CN1137790A - 用于制备隐形眼镜材料的脲和尿烷单体 - Google Patents

用于制备隐形眼镜材料的脲和尿烷单体 Download PDF

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Abstract

披露了选自式(I)和式(II)化合物的含有脲和尿烷的用于隐形眼镜材料的单体。
其中，每个X分别独立地代表-O-或-NH-。

Description

用于制备隐形眼镜材料的脲和尿烷单体
本发明的背景
本发明涉及新颖的脲和尿烷单体。所述的单体适合于作为制备隐形眼镜的共聚材料、特别是水凝胶隐形眼镜材料的补强剂。
已知有许多单体组分，当其加入到共聚体系，例如用作制备隐形眼镜的水凝胶中时，能增加体系的模量和撕裂强度。例如，诸如甲基丙烯酸2-羟基-4-t-丁基环己酯(TBE)的多种化合物被用作多种水凝胶配方中的补强剂(USP5,006,622)。此类补强剂的一个特征是它的密度较小，并且有时是很难合成的。
本发明的概述
本发明的第一个方面涉及选自由下述通式(I)代表的化合物中的单体：
Figure A9419453200071
其中：
A为烯属不饱和可聚合基团；
每个X分别独立地为-O-或-NH-；
R为具有5-30个碳原子的单价基团，选自由支链烷基、取代或不取代的环烷基、取代或不取代的烷基环烷基、取代或不取代的芳基以及取代或不取代的烷芳基组成的一组；
每个R’分别独立地为具有5-30个碳原子的二价基团，选自由支链的亚烷基、取代或不取代的环亚烷基、取代或不取代的亚烷基-环亚烷基、取代或不取代的亚芳基、以及取代或不取代的亚烷基-亚芳基组成的一组；
每个R2分别独立地为二价有机基团；以及
p为0、1或2。
本发明的第二个方面涉及由包括式(I)的单体和亲水性单体的混合物的聚合物形成的成形制品。按照其优选实施方案，所述的制品为光学透明的并成形为隐形眼镜。
本发明的第三个方面涉及选自通式(II)化合物的单体，以及成形制品，例如隐形眼镜，其是由包括所述的单体和亲水性单体的混合物的聚合产物形成的：
Figure A9419453200081
其中：
每个A分别独立地为烯属不饱和可聚合基团；
每个X分别独立地为-O-或-NH-；
R’和R2如式(I)所定义；和
p为0，1，或2。
本发明的这些单体主要是作为水凝胶共聚材料的一种共聚单体，并且这些单体可以很容易地合成。这些单体可用来使共聚物具有所希望的性质，包括增加所得到的共聚物的抗拉强度、模量和/或撕裂强度。
优选实施方案的详细描述
本发明的第一个方面涉及选自上述式(I)化合物的单体。优选的单体包括尿烷衍生物，其中，式中的X为-O-，以及脲衍生物，其中，式中的X为-NH-。
式(I)中，R为较“松散(bulky)”的基团。所希望的是所述的单体起到共聚物的补强剂的作用，使其具有增强的抗拉强度、模量和/或撕裂强度。由于所述的单体包含至少一个“松散”的基团，其可用来使从其制得的共聚材料具有刚性和强度。
R的代表性基团包括具有5-30个碳原子的单价基团，包括：支链烷基，如新戊基；取代或不取代的环烷基，如环戊基、环己基或其衍生物，其中环己环被一个或多个C1-C6烷基所取代；取代或不取代的烷基环烷基，如乙基环己基；取代或不取代的芳基，如苯基或其衍生物，其中苯环被一个或多个C1-C6烷基所取代，取代或不取代的烷芳基，如苄基或其衍生物，其中苯环被一个或多个C1-C6烷基所取代。
R’代表一个相对“松散”的二价基团。R’的代表性基团包括具有5-30个碳原子的二价基团，包括：支链亚烷基，例如亚新戊基；取代或不取代的环亚烷基，如1，3环亚戊基、1，4-环亚己基，或其衍生物，其中环己环被一个或多个C1-C6烷基所取代；取代或不取代的亚烷基-环亚烷基，如亚乙基环亚己基，1，4-二亚甲基-环亚己基或亚甲基-1，5，5-三甲基-1，3-环亚己基；取代或不取代的亚芳基，如1，4-亚苯基，1，3-亚苯基，4，4’-二亚苯基，或其衍生物，其中的苯环被一个或多个C1-C6烷基所取代；以及取代或不取代的亚烷基-亚芳基，如1，4-二亚甲基亚苯基。
