聚硅氧烷基嵌段共聚物的制作方法
【专利摘要】本发明涉及基于聚硅氧烷的嵌段共聚物，其包含硅氧烷单元和衍生自二醇化合物的单元，所述衍生自二醇化合物的单元包含至少一个侧链低聚或聚合基团。根据本发明的嵌段共聚物令人惊奇地使得在其制备中所使用的任何玻璃器皿可以用水清洗干净。所述嵌段共聚物能够用于眼用透镜中，并且可以用来提供可用水处理的隐形眼镜配制物。
【专利说明】聚硅氧烷基嵌段共聚物
[0001] 本发明涉及能够用于眼用透镜中的聚硅氧烷基嵌段共聚物，例如可接受地用于隐 形眼镜中的共聚物。
[0002] 为了设计并选择用于隐形眼镜的材料，必须考虑许多因素来优化物理性质、化学 性质或生物学性质。这些性质的例子包括透氧性、润湿性、润滑性、生物相容性、物理强度、 模量和光学要求，此处仅仅列举一小部分。
[0003] 虽然患者的舒适性是这些透镜的市场应用的推动力，但是这些透镜的有效性既取 决于物理性质（包括透镜的氧传递和润滑性）以及配戴期间蛋白质和脂质在透镜上沉积的 量。在硅酮水凝胶隐形眼镜中，能够通过使用设计好的硅酮化合物来成功得到透氧性（该 透样性已经与透镜舒适度和眼睛健康相关），同时能够通过掺入不同的亲水性组分来实现 润滑性。如今存在多种技术能提供具有光学透明度和期望的润滑性的最终透镜，并且在硅 酮水凝胶透镜中具有可控的模量和高透氧性。
[0004] 由于其高透氧性，硅酮基材料已经在过去10年中被广泛用于硅酮水凝胶隐形眼 镜制造。然而，硅酮是疏水性材料，由于此原因，硅酮隐形眼镜在制造中与疏水性透镜模具 接触时倾向于形成相对疏水性、非润湿性表面。使硅酮水凝胶配制物中的亲水性组分和疏 水性组分相容对于制造光学透明、可润湿性隐形眼镜来说是关键的。例如，在透镜配制物中 会发生疏水性硅酮与亲水性组分的相分离，并且在采用水性介质浸透的最终透镜中也会发 生相分离。这对光学透明度具有负面的影响。
[0005] 此外，脂质和蛋白质很容易在疏水性表面沉积，而且这也会影响光学透明度。同 样，佩戴期间来自眼睛泪液的不需要的组分在透镜材料上的吸附是导致患者舒适性降低的 主要因素之一。此外，如果透镜使用之后没有随即进行透镜护理，可能发生细菌感染。在透 镜上不良吸附的程度将决定具体的透镜所需的透镜护理，并且将影响眼用透镜能够在眼睛 中存在的持续时间。
[0006] 已经有多种方法被用来使隐形眼镜表面具有持久的润湿性和/或润滑性。润湿 性和/或润滑性是对穿戴舒适性和角膜健康非常关键的性质。提高润湿性的普遍做法之 一是添加内部润湿剂诸如聚乙烯吡咯烷酮（PVP)，或者在等离子体处理、高能量照射时改变 表面，以及涂覆外用（topical)涂层来获得极其亲水的表面（参见例如EP 713106A1和EP 2089069A1)。等离子体处理可以有效地用于硅酮水凝胶隐形眼镜，但使用这种方法非常昂 贵而且耗时。外用涂层可以有效地改变表面性质，但在制造中也引入了额外的步骤，并且其 实际上非常复杂。
[0007] 也有人试图通过在透镜配制物中添加亲水性单体来提高表面润湿性。离子型单体 是高度亲水性的，例如具有两性离子基团（包括磺基甜菜碱基、羧基甜菜碱基和羧基甜菜 碱酯基）的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。通过引入这些基团，可以保留泪膜并且减少脂质或 蛋白质沉积。然而，这些包含两性离子基团的单体通常是固体并且极难溶解于诸如硅酮单 体的疏水性单体中。这些单体会从单体混合物中析出或相分离，从而影响光学透明性。
[0008] 业已使用非离子型亲水性单体来赋予隐形眼镜亲水性；其实例包括甲基丙烯酸 2-羟乙酯、N-乙烯基吡咯烷酮和二甲基丙烯酰胺。也报道了其他反应性单体或预聚物来提 供内部润湿能力（参见例如WO 2006039466)。为了平衡透氧性、润湿性和其他物理性质，小 心地平衡这些亲水性单体与透镜配制物中的其他组分是必要的，对于硅酮水凝胶透镜配制 物来说尤其是这样。在不以这样或那样的方式牺牲其他性质的情况下，使用这些非离子型 亲水单体通常在优化总体透镜性能方面具有其局限性。
