CN1643435A - 用于生物医学应用的聚合方法和材料 - Google Patents

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Abstract

由当交联和充满水时形成水凝胶的可交联非水溶性聚合物制备用于生物医学应用的模塑组件或制品。将该聚合物配制成除了该聚合物以外还含有非水稀释剂的组合物，稀释剂的体积比基本等于当聚合物交联和充满水时形成的水凝胶中的水的体积比。将该组合物在模具内铸塑，在那里，组合物暴露于致使通过非水稀释剂对其呈惰性的反应而发生交联的条件。交联反应产生了模塑非水凝胶，然后通过用含水液体比如水或生理盐水取代该非水稀释剂而转化为水凝胶。其固化基本完全由交联组成的模塑组合物的使用导致了模塑方法伴有很小的收缩或不伴有收缩，以及通过使用体积比与水凝胶中的水基本相同的非水稀释剂，可保持形状完整性，直到形成水凝胶。

Description

用于生物医学应用的聚合方法和材料
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2002年2月15日提出的美国临时专利申请Nos.60/357,578和2002年3月22日提出的60/366,828的优先权，以便能够合法地使用。这些临时专利申请的各自内容在本文全面引入供参考，在本说明书通篇中引用的所有其它专利和参考文献同样如此。
本发明的背景
1、本发明的领域
[0002]本发明涉及用于生产聚合物模制品，比如医疗器材模制品和光学透镜，优选隐形眼镜，眼内透镜和眼科透镜(ophthalmic lenses)的聚合方法，在该方法中，合成可交联聚合物前体混合物，再进行模塑。本发明还涉及可按照该方法获得的新型可交联聚合物前体混合物和模制品。
2、现有技术的描述
[0003]聚合材料已经广泛用于生物医学应用比如隐形眼镜，眼内透镜和眼科透镜。其他聚合物生物医学模制品的例子是绷带或创伤封闭器材，心脏瓣膜，冠状动脉支架，人造组织和器官，以及薄膜和膜。聚合材料的优点是，通过选择材料的组分和组成，大量的材料可供用于获取所需机械、物理、化学和光学性能的产品。聚合材料的性能还取决于它们的形态，这可以通过调节加工条件比如混合来控制。
[0004]在聚合材料的生物医学应用中，主要的关心是生物相容性和毒性。因而，所有生物医学器材需要满足由US Food & DrugAdministration(FDA)施行的严格管理条例。对生物相容性和毒性的考虑影响了材料以及工艺设计的选择。
[0005]为了确保生物相容性和安全性，通常的做法是使用对用于生物医学应用的聚合材料进行生产后处理的方法。对于由液体单体的直接聚合制备的实体(即，单体基铸塑系统)，常常需要令人讨厌的萃取处理，其中将生物医学产品或器材在水或其它无毒液体中浸渍很长的时间，通常在高温下数小时。在萃取工艺过程中，残留单体、催化剂和其它有害物质通过缓慢进行的扩散来去除。在萃取步骤结束之后，处理的聚合物元件基本不含有毒成分，并且能够安全地用于生物医学应用。因此，在生物医学应用的聚合材料的生产中，单体基铸塑系统具有高成本，因为它需要用于生产后萃取步骤的额外设备、时间和工作，这增加了成本和显著地降低了生产效率。
[0006]对于生产精密零件比如隐形眼镜，眼内透镜和眼科透镜，单体基铸塑系统的另一个缺点是，固化制品的形状常常不能精确地复制模腔的几何结构，因为在单体固化时出现了收缩。
[0007]当该收缩成为模制品的主要问题时，还可以通过注塑、压塑或本领域公知和常用的其它技术由聚合物树脂生产聚合产品。然而，这些技术需要高加工温度，不适于加工热敏聚合物比如用于眼科透镜的高折射指数聚合物。
[0008]因此，希望拥有没有高成本的纯化，没有过度收缩，或不使聚合物处于恶劣的加工条件下的生产用于生物医学应用的聚合产品的有效方式。
本发明的概述
[0009]本发明目的在于减轻或减少上述问题。本发明涉及在固化时具有比本领域已知的固化性液体配制料更低的收缩率和/或在其目的应用之前不需要萃取步骤的模制品，尤其医学器材模制品，更尤其光学透镜模制品的生产方法。优选的模制品是隐形眼镜，眼内透镜和眼科透镜。其他适用的模制品的例子是绷带或创伤封闭器材，心脏瓣膜，冠状动脉支架，人造组织和器官，以及薄膜和膜。
[0010]按照本发明，通过使用包括能够交联的预形成非水溶性聚合物替代单体的模塑组合物，减小或消除了在模塑阶段的聚合物的收缩。该组合物还含有对交联反应呈惰性的非水稀释剂。非水稀释剂在模塑组合物中的体积比由聚合物在其进行交联和用水浸透之后显示的已知特性来得出。具体地说，一旦进行交联和用水或含水液体比如生理盐水饱和，该聚合物形成了含有由交联聚合物本身的分子特性决定的已知体积比的水的水凝胶，以及该体积比用作非水稀释剂在具有还未交联的聚合物的模塑组合物中的体积比。然后，模塑组合物在模塑阶段的交联形成了无水凝胶，其在后续步骤中用含水液体替代，形成水凝胶，在该水凝胶中的水的体积比基本与在投入到模具内的组合物中的非水稀释剂的体积比相同。结果是水或含水液体与非水稀释剂的基本等体积交换。术语“含水液体”这里用来表示水或水溶液，尤其稀水溶液比如生理盐水。
[0011]这里对于非水稀释剂和水的体积比使用的术语“基本等于”表示，在该体积比之间可以出现小的差别，因此在含水液体取代非水稀释剂时可以有小的体积变化，但仍然是在本发明的范围内。唯一的限制是，任何的这种变化是在由制造和出售该产品的工业及适用于该产品的任何控制极限所确定的容差极限内。因此，对于隐形眼镜，例如，在隐形眼镜的工业上可接受的容差极限内的非水凝胶和水凝胶的体积之间的任何偏差是可接受的。对于各种类型的模塑产品，这种容差极限是所属领域的那些技术人员所已知的，另外可以容易地根据相关管理机构出版的文献来测定。
[0012]该方法利用成形为所需几何结构，再固化的在低温下合成的聚合前体混合物。优选的是，成形通过将该前体混合物倒入两个半模之间，之后固化，再从模具内取出来进行，从而生产出有价值的模制品。本发明的其它方面涉及可按照本发明的方法获得的聚合前体混合物，以及这样生产的模制品。下面将更详细地描述本发明的这些方面和几个目前优选的实施方案。
[0013]更尤其，本发明在一个方面涉及包含携带可交联基团的预聚物的新型可交联聚合物前体混合物，该预聚物根据本发明来获得。该前体混合物可以任选包含无活性聚合物，非反应性稀释剂，或反应性增塑剂。
[0014]在另一个方面，该发明涉及一新颖方法，在该方法中，形成可交联聚合物前体材料，以含有该聚合物和非水稀释剂的组合物成形为所需几何结构，优选呈现由两个或多个模具部分之间的模腔所规定的尺寸，通过聚合能量源固化，从模具中取出，以及浸渍在含水液体比如水或生理盐水中，以取代非水稀释剂的液体，从而生产出有价值的模制品。
