含有耐水解性碳硅氧烷连接基的硅氧烷单体、其制备方法和用于隐形眼镜应用的包含其 ...的制作方法
【专利摘要】本申请提供包含碳硅氧烷连接基以改善耐水解性的新型单-(甲基)丙烯酸酯官能化有机硅单体，其可用于制备用于隐形眼镜应用的吸水性有机硅-水凝胶膜。本申请还提供使用本申请中所述的单-(甲基)丙烯酸酯官能化亲水有机硅单体制备的均聚物和共聚物。本申请还提供制备本申请所述的单体和聚合物的方法以及由其制备的隐形眼镜。
【专利说明】含有耐水解性碳硅氧烷连接基的硅氧烷单体、其制备方法和用于隐形眼镜应用的包含其的薄膜
【技术领域】
[0001]本发明涉及包含水解稳定的碳硅氧烷连接基的单-丙烯酸酯官能化有机硅单体及其聚合物。本发明还涉及用于制备生物医学器件(具体而言，软隐形眼镜)的水凝胶组合物，所述生物医学器件的特征在于高的氧渗透性、高的水含量、低的蛋白质变性行为和在一定范围的pH和温度下的强耐水解性。
【背景技术】
[0002]提供本申请所讨论的任何出版物或参考文献，以描述本发明的背景和提供有关其实施的其它细节。在此不应认为本发明人承认由于在先发明而没有权利领先于这些公开内容。
[0003]由于其高的氧渗透性、挠性、舒适性和降低的角膜并发症，有机硅-水凝胶膜用于制造长时间佩戴的软隐形眼镜。常规的水凝胶材料(例如HEMA)本身具有差的氧渗透性，它们通过吸收的水分子将氧传送至眼睛。水本身具有低的Dk值(80巴)。I巴=KT11(Cm3O2) cmcn^fmmHg—1，其中’ cm302’是在标准温度和压力的氧气量，’ cm’表示材料的厚度，cm_2是该材料表面积的倒数。由常规水凝胶材料制得的透镜在长时间暴露于空气后变得慢慢失水，传送至角膜的氧气量降低，这导致眼睛发炎、充血和其它角膜并发症，所有这些限制其长期佩戴。
[0004]具有软隐形眼镜的舒适性和显著更高的氧渗透性的有机硅-水凝胶克服了长期佩戴的这些障碍，并且在眼镜领域是革命性的。以下专利描述了用于长期佩戴隐形眼镜的有机硅-水凝胶:美国专利 4，95 4，587 ;5，010，141 ;5，079，319 ;5，115，056 ;5，260，000 ；5，336，797 ;5，358，995 ;5，387，632 ;5，451，617 ;5，486，579 和 5，998，498，这些专利以其整体通过参考并入本文中。
[0005]US3, 808，178要求保护通过共聚多-硅氧烷基烷基丙烯酸酯和烷基丙烯酸酯制备的组合物，其用于制备具有增强的氧渗透性的隐形眼镜。披露的组合物(参见第2和3栏)具有三硅氧烷(S1-O-S1-O-Si)和硅氧碳(S1-O-C)连接基，其容易发生水解，尽管存在与硅相连的空间受阻的基团。
[0006]通过共聚甲基丙烯酸3-[三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基]丙基酯(常常简称为 TRIS)、[(CH3) 3SiO]3Si (CH2)3OOCC(CH3) =CH2 和 N, N- 二甲基丙烯酰胺、H2C=CHCON (CH3)2 获得的聚合物披露于US5，358，995和5，387，632中，二者以其整体通过参考并入本文中，所述聚合物作为水凝胶组合物用于制备具有优良的润湿性和氧渗透性的眼镜。然而，若在共聚中包含羧酸诸如甲基丙烯酸以改善产品的水含量，则组合物逐渐水解以及由其制备的隐形眼镜在含水介质中存储时发生降解。US3，377，371和US2008/0081894A1 ( 二者以其整体通过参考并入本文中)披露了使用空间受阻的TRIS衍生物来预防这种降解。然而，在组合物中继续存在娃氧基碳(S1-O-C-)和/或二硅氧烷(S1-O-S1-O-Si)单兀使其容易发生水解。US4, 260，725和US4，259，467 (二者以其整体通过参考并入本文中)披露了包含含有多硅氧烷的亲水侧链的水解稳定的隐形眼镜。此披露的多硅氧烷单体本质上是双官能的并且在末端具有-S1-C连接基而不是-S1-O-C-键。然而，在透镜工业中，单官能单体相对于多官能单体是优选的，因为它们能更好地控制最终透镜材料的模量。本发明披露了包含碳硅氧烷连接基(例如，S1-CH2CH2-Si和S1-CH2-CH2-S1-O-Si)的单官能单体，避免了伴随水解的材料降解问题，同时向由所述单体制得的膜、透镜和其它物品提供更好的表面可湿性和氧渗透性。
