CN110396211A - 应用电浆诱导聚合接枝制备具薄膜的隐形眼镜加工方法 - Google Patents

应用电浆诱导聚合接枝制备具薄膜的隐形眼镜加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用电浆诱导聚合接枝制备具薄膜的隐形眼镜加工方法，该隐形眼镜表面先进行电浆改质处理，以使隐形眼镜表面形成具亲水性功能的官能基，并将隐形眼镜浸泡于含有N‑乙烯基‑2‑吡咯酮(N‑vinyl‑2‑pyrrolidone,NVP)、甲基丙烯酸聚乙二醇酯[Poly(ethylene glycol)methacrylate,PEGMA]及光起始剂的溶液中，再将隐形眼镜从溶液中取出，且通过紫外光装置来照射紫外光，以使隐形眼镜表面形成薄膜，而隐形眼镜即可借助薄膜来达到同时具有良好的亲水性及抗沾污能力的效果，进而使配戴时不会感受到不适的异物感，且可大幅减少角膜感染的机率。

Description

应用电浆诱导聚合接枝制备具薄膜的隐形眼镜加工方法
技术领域
本发明涉及一种应用电浆诱导聚合接枝制备具薄膜的隐形眼镜加工方法，特别涉及隐形眼镜表面经由电浆改质处理、浸泡溶液及照射紫外光制程后，可使隐形眼镜表面形成薄膜，以借此薄膜来使隐形眼镜具有良好的亲水性及抗沾污能力。
背景技术
随着各种电子、电气产品的研发、创新，带给人们在日常生活及工作上许多便捷，尤其是3C电子产品的大量问世，更造成在通讯及因特网的应用的普及化，以致许多人沉浸在3C电子产品的使用领域中，长时间大量应用3C电子产品，不论是上班族、学生族群或是中老年人等，涵盖的范围也相当广泛，进而衍生出低头族的现象，也因此造就许多人的眼睛视力减损、伤害等情况日趋严重，近视人口也就相对提高。
目前人们为了解决近视的困扰，大多会配戴近视眼镜、配戴近视隐形镜片、角膜近视手术或配戴角膜塑型镜片矫正，然而，一般厂商会在隐形眼镜表面做电浆表面改质处理，以提升隐形眼镜的亲水性，但是，此亲水性效果大多只能维持一～二星期左右，其主要原因大致上有下列几项：
(1)镜片在电浆表面改质处理期间及电浆表面改质处理后，所产生的化学基团为了最小化表面能及回到热平衡的状态会进行重组(re-arrangement)，由此产生疏水性回复现象。
(2)当经由电浆表面改质处理后的镜片表面接触空气时，其镜片表面即会产生新的氧化及降解反应，因而产生疏水性回复现象。
(3)为了以较低的表面能来达成更稳定的热平衡状态，所以低分子量的氧化分子会移向镜片内部，进而产生疏水性回复现象。
(4)未经改质的低分子量物种(species)及大分子(macromolecules)会从镜片内部移向表面，因此促进疏水性回复的程度及在表面形成低表面能的低分子层。
(5)镜片表面的极性化学基团产生重新转向(reorientation)的情形。
(6)基材表面粗糙度增加(The relaxation of the surface roughness)。
所以，因为上述的原因，该隐形眼镜经由电浆表面改质处理经过一星期后，其表面的接触角便会逐渐增加而变成疏水性表面，而在约第10～14天时，则会回复至和未经电浆处理隐形眼镜相同的接触角，而当配戴者配戴疏水性镜片时，配戴者的眼球即会感受到不适的异物感，以致于影响配戴者继续配戴隐形眼镜的意愿，且疏水性镜片亦容易供沉淀物吸附，其沉淀物不仅会影响配戴者的视力、配戴镜片的舒适度及镜片表面润湿度，又沉淀物中的蛋白质沉淀亦可做为细菌成长的温床，而当沉淀在镜片表面的蛋白质随着时间变性时，可能会诱发人体免疫反应，进而造成巨大乳突状结膜炎(Giant PapillaryConjunctivitis)、急性红眼等角膜感染征象，导致配戴者无法配戴隐形眼镜。
于是，要如何设法解决上述现有技术存在的缺失与不便，即成为从事此行业的相关业者所亟欲研究改善的方向。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明发明人通过搜集相关资料，经由多方评估及考虑，并以从事于此行业累积的多年经验，经由不断试作及修改，提出了一种应用电浆诱导聚合接枝制备具薄膜的隐形眼镜的加工方法。