[0015]在又一个方面，本发明涉及制备模制品的方法，包括首先获取含有可交联预聚物的前体混合物的步骤。根据本发明，该可交联预聚物通过下列方法来获得：1)将i)一种或多种不同类型的单体，ii)任选的一种或多种非反应性稀释剂，和iii)任选的溶剂一起混合；2)让该单体聚合成聚合物；3)添加一种或多种不同类型的官能化剂或衍生作用剂(derivatizing agents)；4)将该聚合物官能化或衍生化；5)任选地，添加由反应性增塑剂和与在步骤2)中合成的预聚物不同的预聚物组成的组中的一种或多种；和6)去除溶剂，残留杂质，未反应的官能化剂或衍生作用剂和副产物，获得含有可交联预聚物的前体混合物。任选地，在脱除溶剂之前的所需时机将基本上不起反应的无活性聚合物加入到该前体中。
[0016]然后，将所得可交联预聚物配制剂引入到具有所需几何结构的模具内；压缩该模具，使得可交联预聚物配制剂呈现模具的内模腔的形状；和让该可交联预聚物配制剂暴露于聚合能量源，从而获得固化模制品。
[0017]根据本发明的方法包括连续方法和分步方法。连续法包括其中第一阶段是单体或单体的混合物在非水稀释剂和任选的其它溶剂的存在下的聚合，而在后续阶段中所得聚合物被官能化，从而使该聚合物可以进行交联的那些方法。在这些连续方法中的溶剂和杂质(比如未反应的单体和官能化剂，残留引发剂，聚合催化剂和任何反应副产品)通过真空蒸馏来脱除，仅仅留下了可交联聚合物和用于铸塑和等体积交换的适当比例的非水稀释剂。
[0018]分步法允许各反应使用不同的溶剂以及在各反应之间可以进行分离和纯化工序。这样，不想要的组分比如残留单体、低聚物和聚合溶剂能够在聚合步骤之后脱除，而未反应的官能化剂、不希望有的反应的产物和溶剂能够在官能化步骤之后脱除。还有，不同溶剂的使用允许人们选择最适用于各步骤的溶剂。
[0019]本发明提供了生产新型聚合物前体混合物的有效方法。选择反应介质的组分和组成，以获得生产前体混合物所需的加工条件。选择前体混合物的组分和适当地调节组成，以便获得所需的前体混合物的加工性能，所需的反应性(包括对固化时间和收缩率的影响)，以及这样生产的模制品的最终物理、化学和光学性能。
[0020]本发明的方法的一个优点是能够在固化时实现的低收缩率。如在下面更详细地论述的那样，在聚合物前体混合物中的反应性物质的总浓度是非常低的。另一个优点该是该聚合物前体混合物能够固化的速度。因此，使用适当的反应引发剂和聚合能量源能够非常快速地获得所需的反应度。
[0021]在本发明的一个实施方案中，该方法被设计用来生产用于生物医学应用比如隐形眼镜的聚合物前体混合物，该混合物在固化时不需要纯化步骤和在生理盐溶液中平衡之后显示了很小的体积净变化。
[0022]在本发明的另一个实施方案中，该前体混合物作为半固体可聚合组合物配制。使用半固体前体混合物比液体前体混合物更有利，因为能够避免在填模过程中的通常液体处理问题，比如蒸发环(evaporative rings)，包括气泡或空隙，和Schlieren效应，以及半固体前体混合物在模具组合体中不需要垫圈来生产制品，比如眼科透镜。下面将论述本发明的该半固体前体混合物的其它优点。
[0023]在本发明的另一实施方案中，该前体混合物包含预聚物，无活性聚合物，和任选的反应性增塑剂和/或非反应性稀释剂。因此，选择该前体混合物的组分和组合物，以产生通过本发明的方法完成的快速固化而锁定的所需相形态。
[0024]对于在固化模制品中的交联聚合物网络的结构，本发明的聚合物前体混合物提供了不同于通过普通单体基铸塑方法获得的那些的交联聚合物网络，在那些方法中，模制品通过含有多官能单体(即交联剂)和单官能单体的单体混合物的直接聚合来生产。因为多官能单体的反应性高于单官能单体，在生产模制品的单体混合物的直接聚合过程中，常常发生了多官能单体的簇集。在本发明中，在预聚物骨架上的官能化部位形成了交联键。因为聚合物能够均匀地官能化，所以在本发明的聚合物网络中的交联键比普通单体基铸塑系统的那些更均匀地分布。因此，在另一个方面，本发明还涉及由本发明的聚合物前体混合物生产的模制品。
本发明和优选实施方案的详细说明
[0025]在本文和附属权利要求书中使用的单数名词包括单数和复数形式。
[0026]本文使用的术语“单体”包括聚合成共聚物的两种或多种不同单体的混合物以及形成仅仅由单一重复单元组成的聚合物的单一物质。术语“聚合物”在本文中用来包括共聚物以及仅仅由单一重复单元组成的聚合物。
[0027]在本发明中，通过用包括聚合步骤和官能化或衍生化步骤的本发明的连续方法获得的预聚物将可聚合基团引入倒前体混合物中。该聚合步骤首先由单体混合物生产出了聚合物。如此生产的该聚合物然后用反应性基团进行官能化或衍生化，获得属于官能化可交联聚合物的预聚物。任选地，该前体混合物还包括反应性增塑剂和与在本发明方法中合成的预聚物不同的其它预聚物。
[0028]术语“官能化”和“衍生化”在本文中可互换地使用，以及本文使用的术语“用反应性基团官能化”是指用于在聚合物的骨架上提供许多反应性基团，尤其可交联基团的聚合物的改性。术语“可交联”是指无交联、但能够在交联条件下交联，或者含有有限交联度并且能够在适当条件下进一步交联的聚合物。
[0029]另外，该聚合物前体混合物可以包含非反应性或基本非反应性稀释剂。该稀释剂可以用作不有助于体系的反应性的填充剂，或它们可以用作增容剂，以便降低混合物中其它组分的相分离倾向性。虽然这些稀释剂在聚合方法中可以起一些作用，但它们通常被假定为是非反应性的，即，它们不显著地参加在聚合时形成的聚合物链或网络。
[0030]具有反应性基团或者具有反应性的低聚物或聚合物在本文的某些地方被称为“预聚物”。对于本公开物来说，预聚物此外被称为具有大于300的化学式量的分子或包括连接在一起的一个以上重复单元的分子。如下所述，具有低于300的化学式量和仅包含一个重复单元的官能化分子被称为“反应性增塑剂”。这些预聚物可以具有末端和/或侧挂反应性官能团，或者它们可以简单地在用于形成聚合物前体混合物的聚合体系的存在下易于进行接枝或其它反应。本发明的聚合物前体混合物含有通过官能化根据本发明的方法由单体混合物合成的聚合物而获得的至少一种预聚物。该前体混合物还可以含有与在本发明方法中合成的预聚物不同的其它预聚物。
