CN114516942A - 硬式透氧隐形眼镜高分子材料及其聚合方法 - Google Patents

硬式透氧隐形眼镜高分子材料及其聚合方法 Download PDF

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CN114516942A CN202011298125.9A CN202011298125A CN114516942A CN 114516942 A CN114516942 A CN 114516942A CN 202011298125 A CN202011298125 A CN 202011298125A CN 114516942 A CN114516942 A CN 114516942A
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Abstract

本发明公开了一种硬式透氧隐形眼镜高分子材料及其聚合方法，该高分子材料的成份为包含有预设比例组成的甲基丙稀酸六氟异丙酯、3－(异丁烯酰氧)丙基三(三甲基硅氧烷)硅烷、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸、交联剂、2，5－二甲基－2，5－双(2－乙基己酸过氧化)己烷及2，2’－二羟基－4，4’－二甲氧基二苯甲酮。通过此些复数单体聚合而成的高分子材料制成的隐形眼镜镜片具有优良的透氧度，且亦具有较高的硬度及机械强度，以使配戴硬式透氧隐形眼镜时能提升使用者的舒适度，并减少角膜病变。

Description

硬式透氧隐形眼镜高分子材料及其聚合方法
技术领域
本发明涉及一种硬式透氧隐形眼镜高分子材料及其聚合方法，特别涉及镜片为由复数单体聚合而成，且此镜片具有优良的透氧度，并具有较高的硬度及机械强度，以使配戴硬式透氧隐形眼镜时能提升使用者的舒适度，并减少角膜病变。
背景技术
目前，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，以致许多人沉浸在电子产品的使用领域中，长时间大量应用电子产品，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。
再者，人们的所以会发生近视，是由于眼睛的光线曲折能力与眼睛的长度不匹配所导致，其可能是眼轴超长或角膜弧度过陡，造成视物成像点落在视网膜前方处，导致视物成像时产生模糊的情况，所以为了矫正近视需要降低眼睛光线的曲折能力，由于角膜的光线曲折能力约占全眼的80％，所以仅须降低角膜的屈光力便可达到矫正近视的效用。
目前矫正屈光不正的方式主要有配戴眼镜矫正、配戴隐形镜片矫正、角膜近视手术或配戴角膜塑型片矫正这几种方法，然而，一般隐形镜片有软式及硬式二种，过去常见的硬式透氧隐形眼镜的材料为聚甲基丙烯酸甲酯(poly(me thylmethacrylate)，PMMA)，该聚甲基丙烯酸甲酯为具有相当好的光学性能，其优点有高透明度、价格低及易于加工等，但是，聚甲基丙烯酸甲酯虽然透氧性相当好，但却相当疏水，易于镜片表面产生沉淀物，导致影响配戴者的舒适性与安全性。
所以为了改善疏水性的问题，隐形眼镜的制造原料发展至使用甲基丙烯酸羟乙酯(2－hydroxyethyl methacrylate，HEM A)，该甲基丙烯酸羟乙酯的结构中含有－OH官能基，其－OH官能基可与水产生氢键，因此可改善疏水性的问题，并且，甲基丙烯酸羟乙酯具有透氧系数(D K值)高的优点，以可提升配戴舒适度，然而，虽然透氧系数愈高愈透氧，但是机械强度却会越来越差，最为明显是硬度低的缺点，如第5图所示，甲基丙烯酸羟乙酯的硬度最高也才到70duro，硬度较低的材料不适用于制造硬式隐形眼镜。
因此，要如何设法解决上述现有技术的缺失与不便，即为从事此行业的相关业者所亟欲研究改善的方向所在。
发明内容
故，发明人有鉴于上述缺失，乃搜集相关资料，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，始设计出此种硬式透氧隐形眼镜高分子材料。
本发明的一种硬式透氧隐形眼镜高分子材料，该硬式透氧隐形眼镜高分子材料包含有预设比例组成的甲基丙稀酸六氟异丙酯、3－(异丁烯酰氧)丙基三(三甲基硅氧烷)硅烷、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸、交联剂、2，5－二甲基－2，5－双(2－乙基己酸过氧化)己烷及2，2’－二羟基－4，4’－二甲氧基二苯甲酮。