本发明的第一目的在于该隐形眼镜表面为可先进行电浆改质处理，以使隐形眼镜表面形成具亲水性功能的官能基，并将隐形眼镜浸泡于由N-乙烯基-2-吡咯酮、甲基丙烯酸聚乙二醇酯及光起始剂混合而成的溶液中，再将隐形眼镜从溶液中取出，且通过紫外光装置来对隐形眼镜进行紫外光照射作业，以使隐形眼镜表面聚合接枝形成薄膜，而隐形眼镜便可通过薄膜来达到同时具有良好的亲水性及抗沾污能力的目的。
本发明的第二目的在于该隐形眼镜表面经由电浆改质处理后，会形成具亲水性功能的官能基，其官能基会与溶液中的N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯接枝为一体，所以可延迟官能基为了最小化表面能及回到热平衡状态而产生重组的情形，借此达到延长亲水性时间的目的。
本发明的第三目的在于该隐形眼镜表面经由电浆改质处理后，会形成具亲水性功能的官能基，以提升整体的亲水性，且通过官能基亦可提升溶液中的N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯结合于隐形眼镜表面的贴附性，借此达到增加隐形眼镜表面形成薄膜稳定性的目的。
本发明的第四目的在于该隐形眼镜配戴于眼球上时，其接触的部位皆会确实地接触到薄膜，以达到可使隐形眼镜的亲水性及抗沾污的功能发挥到最大化，而生物兼容性实验证实，经聚合接枝后的隐形眼镜无细胞毒性，故配戴者可安心配戴表面已聚合接枝有N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯的隐形眼镜。
本发明的第五目的在于该光起始剂为水溶式的光起始剂，水溶式的光起始剂可避免隐形眼镜在照射紫外光线的过程中因浸泡在非水溶性光起始剂的有机溶剂(如：酒精)而发生变形的情况，以使具薄膜的隐形眼镜稳定制作，借此达到提升制程良率的目的。
本发明的第六目的在于该N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯受到紫外光照射后，彼此间亦会相互接枝，以提升彼此键结的强度，进而达到提升亲水性、减少蛋白质的吸附及提高抗生化沾污能力的目的。
附图说明
图1为本发明的流程图(一)。
图2为本发明的流程图(二)。
图3为本发明N-乙烯基-2-吡咯酮接上光起始剂后的化学式图。
图4为本发明甲基丙烯酸聚乙二醇酯接上光起始剂后的化学式图。
图5为本发明N-乙烯基-2-吡咯酮与甲基丙烯酸聚乙二醇酯接枝后的化学式图。
图6为本发明隐形眼镜存放在生理食盐水中的数据图。
图7为本发明隐形眼镜抗大肠杆菌贴附能力的柱状图。
图8为本发明隐形眼镜抗金黄色葡萄球菌贴附能力的柱状图。
具体实施方式
为达成上述目的及功效，本发明所采用的技术手段及其构造，兹绘图就本发明的较佳实施例详加说明其特征与功能如下，俾利完全了解。
请参阅图1和2所示，为本发明的流程图(一)及(二)，由图中可清楚看出，本发明应用电浆诱导聚合接枝制备具薄膜的隐形眼镜加工方法为可依据下列步骤进行：
(A01)可先对隐形眼镜表面进行电浆改质处理，以使隐形眼镜表面形成具亲水性功能的官能基。
(A02)并将隐形眼镜浸泡于含有N-乙烯基-2-吡咯酮(N-vinyl-2-pyrrolidone,NVP)、甲基丙烯酸聚乙二醇酯[Poly(ethylene glycol)methacrylate,PEGMA]及光起始剂的溶液中。
(A03)再将隐形眼镜从溶液中取出，且通过紫外光装置来对隐形眼镜进行紫外光照射作业，以使隐形眼镜表面形成薄膜，借此完成制作出本发明具薄膜的隐形眼镜。
上述隐形眼镜较佳可由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氟硅丙烯酸酯(FSA)、透气性半硬镜片、聚甲基丙烯酸羟乙酯、GMMA、硅水胶或其它制作隐形眼镜的材料制成。
且上述步骤(A01)中隐形眼镜表面为可通过电浆装置来以氩气进行电浆改质处理，而该电浆装置的电浆功率(W)，电浆处理的时间(s)，气体进入腔体的速度(sccm)及腔体内的压力(mTorr)的参数设定值为分别介于 及之间，而较佳可为80W，120s，10sccm及100mTorr，以可通过前述各项参数来使隐形眼镜表面稳定形成具亲水性功能的官能基，且可使经由电浆改质处理后的隐形眼镜表面的水接触角(WCA)介于38±1.91°之间。