[0031]另外，小分子反应性物质(即具有低于大约300的化学式量的单体)可以任选加入到聚合物前体混合物中，以便提供增加的反应性和/或获得所需的半固体稠度和相容性，在这种情况下，该小分子反应性物质可以用来增塑该聚合物组分。该小分子物质另外可以用作反应过程中的聚合增量剂，加速剂，或终止剂。不管它们对聚合物前体混合物和后续聚合反应的最终作用如何，这些组分在下文中被称为“反应性稀释剂”。
[0032]该聚合物前体混合物可以此外包含非反应性或基本非反应性聚合物，这在下文中被称为“无活性聚合物”。该无活性聚合物可以用来增加该聚合物前体混合物的体积，而不增加大量的反应性基团，或者可以选择该无活性聚合物，以便为有价值的模制品赋予化学、物理、光学和/或机械性能。该无活性聚合物还可以通过降低反应介质中的单体浓度而起聚合步骤的稀释剂的作用。对于半固体前体混合物，该无活性聚合物可以进一步地用来赋予该前体混合物以所需的半固体稠度。
[0033]非反应性，即惰性稀释剂可以有利地加入到本发明的聚合物前体混合物中，以便获得混合物组分的相容性，获得所需反应性官能团的浓度，以及获得所需的半固体稠度。稀释剂根据它们与半固体前体混合物中的预聚物、无活性聚合物和反应性增塑剂成分的相容性和对这些成分的增塑作用来选择。典型地，相容性混合物对于生产有价值的模制品来说是理想的，除了其中不可避免地发生相分离或需要在最终模制品中获得某些想要的材料性能的情况以外。对于生产眼科透镜来说，在固化之后的透明体系是理想的，这能够容易地通过与该聚合物前体混合物的预聚物和无活性聚合物相容的非反应性稀释剂来达到。
[0034]虽然惰性稀释剂在该聚合物前体材料的聚合体系中表面上不起反应，但实际上可以发生某些较轻程度的反应，并且这种反应一般是可接受的和不可避免的。稀释剂还可以通过起链终止剂的作用而影响聚合反应(例如，当水存在于阴离子聚合体系中时的已知现象)，这样减慢了固化速度，降低了最终固化度，或最终获得的分子量分布。幸好，因为与流行的单体体系相比，本发明的聚合体系从开始到结束需要较少的总反应，可以大大减少稀释剂的干涉效应，常常达到对固化反应没有可测量的影响的程度。这大大有利于可以在本发明的方法中使用的稀释剂的选择，因为反应抑制作用很少会发生。
[0035]例如，非反应性稀释剂可以包括，但是不局限于：醇类比如甲醇，乙醇，丙醇，丁醇，戊醇等以及它们的甲氧基醚类和乙氧基醚类；二醇比如单、二、三、四，…聚乙二醇及其单甲氧基醚类、二甲氧基醚类、单乙氧基醚类和二乙氧基醚类，单、二、三、四，…聚丙二醇及其单甲氧基醚类、二甲氧基醚类、单乙氧基醚类和二乙氧基醚类，单、二、三、四，…聚丁二醇及其单甲氧基醚类、二甲氧基醚类、单乙氧基醚类和二乙氧基醚类等，单、二、三、四，…聚甘油及其单甲氧基醚类、二甲氧基醚类、单乙氧基醚类和二乙氧基醚类；烷氧基化糖苷比如在US专利No.5,684,058中所述，和/或以“Glucam”的商品名由AmercholCorp.出售的乙氧基化和丙氧基化糖苷；酮比如丙酮，甲基乙基酮，戊酮，甲基异丁基酮；酯类比如乙酸乙酯或醋酸异丙酯；二甲亚砜，N-甲基吡咯烷酮，N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺，环己烷，双丙酮二醇，硼酸酯类(比如与甘油，山梨糖醇，或其他多羟基化合物的酯，如US专利Nos.4,495,313，4,680,336，和5,039,459中所公开的那些)，以及其它等等。
[0036]用于生产隐形眼镜的稀释剂应该最终是水可置换的，但如果需要的话，在生产感兴趣的模制品中使用的稀释剂可以首先用除了水以外的溶剂萃取，随后在第二步中用水萃取。
[0037]缓和剂在眼用组合物内的“非处方”使用由the US Food &Drug Administration(FDA)来规定。例如，the Federal Register(21CFR Part 349)给出了非处方使用的眼用的药品：最后的专论列举了可接受的缓和剂与各自的适当的浓度范围。具体地说，§349.12列举了下列许可的“专论”缓和剂：(a)纤维素衍生物：(1)羧甲基纤维素钠，(2)羟乙基纤维素，(3)羟基丙基甲基纤维素，甲基纤维素；(b)右旋糖酐70；(c)明胶；(d)多元醇，液体：(1)甘油，(2)聚乙二醇300，(3)聚乙二醇400，(4)吐温80，(5)丙二醇；(e)聚乙烯醇；和(f)聚维酮(聚乙烯基吡咯烷酮)。§349.30进一步地规定，为了适合该专论，可以结合不超过三种的以上确定的缓和剂。
[0038]根据本发明使用的稀释剂优选是FDA批准的眼用缓和剂或眼用缓和剂与水或盐水溶液的混合物。如果水干扰聚合过程(对于使用本发明的聚合物前体混合物是不太可能的，但在使用液体单体前体的普通聚合历程中有可能)，可以使用纯缓和剂或缓和剂与预聚物，无活性聚合物，和/或反应性增塑剂的混合物。如果模制品在被消费者使用之前在水或盐水溶液中稀释或平衡，比如如果将隐形眼镜模制品放入到具有过量盐水溶液的包装物中储存和运输，那么在固化过程中在模制品内的缓和剂的浓度可以比FDA允许的浓度高得多。
[0039]如果想要半固体前体混合物，还适当地调节组分和组成，以获得所需的半固体稠度。所谓“半固体”是指该混合物基本是未交联的，可变形的和可熔化的，但还能够在短操作比如在模具内插入中作为单个、自立的实体处理。对于纯聚合物体系，分子量超过称为分子量筛截的一定值，纯聚合材料的弹性模数是大致恒定的。因此，对于本公开物来说，以及在本发明的一个方面，半固体将被定义为在固定条件比如温度和压力下，显示了低于高分子量(即分子量筛截以上)的既定纯聚合物体系的恒定模量值的模量的材料。用于获取半固体稠度的该模量的降低可以通过将增塑剂(反应性或非反应性稀释剂)引入到该半固体混合物中，用于增塑预聚物或无活性聚合物组分的一种或多种来达到。另外，可以使用在既定预聚物的分子量筛截以下的低分子量同型物代替完全聚合的变型，以获得在加工温度下的模量降低。考虑到这些因素，优选的分子量是在大约10,000到大约1,000,000，更优选从大约10,000到大约300,000，和最优选从大约50,000到大约150,000的范围内。能够改变，以便控制分子量的系统参数是基于单体量的引发剂的用量，链转移剂的存在与否，反应温度，反应进行的时间，以及所用溶剂的类型和浓度。这些因素的每一种的影响和为了获得特定分子量范围的聚合物的每一种因素的适当选择对于所属领域的那些技术人员来说是显而易见的。
