中，具有結(jié)構(gòu)式(I)的鈷或鐵配合物可加到聚合反應(yīng)工藝中、或在工藝過程中現(xiàn)場生成。實際上，在該工藝過程中可形成一種以上的配合物，例如形成起始配合物，然后該配合物進(jìn)行反應(yīng)以形成包含該配合物的端基活性聚合物。
起始現(xiàn)場形成的這些配合物的例子包括
和實施例9成孔物質(zhì)法
聚合物特性含水量通過比較聚合物圓片的水合重量和脫水重量，確定水合多孔聚合物的含水量(％w/w)。在37℃的真空烘箱中通過過夜干燥對完全水合的圓片進(jìn)行脫水。在上述的一般聚合方法的洗滌步驟之后，通過分級溶劑交換處理，對聚合物圓片進(jìn)行水合，在溶液中保持30分鐘后，從聚合物中潷去溶劑，并用下面所列的下一種溶劑替換。每10個聚合物圓片使用60ml溶劑。溶劑表1. 100％乙醇；2. 75％乙醇/水；3. 50％乙醇/水；4. 25％乙醇/水；5. 100％水；6. 100％水。
然后將水合的膜放置在二級精度(fine grade)的Kimwipes紙(Kimberly-Clark)上，以輕拍干燥掉過量的表面水分，并最終稱重記為水合重量。
實施例中聚合物的含水量列于下述表1中。表1實施例中聚合物的含水量
滲透性通過下述使用靜態(tài)擴散池(即不攪拌溶液)的方法，由對牛血清白蛋白(BSA)或溶菌酶的滲透性表征產(chǎn)物聚合物的孔隙度。
將一直徑為20mm的水合的平聚合物圓片(見水合法的含水量測定)放置在兩個室之間，一個含有牛血清白蛋白(分子量為67000，以下稱為BSA)或溶菌酶(分子量為14000)在磷酸鹽緩沖鹽水(20mM磷酸鹽在0.2M的氯化鈉中，pH7.4，以下稱為PBS)中的8mg/ml溶液，而另一室僅充入PBS。在選定的時間間隔處，將樣品從PBS室中取出，并在280nm處測定溶液的紫外吸收度(A280)，以確定是否有任何蛋白質(zhì)通過聚合物膜擴散。吸收度讀數(shù)越高，說明蛋白質(zhì)擴散越多，因此也就說明該結(jié)構(gòu)的孔徑相對較大，和/或孔密度較大。由該方法測定的樣品的孔隙度列于下述表2和表3中。表2實施例中聚合物對BSA的孔隙度
表3實施例中聚合物對溶菌酶的孔隙度
權(quán)利要求
1.一種可水合的多孔聚合物，該聚合物含有式I的聚合的聚有機硅氧烷大單體，Q-[M-L]c-M-Q(I)其中c為0～5，優(yōu)選0～3；M可相同或不同，并且為分子量為100-8000的二官能嵌段，其中至少一個M含有來自含式II的硅氧烷重復(fù)單元的二官能聚合物或共聚物的殘基，
其中R1和R2可相同或不同，并且選自氫，任選取代的烷基，鏈烯基，炔基，芳基，鹵代烷基，鹵代鏈烯基，鹵代炔基，鹵代芳基，雜環(huán)基和鹵代雜環(huán)基；L可相同或不同，并且為二官能的連接基團(tuán)；Q可相同或不同，并且為一可聚合的基團(tuán)。
2.權(quán)利要求1的可水合的多孔聚合物，其中所述聚合物的平衡水含量大于5重量％。
3.權(quán)利要求1的可水合的多孔聚合物，其中c＝0，M為分子量為248～8000的式III的有機硅氧烷大單體的殘基，
其中n為5～100的整數(shù)；Alk為未間隔的或被氧間隔的、至多20個碳原子的亞烷基；基團(tuán)R1、R2、R3和R4相互獨立地選自烷基，鏈烯基，炔基，芳基，鹵代烷基，鹵代鏈烯基，鹵代炔基，鹵代芳基，雜環(huán)基，鹵代雜環(huán)基及其任選取代的衍生物，其中更優(yōu)選這些基團(tuán)為烷基，芳基或鹵代烷基；X3為-O-或-NH-。
4.一種制備可水合的多孔聚有機硅氧烷聚合物的方法，該方法包括下述步驟i)在連續(xù)的單體組分相中分散一種成孔物質(zhì)，其中所述的連續(xù)單體組分含有至少一種式I的大單體；ii)隨后使連續(xù)的單體相聚合；以及iii)從多孔聚合物中除去成孔物質(zhì)。
5.一種制備可水合的多孔聚有機硅氧烷聚合物的方法，該方法包括下述步驟i)形成含有可聚合的組分和一種溶劑的混合物，其中可聚合的組分含有至少一種式I的大單體；ii)使所述的混合物聚合，其中在所述混合物聚合之后立即有至少顯著比例的所述溶劑呈離散相的形式，并且其中所述離散溶劑相在整個混合物中形成互穿網(wǎng)絡(luò)，或者分散在整個混合物中；以及iii)除去離散溶劑相。
6.一種按照權(quán)利要求4或5的方法制備的可水合的多孔聚合物。
7.權(quán)利要求1的聚合物在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，包括眼科裝置中的用途。
8.權(quán)利要求1的聚合物在工業(yè)領(lǐng)域中的用途。
9.一種眼科裝置，如接觸透鏡，其含有權(quán)利要求1的可水合的聚合物。
10.含有權(quán)利要求1的可水合的聚合物的人造角膜。
全文摘要
一種可水合的多孔聚合物,其含有通式(Ⅰ)Q－[M－L]
文檔編號G02B1/04GK1240457SQ97180586
公開日2000年1月5日 申請日期1997年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月11日
發(fā)明者H·喬歐克, G·F·梅吉斯 申請人:諾瓦提斯公司, 聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織