专利名称：来自基于聚氨酯的光引发剂的亲水性凝胶的制作方法
来自基于聚氨酯的光引发剂的亲水性凝胶发明领域
本发明涉及基于聚烷基醚氨基甲酸酯主链的聚合型光引发剂以及它们在生产凝胶中的用途。本发明还涉及使用所述聚合物光引发剂来制造亲水性凝胶的方法、以及由此获得的凝胶。
发明背景
通过紫外线(UV)辐射使涂层固化而由此产生用作凝胶(例如水凝胶)的涂层，这要求用于引发对造成该固化过程的化学反应的有效方法。通过用UV光照射时产生自由基物质而使聚合物型材料交联已广泛用于制造用于医学装置涂层的水凝胶。通常使用以聚乙烯吡咯烷酮和光引发剂作为主要成分、用UV辐射进行固化的涂层组合物来生产水凝胶。在这些方法中使用的光引发剂可以是低聚的或聚合的。低聚型光引发剂部分地自由扩散到固化的材料的表面，由此使这些物质暴露于环境中。
在EP O 849 300、WO 2008/012325 和韦(Wei )等人，高等技术聚合物(Polymers for Advanced Technologies)，2008 年第 18 卷 12 期，第 1763-1770 页中披露了聚合型光引发剂。
发明目的
本发明的目的是提供一种用于制造凝胶的方法、以及由这些方法得到的凝胶。
发明概述
本发明的诸位发明人已经发现，某些聚合型光弓I发剂可以用于形成凝胶。
因此在广泛的方面，本发明涉及一种制造凝胶的方法，所述方法包括以下步骤
a.提供一种包含以下通式I的聚合型光引发剂的基质聚合物
(- (R1 (A1) m) u- (R2 (A2) n-0)。- (R3 (A3) p~0) q- (R4 (A4) r) v - C (0) NH-R5 (A5) S-NHC (0)) t-(I)
其中民、&和1 5可以各自独立地选自C1-C25直链烷基、C3-C25支链烷基、C3-C25 环烷基、芳基和杂芳基，例如带有高达20个碳原子的芳香族烃；
R1和R4各自独立地是选自C1-C25直链烷基、C3-C25支链烷基、C3-C25环烷基、 芳基、杂芳基、氢、-OH、-CN、卤素、胺、酰胺、醇、醚、硫醚、砜和其衍生物、磺酸和其衍生物、亚砜和其衍生物、碳酸酯、异氰酸酯、硝酸酯、丙烯酸酯、肼、吖嗪、酰肼、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、 聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、以及聚氨酯；并且当R1和R4是烷基和芳基时，它们可以被一个或多个取代基取代，该一个或多个取代基选自CN ；0H ;叠氮化物；酯；醚；酰胺；卤素原子；砜；磺酸衍生物；NH2或Nalk2，其中alk是任何C1-C8直链烷基、C3-C8支链或环状烷基；
m、n、p、r和s是从O至10的实数,其前提是n+p+s之和是大于O的实数；
O和q是从O至10000的实数；
u和V是从O至I的实数；
t是从I至10000的整数；并且
A1, A2> A3^A4以及A5是相同或不同的光引发剂部分，
b.通过将步骤a.中获得的基质组合物暴露于UV辐射中而使其固化，以及
c.将该基质组合物暴露于一种溶胀介质中，由此提供一种凝胶
其中步骤c.可以在步骤b.之前或之后进行。
本发明的还提供了一种通过本发明的方法可获得的凝胶、特别是亲水性凝胶，以及一种包含本发明的凝胶的医疗装置。
在该溶胀介质为水的情况下，获得一种水凝胶。
图式简单说明
图I说明了聚合物型光引发剂的一个通用基元，其中多个光引发剂部分侧接于一个聚合物主链上。
图2-9显示了当原始光引发剂的样品暴露于120° C的UV光下时，对于实例部分的各种聚氨酯，在机械特性方面的变化。在t=0时，开始用UV光照射并且发生了损耗模量和储能模量二者瞬时增大。当这些模量相等时，通过进一步的UV辐射进行从液体到固体的过渡。如果在这个固化步骤之后将样品暴露于水中，则获得一种水凝胶材料。
图10展示了本发明的方法。
发明的详细说明
定义
“任选取代的”是指被选自下组的一个或多个取代基任选地取代，该组由以下各项组成C1-C25直链的、支链的或环状的烷基、芳基、-OH、-CN、卤素、胺、酰胺、醇、醚、硫醚、砜及其衍生物、磺酸及其衍生物、亚砜及其衍生物、碳酸酯、异氰酸酯、硝酸酯、丙烯酸酯。优选地，该一个或多个取代基是选自下组，该组由以下各项组成-0H、-CN、卤素、胺、酰胺、醇、 醚、硫醚、砜及其衍生物、磺酸及其衍生物、亚砜及其衍生物、碳酸酯、异氰酸酯、硝酸酯、丙烯酸酯。最优选地，该取代基是选自下组，该组由以下各项组成-0H、-CN、卤素、胺、酰胺、 醇、醚、硫醚、砜及其衍生物、磺酸及其衍生物、以及亚砜及其衍生物。