[0040]使用半固体前体混合物，本发明的方法比普通模塑技术有利，因为半固体前体材料提供了小而有限的抗流动性，使得该半固体材料在其引入时不会从模具中流出，不象在静态浇铸技术中使用的液体前体。还有，该半固体材料具有充分的顺应性，当将两个静态压缩模具组装在一起时，可容易地压缩和变形，从而呈现所希望的模腔形状或表面特征，没有过度的抵抗力。此外，不象典型的热塑性塑料，该半固体材料不需要过度或不理想的热量和/或压缩力，而这是使用普通材料的压塑或注塑技术的通常情况。因此，本发明的半固体材料能够被看作将液体的易变形性与固体的易处理特性结合到了可反应(但显示了低收缩率)且能够在固化时固化成交联实体的体系中。
[0041]就液体前体混合物而言，该半固体前体混合物的优点是，使用该半固体前体混合物能够避免出现在装模过程中的普通液体处理问题，比如蒸发环(包括气泡或空隙)和Schlieren效应。另外，对于眼科透镜的模制品而言，该半固体前体混合物在模具组合体内不需要垫圈。
[0042]与用于制造眼科透镜的由US专利No.4,260,564公开的使用部分固化凝胶预成形物的现有方法相比，使用半固体前体混合物的模塑方法也具有优点。在部分固化凝胶基模塑方法中，在模具组合体内的液体单体混合物首先部分固化成凝胶，它呈现与有价值最终物品的形状接近的几何形状。该部分固化的胶化预成形物然后被转移到另一模具组合体内，在那里预成形物被进一步模塑成所需形状并完全固化。因为凝胶是不可熔化的，所以在部分固化凝胶预成形物的表面上的缺陷比如刮痕和在模塑操作过程中引入的内应力保留在由该部分固化凝胶预成形物生产的固化制品中。本发明的半固体前体混合物克服了这些问题，因为半固体是基本未交联的，可延展的和可熔化的。
[0043]该半固体前体混合物的另一个优点是：当使用自由基型聚合方案来固化半固体前体混合物时，降低了由于氧带来的抑制效应。虽然不希望受理论的制约，但据认为，该效应来源于在固化之前和固化过程中在半固体材料内的低氧流动性，与普通液体型铸塑系统相比。因此，目前用于从模塑方法中排除氧的复杂而成本高的程序(例如，如在US专利Nos.5,922,249和5,753,150中所述，模具的模制和最终元件的模制)能够被消除，以及反应仍然以及如上所述的适时方式进行到完成。
[0044]在优选使用半固体前体混合物的本发明中，反应快速地进行，因为反应是交联反应和前体聚合物含有仅少量的交联部位，以及在半固体前体混合物中降低了由于氧带来的抑制效应。所谓“快固化时间”是指本发明的聚合物前体混合物比如果液体配制料具有相同类型的反应性官能团和其它固化参数比如能量强度和元件几何结构不变的液体组合物固化快。典型地，当使用包括该半固体前体的光引发体系时，需要大约≤10分钟的聚合能量源接触时间，以便获得所需的固化度。更优选地，固化在少于大约100秒的接触时间内，还更优选在少于大约10秒内发生。最优选地，固化在少于大约2秒的聚合能量源接触时间内发生。对于薄的模制品比如隐形眼镜而言，这种快速固化时间能够更加容易地实现。
[0045]因为该半固体材料能够快速地固化和含有相对少量的单体，在各模塑周期之后的再循环和再使用中能够获得巨大的加工优点。当在固化之后从模具中取出时，该半固体前体混合物在模具表面上留下的单体比液体前体混合物所留下的要少得多。因此，本发明的一个实施方案是，按照如本文所述的半固体前体混合物的使用，隐形眼镜和眼科透镜模具再使用一个以上的模塑周期的方法，其中在各次使用之间有任选的清洗步骤。
[0046]由本发明公开的聚合物前体混合物可以有利地用来生产聚合和/或交联模制品。因此，在另一个方面，本发明涉及通过固化聚合物前体混合物生产的模制品。为了生产隐形眼镜或眼内透镜，选择完全固化的模制品的组成，使得在投入到本质上的水溶液中时它们变成水凝胶；即，在纯水性环境中在建立平衡时模制品将吸收大约10-90wt％的水，但不溶于水溶液中。所述模制品在下文被称为“水凝胶”。
[0047]本发明的聚合物前体混合物还可以有利地用来生产其中交联键均匀或基本均匀分布的均匀水凝胶。如前面所述，在通过单体混合物的直接聚合合成的现有技术凝胶中，由于多官能单体簇集，交联键会不均匀地分布。
[0048]对于本公开物来说，本质上的水溶液应该包括含有水作为主要组分的溶液，尤其盐水溶液。当然，某些生理盐溶液，即，盐溶液，可以代替纯水，优选用来平衡或储存模制品。尤其，优选的盐水溶液具有约200-450毫渗量/L的摩尔渗透压浓度；更优选的溶液具有约250-350毫渗透分子/L。该盐水溶液有利地是生理上可接受的盐比如磷酸盐的溶液，这在隐形眼镜护理领域中是公知的。这些溶液可以进一步包括等渗剂，这在隐形眼镜护理领域中也是众所周知的。此类溶液在下文中一般被称为盐溶液，不优先选择在隐形眼镜护理领域的目前已知技术范围之外的盐浓度和组成。
[0049]本发明的模制品可以有利地形成显示“最小限度的膨胀或收缩”的隐形眼镜或眼内透镜；也就是说，它们在放入到盐溶液中时显示了很小的膨胀或收缩，或没有显示膨胀或收缩。这可以通过调节稀释剂的存在量，使得当模制品在盐水环境中平衡时没有发生水凝胶的净容积改变来达到。该目标能够通过使用盐水作为唯一的稀释剂来实现，只要它在水凝胶形成之后以与其平衡含量相同的浓度在半固体前体混合物中引入，该量能够易于通过简单试验和误差实验来确定。如果人们优选使用其它稀释剂，在该半固体前体混合物中存在和不存在盐水，那么当用盐水平衡时水凝胶无净容积改变的稀释剂浓度可以不与平衡盐浓度相同，但还是能够容易地通过简单试验和误差实验来确定。
[0050]“萃取”是在预定应用之前从固化水凝胶中去除不需要和不希望有的物质(通常小分子杂质，聚合副产品，未聚合的或部分聚合的单体等等，有时称为可萃取物)的方法。所谓“在预定应用之前”例如在隐形眼镜的情况下是指嵌入到眼内之前。萃取步骤是用于制备隐形眼镜的现有技术方法的必要特征，例如(参看U.S.专利Nos.3,408,429和4,347,198)，这为模制品生产方法增加了复杂性，处理时间，和费用。
[0051]本发明的优点是，能够生产模制品，一旦聚合步骤完成，不需要萃取步骤，和仅需要最小限度的萃取步骤。所谓“最小限度的萃取步骤”和“最小限度的萃取”是指，可萃取物的量充分低和/或可萃取组合物充分无毒，使得任何必要的萃取可以通过在用于包装透镜以便运输给消费者的容器内的流体来完成。短语“最小限度的萃取步骤”和“最小限度的萃取”此外可以包括作为脱模操作的任何方面的一部分存在的任何洗涤或漂洗以及任何处理步骤。例如，液体射流有时被用来促进透镜从一个容器移动到另一个容器内，从一个或多个透镜模具中脱模等，所述射流一般包括集中的水或盐溶液料流。在这些工艺期间，可以合理地预计会发生脱除任何可萃取透镜物料的一些萃取或漂洗，但在任何情况下，它们被归入如在本公开物中提出的需要最小限度的萃取步骤的材料和方法的类别。
