聚硅氧烷基嵌段共聚物的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于聚硅氧烷的嵌段共聚物，其包含硅氧烷單元和衍生自二醇化合物的單元，所述衍生自二醇化合物的單元包含至少一個(gè)側(cè)鏈低聚或聚合基團(tuán)。根據(jù)本發(fā)明的嵌段共聚物令人驚奇地使得在其制備中所使用的任何玻璃器皿可以用水清洗干凈。所述嵌段共聚物能夠用于眼用透鏡中，并且可以用來提供可用水處理的隱形眼鏡配制物。
【專利說明】聚硅氧烷基嵌段共聚物
[0001] 本發(fā)明涉及能夠用于眼用透鏡中的聚硅氧烷基嵌段共聚物，例如可接受地用于隱 形眼鏡中的共聚物。
[0002] 為了設(shè)計(jì)并選擇用于隱形眼鏡的材料，必須考慮許多因素來優(yōu)化物理性質(zhì)、化學(xué) 性質(zhì)或生物學(xué)性質(zhì)。這些性質(zhì)的例子包括透氧性、潤(rùn)濕性、潤(rùn)滑性、生物相容性、物理強(qiáng)度、 模量和光學(xué)要求，此處僅僅列舉一小部分。
[0003] 雖然患者的舒適性是這些透鏡的市場(chǎng)應(yīng)用的推動(dòng)力，但是這些透鏡的有效性既取 決于物理性質(zhì)（包括透鏡的氧傳遞和潤(rùn)滑性）以及配戴期間蛋白質(zhì)和脂質(zhì)在透鏡上沉積的 量。在硅酮水凝膠隱形眼鏡中，能夠通過使用設(shè)計(jì)好的硅酮化合物來成功得到透氧性（該 透樣性已經(jīng)與透鏡舒適度和眼睛健康相關(guān)），同時(shí)能夠通過摻入不同的親水性組分來實(shí)現(xiàn) 潤(rùn)滑性。如今存在多種技術(shù)能提供具有光學(xué)透明度和期望的潤(rùn)滑性的最終透鏡，并且在硅 酮水凝膠透鏡中具有可控的模量和高透氧性。
[0004] 由于其高透氧性，硅酮基材料已經(jīng)在過去10年中被廣泛用于硅酮水凝膠隱形眼 鏡制造。然而，硅酮是疏水性材料，由于此原因，硅酮隱形眼鏡在制造中與疏水性透鏡模具 接觸時(shí)傾向于形成相對(duì)疏水性、非潤(rùn)濕性表面。使硅酮水凝膠配制物中的親水性組分和疏 水性組分相容對(duì)于制造光學(xué)透明、可潤(rùn)濕性隱形眼鏡來說是關(guān)鍵的。例如，在透鏡配制物中 會(huì)發(fā)生疏水性硅酮與親水性組分的相分離，并且在采用水性介質(zhì)浸透的最終透鏡中也會(huì)發(fā) 生相分離。這對(duì)光學(xué)透明度具有負(fù)面的影響。
[0005] 此外，脂質(zhì)和蛋白質(zhì)很容易在疏水性表面沉積，而且這也會(huì)影響光學(xué)透明度。同 樣，佩戴期間來自眼睛淚液的不需要的組分在透鏡材料上的吸附是導(dǎo)致患者舒適性降低的 主要因素之一。此外，如果透鏡使用之后沒有隨即進(jìn)行透鏡護(hù)理，可能發(fā)生細(xì)菌感染。在透 鏡上不良吸附的程度將決定具體的透鏡所需的透鏡護(hù)理，并且將影響眼用透鏡能夠在眼睛 中存在的持續(xù)時(shí)間。
[0006] 已經(jīng)有多種方法被用來使隱形眼鏡表面具有持久的潤(rùn)濕性和/或潤(rùn)滑性。潤(rùn)濕 性和/或潤(rùn)滑性是對(duì)穿戴舒適性和角膜健康非常關(guān)鍵的性質(zhì)。提高潤(rùn)濕性的普遍做法之 一是添加內(nèi)部潤(rùn)濕劑諸如聚乙烯吡咯烷酮（PVP)，或者在等離子體處理、高能量照射時(shí)改變 表面，以及涂覆外用（topical)涂層來獲得極其親水的表面（參見例如EP 713106A1和EP 2089069A1)。等離子體處理可以有效地用于硅酮水凝膠隱形眼鏡，但使用這種方法非常昂 貴而且耗時(shí)。外用涂層可以有效地改變表面性質(zhì)，但在制造中也引入了額外的步驟，并且其 實(shí)際上非常復(fù)雜。
[0007] 也有人試圖通過在透鏡配制物中添加親水性單體來提高表面潤(rùn)濕性。離子型單體 是高度親水性的，例如具有兩性離子基團(tuán)（包括磺基甜菜堿基、羧基甜菜堿基和羧基甜菜 堿酯基）的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。通過引入這些基團(tuán)，可以保留淚膜并且減少脂質(zhì)或 蛋白質(zhì)沉積。然而，這些包含兩性離子基團(tuán)的單體通常是固體并且極難溶解于諸如硅酮單 體的疏水性單體中。這些單體會(huì)從單體混合物中析出或相分離，從而影響光學(xué)透明性。