再者，上述步骤(A02)中的溶液中，该N-乙烯基-2-吡咯酮的体积百分浓度介于％之间，且该甲基丙烯酸聚乙二醇酯的体积百分浓度介于％之间，而该光起始剂的体积百分浓度为介于0.5～1.0v/v％之间，其余为去离子水，该光起始剂可为2-hydroxy-2-methylpropiophenone(HMPP)，其与去离子水(DI Water)组成水溶式光起始剂，可通过前述参数值来优化隐形眼镜表面形成薄膜的接枝密度，进而降低薄膜的水接触角(WCA)，借此达到提升隐形眼镜亲水性的效用。
然而，上述步骤(A03)中的紫外光装置为可对从溶液中取出的隐形眼镜照射紫外光，并通过光起始剂来产生固化反应，以诱导N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯聚合接枝于隐形眼镜表面上，借此使隐形眼镜表面形成薄膜，而该紫外光装置的波长(nm)、照射功率(W)及照射时间(min)的参数设定值较佳可为254nm，60W及20～30min，即可通过前述的数值来使N－乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯确实均匀地接枝于隐形眼镜上，且不会改变隐形眼镜本身的物理及化学性质；另外，请参阅图3～5所示，为本发明N-乙烯基-2-吡咯酮接上光起始剂后的化学式图、甲基丙烯酸聚乙二醇酯接上光起始剂后的化学式图及N-乙烯基-2-吡咯酮与甲基丙烯酸聚乙二醇酯接枝后的化学式图，由图中可清楚看出，该N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯受到紫外光照射后，彼此间亦会相互进行接枝，借以可提升彼此间键结的强度。
本发明于实际使用时，可先通过电浆装置来对隐形眼镜表面进行电浆改质处理，以使隐形眼镜表面形成具亲水性功能的官能基，再将隐形眼镜浸泡于由N-乙烯基-2-吡咯酮、甲基丙烯酸聚乙二醇酯及光起始剂混合而成的溶液中，进而使隐形眼镜表面确实沾附有溶液，便可再将隐形眼镜从溶液中取出，并利用紫外光装置来对沾附有溶液的隐形眼镜进行紫外光照射作业，而在紫外光照射的过程中，其溶液中的光起始剂即会诱导N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯来聚合接枝于隐形眼镜表面的官能基上，且待紫外光照射完成后，该隐形眼镜表面便会形成薄膜，藉以制作出具薄膜的隐形眼镜，因N-乙烯基-2-吡咯酮为具有良好的亲水性，且甲基丙烯酸聚乙二醇酯具有减少蛋白质的貼附及提高抗生化沾污的能力，并可经由生物兼容性实验(如：体外细胞毒性试验、急性系统毒性试验、眼刺激试验或皮肤敏感性试验等)来证实，经聚合接枝后的隐形眼镜无细胞毒性，又薄膜的厚度很薄(约介于1-10μm之间)，所以此隐形眼镜配载于眼球上时，配戴者即不会感觉到有不适的异物感，且可大幅减少沉淀物的貼附而降低角膜感染的机率。
而上述步骤(A03)执行后，为可进一步执行步骤(A04)、(A05)及(A06)：
(A04)利用次氯酸钠及去离子水来对具薄膜的隐形眼镜进行清洗作业。
(A05)再通过光谱分析装置来对清洗出来的液体进行光谱检测分析作业，若液体中分析到有波数为﹝944、1660、1716﹞的碳氧键(化学式：C＝O)波峰或波数为﹝1335、2875、2930﹞的氢氧键(化学式：O-H)波峰或波数为﹝1110﹞的羰基(化学式：C-O)波峰时，即回去执行步骤(A04)；而若检测不到，则执行步骤(A06)。
(A06)完成检测分析。
上述步骤(A04)中清洗作业的次数为介于1～5次，而较佳为3次。
上述步骤(A05)中的光谱分析装置可为傅立叶变换红外光光谱仪(FTIR)或其它可对物质进行化学表面分析的仪器。
本发明隐形眼镜表面形成薄膜后，即可通过次氯酸钠及去离子水来对具薄膜的隐形眼镜进行清洗作业，再利用光谱分析装置来对清洗出来的液体进行光谱分析作业，若液体中分析到有波数为944、1660、1716的碳氧键波峰或波数为1335、2875、2930的氢氧键波峰或波数为1110的羰基波峰时，即再继续清洗，而若分析不到时，便代表N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯已确实接枝于隐形眼镜表面，所以便可通过分析光谱的方式来轻易确保N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯已确实接枝于隐形眼镜表面，进而具有检测便利性及稳固产品的质量的效果。