其中，优选的，该甲基丙稀酸六氟异丙酯的重量比例为介于1％～50％，该3－(异丁烯酰氧)丙基三(三甲基硅氧烷)硅烷的重量比例为介于1％～40％，该新戊二醇二甲基丙烯酸酯的重量比例为介于1％～15％，该甲基丙烯酸的重量比例为于1％～20％，该交联剂的重量比例为介于1％～10％，该2，5－二甲基－2，5－双(2－乙基己酸过氧化)己烷的重量比例为介于0.1％～1％，该2，2’－二羟基－4，4’－二甲氧基二苯甲酮的重量比例为介于0.1％～1％，各成分之和等于100％。
其中，优选的，该交联剂为聚二甲基硅氧烷甲基丙烯酸酯或聚二甲基硅氧烷甲基丁烯酸酯。
其中，优选的，该硬式透氧隐形眼镜高分子材料还包含有聚甲基丙烯酸(乙二醇)脂、N－乙烯基吡咯烷酮或丙烯酰胺。
其中，优选的，该聚甲基丙烯酸(乙二醇)脂的重量比例介于0.1％～1％，该N－乙烯基吡咯烷酮的重量比例为介于0.1％～1％，且该丙烯酰胺的重量比例为介于0.1％～1％，各成分之和等于100％。
进一步的，本发明还提出了一种制备所述的硬式透氧隐形眼镜高分子材料的聚合方法，包括以下步骤：
(A)先将复数种单体加入容器中，以使容器内部容置有包含复数种单体的溶液，并通过加热装置将溶液加热至默认温度，以使溶液包含的复数种单体产生聚合反应，进而固化形成高分子固化物，而该复数种单体包括有预设比例组成的甲基丙稀酸六氟异丙酯、3－(异丁烯酰氧)丙基三(三甲基硅氧烷)硅烷、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸、交联剂、2，5－二甲基－2，5－双(2－乙基己酸过氧化)己烷及2，2’－二羟基－4，4’－二甲氧基二苯甲酮；
(B)将步骤(A)容器内的溶液倒入器皿中，且将器皿放置于烘箱中以默认温度进行默认时间的热固化作业，以使溶液包含的复数种单体产生纯化反应，进而形成内部无单体的高分子固化物；
(C)再将内部无单体的高分子固化物放置于退火装置中，以对内部无单体的高分子固化物进行退火处理，而经由退火处理后的高分子固化物即为所述的硬式透氧隐形眼镜高分子材料。
其中，优选的，步骤(A)中的容器中先装有溶剂，且该溶剂为二环氧乙烷。
其中，优选的，步骤(A)中的加热装置为加热板、酒精灯或其它可提供热能的装置，且该加热装置加热的默认温度为100℃，而该加热装置加热的过程中，进一步利用搅拌装置来进行搅拌动作。
其中，优选的，步骤(A)中的交联剂为聚二甲基硅氧烷甲基丙烯酸酯或聚二甲基硅氧烷甲基丁烯酸酯。
其中，优选的，步骤(A)中容器内的复数单体进一步包含有聚甲基丙烯酸(乙二醇)脂、N－乙烯基吡咯烷酮或丙烯酰胺，便可达到提升整体亲水性的目的。
其中，优选的，步骤(B)中的器皿放置于烘箱中进行热固化作业时，该器皿为先放置于65℃烘箱中至少68小时进行热固化，再使温度加热至大于100℃，以使器皿中的单体再固化，之后再加热至220℃，使硅跟氟的键结断键，进而使溶液的分子重新排列而产生纯化反应，进而形成高分子固化物。
其中，优选的，步骤(B)中的纯化反应为可逆行加成分裂链转移聚合反应(reverseaddition－fragmentation transfer polymerization，RAFT)、自由基聚合(free radicalpolymerization)、离子聚合(ionic polymerization)、缩合聚合(condensationpolymerization)、逐步加成聚合(stepwise addition polymerization)或加成缩合聚合(addition condensation)，优选的，纯化反应为可逆行加成分裂链转移聚合反应，即步骤(B)执行前添加可逆行加成分裂链转移聚合反应试剂，且该可逆行加成分裂链转移聚合反应试剂可为二硫代苯甲酸酯(Dithiobenzoates)、三硫代碳酸盐(Trithiocarbonates)、二硫代胺基甲酸酯(Dithiocarbamates)或黄原酸盐(Xanthates)。
其中，优选的，步骤(B)聚合反应执行后，进一步使用gamma射线来照射高分子固化物，以确保未聚合的复数单体再次聚合，提升聚合率。