[0007]碳硅氧烷包含-Si (CHR)x-S1-和-S1-O-S1-官能团二者。R是氢或者烃基基团诸如烷基、环烷基或者芳基。下标X是大于或等于I的整数。在农业和其它局部制剂中使用碳硅氧烷以赋予表面活性剂耐水解性披露于US7, 700, 797B2和7，507，775B2中，二者以其整体通过参考并入本文中。本发明披露了丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯化碳硅氧烷单体，其具有改善的耐水解性，可与不饱和亲水单体诸如N-乙烯基吡咯烷酮和N，N- 二甲基丙烯酰胺共聚以制备适用于眼镜的有机硅水凝胶。
[0008]在他们对通过有机娃聚合物膜的气体渗透性的研究中，Stern等人(J.PolymerScience Part B:Polymer Physics25 (1987) 1263 - 1298)报道在有机硅主链上用庞大基团(例如，乙基、异丙基、丁基、己基)代替甲基，或者用碳硅烷(-Si(CH2)nS1-)连接基代替硅氧烷(-SiOS1-)连接基导致氧渗透性下降。基于Stern等人的报道，本领域技术人员会预期当在主链中用碳硅氧烷连接基(-Si(CH2)nS1-)代替硅氧烷连接基(-S1-O-Si)时，氧渗透性会下降。出乎预料的是，使用本发明的碳硅氧烷单体制备的有机硅水凝胶膜与相应的具有常规的硅氧烷连接基的硅氧烷单体相比显示改善的氧渗透性。
[0009]本发明提供碳硅氧烷单体和源于其的聚合物满足了现有技术产品和技术中存在的缺陷。
【发明内容】
[0010]本发明的一个目的提供具有以下通式(I)的有机硅单体:
[0011 ] (R1R2R3) S1- Y1- [Si (R4R5) (Y2) ] a_Si (R6R7) -Z (I)
[0012]其中a是O至约100 J1是取代或未取代的含有I至约10个碳原子的二价烷基连接基；Y2是取代或未取代的含有I至约10个碳原子的二价烷基连接基或者二价杂原子洱1、R2> R3> R4> R5> R6和R7独立地选自具有I至约10个碳的一价脂肪族、脂环族或芳族烃基和具有I至约10个碳的卤代烃基，-Y2-Si (R8R9R10)和Α，其中R8R9Rw独立地选自含有I至约10个碳的一价脂肪族、脂环族和芳族烃基4是一价亲水或疏水部分，其选自取代或未取代的、饱和和未饱和的脂肪族、脂环族或芳族烃和含有杂原子的取代或未取代的、饱和和未饱和的脂肪族、脂环族或芳族烃；
[0013]Z具有以下通式(II)，
[0014]-R11-B-X (II)
[0015]其中R11是直链或支化的具有O至约20个碳原子的二价烷基连接基；Β是二价亲水或疏水部分，其选自取代或未取代的、饱和和未饱和的脂肪族、脂环族或芳族烃和含有杂原子的取代或未取代的、饱和和未饱和的脂肪族、脂环族或芳族烃；χ是丙烯酰胺或具有以下通式(III)的可聚合基团，
[0016]
【权利要求】
1.有机硅单体，其包含至少一种具有通式(I)的碳硅氧烷连接基团:
(R1R2R3) S1- Y1-[Si (R4R5) (Y2) ] a_Si (R6R7) -Z (I) 其中a是O至约100 ； Y1是取代或未取代的含有I至约10个碳原子的二价烷基连接基； Y2是取代或未取代的含有I至约10个碳原子的二价烷基连接基或者杂原子； R\R2,R\r\R5,R6和R7独立地选自含有I至约10个碳的一价脂肪族、脂环族或芳族或者卤代烃基，-Y2-Si (R8R9R10)和/或A，其中R8R9Rw独立地选自含有I至约10个碳的一价脂肪族、脂环族和芳族烃基4是一价亲水或疏水部分，其选自取代或未取代的、饱和和未饱和的脂肪族、脂环族或芳族烃和含有杂原子的取代或未取代的、饱和和未饱和的脂肪族、脂环族或芳族烃； Z具有以下通式(II)， -R11-B-X (II) 其中Rn是具有O至约20个碳原子的直链或支化二价烷基连接基，B是二价亲水或疏水部分，其选自取代或未取代的、饱和和未饱和的脂肪族、脂环族或芳族烃和含有杂原子的取代或未取代的、饱和和未饱和的脂肪族、脂环族或芳族烃，X是丙烯酰胺或者选自以下的可聚合基团:取代或未取代的不饱和脂肪族或芳族烃、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。
2.权利要求1 的有机硅单体，其中 R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13 和 R14独立地包括I至约9个碳原子的饱和一价烃基，氟代烃基，芳烷基或芳基烷基，或者硅氧烷基。
3.权利要求1的单体，其中A和B包含至少一种选自下组的官能团:烷基、醇基团、醚基团、酯基团、酰胺基团、胺基团、酸及其盐基团、氰基、硫代基团、氨基甲酸乙酯基团、脲基团、碳酸酯基团、氨基甲酸酯基团、磺酸酯基团、磺酰胺基团和磷酸酯基团。
4.权利要求1的有机硅组合物，其中B是以下二价部分中的一种:
5.权利要求1的单体，其中X是丙烯酰胺或者具有通式（III)的可聚合部分，
6.权利要求1的水溶性和水可分散性单体，其包含亲水聚乙二醇并具有以下所示通式：
7.权利要求1的有机硅组合物，其包含
8.有机硅-水凝胶共聚物，其包含至少一种权利要求1的有机硅单体和至少一种水凝胶共聚单体。
9.有机硅-水凝胶共聚物组合物，其包含权利要求6的共聚物和选自以下的至少一员：亲水丙烯酸类或者乙烯基共聚单体、交联剂、自由基引发剂、抗微生物剂、UV吸收剂、生物活性物质和能见度着色剂。
10.有机硅-水凝胶共聚物，其包含至少两种权利要求1的有机硅单体，其中至少一种有机硅单体与至少一种其它有机硅单体不同。
11.有机硅-水凝胶共聚物，其包含至少一种权利要求1的有机硅单体和至少一种选自乙烯基单体和丙烯酸类单体的水凝胶单体。
12.权利要求11的共聚物，其中所述丙烯酸类单体选自甲基丙烯酸2-羟基乙基酯(HEMA)、丙烯酸2-羟基乙基酯(HEA)、甲基丙烯酸羟基丙基酯、甲基丙烯酸三甲基铵2-羟基丙基酯盐酸盐、甲基丙烯酸二甲基氨基乙基酯、甲基丙烯酸甘油酯、N, N- 二甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸和包含阳离子和两性离子部分的其它丙烯酸类单体，以及它们的混合物。
13.权利要求11的共聚物，其中所述乙烯基单体选自N-乙烯基-吡咯烷酮、N-乙烯基_己内酰胺、N-乙烯基-乙酰胺、N-乙烯基-甲酰胺和N-乙烯基-异丙基酰胺、乙烯基苯、乙烯基萘、乙烯基吡啶和乙烯基醇。
14.权利要求9的共聚物组合物，其中所述交联剂选自乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二甘醇二甲基丙烯酸酯、双酚A 二甲基丙烯酸酯、二缩水甘油基双酚A 二甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸酯-封端的聚乙二醇和反应性直链聚醚改性的有机硅。
15.有机硅-水凝胶膜，其包含权利要求8的聚合物。
16.有机硅-水凝胶膜，其包含权利要求9的聚合物。
17.有机硅-水凝胶膜，其包含权利要求10的聚合物。
18.有机硅-水凝胶膜，其包 含权利要求11的聚合物。
19.有机硅-水凝胶膜，其包含权利要求12的聚合物。
20.有机硅-水凝胶膜，其包含权利要求13的聚合物。
21.有机硅-水凝胶膜，其包含权利要求14的聚合物。
22.隐形眼镜，其包含权利要求15的有机硅-水凝胶膜。
23.隐形眼镜，其包含权利要求16的有机硅-水凝胶膜。