[0009] 发明概述
[0010] 本发明涉及具有式（I)或（Π )或（III)或（IV)的结构的嵌段共聚物：
[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是包含至少一个反应性双键的端基，
[0017] Y是二醇衍生单元，其包含至少一个侧链低聚或聚合基团，
[0018] X是衍生自二异氰酸酯的单元，
[0019] Sil是硅氧烷低聚或聚合单元，
[0020] 并且其中
[0021] m是从1到50的整数，
[0022] η是从1到50的整数，并且
[0023] ζ是从1到50的整数。
[0024] 在根据本发明的嵌段共聚物中，二异氰酸酯可以是脂族二异氰酸酯。
[0025] 在根据本发明的嵌段共聚物中，嵌段共聚物具有侧链低聚或聚合基团，这些基团 可以是亲水性基团。这种亲水性基团优选地为聚亚烷基氧（ΡΕ0)基团。
[0026] 已经在根据本发明的嵌段共聚物中衍生为包含侧链低聚或聚合基团（X)的二醇 衍生单元的二醇可以具有宽范围上改变的分子量。优选地，二醇具有300-5000g/mol的Mw， Mw通过凝胶渗透色谱法使用N，N-二甲基甲酰胺（DMF)作为溶剂在80°C下并且使用聚苯乙 烯标准品来测定。
[0027] 在根据本发明的嵌段共聚物中的硅氧烷单元Sil优选地为这样的硅氧烷单元，该 硅氧烷单元包含衍生自聚二甲基硅氧烷二醇的单元或者由衍生自聚二甲基硅氧烷二醇的 单元组成。
[0028] 示例性的嵌段共聚物具有如下结构：
[0029] E「[X- (Si 1) ] Ζ-Χ_ [ [Υ- [X- (Si 1) ] n] m-X_E2
[0030] 其中El或E2中至少一个为甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA)或者El和E2二者均为甲 基丙烯酸羟乙酯（HEMA)，
[0031] Y是二醇衍生单元，其包含至少一个侧链低聚或聚合基团，其中该侧链低聚或聚合 基团是聚乙二醇（PEG)，
[0032] X是衍生自异佛尔酮二异氰酸酯（iroi)的单元，
[0033] Sil是衍生自聚二甲基硅氧烷（PDMS)二醇的硅氧烷单元，
[0034] 并且其中
[0035] m是从1到50的整数，
[0036] η是从1到50的整数，并且
[0037] ζ是从1到50的整数。
[0038] 根据本发明的总体嵌段共聚物的数均分子量的范围可以从8000到55000g/mol， 其通过凝胶渗透色谱法使用N，N-二甲基甲酰胺（DMF)作为溶剂在80°C下并且使用聚苯乙 烯标准品来测定。
[0039] 虽然根据本发明的嵌段共聚物包含相同的结构单元，但是根据不同结构单元彼此 相互反应的顺序，所得到的嵌段共聚物的结构也可以改变。
[0040] 因此，本发明还涉及生产嵌段共聚物的方法，其包含
[0041] a.在干燥空气或氮气、高温以及催化剂的存在下，使二异氰酸酯与硅氧烷二醇反 应，以形成中间体；
[0042] b.在氮气、搅拌以及催化剂的存在下，使所述中间体与一种或多种包含侧链低聚 或聚合基团的二醇反应，以形成预聚物；
[0043] c.在催化剂的存在下，使所述聚合物与具有至少一个反应性双键的化合物反应。
[0044] 这种方法用于生产根据式（I)或（II)的嵌段共聚物。
[0045] 本发明的方法可以改变反应顺序和添加的顺序。例如，可以通过先使PEG二醇与 二异氰酸酯单元反应并且用硅氧烷单元使所得到的预聚物进行扩链，来形成在本发明嵌段 共聚物范围内的聚合物。这改变了端基组成并且形成了如下聚合物，在这种聚合物中，PEG 与端基相邻，而不是硅氧烷单元与端基相邻。