[0008] 業(yè)已使用非離子型親水性單體來賦予隱形眼鏡親水性；其實(shí)例包括甲基丙烯酸 2-羥乙酯、N-乙烯基吡咯烷酮和二甲基丙烯酰胺。也報(bào)道了其他反應(yīng)性單體或預(yù)聚物來提 供內(nèi)部潤(rùn)濕能力（參見例如WO 2006039466)。為了平衡透氧性、潤(rùn)濕性和其他物理性質(zhì)，小 心地平衡這些親水性單體與透鏡配制物中的其他組分是必要的，對(duì)于硅酮水凝膠透鏡配制 物來說尤其是這樣。在不以這樣或那樣的方式犧牲其他性質(zhì)的情況下，使用這些非離子型 親水單體通常在優(yōu)化總體透鏡性能方面具有其局限性。
[0009] 發(fā)明概述
[0010] 本發(fā)明涉及具有式（I)或（Π )或（III)或（IV)的結(jié)構(gòu)的嵌段共聚物：
[0011] E「[X-Sil]z-X-[Y-[X-Sil]n]m-X_E 2 (I)
[0012] Er[[Y-[X-Sil]n]m-X-Y-E2 (II)
[0013] E「[X-Y]z-X-[Sil-[X-Y]n]m-X_E2 (Π I)
[0014] ErSi 1- [X-Y] Z-X- [Si 1- [X-Y] n] m-X-Si 1-E2 (IV)
[0015] 其中
[0016] El和E2是包含至少一個(gè)反應(yīng)性雙鍵的端基，
[0017] Y是二醇衍生單元，其包含至少一個(gè)側(cè)鏈低聚或聚合基團(tuán)，
[0018] X是衍生自二異氰酸酯的單元，
[0019] Sil是硅氧烷低聚或聚合單元，
[0020] 并且其中
[0021] m是從1到50的整數(shù)，
[0022] η是從1到50的整數(shù)，并且
[0023] ζ是從1到50的整數(shù)。
[0024] 在根據(jù)本發(fā)明的嵌段共聚物中，二異氰酸酯可以是脂族二異氰酸酯。
[0025] 在根據(jù)本發(fā)明的嵌段共聚物中，嵌段共聚物具有側(cè)鏈低聚或聚合基團(tuán)，這些基團(tuán) 可以是親水性基團(tuán)。這種親水性基團(tuán)優(yōu)選地為聚亞烷基氧（ΡΕ0)基團(tuán)。
[0026] 已經(jīng)在根據(jù)本發(fā)明的嵌段共聚物中衍生為包含側(cè)鏈低聚或聚合基團(tuán)（X)的二醇 衍生單元的二醇可以具有寬范圍上改變的分子量。優(yōu)選地，二醇具有300-5000g/mol的Mw， Mw通過凝膠滲透色譜法使用N，N-二甲基甲酰胺（DMF)作為溶劑在80°C下并且使用聚苯乙 烯標(biāo)準(zhǔn)品來測(cè)定。
[0027] 在根據(jù)本發(fā)明的嵌段共聚物中的硅氧烷單元Sil優(yōu)選地為這樣的硅氧烷單元，該 硅氧烷單元包含衍生自聚二甲基硅氧烷二醇的單元或者由衍生自聚二甲基硅氧烷二醇的 單元組成。
[0028] 示例性的嵌段共聚物具有如下結(jié)構(gòu)：
[0029] E「[X- (Si 1) ] Ζ-Χ_ [ [Υ- [X- (Si 1) ] n] m-X_E2
[0030] 其中El或E2中至少一個(gè)為甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA)或者El和E2二者均為甲 基丙烯酸羥乙酯（HEMA)，
[0031] Y是二醇衍生單元，其包含至少一個(gè)側(cè)鏈低聚或聚合基團(tuán)，其中該側(cè)鏈低聚或聚合 基團(tuán)是聚乙二醇（PEG)，
[0032] X是衍生自異佛爾酮二異氰酸酯（iroi)的單元，
[0033] Sil是衍生自聚二甲基硅氧烷（PDMS)二醇的硅氧烷單元，
[0034] 并且其中
[0035] m是從1到50的整數(shù)，
[0036] η是從1到50的整數(shù)，并且
[0037] ζ是從1到50的整數(shù)。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明的總體嵌段共聚物的數(shù)均分子量的范圍可以從8000到55000g/mol， 其通過凝膠滲透色譜法使用N，N-二甲基甲酰胺（DMF)作為溶劑在80°C下并且使用聚苯乙 烯標(biāo)準(zhǔn)品來測(cè)定。