[0052]例如，在本发明的一个实施方案中，该聚合物前体混合物包括30-70wt％的预聚物，光引发剂，以及选自水和FDA批准的眼用缓和剂中的非反应性稀释剂。在固化时，借助一种或多种液体射流，可以将模制品直接置于含有大约3.5mL储存用盐水流体的隐形眼镜包装容器内，以有助于脱模过程和进一步有利于无机械接触的透镜处理(例如参看U.S.专利5,836,323)，于是模制品被包装物中的周围流体平衡。因为隐形眼镜的模制品体积(例如，约0.050mL)相对于透镜包装物内的流体体积是小的，所以在该溶液和平衡之后的透镜中的缓和剂浓度是至少约1wt％或更低，该浓度适用于消费者直接在眼睛上使用。因此，虽然从严格的角度来看在该实施方案中使用了萃取步骤，但该萃取步骤被简化为最小限度的萃取步骤-在脱模，处理和包装工艺中固有地存在的步骤。事实上本身不使用单独的萃取步骤代表了这里公开的本发明的重要优势。
[0053]在一个实施方案中，本发明涉及基本上非水溶性的预聚物。所谓“水溶性”是指在环境条件下该预聚物能够以约1-10wt％预聚物的整个浓度范围溶于水或盐溶液中，或更优选以约1-70％预聚物的浓度溶于水或盐溶液中。因此，对于本公开物来说，“水不溶性”或“非水溶性”预聚物是在环境条件下在水中的约1-10％的浓度范围内不完全地溶于水中的那些。在优选的实施方案中，由水不溶性预聚物制备的水凝胶可以是水可溶胀的，使得它们能够在吸收10-90％水时形成均匀混合物。一般，此类水可溶胀的水凝胶将显示最大水吸收(即，平衡水分)，它是构成水凝胶的聚合物的化学组成以及水凝胶交联密度的函数。根据本发明的优选水凝胶是在水或盐溶液中具有约20到80wt％水的平衡水分的那些。当交联时，此类水不溶性、但水可溶胀的材料理想地产生了透明水凝胶，它是本发明的有用产物。
[0054]在本发明的优选实施方案中，形成基本不含在预聚物的制备中使用的单体、低聚或聚合化合物(和在预聚物的制备过程中形成的副产物)，以及不含任何其它不需要的成分比如杂质或不属于眼用缓和剂的稀释剂的一种或多种预聚物和一种或多种非反应性稀释剂的均匀混合物。所谓“基本上不含”在本文中是指在该半固体前体混合物中的不希望有的成分的浓度优选低于0.001wt％，更优选低于0.0001wt％(1ppm)。这种不希望有的成分的容许浓度范围最终由终产物的目的应用来决定。该混合物优选仅仅含有属于水或在眼中的有限浓度下被FDA认为是可接受的眼用缓和剂的稀释剂。该混合物此外以不含任何其它共聚单体或反应性增塑剂的方式形成。如此，形成不含或基本不含不需要的成分的聚合物前体混合物，这样，由此生产的模制品不含或基本不含不需要的成分。因此，生产出了模制品，除了在已经生产出固化模制品之后在包装容器内及在脱模和中间处理步骤中发生的萃取/平衡方法以外，不需要使用单独的萃取步骤。
[0055]在本发明的另一个优选实施方案中，选择聚合物前体混合物中的稀释剂组成和浓度，使得在固化和在盐溶液中的后续平衡时，发生的水凝胶的体积净变化很小。优选，在生理上可接受的盐溶液中平衡时，水凝胶体积的变化不超过10％。更优选，该水凝胶体积的变化低于5％，更优选低于2％。最优选，在模塑、固化和脱模之后，在盐水中平衡时，该水凝胶体积的变化低于1％。
[0056]在盐水中平衡时最小限度的水凝胶体积变化可以用本发明的新型聚合物前体混合物来实现，因为该聚合物可聚合组合物(1)在固化时显示了低收缩，和(2)能够配制成含有所需用于补偿平衡量的水的量的稀释剂。
[0057]在又一个优选实施方案中，调节稀释剂浓度，使得在水中平衡时发生定量的水凝胶溶胀。这有时有助于脱模过程，然而水凝胶体积变化能够通过考虑了成品模制品的小而定量的溶胀的合适模具设计来适应。
[0058]在目前优选的实施方案中，该聚合物前体混合物包括属于聚甲基丙烯酸羟乙基酯(pHEMA)的官能化共聚物的水不溶性、但水可溶胀的预聚物。该共聚物能够包括与HEMA一起存在的甲基丙烯酸，丙烯酸，N-乙烯基吡咯烷酮，二甲基丙烯酰胺，乙烯醇，和其它单体。目前优选的实施方案包括与大约2％甲基丙烯酸(MAA)共聚的pHEMA。另外，可聚合的添加剂比如反应性染料和反应性UV吸收剂还能够与这些单体共聚。该共聚物随后用甲基丙烯酸酯基团或丙烯酸酯基团官能化，以便产生适合于生产用作隐形眼镜的眼用模制品的反应性预聚物。反应性基团通过HEMA的羟基以共价键连接于聚合物骨架。该pHEMA-co-MAA共聚物用平均分子量400的聚乙二醇(PEG 400)以约50wt％的浓度稀释，和以大约1wt％的浓度添加光引发剂如IRGACURE184，DAROCUR1173和/或IRGACURE1750。
[0059]在本发明的一个优选的实施方案中，含有pHEMA-co-M从共聚物的该聚合物前体混合物通过包括下列步骤的方法获得：
将i)一种或多种不同类型的单体和热引发剂，ii)其量应使得在模塑之后能够与盐溶液进行等容积交换的至少一种非反应性、低挥发性稀释剂，iii)其量可防止在后续聚合和官能化步骤中形成不溶性凝胶的挥发性非水溶剂一起混合；
将单体聚合，以获得聚合物；
添加一种或多种不同类型的官能化剂或衍生作用剂；
将该聚合物官能化或衍生化和添加光引发剂；和
蒸发溶剂，残留杂质，未反应的官能化剂或衍生作用剂和副产物，以获得含有非反应性稀释剂的聚合物前体混合物。
[0060]本发明的方法的优点是：在聚合步骤之后，不需要回收和纯化聚合物以及将聚合物与非反应性稀释剂共混，因为该聚合物在非反应性稀释剂的存在下连续合成和官能化，形成了最终前体混合物。挥发性溶剂可有利地用于生产其中聚合物由含有多官能单体作为杂质的单体，比如HEMA合成的聚合物前体混合物。挥发性溶剂的存在防止了不溶性凝胶的形成，即使当少量的多官能单体存在于反应介质中时。而且，它的挥发特性使其可容易地去除，无需过度的附加处理。
[0061]这样获得的材料是光学透明的均匀前体混合物。能够从整体物质(bulk mass)中取出一小部分前体混合物，作为分立的量引入到模腔内。在关闭模具时，该前体变形，呈现由两个半模规定的内部模腔的形状。当样品用聚合能量源比如热或UV光照射时，该前体混合物固化成水可溶胀的交联凝胶，随后能够脱模和投入到盐溶液用于平衡。所得水凝胶能够被设计成在平衡状态下吸收大约30-70％水，同时显示了与商购隐形眼镜材料类似的机械性能比如断裂伸长和模量。因此，这样生产的模制品可用作眼科透镜，尤其隐形眼镜或眼内透镜，所述透镜用在快速固化步骤中显示了低收缩的聚合物前体材料生产，以及所述透镜不需要除了在包装物中的平衡步骤以外的独立萃取步骤。
