有机硅(甲基)丙烯酰胺单体、聚合物、眼用透镜以及接触镜片的制作方法
【专利说明】有机硅(甲基)丙烯酰胺单体、聚合物、眼用透镜以及接触镜片
[00011 本申请是申请日为2011年3月17日、申请号为201180014560.7、发明名称为"有机 硅（甲基)丙烯酰胺单体、聚合物、眼用透镜以及接触镜片"的发明专利申请的分案申请。
[0002] 相关专利申请
[0003] 本专利申请要求2011年3月15日提交的美国专利申请No. 13/048,469和2010年3月 18日提交的日本专利申请No. JP-2010-061991的优先权。
【背景技术】
[0004] 本发明涉及在分子中具有直链硅氧烷基团并且优选地具有羟基的有机硅（甲基） 丙烯酰胺单体。通过聚合该单体得到的聚合物适用于各种医疗工具，诸如眼用透镜、内窥 镜、导管、输液管、输气管、支架、鞘管、袖带、管连接器、进人□、引流袋、血液流路、创面覆盖 材料以及各种类型的药物载体，但是尤其适用于接触镜片、眼用透镜以及人工角膜。
[0005] 相关领域的说明
[0006] 近年来，通过共聚有机硅单体、亲水单体和交联剂单体获得的有机硅水凝胶作为 用于连续佩戴的接触镜片材料而为人们所熟知。专利文献1公开了通过下式(xl)和(x2)表 示的适用于制造有机硅水凝胶的有机硅丙烯酰胺单体。
[0007]
[0008]
[0009] 个J又明八丄T儿旺IAJWiB兀/K平?牛tfJfl T儿旺又t迁旺羊W兀驻图，四 此通过聚合这些单体获得的聚合物可能具有较差的形状复原性质。本文中，支链是指这样 一种情况，其中始于键合到分子碳主链上的硅原子的31-(0^\键(其中X为1或大于1的整 数)不是连续单链。因此，如果使用直链硅氧烷基团，将会增大疏水性并存在与亲水性物质 的相容性会较差的担忧。
[0010]此外，专利文献1的组合物含有大约30至40重量份的甲基丙烯酸酯。虽然在均聚过 程中丙烯酰胺单体具有高于甲基丙烯酸酯的聚合速率常数，但是丙烯酰胺和甲基丙烯酸酯 共聚的速率则要明显低得多并且整个体系的聚合速率将会因此降低。
[0011]另一方面，专利文献2公开了由下式(yl)和(y2)表示的有机硅丙烯酰胺单体，以及 由该单体和亲水性丙烯酰胺单体制得的有机硅水凝胶。
[0012
[0013] 丙烯酰胺单体占用于专利文献2所公开的有机硅丙烯酰胺单体中的组合物的大部 分，并且预期整个体系的聚合速率会更高。然而，这些单体的有机硅区域还具有支链硅氧烷 基团，因此通过聚合这些单体获得的聚合物显示出较差的形状复原。此外，丙烯酰胺基团的 酰胺键具有高亲水性，因此从得到足量的有机硅组分以便提供高透氧度同时提供足够的含 水量以便给透镜提供柔韧性的角度来看，可能很难提供透明的透镜。特别是，如果为了增加 表面的润湿性而加入内部润湿剂，则得到透明的透镜会特别困难。
[0014] 相关领域的参考文献
[0015] 专利文献
[0016] 专利文献 1:US2005/0176911
[0017] 专利文献2:日本未经审查的专利申请H10-212355
【发明内容】
[0018] 本发明涉及具有高聚合速率的有机硅（甲基)丙烯酰胺单体，以及由此获得的具有 良好透明性和形状复原的聚合物。
[0019] 本发明还涉及以下组合物。即，
[0020] (1)-种有机硅（甲基）丙烯酰胺单体，其分子中包含（甲基)丙烯酰胺基团以及具 有两个或更多个_〇Si重复单元的直链硅氧烷基团。