再进一步的，本发明还提出了一种硬式透氧隐形眼镜镜片，其由本发明所述的硬式透氧隐形眼镜高分子材料制成，该镜片一侧为形成有贴覆于眼球的角膜表面上的内表面，而镜片另一侧则形成有供眼皮接触的外表面。
相较于先有技术，本发明的有益效果是：
通过本发明所述的复数单体聚合而成的高分子材料制成的隐形眼镜镜片具有优良的透氧度，且亦具有较高的硬度及机械强度，以使配戴硬式透氧隐形眼镜时能提升使用者的舒适度，并减少角膜病变。
附图说明
图1为本发明镜片的侧视图；
图2为本发明的流程图；
图3为本发明的透氧率测试图；
图4为本发明的硬度测试图；
图5为现有HEMA的硬度测试图。
符号说明：
1:镜片
11:内表面
12:外表面
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，为本发明镜片的侧视图，由图中可清楚看出，该镜片1为可供配戴于眼球上的硬式隐形眼镜片(如：角膜塑型镜片或巩膜镜片等)，并由高透氧材料所制成，其镜片1一侧为形成有贴覆于眼球的角膜表面上的内表面11，而镜片1另一侧则形成有供眼皮接触的外表面12，且镜片1的成份为包含有预设比例组成的甲基丙稀酸六氟异丙酯、3－(异丁烯酰氧)丙基三(三甲基硅氧烷)硅烷、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸、聚二甲基硅氧烷甲基丙烯酸酯、2，5－二甲基－2，5－双(2－乙基己酸过氧化)己烷、2，2’－二羟基－4，4’－二甲氧基二苯甲酮、聚甲基丙烯酸(乙二醇)脂﹝Poly(et hylene glycol)methacrylate﹞、N－乙烯基吡咯烷酮及丙烯酰胺。
上述的甲基丙稀酸六氟异丙酯的重量比例为40％，该3－(异丁烯酰氧)丙基三(三甲基硅氧烷)硅烷的重量比例为25％，该新戊二醇二甲基丙烯酸酯的重量比例为9％，甲基丙烯酸的重量比例为15％，该聚二甲基硅氧烷甲基丙烯酸酯的重量比例为8％，该2，5－二甲基－2，5－双(2－乙基己酸过氧化)己烷的重量比例为1％，该2，2’－二羟基－4，4’－二甲氧基二苯甲酮的重量比例为0.5％，该聚甲基丙烯酸(乙二醇)脂的重量比例为0.5％，该N－乙烯基吡咯烷酮的重量比例为0.5％，该丙烯酰胺的重量比例为0.5％。
再请参阅图2、3、4所示，为本发明的流程图、透氧率测试图及硬度测试图，由图中可清楚看出，本发明镜片1原料的制造方法为包含下列的步骤：
(A)先将复数种单体加入容器(如：烧杯或批次加热搅拌器)中，以使容器内部容置有包含复数种单体的溶液，并通过加热装置将溶液加热至默认温度，以使溶液包含的复数种单体产生聚合反应，进而固化形成高分子固化物，而该复数种单体为包括有预设比例组成的甲基丙稀酸六氟异丙酯、3－(异丁烯酰氧)丙基三(三甲基硅氧烷)硅烷、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸、交联剂、2，5－二甲基－2，5－双(2－乙基己酸过氧化)己烷及2，2’－二羟基－4，4’－二甲氧基二苯甲酮。
(B)并将容器内的溶液倒入器皿(如：棒状模具)中，且将器皿放置于烘箱中以默认温度进行默认时间的热固化作业，以使溶液包含的复数种单体产生纯化反应，进而形成内部无单体的高分子固化物。
(C)再将内部无单体的高分子固化物放置于退火装置(如：退火炉)中，以对内部无单体的高分子固化物进行退火处理，而经由退火处理后的高分子固化物便可成为镜片1的原料，藉此完成本发明的制造作业。
上述步骤(A)中的容器为可先装有溶剂，且该溶剂可为二环氧乙烷(anhydrousdioxane)。
而上述步骤(A)中的交联剂可为聚二甲基硅氧烷甲基丙烯酸酯或聚二甲基硅氧烷甲基丁烯酸酯。
又上述步骤(A)中容器内的复数单体为可进一步添加有聚甲基丙烯酸(乙二醇)脂、N－乙烯基吡咯烷酮或丙烯酰胺，且该镜片1材料添加有聚甲基丙烯酸(乙二醇)脂、N－乙烯基吡咯烷酮或丙烯酰胺，便可提升整体亲水性。
再者，上述步骤(A)中的加热装置可为加热板、酒精灯或其它可提供热能的装置，且该加热装置加热的默认温度可为100℃，而该加热装置加热的过程中，为可进一步利用搅拌装置来进行搅拌动作。
且上述步骤(A)中的容器若为批次加热搅拌器时，便可配合蠕动帮浦使用，以可通过蠕动帮浦来将容器内的溶液倒入器皿中。
然而，上述步骤(B)中的器皿放置于烘箱中进行热固化作业时，该器皿为先放置于65℃烘箱中至少68小时进行热固化，再使温度加热至大于100℃，以使器皿中的单体再固化，之后再加热至220℃，便可使硅跟氟的键结断键，进而使溶液的分子重新排列而产生纯化反应，进而形成高分子固化物。