式(I)中的R2为二价有机基团。该基团是α，ω-二羟基反应物或α，ω-二氨基反应物(其中，羟基端基或氨基与异氰酸反应物反应分别形成尿烷或脲链)的残基。代表性的二氨基化合物包括1，2-乙二胺、1，4-苯二胺、1，6-六亚甲基二胺和1，4-环己基二胺。代表性的二羟基化合物包括新戊二醇、1，2-乙二醇、1，6-己二醇、三乙二醇、双酚A，1，4-环己烷二甲醇、1，2-丙二醇和2，2，3，3，4，4-六氟戊烷-1，5-二醇。因此，优选的R2基团包括C1-C10亚烷基，C1-C10囟代亚烷基如C1-C10氟代亚烷基，C2-C10亚烷基醚，C6-C10亚芳基，C6-C10卤代亚芳基，C7-C10烷基亚芳基，C7-C10卤代烷基亚芳基以及C5-C10环亚烷基。另外，R2也可对应于以上所述的作为R’的“松散”基团。
A的代表性的可聚合基团包括式(III)代表的那些基团：
Figure A9419453200101
其中：
R3选自由氢、具有1-6个碳原子的烷基，以及R4-Y-CO-，其中R4是具有1-12个碳原子的烷基，并且Y为-O-，-S-或-NH-；
R5选自由-COO-，-OCO-，-CONH-，-NHCO-，-OCOO-，-NHCOO-和-OCO-NH-组成的一组；
R6选自由氢和甲基组成的一组；
Ar为具有6-12个碳原子的芳基；
w为0或1-6之间的整数；
x为0或1；
y为0或1；以及
z为0或1-10之间的整数。
优选的一类可聚合基团由下式代表：其中z如前述所定义。
式(I)单体特别适合于用于增强水凝胶共聚物隐形眼镜材料的撕裂强度。
第二类优选的单体包括如上所述的由式(II)代表的双官能单体，其包括两个烯属不饱和的可聚合基团。优选的单体包括尿烷衍生物，其中，式(II)中的每个X为-O-，以及脲衍生物，其中每个X为-NH-。
式(II)中的A基团可以相同或不同，优选为选自由式(III)代表的那些基团，更优选是选自由式(IV)代表的那些基团。
式(II)中，R’代表一个比较“松散”的二价基团。代表性的R’包括以上所描述的那些基团。式(II)化合物中的R2如式(I)化合物中所描述的那样，为二价有机基团。
后一类单体特别适合于增强共聚物的模量，因为其除了能增强共聚物的刚性外，双官能单体还提供了交联。
本发明的单体可采用商购的前体或采用本领域熟练技术人员公知的方法合成的前体，用本领域中已知的通用方法来合成。一般来说，含有尿烷的单体可通过将所期望的异氰酸酯前体与羟基封端的前体的反应而合成；而含有脲的单体可通过将所期望的异氰酸酯前体与氨基封端的前体反应来合成。
式(I)代表的含有尿烷或脲的单官能单体可采用下面的反应通式来制备。为说明方便起见，所述的单体相应于式(I)中的p为0。
Figure A9419453200121
涉及上述的反应通式的详细的合成方法描述于以下的实施例1和2中。
式(II)的双官能单体可按如下方法制备：首先，将二异氰酸酯前体(一般含有所述的“松散”的二价基团R’)与所述的α，ω-二羟基反应物或α，ω-二氨基反应物(一般含有二价基团R2)以合适的比例反应，随后用烯属不饱和可聚合基团将所得到的反应产物封端。一个代表性的反应流程如以下的实施例3所述。
本发明的另一个方面涉及由包括本发明的单体与亲水性单体的混合物得到的聚合物而形成的成形制品。