亲水性的
如果一种材料具有对水的自然亲和力，则将其描述为亲水性的。亲水性材料被定义为用前进接触角测量方法测量的与水的接触角是小于90°、优选小于80°、更优选小于 75°并且最优选小于50° (参见ASTM D7334-08)的那些材料。简言之，测量水滴在表面上的前进接触角的方法是通过使用皮下注射器沉积一个尺寸控制在O. IyL以内的水滴(约 5-20 μ L)来进行的。然后调节一个测角仪，使得该水滴的两个接触点各自的内角是可以测定的。测定了三个水滴在样品上的两个角度测量值(每个水滴边缘上一个)并且该样品的接触角是这六个角度测量值的平均值。
亲水性聚合物很可能包含具有高的电负性值的原子，如氧和氮。根据以上定义是亲水性的材料还将具有对短链(例如C1-C8)醇和甘油的亲和力。亲水性聚合物的具体实例有聚氧化乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、胺官能聚合物例如聚(2-乙基-2-噁唑啉)、丙烯酸类树脂、聚醚、聚烷基醚磺酸酯、聚乙烯醇。
亲水性凝胶
凝胶是互连的刚性网络，具有亚微米尺寸的孔以及平均长度大于一微米的聚合物链。术语“凝胶”被详细论述在Flory, P. J.高分子化学原理[Principles of Polymer Chemistry];康奈尔大学出版社纽约州伊萨卡[Ithaca, NY] 1953 ;第IX章中。
凝胶的定义在提供在聚合物凝胶和网络[聚合物Gels andNetworks], 1 (1993), 5-17中凝胶是具有两种或更多组分的柔软的、固体或类固体的物质，其中一种组分为液体、以实质性量值存在。类固体的凝胶的特征是不存在平衡模量、具有展现出至少在数秒量级的时间上延伸的显著平台区的储能模量G’(co)、并且具有显著小于平台区中的储能模量的损耗模量G”(ω)。
在表征光引发剂在交联聚合物基质中的效率这一方面，从液体到固体物质的过渡是重要的。液体的特征是具有G”( ω) >G’( ω)，并且相应地，固体的特征为G”( ω)〈G’( ω)。 从液体到固体的过渡通常称为凝胶点，被定义为当G”(《)=G’ (ω)时。被定义为从固化过程开始到G”(co)=G’ (ω)或tan =l之时的固化时间是对光引发剂在具体的基质组合物中的效率的特征性衡量。
发明的具体实施方式
本发明提供了亲水性凝胶、亲水性凝胶前体，以及用于其制造的方法。
本发明提供了一种制造凝胶的方法，所述方法包括以下步骤
a.提供一种包含以下通式I的聚合型光引发剂的基质聚合物
(- (R1 (A1) m) u- (R2 (A2) n_0) 0_ (R3 (A3) p~0) q- (R4 (A4) r) V~C (0) NH-R5 (A5) S-NHC (0)) t-(I)
b.通过将步骤a.中获得的基质组合物暴露于UV辐射中而使其固化，以及
c.将该基质组合物暴露于一种溶胀介质中，由此提供一种凝胶，
其中步骤c.可以在步骤b.之前或之后进行。
由于光引发剂在固化后是结合在该基质组合物内，因此低分子量的光引发剂从固化后的材料表面浸出的可能性减小。
民、&和R5可以各自独立地选自C1-C25直链烷基、C3-C25支链烷基、C3-C25环烷基、芳基和杂芳基，例如带有高达20个碳原子的芳香族烃。适当地，R2和R3各自独立地选自C1-C25直链烷基、C3-C25支链烷基、C3-C25环烷基，优选为C1-C25直链烷基。R5可以选自C3-C25环烷基和芳基所组成的组中。
R1和R4各自独立地是选自C1-C25直链烷基、C3-C25支链烷基、C3-C25环烷基、芳基、杂芳基、氢、-0H、-CN、卤素、胺(例如-NR' R"，其中R’和R"是烷基，合适地是C1-C25 烷基)、酰胺(例如-CONR' R"或V CONR"-，其中R’和R"是烷基，合适地是C1-C25烷基)、醇、醚、硫醚、砜和其衍生物、磺酸和其衍生物、亚砜和其衍生物、碳酸酯、异氰酸酯、硝酸酯、丙烯酸酯、肼、吖嗪、酰肼、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、以及聚氨酯。RjPR4可以各自独立地选自C1-C25直链烷基、C3-C25支链烷基、C3-C25环烷基。