[0062]另一个优选实施方案使用硅氧烷型单体和亲水性硅氧烷(它们是具有高氧渗透率的亲水性组分和硅氧烷组分的共聚物)作为起始单体，无活性聚合物，或当具有附加官能团时，作为预聚物或反应性增塑剂。这些材料尤其可用作隐形眼镜。适用于生产本发明的聚合物前体混合物的硅氧烷型单体和预聚物公开在US专利Nos.4,136,250，4,153,641，4,740,533，5,010,141，5,034,461，5,057,578，5,070,215，5,314,960，5,336,797，5,356,797，5,371,147，5,387,632，5,451,617，5,486,579，5,789,461，5,807,944，5,962,548，5,998,498，6,020,445，和6,031,059，以及PCT申请Nos.WO094/15980，WO097/22019，WO099/60048，WO099/60029，和WO001/02881，以及欧洲专利申请Nos.EP00940447，EP00940693，EP00989418，和EP00990668中。
[0063]另一个优选实施方案使用全氟烷基聚醚，后者被氟化，以提供良好的氧渗透性和惰性，然而由于聚合物骨架结构和/或亲水侧挂基团，还显示了可接受的亲水性。此类材料可以容易地作为无活性聚合物，或当具有其它官能团时，作为预聚物或反应性增塑剂引入到本发明的聚合物前体混合物中。对于这些材料的实例，参看US专利Nos.5,965,631，5,973,089，6,060,530，6,160,030，和6,225,367。
[0064]原则上，在本发明的聚合步骤中可以使用任何单体的混合物，前提是该合成聚合物含有可官能化基团。所谓“可官能化基团”是指能够进行官能化或衍生化反应，从而在聚合物骨架上引入官能团的基团。该单体可以是丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯，丙烯酸酐，丙烯酰胺，乙烯基，乙烯醚，乙烯基酯，乙烯基卤化物，乙烯基硅烷，乙烯基硅氧烷，(甲基)丙烯酸酯化的聚硅氧烷，乙烯基杂环，二烯烃，烯丙基等等。能够使用其它不太为大家了解的但可聚合的体系，如环氧基(对于硬化剂)和脲烷类(在异氰酸酯和醇类之间的反应)。
[0065]纯粹地作为例子的可被本发明使用的聚合机理包括自由基聚合，阳离子或阴离子聚合，环加成作用，狄尔斯-阿德耳反应，开环-易位聚合和硫化。聚合物可以是线性，支化，树枝状或轻度交联结构的均聚物或共聚物。
[0066]为了证明能够在本发明中使用的单体的丰富多样性，我们从成百上千种商购化合物的目录中仅仅列举了少数几种。例如，单官能化单体包括(甲基)丙烯酸酯比如(甲基)丙烯酸甲基酯和甲基丙烯酸2-羟乙基酯(HEMA)，乙烯基内酰胺比如N-乙烯基-2-吡咯烷酮，(甲基)丙烯酰胺和它的类似物比如N-异丙基丙烯酰胺，乙烯基丙烯酸比如(甲基)丙烯酸，乙酸乙烯酯，苯甲酸乙烯基酯，苯乙烯，α-甲基苯乙烯，马来酸酐，和丙烯腈。注意，表示法如”(甲基)丙烯酸酯”或”(甲基)丙烯酰胺”用来表示任选的甲基取代。
[0067]其它单官能化(甲基)丙烯酸系单体包括：(甲基)丙烯酸乙基酯；(甲基)丙烯酸丙基酯；(甲基)丙烯酸丁基酯；(甲基)丙烯酸辛基酯；(甲基)丙烯酸异癸酯；(甲基)丙烯酸十六烷基酯；(甲基)丙烯酸硬脂基酯；(甲基)丙烯酸丙基酯；(甲基)丙烯酸戊基酯；(甲基)丙烯酸四氢化糠基酯；己内酯(甲基)丙烯酸酯；(甲基)丙烯酸苄基酯；(甲基)丙烯酸苯基酯；(甲基)丙烯酸2-苯基苯基酯；(甲基)丙烯酸苯氧基乙基酯；(甲基)丙烯酸酯1-萘氧基乙酯；(甲基)丙烯酸环己基酯；(甲基)丙烯酸异冰片基酯；(甲基)丙烯酸降冰片基酯；(甲基)丙烯酸金刚烷基酯；(甲基)丙烯酸三环辛烷[5.2.1.02，6]-癸-8-基酯；乙二醇苯醚(甲基)丙烯酸酯；(甲基)丙烯酸3-羟基-2-萘基酯；丙烯酸2-羟乙基酯(HEA)；(甲基)丙烯酸2-羟基丁基酯；(甲基)丙烯酸2-羟丙基酯；(甲基)丙烯酸3-苯氧基-2-羟基-苯氧基乙基酯；(甲基)丙烯酸3-羟丙基酯；(甲基)丙烯酸4-羟基丁基酯；(甲基)丙烯酸4-叔丁基-2-羟基环己基酯；(甲基)丙烯酸2-乙基己基酯；(甲基)丙烯酸2-乙氧基乙基酯；(甲基)丙烯酸乙氧基乙基酯；(甲基)丙烯酸甲氧基乙基酯；(甲基)丙烯酸甲氧基三乙二醇酯；(甲基)丙烯酸羟基亚丙基酯；(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙基酯；(甲基)丙烯酸缩水甘油基酯；(甲基)丙烯酸2-磷酸乙酯；单-、二-、三-、四-、五，…聚乙二醇单(甲基)丙烯酸酯；(甲基)丙烯酸1，2-丁二醇酯；(甲基)丙烯酸酯1，3-丁二醇酯；(甲基)丙烯酸酯1，4-丁二醇酯；单-，二-，三-，四-，…聚丙二醇单(甲基)丙烯酸酯；(甲基)丙烯酸甘油基酯；甘油单(甲基)丙烯酸酯；2-乙基-2-(羟基-甲基)-1，3-丙二醇三甲基(甲基)丙烯酸酯。
[0068]其他类型的单体还包括：甲基丙烯酰胺；N，N-二甲基(甲基)丙烯酰胺；乙酰丙酮(甲基)丙烯酰胺；N-甲基(甲基)丙烯酰胺；N，N-二甲基-乙酰丙酮(甲基)丙烯酰胺；N-(1，1-二甲基-3-氧代丁基)(甲基)丙烯酰胺；N-(甲酰基甲基)(甲基)丙烯酰胺；4-和2-甲基-5-乙烯基吡啶；N-(3-(甲基)丙烯酰胺基丙基)-N，N-二甲胺；N-(3-(甲基)丙烯酰胺基丙基)-N，N，N-三甲胺；N-(3-(甲基)丙烯酰胺基-3-甲基丁基)-N，N-二甲胺；1-乙烯基-，和2-甲基-1-乙烯基咪唑；N-乙烯基咪唑；乙烯基替琥珀酰亚胺；N-乙烯基二乙醇酰亚胺；N-乙烯基戊二酰亚胺；N-乙烯基-3-吗啉酮；N-乙烯基-5-甲基-3-吗啉酮；二甲基二苯基甲基乙烯基硅氧烷；α-(二甲基乙烯基甲硅烷基)-ω-[(二甲基乙烯基-甲硅烷基)氧基]-二甲基二苯基甲基乙烯基硅氧烷；丙酸乙烯酯；乙烯醇；碳酸2-((甲基)丙烯酰氧基)乙基乙烯基酯；乙烯基[3-[3，3，3-三甲基-1，1-双(三甲基硅氧基)二硅氧烷基]丙基]碳酸酯；4，4’-(四(五十甲基)二十七亚硅氧烷基)二-1-丁醇(4，4’-(tetrapentacontmethylhepta-cosasiloxanylene)di-l-butanol)；N-羧基-β-丙氨酸N-乙烯基酯；2-甲基丙烯酰基乙基磷酸胆碱；甲基丙烯酰氧基乙基乙烯基脲；乙烯基甲苯；1-乙烯萘；(甲基)丙烯酸的金属盐；含有季胺盐的单体；以及其它等等。
[0069]表示法”单-、二-、三-、四-，…聚”用来表示单体，二聚物，三聚物，四聚物等等，直到并包括既定重复单元的聚合物。