另外，请参阅图6所示，为本发明隐形眼镜存放在生理食盐水中的数据图，由图中可清楚看出，该隐形眼镜存放在生理食盐水中的数据图的纵轴为水接触角、横轴为存放时间，而该实心方块曲线(C+P)为仅经由电浆处理的隐形眼镜的实验曲线，该空心方块曲线(40/60)为薄膜中的N-乙烯基-2-吡咯酮、甲基丙烯酸聚乙二醇酯的体积百分浓度为40％(总体积百分浓度为19.9％)及60％(总体积百分浓度为29.8％)的隐形眼镜的实验曲线，该实心圆形(50/50)为薄膜中的N-乙烯基-2-吡咯酮、甲基丙烯酸聚乙二醇酯的体积百分浓度为50％(总体积百分浓度为24.8％)及50％(总体积百分浓度为24.8％)的隐形眼镜的实验曲线，该空心圆形(60/40)为薄膜中的N-乙烯基-2-吡咯酮、甲基丙烯酸聚乙二醇酯的体积百分浓度为60％(总体积百分浓度为29.8％)及40％(总体积百分浓度为19.9％)的隐形眼镜的实验曲线，该实心三角形(Control)为一般隐形眼镜的对照曲线。
由上述复数曲线中可以清楚看出，该复数具薄膜的隐形眼镜在存放时间于120天的时候，其水接触角为大幅低于仅经由电浆处理的隐形眼镜及一般的隐形眼镜，由此得知薄膜可对隐形眼镜带来良好亲水性效果，其中该空心方块曲线(40/60)在存放时间于120天的时候，其水接触角为复数曲线中最低(约25°)，所以可得知该N-乙烯基-2-吡咯酮、甲基丙烯酸聚乙二醇酯的体积百分浓度分别为40％及60％时，可拥有最佳亲水性的效果。
又请参阅图7、8所示，为本发明隐形眼镜抗大肠杆菌贴附能力的柱状图及隐形眼镜抗金黄色葡萄球菌贴附能力的柱状图，由图中可清楚看出，该N-乙烯基-2-吡咯酮、甲基丙烯酸聚乙二醇酯的体积百分浓度分别为40％及60％时，无论在检测大肠杆菌或金黄色葡萄球菌，其在18小时的时候所能检测到的光学密度皆为复数种类隐形眼镜中最低，所以即可得知该N-乙烯基-2-吡咯酮、甲基丙烯酸聚乙二醇酯的体积百分浓度分别为40％(总体积百分浓度为19.9％)及60％(总体积百分浓度为29.8％)时，可拥有最佳抗沾污的效用。
本发明为具有下列的优点：
(一)该隐形眼镜通过电浆改质处理、浸泡溶液及照射紫外光制程后，即可使隐形眼镜表面形成薄膜，而该隐形眼镜为可通过此薄膜来同时具有良好的亲水性及抗生化污染的能力。
(二)该隐形眼镜表面经由电浆改质处理后，会使隐形眼镜表面形成具亲水性功能的官能基，且该官能基会与溶液中的N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯接枝为一体，所以可延迟官能基为了最小化表面能及回到热平衡状态而产生重组的情形，借此达到延长亲水性时间的效用。
(三)该隐形眼镜表面经由电浆改质处理后，会使隐形眼镜表面形成具亲水性功能的官能基，以提升整体的亲水性效能，且通过官能基亦可提升溶液中的N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯结合于隐形眼镜表面的贴附性，借此达到增加隐形眼镜表面形成薄膜稳定性的效果。
(四)该隐形眼镜通过浸泡的方式可使表面完全形成薄膜，所以当隐形眼镜配戴于眼球上时，其接触的部位皆会确实地接触到薄膜，以使隐形眼镜的亲水性及抗沾污的功能可发挥最大化，而生物兼容性实验证实，经聚合接枝后的隐形眼镜无细胞毒性，故配戴者可安心配戴表面已聚合接枝有N－乙烯基－2－吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯的隐形眼镜。
(五)该光起始剂可为2-hydroxy-2-methylpropiophenone(HMPP)及去离子水所组成的水溶式光起始剂，水溶式的光起始剂可避免隐形眼镜在照射紫外光线的过程中因浸泡非水溶性光起始剂的有机溶剂(如：酒精)而发生变形的情况，以使本发明具薄膜的隐形眼镜稳定制作，借此提升制程良率。