[0021] (2)根据（1)的有机硅（甲基)丙烯酰胺单体，其中该有机硅（甲基)丙烯酰胺单体还 包含至少一个羟基。
[0022] (3)根据(2)的有机硅(甲基)丙烯酰胺单体，其通过以下通式(a)表示。
[0023]
[0024] R表示氢原子或甲基;R1表示氢原子或具有1至20个碳原子的烷基或芳基，该烷基 或芳基可用羟基、酸、酯、醚、硫醇以及它们的组合取代;R 2表示Cho亚烷基或亚芳基，该亚烷 基或亚芳基可用羟基酸、酯、醚、硫醇以及它们的组合取代;其中R1或R 2中的至少一者具有羟 基;R3至R9独立地表示具有1至20个碳原子的Cho烷基或芳基，其中任一者都可以用氟、羟 基、酸、酯、醚、硫醇以及它们的组合取代，并且η为1至10范围内的整数。
[0025] 本发明还涉及通过聚合包含至少一种如本文所述的有机硅（甲基)丙烯酰胺单体 的单体混合物得到的聚合物、眼用透镜和接触镜片。
【附图说明】
[0026] 图1是通过光-DSC分析单体混合物的聚合反应速率的图。
【具体实施方式】
[0027] 本发明包含本发明的有机硅（甲基)丙烯酰胺单体，因此可提供具有高丙烯酰胺单 体含量的有机硅水凝胶，该有机硅水凝胶为透明的，并在含水量与润湿性之间具有优异的 平衡。
[0028] 通过聚合这种有机硅水凝胶获得的聚合物适用于各种类型的医疗工具，尤其适用 于眼用透镜，如接触镜片、人工晶体和人工角膜，并特别适用于接触镜片。
[0029] 本发明的有机硅（甲基)丙烯酰胺单体在分子中具有（甲基）丙烯酰胺基团和直链 硅氧烷基团，并在分子中优选地具有至少一个羟基。硅氧烷基团是指具有至少一个Si-0-Si 键的基团，"直链"是指这样的结构，其中从键合到具有（甲基)丙烯酰胺基团的烷基的硅原 子开始，以单行形式形成键，或换句话讲，具有直链硅氧烷基团的有机硅（甲基)丙烯酰胺单 体是指由下列通式(P)表示的结构
[0030]
[0031]在式(P)中，1^表示具有（甲基）丙烯酰胺基团的烷基。1^至把表示不含硅原子的基 团。X表示2或更大的整数。与本发明的有机硅（甲基)丙烯酰胺不同，现有技术的有机硅（甲 基)丙烯酰胺在侧链中包含有机硅的至少一部分。在式(P)中，X表示2或更大的整数，并且如 果X太小，则将无法实现足够的透氧度，但如果太大，与亲水单体的相容性将下降，并且将更 难获得透明的透镜。因此，在一些实施例中，X为介于3和7之间、介于3和6之间以及介于3和5 之间的值。此外，为了提高所得聚合物的物理特性的可重复性，X优选地不具有分布。对于本 发明而言，术语"不具有分布"是指这样的情况，其中在不同X值的各个峰中，最大峰的比率 为80%或更高，如对于可使用气相色谱法(GC)(FID分析器)测量的单体而言通过GC测得，或 者对于不能使用GC测量的具有非常高沸点的单体而言通过液相色谱法(LC)(RI分析器)测 得。
[0032] 此外，在本说明书中，（甲基)丙烯酰基是指丙烯酰基和甲基丙烯酰基，并且（甲基） 丙烯酰胺是指丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺。
[0033] 本发明的不具有羟基的有机硅（甲基)丙烯酰胺单体包括由下式(sl)、（s5)和(s6)
[003^ 表示的单体；
[003?