[0070]当需要高折射指数的材料时，因此可以选择具有高折射指数的单体。除了上述那些以外，这些单体的实例包括溴化或氯化(甲基)丙烯酸苯基酯(例如五溴甲基丙烯酸酯，三溴丙烯酸酯等)，溴化或氯化(甲基)丙烯酸萘基酯或联苯酯，(甲基)丙烯酸三溴苯氧基乙酯，(甲基)丙烯酸三溴苯基二(氧基乙基)酯，(甲基)丙烯酸三溴新戊基酯，(甲基)丙烯酸三溴苄酯，(甲基)丙烯酸溴乙基酯，溴化或氯化苯乙烯，乙烯基萘，乙烯基联苯，乙烯基苯酚，乙烯基咔唑，溴乙烯或氯乙烯，偏二溴乙烯或偏二氯乙烯，异氰酸溴苯酯，(甲基)丙烯酸苯硫醇酯，(甲基)丙烯酸4-氯苯基硫醇酯，(甲基)丙烯酸五氯苯基硫醇酯，(甲基)丙烯酸萘基硫醇酯等。增加单体的芳族结构部分、硫和/或卤素含量是获取高折光指数性能的公知技术。
[0071]本发明的方法包括生产预聚物的聚合和官能化或衍生化步骤。选择单体混合物的各组分，使得所得聚合物含有可官能化或可衍生化基团。在官能化或衍生化步骤中，官能化剂与聚合物反应，通过在聚合物骨架上引入反应性基团而形成预聚物。所谓“官能化剂”是指具有与聚合物反应的基团，并且在与聚合物反应时，在聚合物骨架上引入反应性基团，从而使该聚合物能够进行交联的分子。该官能化反应可以使用适合的官能化剂作为单一步骤来进行。另外，在聚合物骨架上的该可官能化基团通过与然后跟官能化剂反应的分子反应进一步转换为另一类可官能化基团。可官能化基团的实例包括，但不限于：羟基，胺，羧酸酯，硫醇(二硫化物)，酸酐，脲烷，和环氧化物。
[0072]对于将含有羟基的聚合物官能化，官能化剂包括羟基反应性基团，比如，但不限于，环氧化物和环氧乙烷，羰基二咪唑，用高碘酸盐氧化，酶致氧化，酰卤，烷基卤，异氰酸酯，卤代醇和酸酐。对于将含有胺基的聚合物官能化，官能化剂包括胺基反应性基团，比如异硫氰酸酯，异氰酸酯，酰基叠氮，N-羟基琥珀酰亚胺酯，磺酰氯，酮类，醛类和乙二醛，环氧化物和环氧乙烷，碳酸酯，芳基化剂，亚氨酸酯，碳化二亚胺，酸酐，和卤代醇。对于将含有硫醇基的聚合物官能化，具有硫反应活性的化学反应剂的实例是卤代乙酰基和烷基卤衍生物，马来酰亚胺，氮杂环丙烷，丙烯酰基衍生物，芳基化剂，和硫醇-二硫化物交换剂(比如吡啶基二硫化物，二硫化物还原剂，和5-硫代-2-硝基苯甲酸)。
[0073]在目前优选的实施方案中，在预聚物骨架上的反应性基团是丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯，丙稀酰胺，和/或乙烯基醚结构部分，发现它们可得到适宜的、快速固化的UV-触发体系。
[0074]为了生产用于高折射指数眼科透镜的预聚物，一个优选实施方案使用同时含有卤素原子和可官能化基团比如羟基的单体。实例包括，但不限于：(甲基)丙烯酸3-(2，4，6-三溴-3-甲基苯氧基)-2-羟丙基酯；(甲基)丙烯酸3-(2，4-二溴-3-甲基苯氧基)-2-羟丙基酯；(甲基)丙烯酸3-(3-甲基-5-溴苯氧基)-2-羟丙基酯；2-(4-羟基乙氧基-3，5-二溴苯基)-2-(4-丙烯酰氧基乙氧基-3，5-二溴苯基)丙烷；2-(4-羟基乙氧基-3，5-二溴苯基)-2-(4-丙烯酰氧基-3，5-二溴苯基)丙烷；和2-(4-羟基二乙氧基-3，5-二溴苯基)-2-(4-甲基丙烯酰氧基二乙氧基-3，5-二溴苯基)丙烷。
[0075]单体混合物还可以含有多官能单体。在该情况下，相应地选择非反应性稀释剂和/或溶剂的组成和组分，以防止在聚合和官能化步骤过程中形成不溶性凝胶。
[0076]任选地，可聚合添加剂比如反应性(即，可聚合的)染料和反应性(即，可聚合的)UV吸收剂可以包括在单体混合物中。在本发明的某些优选实施方案中，预聚物由还包括用于生产着色UV可吸收隐形眼镜的反应性染料和反应性UV吸收剂的单体混合物合成。一种此类单体混合物包括甲基丙烯酸2-羟乙基酯，甲基丙烯酸，和称之为“蓝色甲基丙烯酸羟乙基酯”或“蓝色HEMA”的反应性染料。  另一种此类单体混合物包括这三种组分加称为“Norbloc”的反应性UV吸收剂。蓝色HEMA的化学名称为是2-甲基-丙烯酸2-{4-[5-(4-氨基-9，10-二氧代-3-磺基-4a，9，9a，10-四氢蒽-1-基氨基)-2-磺基苯基胺基]-6-氯-[1，3，5]三嗪-2-基氧基)-乙酯，以及化学式是：
Norbloc的化学名称是2-甲基-丙烯酸2-(3-苯并三唑-2-基-4-羟苯基)-乙酯，以及该化学式是：
[0077]一组优选的预聚物包括含有在已用其它反应性基团官能化的聚合物主链结构内部或侧挂于该主链结构的亚砜，硫化物和/或砜基团的聚合物或共聚物。由含亚砜、硫化物和/或砜的单体获得的凝胶(在初始聚合之后没有附加的反应性基团)已经显示了在普通隐形眼镜配制料中的减低的蛋白质吸收(参看US专利6,107,365和PCT国际专利公开No.WO00/02937)。这些单体便于作为预聚物的起始原料和/或通过无活性聚合物引入到本发明的聚合物前体混合物中。
[0078]另一组优选的预聚物包括含有一个或多个侧挂或末端羟基的预聚物，它的一些部分已用能够进行自由基型聚合的反应性基团官能化。此类预聚物的实例包括聚(甲基)丙烯酸羟乙基酯，聚(甲基)丙烯酸羟丙酯，聚乙二醇，纤维素，葡聚糖，葡萄糖，蔗糖，聚乙烯醇，聚乙烯-乙烯醇，单-，二-，三-，四-，…聚双酚A，以及ε-己内酯与C2-6链烷烃二醇和三醇的加合物的官能化变型。以上聚合物的共聚物，乙氧基化和丙氧基化变型也是优选的预聚物(例如，参看PCT国际公开No.WO098/37441)。
[0079]特别优选的预聚物是甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯-官能化聚(甲基丙烯酸羟乙酯-甲基丙烯酸)共聚物。最优选的预聚物是甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)与约0-2％甲基丙烯酸(MAA)的共聚物，其中该共聚物的约0.2-5％侧挂羟基已经用甲基丙烯酸酯基团官能化，以便获得适于本发明的聚合物前体混合物和方法的反应性预聚物。更优选的甲基丙烯酸酯官能化度是大约0.5-2％的羟基。对于HEMA的羟基的官能化，官能化剂的实例包括甲基丙烯酸酐和甲基丙烯酸缩水甘油酯。
[0080]在另一个优选实施方案，该预聚物是含有约0-2％MAA的与反应性染料和反应性UV吸收剂共聚的甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯-官能化pHEMA-co-MAA共聚物，其中该共聚物的约0.2-5％侧挂羟基已经用甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯基团官能化，以获得适于本发明的聚合物前体混合物和方法的反应性预聚物。更优选，甲基丙烯酸酯官能化度是大约0.5-2％的羟基和官能团是甲基丙烯酸酯。