(六)该N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯受到紫外光照射后，彼此间亦会相互接枝，以提升彼此键结的强度，进而达到更进一步提升亲水性、减少蛋白质的贴附及提高抗生化沾污的能力。
上述详细说明为针对本发明一种较佳的可行实施例说明而已，惟该实施例并非用以限定本发明的申请专利范围，凡其它未脱离本发明所揭示的技艺精神下所完成的均等变化与修饰变更，均应包含于本发明所涵盖的专利范围中。

Claims (10)

1.一种应用电浆诱导聚合接枝制备具薄膜的隐形眼镜加工方法，依据下列步骤进行：
(A01)先对隐形眼镜表面进行电浆改质处理，以使隐形眼镜表面形成具亲水性功能的官能基；
(A02)并将隐形眼镜浸泡于含有N-乙烯基-2-吡咯酮、甲基丙烯酸聚乙二醇酯及光起始剂的溶液中；
(A03)再将隐形眼镜从溶液中取出，且通过紫外光装置来对隐形眼镜进行紫外光照射作业，以使隐形眼镜表面形成薄膜。
2.如权利要求1所述的应用电浆诱导聚合接枝制备具薄膜的隐形眼镜加工方法，其中该隐形眼镜由聚甲基丙烯酸甲酯、氟硅丙烯酸酯、透气性半硬镜片、聚甲基丙烯酸羟乙酯、GMMA、硅水胶或其它制作隐形眼镜的材料制成。
3.如权利要求1所述的应用电浆诱导聚合接枝制备具薄膜的隐形眼镜加工方法，其中该步骤(A01)中隐形眼镜表面为利用电浆装置来进行电浆改质处理，而该电浆装置的电浆功率、电浆处理的时间、气体进入腔体的速度及腔体内的压力的参数设定值为分别介于70～80W，90～120sec，5～10sccm及80-100mTorr之间，而较佳为80W，120sec，10sccm及100mTorr。
4.如权利要求3所述的应用电浆诱导聚合接枝制备具薄膜的隐形眼镜加工方法，其中该电浆装置为氩气电浆装置。
5.如权利要求1所述的应用电浆诱导聚合接枝制备具薄膜的隐形眼镜加工方法，其中该步骤(A02)的溶液中，该N-乙烯基-2-吡咯酮的体积百分浓度介于19.9～29.8v/v％之间，较佳为19.9v/v％，且该甲基丙烯酸聚乙二醇酯的体积百分浓度介于19.9～29.8v/v％之间，较佳为29.8v/v％，而该光起始剂的体积百分浓度为介于0.5～1.0v/v％之间，其余为去离子水。
6.如权利要求1所述的应用电浆诱导聚合接枝制备具薄膜的隐形眼镜加工方法，其中该步骤(A02)中的光起始剂为水溶式光起始剂，且水溶式光起始剂为由2-羟基-2-甲基苯丙酮(HMPP)及去离子水组成。
7.如权利要求1所述的应用电浆诱导聚合接枝制备具薄膜的隐形眼镜加工方法，其中该步骤(A03)中的紫外光装置对从溶液中取出的隐形眼镜照射紫外光，并通过光起始剂来产生固化反应，以诱导N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯聚合接枝于隐形眼镜表面上，借此使隐形眼镜表面形成薄膜，且该N-乙烯基-2-吡咯酮及甲基丙烯酸聚乙二醇酯受到紫外光照射后，彼此间会相互进行接枝，而该紫外光装置的波长为254nm、照射功率为60W及照射时间为介于20～30min之间。
8.如权利要求1所述的应用电浆诱导聚合接枝制备具薄膜的隐形眼镜加工方法，其中该步骤(A03)执行后，执行步骤(A04)、(A05)及(A06)：
(A04)利用次氯酸钠及去离子水来对具薄膜的隐形眼镜进行清洗作业；
(A05)再通过光谱分析装置来对清洗出来的液体进行光谱检测分析作业，若液体中分析到有波数为944、1660、1716的碳氧键(化学式：C＝O)波峰或波数为1335、2875、2930的氢氧键(化学式：O-H)波峰或波数为1110的羰基(化学式：C-O)波峰时，即回去执行步骤(A04)；而若检测不到，则执行步骤(A06)；
(A06)完成检测分析。
9.如权利要求8所述的应用电浆诱导聚合接枝制备具薄膜的隐形眼镜加工方法，其中该步骤(A04)中清洗作业的次数为1～5次，而较佳为3次。
10.如权利要求8所述的应用电浆诱导聚合接枝制备具薄膜的隐形眼镜加工方法，其中该步骤(A05)中的光谱分析装置为傅立叶变换红外光光谱仪。
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