[0039] 雖然根據(jù)本發(fā)明的嵌段共聚物包含相同的結(jié)構(gòu)單元，但是根據(jù)不同結(jié)構(gòu)單元彼此 相互反應(yīng)的順序，所得到的嵌段共聚物的結(jié)構(gòu)也可以改變。
[0040] 因此，本發(fā)明還涉及生產(chǎn)嵌段共聚物的方法，其包含
[0041] a.在干燥空氣或氮?dú)?、高溫以及催化劑的存在下，使二異氰酸酯與硅氧烷二醇反 應(yīng)，以形成中間體；
[0042] b.在氮?dú)?、攪拌以及催化劑的存在下，使所述中間體與一種或多種包含側(cè)鏈低聚 或聚合基團(tuán)的二醇反應(yīng)，以形成預(yù)聚物；
[0043] c.在催化劑的存在下，使所述聚合物與具有至少一個(gè)反應(yīng)性雙鍵的化合物反應(yīng)。
[0044] 這種方法用于生產(chǎn)根據(jù)式（I)或（II)的嵌段共聚物。
[0045] 本發(fā)明的方法可以改變反應(yīng)順序和添加的順序。例如，可以通過先使PEG二醇與 二異氰酸酯單元反應(yīng)并且用硅氧烷單元使所得到的預(yù)聚物進(jìn)行擴(kuò)鏈，來形成在本發(fā)明嵌段 共聚物范圍內(nèi)的聚合物。這改變了端基組成并且形成了如下聚合物，在這種聚合物中，PEG 與端基相鄰，而不是硅氧烷單元與端基相鄰。
[0046] 因此，本發(fā)明還涉及如下方法：一種用于生產(chǎn)嵌段共聚物的方法，其包含：
[0047] a.在氮?dú)狻⒏邷匾约按呋瘎┑拇嬖谙?，使二異氰酸酯與一種或多種包含至少一個(gè) 側(cè)鏈低聚或聚合基團(tuán)的二醇反應(yīng)，以形成中間體；
[0048] b.在干燥空氣或氮?dú)?、攪拌以及催化劑的存在下，使所述中間體與一種或多種聚 硅氧烷二醇反應(yīng)，以形成預(yù)聚物；
[0049] c.在催化劑的存在下，使所述聚合物與具有至少一個(gè)反應(yīng)性雙鍵的化合物反應(yīng)。
[0050] 這種方法適合用于生產(chǎn)根據(jù)式（III)或（IV)的嵌段共聚物。在根據(jù)本發(fā)明的兩 種方法中，步驟b中的反應(yīng)還可以被稱為擴(kuò)鏈。擴(kuò)鏈在聚合物化學(xué)是公知的概念。
[0051] 在根據(jù)本發(fā)明的方法中，硅氧烷二醇和包含至少一個(gè)側(cè)鏈低聚或聚合基團(tuán)的二醇 的起始量可以在相對(duì)于在組合物中聚硅氧烷二醇和包含至少一個(gè)側(cè)鏈低聚或聚合基團(tuán)的 二醇的總重量45-85重量％的范圍內(nèi)，并且聚亞烷基氧的量可以在相對(duì)于在組合物中聚硅 氧烷二醇和包含至少一個(gè)側(cè)鏈低聚或聚合基團(tuán)的二醇的總重量15-55重量％的范圍內(nèi)。
[0052] 本發(fā)明的嵌段共聚物可以被包含于眼用透鏡配制物中、或者更具體地于隱形眼鏡 配制物中。
[0053] 嵌段共聚物可以被制成用于隱形眼鏡的配制物，該配制物還包含硅酮單體和親水 性單體。
[0054] 根據(jù)本發(fā)明的嵌段共聚物可以通過如下制成隱形眼鏡：制備包含超過10重量％ 的硅酮水凝膠和根據(jù)本發(fā)明的嵌段共聚物的組合物，隨后使其形成透鏡，這可得到潤(rùn)滑性 接觸角小于90度且淚膜破裂時(shí)間（water break up time)大于1秒的透鏡。
[0055] 發(fā)明詳述
[0056] 除非另有定義，本文中所使用的所有技術(shù)術(shù)語或科技術(shù)語具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域 中普通技術(shù)人員通常所理解的相同的含義。通常，本文中所使用的命名法是公知的并且是 在本領(lǐng)域中通常采用的。在一些情況下，如本領(lǐng)域技術(shù)人員公認(rèn)的，常規(guī)方法用于實(shí)驗(yàn)程 序。當(dāng)術(shù)語以單數(shù)提供時(shí)，發(fā)明人也考慮了該術(shù)語的復(fù)數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的嵌段共聚物可以是 用水洗的。根據(jù)本發(fā)明的嵌段共聚物可用作制備隱形眼鏡的配制物中的聚硅氧烷交聯(lián)劑。