[0036] 在这些单体中，从所得有机硅水凝胶的低模量的角度来看，由式(s5)和（s6)表示 的单体是更优选的。
[0037] 对于本发明，值得关注的是，如果单体包含直链硅氧烷基团，则疏水性将增大并且 与亲水性物质的相容性将较差，但具有酰胺键和羟基则可增大亲水性。然而，如果羟基数太 高，聚合物的弹性模量将不利地较高，因此每个单体单元的羟基数在一个实施例中介于1和 6之间，在另一个实施例中介于1和3之间，进一步地为1或2,并且其中所得聚合物的润湿性 (低接触角)尤其重要时，为2。
[0038] 此外，如果除直链硅氧烷基团外还存在支链硅氧烷基团，疏水性可能不利地较高。 因此，在一个实施例中，基于聚合组分，支链硅氧烷基团以低于约15重量％的量存在，并且 在其他实施例中不存在支链硅氧烷基团。
[0039] 为了增大聚合反应速率，本发明的有机硅（甲基)丙烯酰胺单体具有（甲基)丙烯酰 胺基团作为聚合基团，因此可预期获得增大的聚合反应速率。使用丙烯酰胺单体作为亲水 性物质时，该影响尤其显著。此聚合反应速率的增加减少完成聚合反应并生成最终材料所 需的固化时间。在丙烯酰胺基团和甲基丙烯酰胺基团中，从进一步增大聚合反应速率的角 度来看，丙烯酰胺基团是优选的。如上所述，如果存在酰胺基，则难以确保透明性，但如果存 在羟基，则可防止由于酰胺基的存在而使透明性降低。具体细节尚不清楚，但据认为，除用 作增容剂外，羟基还可增加润湿性。
[0040] 本发明的具有至少一个羟基的有机硅（甲基)丙烯酰胺单体的优选结构的例子为 由下列通式(a)表示的单体。
[0041 ][式 4]
[0042]
[0043] 在式(a)中，R表示氢原子或甲基。在一个实施例中，R为氢原子并且有机硅（甲基） 丙烯酰胺表现出增大的聚合反应速率。
[0044] 在式(a)中，R1表示氢原子或具有1至20个碳原子的烷基或芳基，该烷基或芳基可 以被羟基、酸、酯、醚、硫醇以及它们的组合取代。
[0045] 在一个实施例中，R1为氢原子或具有1至5个碳原子的烷基，该烷基可以被羟基、酸 或酯基取代。在另一个实施例中，R 1为具有1至5个碳原子的烷基，并且可以是未取代的或被 至少一个羟基取代。R1的例子包括氢原子、甲基、乙基、丙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁 基、叔丁基、正戊基、异戊基、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(所有这些基团都可以如上所述被取代)等等。在一个实施例中，R 1选自甲 基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、或叔丁基，其中任何一个都可以被羟基取代。在 另一个实施例中，R 1选自氢原子、甲基、乙基。氢原子、甲基和乙基为有机硅（甲基)丙烯酰胺 单体提供增强的亲水性。羟基取代的R 1基团的例子包括2-羟乙基、2-羟丙基、3-羟丙基、2， 3- 二羟基丙基、4-羟基丁基、2-羟基-1，1-二(羟甲基）乙基、2-羟甲基苯基、3-羟甲基苯基、 4- 羟甲基苯基等。在一个实施例中，R1选自2-羟乙基、2-羟丙基和2，3_二羟基丙基，在另一 个实施例中，R 1为2,3-二羟基丙基。2,3-二羟基丙基为有机硅（甲基）丙烯酰胺提供增强的 亲水性。此外，如果必须进一步提高通过聚合有机硅（甲基)丙烯酰胺单体而获得的聚合物 的透明性，则R 1优选地不为氢原子。
[0046] R2表示二价心-^)亚烷基或芳基，其可以被羟基、酸、酯、醚、硫醇以及它们的组合取 代。在另一个实施例中，R 2选自亚烷基，其可以是未取代的或者被羟基、醚基以及它们的 组合取代。在另一个实施例中，R2选自C 2-5亚烷基，其可以是未取代的或者被羟基、醚基以及 它们的组合取代，并且在另一个实施例中，R 2为C3亚烷基，其可以是未取代的或者被羟基、 醚基以及它们的组合取代。在另一个实施例中，R 2为式(d)的基团：
[0047] -CH2CH(OH)CH2- (d)
[0048] 或由下式(b)表示的基团：
[0049] -CH2CH(OH)CH2〇CH2CH2CH2- (b)