[0046] 因此，本发明还涉及如下方法：一种用于生产嵌段共聚物的方法，其包含：
[0047] a.在氮气、高温以及催化剂的存在下，使二异氰酸酯与一种或多种包含至少一个 侧链低聚或聚合基团的二醇反应，以形成中间体；
[0048] b.在干燥空气或氮气、搅拌以及催化剂的存在下，使所述中间体与一种或多种聚 硅氧烷二醇反应，以形成预聚物；
[0049] c.在催化剂的存在下，使所述聚合物与具有至少一个反应性双键的化合物反应。
[0050] 这种方法适合用于生产根据式（III)或（IV)的嵌段共聚物。在根据本发明的两 种方法中，步骤b中的反应还可以被称为扩链。扩链在聚合物化学是公知的概念。
[0051] 在根据本发明的方法中，硅氧烷二醇和包含至少一个侧链低聚或聚合基团的二醇 的起始量可以在相对于在组合物中聚硅氧烷二醇和包含至少一个侧链低聚或聚合基团的 二醇的总重量45-85重量％的范围内，并且聚亚烷基氧的量可以在相对于在组合物中聚硅 氧烷二醇和包含至少一个侧链低聚或聚合基团的二醇的总重量15-55重量％的范围内。
[0052] 本发明的嵌段共聚物可以被包含于眼用透镜配制物中、或者更具体地于隐形眼镜 配制物中。
[0053] 嵌段共聚物可以被制成用于隐形眼镜的配制物，该配制物还包含硅酮单体和亲水 性单体。
[0054] 根据本发明的嵌段共聚物可以通过如下制成隐形眼镜：制备包含超过10重量％ 的硅酮水凝胶和根据本发明的嵌段共聚物的组合物，随后使其形成透镜，这可得到润滑性 接触角小于90度且泪膜破裂时间（water break up time)大于1秒的透镜。
[0055] 发明详述
[0056] 除非另有定义，本文中所使用的所有技术术语或科技术语具有与本发明所属领域 中普通技术人员通常所理解的相同的含义。通常，本文中所使用的命名法是公知的并且是 在本领域中通常采用的。在一些情况下，如本领域技术人员公认的，常规方法用于实验程 序。当术语以单数提供时，发明人也考虑了该术语的复数。根据本发明的嵌段共聚物可以是 用水洗的。根据本发明的嵌段共聚物可用作制备隐形眼镜的配制物中的聚硅氧烷交联剂。
[0057] 根据本发明的嵌段共聚物具有式（I)或（II)或（III)或（IV)的结构：
[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是包含至少一个反应性双键的端基，
[0064] Y是二醇衍生单元，其包含至少一个侧链低聚或聚合基团，
[0065] X是衍生自二异氰酸酯的单元，
[0066] Si 1是硅氧烷低聚或聚合单元，
[0067] 其中m是从1到50的整数，
[0068] η是从1到50的整数，并且
[0069] ζ是从1到50的整数。
[0070] 优选地，m是从1到10的整数，并且
[0071] 优选地，η是从1到10的整数。
[0072] 在根据本发明的嵌段共聚物中，Ε1和Ε2是包含至少一个反应性双键的端基。端 基是位于根据本发明的嵌段共聚物的聚合链的末端的官能基团。端基Ε1和Ε2可以相同或 者不同。根据本发明的嵌段共聚物可以用作隐形眼镜配制物中的聚硅氧烷交联剂，因此该 嵌段共聚物包含能够与隐形眼镜制剂配制物的其他成分反应的反应性基团。根据本发明， 端基是包含至少一个反应性双键的反应性基团。双键可以通过例如丙烯酰或甲基丙烯酰基 团来形成，并且通过异氰酸酯基团与例如羟基丙烯酸酯、羟基甲基丙烯酸酯或羟基丙烯酰 胺的反应而形成于聚合链的末端上。实例可包括甲基丙烯酸羟甲酯、丙烯酸羟乙酯和丙烯 酸羟基正丙酯。一个示例性的端基形成化合物是甲基丙烯酸羟乙酯（ΗΕΜΑ)，如下所示：
[0073]
【权利要求】