另外，上述步骤(B)中执行前为可添加可逆行加成分裂链转移聚合反应(reverseaddition－fragmentation transfer polymerization，RAFT)试剂，以使聚合反应可为可逆行加成分裂链转移聚合反应，其可逆行加成分裂链转移聚合反应可将含有亲水单元的－OH基及含有长碳链的单体聚合，且通过可逆行加成分裂链转移聚合反应的方式可使聚合速度较慢，进而使溶液中各种单体有效进行接触，藉此形成分子量大、分散性高且稳定的高分子聚合物，从而可提高材料的亲水性，且该可逆行加成分裂链转移聚合反应试剂可为二硫代苯甲酸酯(Dithioben zoates)、三硫代碳酸盐(Trithiocarbonates)、二硫代胺基甲酸酯(Dithiocarbamates)或黄原酸盐(Xanth ates)等。
且上述步骤(B)中的纯化反应较佳可为可逆行加成分裂链转移聚合反应，但于实际应用时，亦可为自由基聚合(free radical polymerization)、离子聚合(ionicpolymerization)、缩合聚合(condensation polymerization)、逐步加成聚合(stepwiseaddition polymerization)或加成缩合聚合(addition condensation)等聚合反应。
又上述步骤(B)聚合反应执行后，即可进一步使用gamma射线来照射高分子固化物，以确保未聚合的复数单体再次聚合，以可提升聚合率。
而上述步骤(C)的镜片1原料的透氧度(DK值)为介于170～200barrer之间，且该硬度为介于76～81duro之间，且参阅图3、4所示，为本发明的透氧率测试图及硬度测试图，由图中可清楚看出，该镜片1原料的透氧度测试后的平均值为189barrer，而该镜片1原料的硬度测试后的平均值为77duro。
本发明为可先将复数种单体加入容器中，并通过加热装置加热至默认温度，以使复数种单体产生聚合反应，进而固化形成高分子固化物，此时，容器内的溶液为呈浓稠状，并将溶液倒入器皿中，再将器皿放置于烘箱中热固化作业，以使溶液中的复数单体产生纯化反应，进而重新排列形成内部无单体的高分子固化物，再将高分子固化物放置于退火装置中，以对高分子固化物进行退火处理，而经由退火处理后的高分子固化物便可成为镜片1的原料，其因复数种单体为包含有预设比例组成的甲基丙稀酸六氟异丙酯、3－(异丁烯酰氧)丙基三(三甲基硅氧烷)硅烷、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸、交联剂、2，5－二甲基－2，5－双(2－乙基己酸过氧化)己烷及2，2’－二羟基－4，4’－二甲氧基二苯甲酮，所以可通过此些复数单体聚合而成的高分子固化物可具有优良的透氧度，且亦具有较高的硬度及机械强度，以使配戴镜片1时能提升使用者的舒适度，并减少角膜病变。
且上述的镜片1为可通过步骤(A)及(B)多段式加热制成，且步骤(B)的加热温度为大于步骤(A)的加热温度，即可利用多段式加热来避免镜片1表面结构因一次高温加热而发生损坏的情况，进而可提升产品良率。
上所述仅为本发明的较佳实施例而已，非因此即局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明说明书及图式内容所为的简易修饰及等效结构变化，均应同理包含于本发明的专利范围内，合予陈明。

Claims (10)

1.一种硬式透氧隐形眼镜高分子材料，其特征在于，该硬式透氧隐形眼镜高分子材料包含有预设比例组成的甲基丙稀酸六氟异丙酯、3－(异丁烯酰氧)丙基三(三甲基硅氧烷)硅烷、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸、交联剂、2，5－二甲基－2，5－双(2－乙基己酸过氧化)己烷及2，2’－二羟基－4，4’－二甲氧基二苯甲酮。
2.如权利要求1所述的硬式透氧隐形眼镜高分子材料，其特征在于，该甲基丙稀酸六氟异丙酯的重量比例为介于1％～50％，该3－(异丁烯酰氧)丙基三(三甲基硅氧烷)硅烷的重量比例为介于1％～40％，该新戊二醇二甲基丙烯酸酯的重量比例为介于1％～15％，该甲基丙烯酸的重量比例为介于1％～20％，该交联剂的重量比例为介于1％～10％，该2，5－二甲基－2，5－双(2－乙基己酸过氧化)己烷的重量比例为介于0.1％～1％，该2，2’－二羟基－4，4’－二甲氧基二苯甲酮的重量比例为介于0.1％～1％，各成分之和等于100％。