24.隐形眼镜，其包含权利要求17的有机硅-水凝胶膜。
25.隐形眼镜，其包含权利要求18的有机硅-水凝胶膜。
26.隐形眼镜，其包含权利要求19的有机硅-水凝胶膜。
27.隐形眼镜，其包含权利要求20的有机硅-水凝胶膜。
28.隐形眼镜，其包含权利要求21的有机硅-水凝胶膜。
29.权利要求22的隐形眼镜，其中所述有机硅-水凝胶膜是透明且均质的，并且所述有机硅-水凝胶膜的聚合通过热或者光化学辐照固化方法在没有溶剂或相容剂下进行。
30.权利要求24的隐形眼镜，其中所述有机硅-水凝胶膜是透明且均质的，并且所述有机硅-水凝胶膜的聚合通过热或者光化学辐照固化方法在没有溶剂或相容剂下进行。
31.权利要求24的隐形眼镜，其中所述有机硅-水凝胶膜是透明且均质的，并且所述有机硅-水凝胶膜的聚合通过热或者光化学辐照固化方法在没有溶剂或相容剂下进行。
32.权利要求25的隐形眼镜，其中所述有机硅-水凝胶膜是透明且均质的，并且所述有机硅-水凝胶膜的聚合通过热或者光化学辐照固化方法在没有溶剂或相容剂下进行。
33.权利要求26的隐形眼镜，其中所述有机硅-水凝胶膜是透明且均质的，并且所述有机硅-水凝胶膜的聚合通过热或者光化学辐照固化方法在没有溶剂或相容剂下进行。
34.权利要求27的隐形眼镜，其中所述有机硅-水凝胶膜是透明且均质的，并且所述有机硅-水凝胶膜的聚合通过热或者光化学辐照固化方法在没有溶剂或相容剂下进行。
35.权利要求28的隐形眼镜，其中所述有机硅-水凝胶膜是透明且均质的，并且所述有机硅-水凝胶膜的聚合通过热或者光化学辐照固化方法在没有溶剂或相容剂下进行。
36.权利要求10的水凝胶软隐形眼镜材料，其中权利要求1的所述单体与所述至少一种其它单体之比为I至约100。
37.制备权利要求1的有机硅单体的方法，其包括使具有通式(IV)的含有机硅化合物与具有通式(V)的末端不饱和基团反应以制备官能化碳硅氧烷:
(R1R2R3) S1- Y1-[Si (R4R5) (Y2) ] a_Si (R6R7) -H (IV) 其中a是O至100 ; Y1是取代或未取代的含有I至10个碳原子的二价烷基连接基； Y2是取代或未取代的含有I至约10个碳原子的二价烷基连接基或者二价杂原子； R1 > R2> R3> R4> R5> R6和R7独立地选自具有I至约10个碳的一价脂肪族、脂环族或芳族或者卤代烃基，-Y2-Si (R8R9R10)和A，其中R8R9Rw独立地选自含有I至约10个碳的一价脂肪族、脂环族和芳族烃基;A是亲水或疏水部分，其选自取代或未取代的、饱和和未饱和的脂肪族、脂环族或芳环族烃和含有杂原子的取代或未取代的、饱和和未饱和的脂肪族、脂环族或芳族烃；
R15-B - M (V) 其中R15选自具有O至约20个碳原子的直链或支化不饱和烷基，B是二价亲水或疏水部分，其选自取代或未取代的、饱和和未饱和的脂肪族、脂环族或芳族烃和含有杂原子的取代或未取代的、饱和和未饱和的脂肪族、脂环族或芳族烃， A和B包含选自下组的官能团:烷基、醇基团、醚基团、酯基团、酰胺基团、胺基团、酸及其盐基团、氰基、硫代基团、氨基甲酸乙酯基团、脲基团、碳酸酯基团、氨基甲酸酯基团、磺酸酯基团、磺酰胺基团、磷酸酯基团和它们的组合； M选自羟基、卤素、环氧基和羧基；以及 使该官能化碳硅氧烷与具有下式(VI)的烷基丙烯酰化合物反应以产生权利要求1的具有通式(I)的所述有机硅单体，
38.权利要求37的方法，其中所述官能化碳硅氧烷与所述烷基丙烯酰化合物的反应在至少一种叔碱或至少一种离子交换树脂(IER)和低沸点极性或非极性溶剂的存在下进行。
【文档编号】G02B1/04GK103547585SQ201180071095
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2011年3月21日 优先权日:2011年3月21日
【发明者】A.萨克塞纳, U.森西尔库玛, K.M.刘易斯 申请人:莫门蒂夫性能材料股份有限公司