[0057] 根據(jù)本發(fā)明的嵌段共聚物具有式（I)或（II)或（III)或（IV)的結(jié)構(gòu)：
[0058] [X-S i 1 ] Z-X- [ [Y- [X~S i 1 ] η] m_X_E2 (I)
[0059] Er[[Y-[X-Sil]n]m-X-Y-E2 (II)
[0060] E「[X-Y]z-X-[Sil-[X-Y]n]m-X-E2 (III)
[0061] ErSi 1- [X-Y] Z-X- [Si 1- [X-Y] n] m-X-Si 1-E2 (IV)
[0062] 其中
[0063] El和E2是包含至少一個(gè)反應(yīng)性雙鍵的端基，
[0064] Y是二醇衍生單元，其包含至少一個(gè)側(cè)鏈低聚或聚合基團(tuán)，
[0065] X是衍生自二異氰酸酯的單元，
[0066] Si 1是硅氧烷低聚或聚合單元，
[0067] 其中m是從1到50的整數(shù)，
[0068] η是從1到50的整數(shù)，并且
[0069] ζ是從1到50的整數(shù)。
[0070] 優(yōu)選地，m是從1到10的整數(shù)，并且
[0071] 優(yōu)選地，η是從1到10的整數(shù)。
[0072] 在根據(jù)本發(fā)明的嵌段共聚物中，Ε1和Ε2是包含至少一個(gè)反應(yīng)性雙鍵的端基。端 基是位于根據(jù)本發(fā)明的嵌段共聚物的聚合鏈的末端的官能基團(tuán)。端基Ε1和Ε2可以相同或 者不同。根據(jù)本發(fā)明的嵌段共聚物可以用作隱形眼鏡配制物中的聚硅氧烷交聯(lián)劑，因此該 嵌段共聚物包含能夠與隱形眼鏡制劑配制物的其他成分反應(yīng)的反應(yīng)性基團(tuán)。根據(jù)本發(fā)明， 端基是包含至少一個(gè)反應(yīng)性雙鍵的反應(yīng)性基團(tuán)。雙鍵可以通過例如丙烯?；蚣谆；?團(tuán)來形成，并且通過異氰酸酯基團(tuán)與例如羥基丙烯酸酯、羥基甲基丙烯酸酯或羥基丙烯酰 胺的反應(yīng)而形成于聚合鏈的末端上。實(shí)例可包括甲基丙烯酸羥甲酯、丙烯酸羥乙酯和丙烯 酸羥基正丙酯。一個(gè)示例性的端基形成化合物是甲基丙烯酸羥乙酯（ΗΕΜΑ)，如下所示：
[0073]
【權(quán)利要求】
1. 具有式（I)或（π)或（III)或（IV)的結(jié)構(gòu)的嵌段共聚物： Ei - [X-S i 1 ] Z-X- [ [ Y- [X-S i 1 ] n] m-X_E2 (I) ErttY-tx-siiy^x-Y^ (ii) Er [X-Y] Z-X- [Si 1- [X-Y] n] m-X-E2 (III) ErSi 1- [X-Y] Z-X- [Si 1- [X-Y]丄-X-Si 1-E2 (IV) 其中 El和E2是包含至少一個(gè)反應(yīng)性雙鍵的端基， Y是二醇衍生單元，其包含至少一個(gè)側(cè)鏈低聚或聚合基團(tuán)， X是衍生自二異氰酸酯的單元， Sil是硅氧烷低聚或聚合單元， 并且其中 m是從1到50的整數(shù)， η是從1到50的整數(shù)，并且 ζ是從1到50的整數(shù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的嵌段共聚物，其中所述二異氰酸酯是脂族二異氰酸酯。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的嵌段共聚物，其中所述側(cè)鏈低聚或聚合基團(tuán)是親水性基團(tuán)。
4. 如權(quán)利要求3所述的嵌段共聚物，其中所述側(cè)鏈低聚或聚合基團(tuán)是ΡΕΟ基團(tuán)。
5. 如權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的嵌段共聚物，其中已經(jīng)衍生為包含側(cè)鏈低聚或聚 合基團(tuán)的所述二醇衍生單元的二醇具有300-5000g/mol范圍的Μη,Μη通過凝膠滲透色譜法 使用Ν，Ν-二甲基甲酰胺（DMF)作為溶劑在80°C下來測(cè)定。