制备所述的制品的单体混合物优选是包括至少一种式(I)或(II)单体，其用量为约5-95％(重量)(更优选为约5-50％(重量)，特别优选为约5-30％(重量))，以及至少一种亲水性单体，其用量优选为约5-95％(重量)，(更优选为约50-95％(重量))，所述的重量百分数均以单体组分的总重量为基础计。按照优选的实施方案，所述的制品是光学透明的并成形为隐形眼镜，其包括刚性的、可透气的共聚物材料和水凝胶材料。特别优选水凝胶材料。
一种水凝胶是水化交联的聚合物体系，其是通过将含有至少一种亲水性单体的单体混合物进行聚合而制得的，该体系含有平衡量的水。所述的亲水性单体或式(II)单体可以起到交联剂的作用(将具有多个可聚合官能基的单体定义为交联剂)，也可以在所述的单体混合物中包含一单独的交联单体。在为硅氧烷水凝胶的情况下，单体混合物中可包括含硅氧烷的单体。
合适的亲水性单体包括：烯属不饱和羧酸，例如甲基丙烯酸和丙烯酸；(甲基)丙烯酰氧基取代的醇，例如甲基丙烯酸2-羟乙酯和丙烯酸2-羟乙酯；乙烯基内酯胺，如N-乙烯基吡咯烷酮；和丙烯酰胺，如(甲基)丙烯酰胺和N，N-二甲基(甲基)丙烯酰胺。(本文中所使用的术语“(甲基)”指甲基的选择性取代。因此，术语“(甲基)丙烯酸酯”代表丙烯酸酯基和甲基丙烯酸酯基。)其他合适的亲水性单体对本领域熟练技术人员来说是显而易见的。
代表性的交联单体包括：二乙烯基单体如二乙烯基苯；甲基丙烯酸烯丙基酯；二(甲基)丙烯酸酯单体，如二(甲基)丙烯酸乙二醇酯，二(甲基)丙烯酸四乙二醇酯，和二(甲基)丙烯酸聚乙二醇酯；以及二(甲基)丙烯酸甘醇酯的乙烯基碳酸酯衍生物，即其中至少一个(甲基)丙烯酸酯基被乙烯基碳酸酯基所替代的化合物，如具有下式的乙烯基碳酸甲基丙烯酰氧乙基酯：
Figure A9419453200141
当所述的亲水性单体含有乙烯基官能团而不是(甲基丙烯酸酯基时，如N-2烯基-2-吡咯烷酮，后一交联单体是优选的。优选的是，以单体组分的总重量计，所述的单体混合物含有约0.01至约10％(重量)的交联单体。
含有本发明的单体的单体混合物共聚后，可以采用例如UV聚合、热聚合或其结合方式很容易地固化而铸造出成形制品。代表性的热聚合引发剂为有机过氧化物，例如乙醛基过氧化物、月桂酰过氧化物、癸酰过氧化物、硬酯酰过氧化物、苯甲酰过氧化物、新戊酸叔丁基过氧酯和过氧二碳酸酯，其浓度以单体组分的总重量计，为约0.01-2％(重量)。代表性的UV引发剂为本领域中已知的那些引发剂，如苯偶姻甲醚、苯偶姻乙醚、Darvcur-1173、1164、2273、1116、2959、3331(EM工业)和Igracure 651和184(汽巴嘉基)。所述的单体混合物中也可包括本领域的熟练技术人员公知的其他单体或组分，如着色剂或UV吸收剂。
在制备隐形眼镜时，可将所述的单体混合物在试管中固化以得到杆形的制品，随后将其切割成珠粒。珠粒则可以用车床加工成隐形眼镜。也可以将单体混合物在模具中直接铸造成隐形眼镜，例如采用旋转铸造或静态铸造方法。再一种方法是，在一模具中将过量的单体混合物采用旋转铸造的方法进行固化，以形成一个具有较厚的厚度和粗的透镜表面的成形体，随后将由此得到的旋转铸造产品表面进行车削以得到具有所希望的厚度和精细表面的隐形眼镜。
下述的实施例进一步说明本发明的优选实施方案。
                实施例1
1-环己基-3-甲基丙烯酰氧乙基氨基甲酸酯的合成
向250ml的装有回流冷凝器的3-颈圆底烧瓶中加入甲基丙烯酸2-羟乙酯(6.7185g)、1，1’-双-2-萘酚(1.3mg)、异氰酸环己基酯(6.100g)、二月桂酸二丁基锡(49mg)和50ml二氯甲烷。随后搅拌，直到产物的IR光谱显示出没有NCO峰(16小时)。将溶液过滤并蒸发至干以回收产物。用H-NMR对产物进行特征分析：0.70-2.10ppm(m，10H)，1.92ppm(s，3H)，3.42ppm(m，1H)，4.22ppm(s，4H)，4.92ppm(b，1H)，5.50ppm(s，1H)，6.10ppm(s，1H).