R1和R4可以是用醇、醚、氨基甲酸酯、或胺基团、替代地用其他亲核基团在一个末端或两个末端处进行末端官能化的。替代地，&和&可以被认为是源自扩链剂，其中适当的扩链剂可以包括乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、丙二胺、丁二胺、六亚甲基二胺、 环己基二胺、哌嗪、2-甲基-哌嗪、苯二胺、甲苯二胺、苯二甲基二胺、三(2-氨乙基)胺、 3，3’ - 二硝基联苯胺、4，4’ -亚甲基双(2-氯苯胺)、3，3’ - 二氯-4，4’ -联苯二胺、2，6- 二氨基吡啶、4，4’ - 二氨基二苯基甲烷、薄荷烷二胺、间二甲苯二胺以及异佛尔酮二胺。
R1和R4还可以选自下组，该组由以下各项组成肼；吖嗪，如丙酮吖嗪；取代的肼， 如二甲基肼、1，6-六亚甲基-双肼、以及碳酰二肼；二羧酸以及磺酸的肼类，如己二酸单酰肼或二酰肼、草酸二酰肼、间苯二甲酸二酰阱、酒石酸二酰肼、1,3-亚苯基二磺酸二酰阱、ω-氨基己酸二酰肼；通过使内酯与肼反应而获得的酰肼，如Y-羟基丁酸酰肼、双-半碳二酰阱；二醇(如以上提及的二醇中的任何一种)的双酰肼碳酸酯。
当R1和R4是烷基和芳基时，它们可以被一个或多个取代基取代，这些取代基是选自CN、0H、叠氮化物、酯、醚、酰胺(例如-CONR' R"或V CONR" _，其中R’和R"是烷基， 合适地是C1-C25烷基)、卤素原子、砜、磺酸衍生物、NH2或Nalk2，其中alk是任何C1-C8直链烷基、C3-C8支链或环状烷基。
为了获得适合于水凝胶形成的亲水性聚合物，R2和R3应该优选地是乙烯区段。R1^ &和1 5可以任选的是亲水性质的，前提是所得聚合物总体上可以被认为是亲水的。优选地， R1^ R3和R5是亲水的，例如聚氧化乙烯。R2为乙烯区段并且R3为丙烯区段的共聚物也落在本发明之内，而且其限制条件再次是化学计量比不提供疏水性的所得聚合物。此外，民和R3 可以是长链的烷基区段，但是如果这样，RpR3和R5应当是亲水性质的以便使得整体聚合物是亲水的。
在具有化学式⑴的聚合型光引发剂中，m、n、p、i^Ps是从O至10的实数，其前提是n+p+s之和是大于或等于O的实数(S卩，存在A2、A3和A5中的至少一个)。换言之，具有化学式(I)的聚合型光引发剂是其中至少该异氰酸酯基团(R5)或聚醚基团(R2、R3)包括光引发剂的那些。
在具有化学式(I)的聚合型光引发剂中，ο和(1是从O至10000的实数。适当地， ο和q是从O至5000、优选100-2000的实数。
在具有化学式(I)的聚合型光引发剂中，u和V独立地是从O至I的实数。优选地U和V独立地是大于零的实数。
在具有化学式(I)的聚合型光引发剂中，t是从I至10000的整数。适当地，t是从I至5000、优选100-2000的整数。
作为最低限度，n+p+s之和是大于零。因此，s可以大于或等于I。替代地或者另外地，P可以大于或等于I。η也可以大于或等于I。替代地或者另外地，r和V是大于或等于I。r可以为零，m也可以为零。P和q可以大于或等于I。
可能的是m+n+p+r+s之和为I。
在通式(I)中的下标O、m、η、O、p、q、r、S、V以及u表示一个平均值/总和，并且式(I)由此表示交替的、周期性的、统计性/无规的、嵌段的以及接枝的共聚物。无规共聚物的实例可以是通过应用类似于式I的命名法，具有式(A2B1)J^]共聚物ABAAABABAABABAA。
应用于本发明中描述的一种光引发剂的式I的身份(identity)的一个实例在方案I中给出。
权利要求
1.一种用于制造凝胶的方法，所述方法包括以下步骤a.提供一种包含以下通式I的聚合型光引发剂的基质聚合物(-(R1 (A1)m)u-(R2(A2)n-0)0-(R3(A3)p-0)q-(R4(A4)r)v - C(0)NH-R5(A5)S-NHC(0))t- (I) 其中R2、R3和R5可以各自独立地选自C1-C25直链烷基、C3-C25支链烷基、C3-C25环烷基、芳基和杂芳基，例如带有高达20个碳原子的芳香族烃；R1和R4各自独立地是选自C1-C25直链烷基、C3-C25支链烷基、C3-C25环烷基、芳基、 杂芳基、氢、-OH、-CN、卤素、胺、酰胺、醇、醚、硫醚、砜和其衍生物、磺酸和其衍生物、亚砜和其衍生物、碳酸酯、异氰酸酯、硝酸酯、丙烯酸酯、肼、吖嗪、酰肼、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、以及聚氨酯；并且当RJPR4是烷基和芳基时，它们可以被一个或多个取代基取代，该一个或多个取代基选自CN ；0H ;叠氮化物；酯；醚；酰胺；卤素原子；砜; 磺酸衍生物；NH2或Nalk2，其中alk是任何C1-C8直链烷基、C3-C8支链或环状烷基； m、n、p、r和s是从O至10的实数,其前提是n+p+s之和是大于O的实数； ο和q是从O至10000的实数； u和V是从O至I的实数； t是从I至10000的整数；并且 Ai、A2、A3、A4以及A5是相同或不同的光引发剂部分，b.