[0050] 合适的R2基团的例子包括:亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基、亚戊基、亚辛基、亚癸 基和亚苯基(其中任何一个都可以是未取代的或者被至少一个羟基取代）以及由下式(d)表 不的基团：
[0051] -CH2CH(OH)CH2- (d)
[0052] 和由下式(b)表示的基团：
[0053] -CH2CH(OH)CH2〇CH2CH2CH2- (b)
[0054] 这些亚烷基和亚芳基可以是直链的或支链的。其中，在一些实施例中，亚乙基、亚 丙基、亚丁基、由式(d)和(b)表不的基团是优选的，并且包含这些基团的有机娃（甲基)丙稀 酰胺聚合形成具有低弹性模量的聚合物。在另一个实施例中，R2选自亚乙基、亚丙基或亚丁 基，在另一个实施例中，从实现通过聚合有机硅（甲基)丙烯酰胺单体而获得的聚合物的疏 水性与降低的弹性模量之间的平衡的角度来看，R 2为正亚丙基。
[0055] 在式(a)中，R3至R9独立地表示具有1至20个碳原子的烷基或芳基，其中任何一个都 可以被氟、羟基、酸、酯、醚、硫醇以及它们的组合取代。R 3至R8的例子包括氢原子、甲基、乙 基、丙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、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(其中任何一个都可以被氟、羟基 或它们的组合取代)等等。在一些实施例中，具有1至4个碳原子的烷基是优选的，并且从增 大透氧度的角度来看，甲基是最优选的。R 9独立地表示具有1至20个碳原子的烷基或芳基。R9 的例子包括氢原子、甲基、乙基、丙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异 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 任何一个都可以被氟、羟基或它们的组合取代)等等。对于R 9,具有1至4个碳原子的烷基是 优选的，并且在一些实施例中，根据透氧度和硅氧烷基团的耐水解性之间的平衡，正丁基、 仲丁基或叔丁基(可以是未取代的或被羟基取代)是最优选的。在其他实施例中，R 9可以是 甲基或乙基。
[0056] 在式(a)中，η表示1和10之间的整数，并且如果η太小，则可能无法实现所需的透氧 度，但如果太大，与亲水单体的相容性将下降，并且将更难获得透明的透镜。因此，在一些实 施例中，η为介于2和6之间、介于2和5之间以及介于2和4之间的值。下限值的任何一个和优 选上限值的任何一个可组合在一起。此外，为了提高所得聚合物的物理特性的可重复性，η 优选地不具有分布。对于本发明而言，术语"不具有分布"是指这样的情况，其中在不同η值 的各个峰中，最大峰的比率为80%或更高，如对于可使用气相色谱法(GC)(FID分析器)测量 的单体而言通过GC测得，或者对于不能使用GC测量的具有非常高沸点的单体而言通过液相 色谱法(LC)(RI分析器)测得。
[0057]可通过合成有机化学领域的技术人员已知的任何方法制备本发明的有机硅（甲 基)丙烯酰胺单体。由式(a)表示的有机硅（甲基)丙烯酰胺单体的制备方法的例子
[0058]
[0059] 包括对由下式(alO)表示的化合物
[0060]
[0061 ] 使用由下式(al 1)表示的直链硅氧烷进行氢化硅烷化
[0062]
[0063] 以及包括对由下式(al2)表示的通过氢化硅烷化获得的化合物
[0064]
[0065] 进行（甲基)丙烯酰化。在式(alO)中，Q1包含碳-碳双键并通过氢化硅烷化转化为 式(a)的R 2。
[0066] 本发明的有机硅（甲基）丙烯酰胺单体的制备方法的一个更具体的例子是用于由 下式(a20)表示的单体的方法。
[0067]
[0068] 制备方法包括通过胺进行的环氧化物开环反应、羟基保护、氢化硅烷化、丙烯酰化 和羟基去保护。在式(a20)中，R、R 2、R3至R9以及η与上式(a)中的那些相同，并且式(a20)