                实施例2
1-环己基-3-甲基丙烯酰氧乙基脲的合成
向250ml的装有回流冷凝器的3-颈圆底烧瓶中加入甲基丙烯酸异氰酸根合乙酯(7.79g)、1，1’-双-2-萘酸(1.3mg)、和50ml二氯甲烷。搅拌下，15分钟内向其中加入环己胺(5.24g)和二月桂酸二丁基锡(52.3mg)在50ml二氯甲烷中的溶液。将反应混合物再搅拌30分钟。将溶液过滤并蒸发至干以回收产物。产物用H-NMR进行特征分析：0.72-2.10ppm(m，1H)，1.90ppm(s，3H)，3.45ppm(t，2H)，3.50ppm(隐藏，1H)，4.18ppm(t，2H)，5.12ppm(s，1H)，5.26ppm(s，1H)，5.52ppm(s，1H)，6.10ppm(s，1H)。
                实施例3
二甲基丙烯酸酯尿烷的合成
向装有回流冷凝器的3-颈圆底烧瓶中加入异佛尔酮二异氰酸酯(6.6639g，0.03mol)、二乙二醇(2.1260g，0.02mol)、二月桂酸二丁基锡(96.1mg)和60ml二氯甲烷。将内容物回流6小时，然后冷却至室温。向其中加入甲基丙烯酸2-羟乙酯(3.091g)和1，1’-双-2-萘酚(1.2mg)。随后将混合物搅拌，直至没有NCO峰出现(48小时)。将溶液过滤并挥发至干以回收产物，产物为二甲基丙烯酸酯尿烷异构体的混合物。其中一个异构体是如下所示的二甲基丙烯酸酯尿烷，其中，每个R’是异佛尔酮二异氰酸酯的烃基残基，而每个A为2-乙基甲基丙烯酸酯：
Figure A9419453200171
                实施例4-9
将表1所列的混合物在两块玻璃板之间进行铸造并在UV光下固化2小时，揭下所得到的膜并将其在去离子水中煮4小时，随后将其放到缓冲盐水中。测量其水含量和机械性质。表1所列的用量为重量份。清注意对照组(C1)不包含本发明的单体。
       表1
                            实施例号组分            C1     4      5      6      7      8      9HEMA            55     55     55     55     55     55     55NVP             45     45     45     45     45     45     45HEMAVC          0.2    0.2    0.2    0.2    0.2    0.2    0.2DAROCUR-1173    0.2    0.2    0.2    0.2    0.2    0.2    0.2甘油            20     20     20     20     20     20     20尿烷MA*         --     --     --     --     5      10     15脲MA**          --     5      10     15     --     --     --水，％          71.2   63.5   60.3   55.1   69.4   67.6   61.4撕裂强度        0.5    1.4    2.2    3.3    1.1    2.3    3.6模量            9      10     15     12     10     8      10*实施例1的化合物*实施例2的化合物
                实施例10
按照实施例4的程序，将下述的混合物铸造成共聚物水凝胶膜。请注意，配方C2中不包含本发明的单体。
       表2实施例              C2            10配方HEMA               31.8          31.8NVP                44.7          44.7HEMAC              0.5           0.5DAROCUR-1173       0.2           0.2甘油               15            15Tint               0.006         0.006TBE                7.95          --尿烷DiMA*          --            7.95抗张强度           9             22撕裂强度           1.2           2.0模量               10            75伸长，％           110           35
*实施例3中描述的二甲基丙烯酸酯尿烷。
                实施例11-12
按照实施例4的程序，将表3中所列的混合物铸造成共聚物水凝胶膜。配方C3和C4中不包含本发明的单体。