通过将步骤a.中获得的基质组合物暴露于UV辐射中而使其固化，以及c.将该基质组合物暴露于一种溶胀介质中，由此提供一种凝胶其中步骤C.可以在步骤b.之前或之后进行。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，R1和R4是用醇、醚、氨基甲酸酯、或胺基团、替代地用其他亲核基团在一个末端或两个末端处进行末端官能化的。
3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，R1和R4是选自下组，该组由以下各项组成乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、丙二胺、丁二胺、六亚甲基二胺、环己基二胺、哌嗪、2-甲基-哌嗪、苯二胺、甲苯二胺、苯二甲基二胺、三(2-氨乙基)胺、3，3’ - 二硝基联苯胺、4，4’ -亚甲基双(2-氯苯胺)、3，3’ - 二氯-4，4’ -联苯二胺、2，6- 二氨基卩比唳、 4，4’ - 二氨基二苯基甲烷、薄荷烷二胺、间二甲苯二胺以及异佛尔酮二胺。
4.根据权利要求I所述的方法，其中，RJPR4是选自下组，该组由以下各项组成肼； 吖嗪，如丙酮吖嗪；取代的肼，如二甲基肼、1，6-六亚甲基-双肼、以及碳酰二肼；二羧酸以及磺酸的肼类，如己二酸单酰肼或二酰肼、草酸二酰肼、间苯二甲酸二酰阱、酒石酸二酰肼、 1，3-亚苯基二磺酸二酰阱、ω-氨基己酸二酰肼；通过使内酯与肼反应而获得的酰肼，如 Y -羟基丁酸酰肼、双_半碳二酰阱；二醇的双酰肼碳酸酯。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中,R5是选自C3-C25环烷基和芳基所组成的组中。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中民和&是各自独立地选自C1-C25直链烷基、C3-C25支链烷基、以及C3-C25环烷基，优选C1-C25直链烷基。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，ApAyAyA4以及A5中的至少一个是二苯甲酮部分。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中ApA2, A3、A4以及A5是选自下组，该组由以下各项组成安息香醚、苯基羟基烷基酮、苯基氨基烷基酮、二苯甲酮、噻吨酮、氧杂蒽酮、吖啶酮、蒽醌、芴酮、二苯并环庚烯酮、苯偶酰、苯偶酰缩酮、α - 二烷氧基_苯乙酮、 α _轻基_烧基_苯基酮、α _氨基_烧基_苯基酮、酸基_氧化勝、苯基香 素酮、娃烧、马来酰亚胺、以及其衍生物。
9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，ApA2、A3、A4以及A5是选自下组，该组由以下各项组成安息香醚类、苯基羟烷基酮类、苯基氨基烷基酮类、二苯甲酮、噻吨酮类、 氧杂蒽酮类以及它们的衍生物。
10.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，该聚合型光引发剂的重均分子量是在 O. 2kDa 与 IOOkDa 之间。
11.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，该聚合型光引发剂的重均分子量是在O. 2kDa与75kDa之间，优选在O. 5与50kDa之间。
12.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，该聚合型光引发剂的重均分子量为O.5-40kDa，并且二苯甲酮部分的负荷量是大于0%且低于50%。
13.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中R1和R4是各自独立地选自C1-C25 直链烷基、C3-C25支链烷基、以及C3-C25环烷基。