3.如权利要求1所述的硬式透氧隐形眼镜高分子材料，其特征在于，该交联剂为聚二甲基硅氧烷甲基丙烯酸酯或聚二甲基硅氧烷甲基丁烯酸酯。
4.如权利要求1所述的硬式透氧隐形眼镜高分子材料，其特征在于，该硬式透氧隐形眼镜高分子材料还包含有聚甲基丙烯酸(乙二醇)脂、N－乙烯基吡咯烷酮或丙烯酰胺。
5.如权利要求4所述的硬式透氧隐形眼镜高分子材料，其特征在于，该聚甲基丙烯酸(乙二醇)脂的重量比例为介于0.1％～1％，该N－乙烯基吡咯烷酮的重量比例为介于0.1％～1％，且该丙烯酰胺的重量比例为介于0.1％～1％，各成分之和等于100％。
6.制备权利要求1-5任一项所述的硬式透氧隐形眼镜高分子材料的聚合方法，其特征在于，包括以下步骤：
(A)先将复数种单体加入容器中，以使容器内部容置有包含复数种单体的溶液，并通过加热装置将溶液加热至默认温度，以使溶液包含的复数种单体产生聚合反应，进而固化形成高分子固化物，而该复数种单体包括有预设比例组成的甲基丙稀酸六氟异丙酯、3－(异丁烯酰氧)丙基三(三甲基硅氧烷)硅烷、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸、交联剂、2，5－二甲基－2，5－双(2－乙基己酸过氧化)己烷及2，2’－二羟基－4，4’－二甲氧基二苯甲酮；
(B)将步骤(A)容器内的溶液倒入器皿中，且将器皿放置于烘箱中以默认温度进行默认时间的热固化作业，以使溶液包含的复数种单体产生纯化反应，进而形成内部无单体的高分子固化物；
(C)再将内部无单体的高分子固化物放置于退火装置中，以对内部无单体的高分子固化物进行退火处理，而经由退火处理后的高分子固化物即为所述的硬式透氧隐形眼镜高分子材料。
7.如权利要求6所述的聚合方法，其特征在于，步骤(A)中的容器中先装有溶剂，且该溶剂为二环氧乙烷。
8.如权利要求6所述的聚合方法，其特征在于，步骤(A)中的加热装置为加热板、酒精灯或其它可提供热能的装置，且该加热装置加热的默认温度为100℃，而该加热装置加热的过程中，进一步利用搅拌装置来进行搅拌动作；步骤(A)中的交联剂为聚二甲基硅氧烷甲基丙烯酸酯或聚二甲基硅氧烷甲基丁烯酸酯；步骤(A)中容器内的复数单体进一步包含有聚甲基丙烯酸(乙二醇)脂、N－乙烯基吡咯烷酮或丙烯酰胺。
9.如权利要求6所述的聚合方法，其特征在于，步骤(B)中的器皿放置于烘箱中进行热固化作业时，该器皿为先放置于65℃烘箱中至少68小时进行热固化，再使温度加热至大于100℃，以使器皿中的单体再固化，之后再加热至220℃，使硅跟氟的键结断键，进而使溶液的分子重新排列而产生纯化反应，进而形成高分子固化物；步骤(B)中的纯化反应为可逆行加成分裂链转移聚合反应(reverse addition－fragmentation transferpolymerization，RAFT)、自由基聚合(free radical polymerization)、离子聚合(ionicpolymerization)、缩合聚合(condensation polymerization)、逐步加成聚合(stepwiseaddition polymerization)或加成缩合聚合(addition condensation)，优选的，纯化反应为可逆行加成分裂链转移聚合反应，即步骤(B)执行前添加可逆行加成分裂链转移聚合反应试剂，且该可逆行加成分裂链转移聚合反应试剂可为二硫代苯甲酸酯(Dithiobenzoates)、三硫代碳酸盐(Trithiocarbonates)、二硫代胺基甲酸酯(Dithiocarbamates)或黄原酸盐(Xanthates)；步骤(B)聚合反应执行后，进一步使用gamma射线来照射高分子固化物，以确保未聚合的复数单体再次聚合，提升聚合率。
10.一种硬式透氧隐形眼镜镜片，其特征在于，由权利要求1-5任一项所述的硬式透氧隐形眼镜高分子材料制成，该镜片一侧为形成有贴覆于眼球的角膜表面上的内表面，而镜片另一侧则形成有供眼皮接触的外表面。
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