6. 如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的嵌段共聚物，其中所述硅氧烷單元或者由衍生自 聚二甲基硅氧烷二醇的單元組成。
7. 如權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的嵌段共聚物，其中 Y是具有側(cè)鏈聚乙二醇低聚或聚合基團(tuán)的二醇， X是衍生自異佛爾酮二異氰酸酯（iroi)的單元， Sil是衍生自聚二甲基硅氧烷（PDMS)二醇的單元，并且 其中 m是從1到50的整數(shù)， η是從1到50的整數(shù)，并且 ζ是從1到50的整數(shù)。
8. 如權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的嵌段共聚物，其中Ε1或Ε2是與甲基丙烯酸羥乙 酯（HEMA)反應(yīng)后獲得的端基。
9. 如權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的嵌段共聚物，其中總體嵌段共聚物的數(shù)均分子量 的范圍為從8000到55000g/mol，其通過凝膠滲透色譜法使用Ν，Ν-二甲基甲酰胺（DMF)作 為溶劑在80°C下來測(cè)定。
10. 用于生產(chǎn)如權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述的式（I)或（II)的嵌段共聚物的方法， 其包括： a.在干燥空氣或氮?dú)狻⒏邷匾约按呋瘎┑拇嬖谙?，使二異氰酸酯與聚硅氧烷二醇單元 反應(yīng)，以形成中間體； b. 在氮?dú)狻嚢枰约按呋瘎┑拇嬖谙?，使所述中間體與一種或多種包含至少一個(gè)側(cè)鏈 低聚或聚合基團(tuán)的二醇反應(yīng)，以形成聚合物； c. 在干燥空氣以及催化劑的存在下，使所述聚合物與具有至少一個(gè)反應(yīng)性雙鍵的化合 物反應(yīng)。
11. 用于生產(chǎn)如權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述的式（III)或（IV)的嵌段共聚物的方 法，其包括： a. 在氮?dú)狻⒏邷匾约按呋瘎┑拇嬖谙?，使二異氰酸酯與一種或多種包含至少一個(gè)側(cè)鏈 低聚或聚合基團(tuán)的二醇反應(yīng)，以形成中間體； b. 在干燥空氣或氮?dú)?、攪拌以及催化劑的存在下，使所述中間體與一種或多種聚硅氧 燒二醇反應(yīng)，以形成聚合物； c. 在干燥空氣以及催化劑的存在下，使所述聚合物與具有至少一個(gè)反應(yīng)性雙鍵的化合 物反應(yīng)。
12. 如權(quán)利要求10或11的方法，其中硅氧烷單元的量可以在相對(duì)于組合物中聚硅氧烷 二醇和包含至少一個(gè)側(cè)鏈低聚或聚合基團(tuán)的二醇的總重量45-85重量％的范圍內(nèi)，并且聚 亞烷基氧的量可以在相對(duì)于組合物中聚硅氧烷二醇和包含至少一個(gè)側(cè)鏈低聚或聚合基團(tuán) 的二醇的總重量15-55重量％的范圍內(nèi)。
13. 隱形眼鏡配制物，其包含如權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述的嵌段共聚物。
14. 如權(quán)利要求13所述的隱形眼鏡配制物，其還包含硅酮單體和親水性單體。
【文檔編號(hào)】C08F299/08GK104125969SQ201380009734
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2013年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月15日
【發(fā)明者】元·田, 斯科特·科廷, 安納斯·耶爾, 王安峰, 歐陽萌 申請(qǐng)人:帝斯曼知識(shí)產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)管理有限公司