14.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中ο和q是0-5000、优选是100-2000 的实数。
15.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中t是I至5000、优选100-2000的整数。
16.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中m+n+p+r+s之和为I。
17.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，s是大于或等于I。
18.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，r和V是大于或等于I。
19.根据权利要求1-17中任一项所述的方法，其中r为零。
20.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中m为零。
21.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，P和q是大于或等于I。
22.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中该基质组合物另外包含一种或多种形成亲水性凝胶的聚合物和/或形成亲水性凝胶的单体。
23.根据权利要求22所述的方法，其中该形成凝胶的聚合物是选自下组，该组由以下各项组成聚丙烯酸酯、聚烷基醚、聚氨酯、聚乙烯乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮以及它们的共聚物和共混物。
24.根据权利要求22所述的方法，其中该形成凝胶的单体是选自下组，该组由以下各项组成丙烯酸酯单体、N-乙烯吡咯烷酮以及环氧化物单体。
25.根据权利要求1-21中任一项所述的方法，其中该基质组合物由具有如权利要求I 中定义的通式I的聚合型光引发剂组成。
26.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，该溶胀介质是选自下组，该组由以下各项组成水、C1-C5醇、甘油和聚乙二醇(PEG)，优选PEG-2000。
27.根据权利要求29所述的方法，其中该溶胀介质包括水，并且如此产生的亲水性凝胶是一种水凝胶。
28.根据以上权利要求中任何一项所述的方法，其中步骤c.在步骤b.之前进行。
29.根据以上权利要求中任何一项所述的方法，由步骤a.、b.和c.组成。
30.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，该凝胶是亲水性凝胶并且其中R2> R3和R5各自独立地选自C1-C3直链烷基，并且R1和R4各自独立地是选自C1-C25直链烷基、C3-C25支链烷基、C3-C25环烷基、芳基、 杂芳基、氢、-OH、-CN、卤素、胺、酰胺、醇、醚、硫醚、砜和其衍生物、磺酸和其衍生物、亚砜和其衍生物、碳酸酯、异氰酸酯、硝酸酯、丙烯酸酯、肼、吖嗪、酰肼、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、以及聚氨酯；并且当R1和R4是烷基和芳基时，它们可以被一个或多个取代基取代，该一个或多个取代基选自CN ；0H ;叠氮化物；酯；醚；酰胺；卤素原子；砜；磺酸衍生物；NH2或Nalk2，其中alk是任何C1-C8直链烷基、C3-C8支链或环状烷基。
31.一种经由权利要求1-30中任一项所述的方法可获得的凝胶。
32.一种包含权利要求30所述的凝胶的医疗装置。
33.根据权利要求31所述的医疗装置，该医疗装置在其至少一个表面部分上被涂覆有权利要求30所述的凝胶。
全文摘要
本发明涉及基于聚烷基醚氨基甲酸酯主链的聚合型光引发剂在生产凝胶、特别是水凝胶中的用途。本发明涉及使用所述聚合物光引发剂来制造亲水性凝胶的方法、以及由此获得的亲水性凝胶。
文档编号C08F2/50GK102947349SQ201180029667
公开日2013年2月27日 申请日期2011年6月22日 优先权日2010年6月22日
发明者C·B·尼尔森, N·J·麦德森 申请人:科洛普拉斯特公司