       表3组分             C3     11     12     C4HEMA             55     55     55     55NVP              45     45     45     45HEMAVC           0.5    0.5    0.5    0.5DAROCUR-1173     0.2    0.2    0.2    0.2甘油             20     20     20     20尿烷MA*          --     15     --     --脲MA**           --     --     15     --TBE              --     --     --     15水，％           69     56     54     53撕裂强度         3.6    7.4    5.5    13模量             30     45     55     30*实施例1的化合物**实施例2的化合物
按照本文中所披露的内容，本领域的熟练技术人员可以对本发明作出许多修改和变化。因此，应该理解的是，可以不按本文中所描述的方式实施本发明，但这仍然在本发明的权利要求所要求保护的范围内。

Claims (26)

1、一种选自由下述通式(I)代表的化合物中的单体：其中：
A为烯属不饱和可聚合基团；
每个X分别独立地为-O-或-NH-；
R为具有5-30个碳原子的单价基团，选自由支链烷基、取代或不取代的环烷基、取代或不取代的烷基环烷基、取代或不取代的芳基以及取代或不取代的烷芳基组成的一组；
每个R’分别独立地为具有5-30个碳原子的二价基团，选自由支链的亚烷基、取代或不取代的环亚烷基、取代或不取代的亚烷基-环亚烷基、取代或不取代的亚芳基、以及取代或不取代的亚烷基-亚芳基组成的一组；
每个R2分别独立地为二价有机基团；以及
p为0、1或2。
2、如权利要求1的单体，其中每个X为-O-。
3、如权利要求1的单体，其中每个X为-NH-。
4、如权利要求1的单体，其中A为下式代表的基团：
Figure A9419453200031
其中：
R3选自由氢、具有1-6个碳原子的烷基，以及R4-Y-CO-基团，其中R4是具有1-12个碳原子的烷基，并且Y为-O-，-S-或-NH-；
R5选自由-COO-，-OCO-，-CONH-，-NHCO-，-OCOO-，-NHCOO-和-OCO-NH-组成的一组；
R6选自由氢和甲基组成的一组；
Ar为具有6-12个碳原子的芳基；
w为0或1-6之间的整数；
x为0或1；
y为0或1；以及
z为0或1-10之间的整数。
5、如权利要求4的单体，其中A为下式代表的基团：
Figure A9419453200032
6、如权利要求1的单体，其中R为选自由C5-C6环烷基、被C1-C6烷基取代的C5-C6环烷基、C6-C12烷基环烷基、被C1-C6烷基取代的C6-C12烷基环烷基、C6-C10芳基，被C1-C6烷基取代的C6-C10芳基、C7-C12烷基芳基和C5-C10支链烷基组成的一组。
7、如权利要求1的单体，其中p为0。
8、如权利要求7的氨基甲酸1-环己基-3-甲基丙烯酰氧乙基酯单体。
9、如权利要求7的1-环己基-3-甲基丙烯酰氧乙基脲单体。
10、包含权利要求1所述的单体的混合物的聚合产物。
11、由一混合物的聚合产物形成的成形制品，所述的混合物包括：
(a)一种选自由下述通式(I)代表的化合物中的单体：其中：
A为烯属不饱和可聚合基团；
每个X分别独立地为-O-或-NH-；
R为具有5-30个碳原子的单价基团，选自由支链烷基、取代或不取代的环烷基、取代或不取代的烷基环烷基、取代或不取代的芳基以及取代或不取代的烷芳基组成的一组；
每个R’分别独立地为具有5-30个碳原子的二价基团，选自由支链的亚烷基、取代或不取代的环亚烷基、取代或不取代的亚烷基-环亚烷基、取代或不取代的亚芳基、以及取代或不取代的亚烷基-亚芳基组成的一组；
每个R2分别独立地为二价有机基团；以及
p为0、1或2；和
(b)一种亲水性单体。
12、如权利要求11的制品，其是光学透明的并成形为隐形眼镜。
13、如权利要求12的制品，其中所述的混合物进一步包括一种交联剂。
14、如权利要求12的制品，其中所述的亲水性单体包括至少一种选自由烯属不饱和羧酸、(甲基)丙烯酰基取代的醇、乙烯基内酯胺和丙烯酰胺组成的一组中的单体。
15、如权利要求14的制品，其中所述的亲水性单体选自由甲基丙烯酸2-羟乙酯、N-乙烯基吡咯烷酮、N，N-二甲基丙烯酰胺和其混合物组成的一组。
16、如权利要求12的制品，其中所述的单体选自式(I)中的p为0时的化合物。
17、如权利要求16的制品，其中式(I)所代表的单体为氨基甲酸1-环己基-3-甲基丙烯酰氧乙基酯。
18、如权利要求16的制品，其中式(I)所代表的单体为1-环己基-3-甲基丙烯酰氧乙基脲。
19、一种选自下述通式的化合物的单体：
Figure A9419453200051
其中：
每个A分别独立地为烯属不饱和可聚合基团；
每个X分别独立地为-O-或-NH-；
每个R’分别独立地为具有5-30个碳原子的二价基团，选自由支链的亚烷基、取代或不取代的环亚烷基、取代或不取代的亚烷基-环亚烷基、取代或不取代的亚芳基、以及取代或不取代的亚烷基-亚芳基组成的一组；
每个R2分别独立地为二价有机基团；和
p为0，1，或2。
20、如权利要求19的单体，其中每个X为-NH-。
21、如权利要求19的单体，其中每个X为-O-。
22、如权利要求21的单体，其中p为1或2，并且每个R2为二价亚烷基醚基团。
23、如权利要求22的单体，其中每个R’为被C1-C6烷基取代的C6-C12亚烷基-环亚烷基。
24、包含权利要求19所述的单体的混合物的聚合产物。
25、由一混合物的聚合产物形成的成形制品，所述的混合物包括权利要求19的一种单体和一种亲水性单体。
26、如权利要求25的制品，其是光学透明的并成形为隐形眼镜。
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