1. 具有式（I)或（π)或（III)或（IV)的结构的嵌段共聚物： 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是包含至少一个反应性双键的端基， Y是二醇衍生单元，其包含至少一个侧链低聚或聚合基团， X是衍生自二异氰酸酯的单元， Sil是硅氧烷低聚或聚合单元， 并且其中 m是从1到50的整数， η是从1到50的整数，并且 ζ是从1到50的整数。
2. 如权利要求1所述的嵌段共聚物，其中所述二异氰酸酯是脂族二异氰酸酯。
3. 如权利要求1或2所述的嵌段共聚物，其中所述侧链低聚或聚合基团是亲水性基团。
4. 如权利要求3所述的嵌段共聚物，其中所述侧链低聚或聚合基团是ΡΕΟ基团。
5. 如权利要求1-4中任意一项所述的嵌段共聚物，其中已经衍生为包含侧链低聚或聚 合基团的所述二醇衍生单元的二醇具有300-5000g/mol范围的Μη,Μη通过凝胶渗透色谱法 使用Ν，Ν-二甲基甲酰胺（DMF)作为溶剂在80°C下来测定。
6. 如权利要求1-5中任意一项所述的嵌段共聚物，其中所述硅氧烷单元或者由衍生自 聚二甲基硅氧烷二醇的单元组成。
7. 如权利要求1-6中任意一项所述的嵌段共聚物，其中 Y是具有侧链聚乙二醇低聚或聚合基团的二醇， X是衍生自异佛尔酮二异氰酸酯（iroi)的单元， Sil是衍生自聚二甲基硅氧烷（PDMS)二醇的单元，并且 其中 m是从1到50的整数， η是从1到50的整数，并且 ζ是从1到50的整数。
8. 如权利要求1-7中任意一项所述的嵌段共聚物，其中Ε1或Ε2是与甲基丙烯酸羟乙 酯（HEMA)反应后获得的端基。
9. 如权利要求1-8中任意一项所述的嵌段共聚物，其中总体嵌段共聚物的数均分子量 的范围为从8000到55000g/mol，其通过凝胶渗透色谱法使用Ν，Ν-二甲基甲酰胺（DMF)作 为溶剂在80°C下来测定。
10. 用于生产如权利要求1-9中任意一项所述的式（I)或（II)的嵌段共聚物的方法， 其包括： a.在干燥空气或氮气、高温以及催化剂的存在下，使二异氰酸酯与聚硅氧烷二醇单元 反应，以形成中间体； b. 在氮气、搅拌以及催化剂的存在下，使所述中间体与一种或多种包含至少一个侧链 低聚或聚合基团的二醇反应，以形成聚合物； c. 在干燥空气以及催化剂的存在下，使所述聚合物与具有至少一个反应性双键的化合 物反应。
11. 用于生产如权利要求1-9中任意一项所述的式（III)或（IV)的嵌段共聚物的方 法，其包括： a. 在氮气、高温以及催化剂的存在下，使二异氰酸酯与一种或多种包含至少一个侧链 低聚或聚合基团的二醇反应，以形成中间体； b. 在干燥空气或氮气、搅拌以及催化剂的存在下，使所述中间体与一种或多种聚硅氧 烧二醇反应，以形成聚合物； c. 在干燥空气以及催化剂的存在下，使所述聚合物与具有至少一个反应性双键的化合 物反应。
12. 如权利要求10或11的方法，其中硅氧烷单元的量可以在相对于组合物中聚硅氧烷 二醇和包含至少一个侧链低聚或聚合基团的二醇的总重量45-85重量％的范围内，并且聚 亚烷基氧的量可以在相对于组合物中聚硅氧烷二醇和包含至少一个侧链低聚或聚合基团 的二醇的总重量15-55重量％的范围内。
13. 隐形眼镜配制物，其包含如权利要求1-9中任意一项所述的嵌段共聚物。
14. 如权利要求13所述的隐形眼镜配制物，其还包含硅酮单体和亲水性单体。
【文档编号】C08F299/08GK104125969SQ201380009734
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年2月14日 优先权日:2012年2月15日
【发明者】元·田, 斯科特·科廷, 安纳斯·耶尔, 王安峰, 欧阳萌 申请人:帝斯曼知识产权资产管理有限公司