[0081]当高折射指数预聚物是重要因素时，如前面所述，增加芳族结构部分含量，卤素含量(尤其溴)，和/或硫含量是本领域公知用于增加聚合材料的折射指数的通常有效方式。
[0082]在本发明中，该聚合物前体混合物还可以含有反应性增塑剂。反应性增塑剂在官能化或衍生化反应结束时加入到反应介质中。在模塑和固化操作过程中，反应性增塑剂的存在可以通过降低前体混合物的软化温度而改进可加工性。就降低软化温度而言，反应性增塑剂对于不包括非反应性稀释剂、但含有温度敏感性高折射指数聚合物的眼科透镜用前体混合物是特别有效的。因此，在本发明的一个实施方案中，该聚合物前体混合物包括高折射指数预聚物和反应性增塑剂。更优选，该前体混合物是半固体。
[0083]该反应性增塑剂还可以用来加速预聚物的交联反应和/或增加固化模制品的交联密度。本身不形成交联凝胶的预聚物可以在少量的反应性增塑剂的存在下交联，形成不溶性水凝胶。对于一些生物医学应用来说，因为反应性基团的存在导致生物相容性下降，所以必须将在固化模制品中的残留反应性基团减到最少。因此，在本发明的另一个实施方案中，该聚合物前体混合物包括预聚物和反应性增塑剂，以及任选的非反应性稀释剂，其中该前体混合物在没有反应性增塑剂的存在下不会固化成不溶性凝胶。
[0084]当在相分离体系中需要光学透明材料时，可以选择混合物各组分(即预聚物，无活性聚合物，抗冲改性剂，非反应性稀释剂，和/或反应性增塑剂)，以便在各相之间产生相同的折射指数(等折射)，以减少光散射。当不能获得等折射组分时，该稀释剂和反应性增塑剂仍然可用作相容剂，以协助将在两种不混溶的聚合物之间的畴尺寸减小到低于光的波长，因此生产出光学透明的聚合物混合物(而过去以其它方式获得的则是不透明的)。反应性增塑剂的存在也在一些时候改进在抗冲改进剂和无活性聚合物之间的粘合性，改进了所获得的混合物的性能。
[0085]该反应性增塑剂能够单独或作为混合物使用。该反应性官能团可以是，但不限于丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯，丙烯酸酐，丙烯酰胺，乙烯基，乙烯醚，乙烯基酯，乙烯基卤化物，乙烯基硅烷，乙烯基硅氧烷，(甲基)丙烯酸酯化的聚硅氧烷，乙烯基杂环，二烯烃，烯丙基等等。能够使用其它不太为大家了解的但可聚合的官能团，如环氧基(对于硬化剂)和脲烷类(在异氰酸酯和醇类之间的反应)。原则上，任何单体可以用作根据本发明的反应性增塑剂，虽然优选的是在环境温度下或稍高于环境温度下作为液体存在并且可通过在合适引发剂存在下采用聚合能量源如光或热来容易和快速聚合的那些单体。
[0086]含有丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能团的反应性单体，低聚物，和交联剂是众所周知的并且可以从Sartomer，Radcure和Henkel商购。类似地，乙烯基醚可以从Allied Signal/Morflex商购。Radcure也提供UV可固化的环脂烃类环氧树脂。乙烯基，二烯烃，和烯丙基化合物可以从很多化学品供应商那里获得。反应性增塑剂的实例例如描述在PCT公开No.WO 00/55653中。
[0087]当需要高折射指数的材料时，该反应性增塑剂因此可以选择具有高折射指数的那些。如前面所述，提高反应性增塑剂的芳族结构部分，硫，和/或卤素含量是获得高折射指数性能的聚合物材料的公知技术。
[0088]在目前优选的实施方案中，发现含有丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯，丙烯酰胺，和/或乙烯基醚结构部分的反应性增塑剂可得到适当的、快速固化的UV-触发体系。
[0089]该反应性增塑剂能够是混合物本身，由单官能的、双官能的、三官能化或其它多官能的的实体组成。例如，引入单官能的和多官能的反应性增塑剂的混合物在聚合之后形成了反应性增塑剂聚合物网络，其中反应性增塑剂聚合物链是彼此交联的(即，semi-IPN)。在聚合过程中，生长的反应性增塑剂聚合物链可以与预聚物反应，产生IPN。反应性增塑剂和预聚物也可接枝于该无活性聚合物上或与其反应，产生一种类型的IPN，即使在该无活性聚合物链内不存在不饱和的或其它明显具有反应性的实体。因此，即使在只有单官能反应性增塑剂与预聚物和/或无活性聚合物一起存在于混合物中的时候，该无活性聚合物也可在固化过程中用作交联实体，导致了交联的反应性增塑剂聚合物网络的形成。
[0090]除预聚物之外，对本申请有意义的体系可以包括一种或多种基本非反应性聚合物组分，即，无活性聚合物。该无活性聚合物可以用来增加聚合物前体混合物的体积，而不增加大量的反应性基团，或可以选择该无活性聚合物，以便为有价值的模制品提供各种化学、物理、光学和/或机械性能。
[0091]该无活性聚合物可以是线性，支化或交联的。最简单的的此类体系可以被认为是普通均聚物。在此情况下，通常选择该无活性聚合物，使之至少在一些合乎需要的温度和压力的加工条件下与相关前体混合物中的预聚物相容。“相容性”是指其中含有无活性聚合物和预聚物的混合物形成了均相混合物的热力学状态。在实践中，已经发现具有结构相似性的分子链段会促进相互的溶解。因此，在无活性聚合物上的芳族结构部分一般促进与芳族预聚物的相容性，反之亦然。亲水性和疏水性是选择用于聚合物前体混合物的无活性聚合物和预聚物的配对的其它考虑因素。在混合时看起来澄清或透明的体系中，通常认为具有相容性，但对于本发明来说，相容性不要求有，而只是优选的，尤其当要生产透明物品时。
[0092]即使当在室温下仅仅观察到部分相容性，混合物常常在稍高的温度下变得均匀；即，许多体系在稍微升高的温度下变得透明。这样的温度可以稍微高于环境温度或可以达到大约100℃或100℃以上。在此情况下，因为本发明的方法实现了快固化时间，所以反应性组分能够在升温下快速固化，以便在体系冷却之前“锁定”该固化树脂中的相容性相态。因此，相-形态截留可用于生产光学透明材料，而不是用其它方法在冷却时形成的半透明或不透明材料。
[0093]该相-形态截留是在本公开物中提供的又一个优点。虽然是生产光学透明材料，但可以使用几乎任何热塑性塑料作为供形态截留材料的生产用的无活性聚合物。可以选择热塑性聚合物，以便在最终制品中获得光学透明度，高折射指数，低双折射率，突出的抗冲击性，热稳定性，UV透过性或阻隔性，抗撕裂性或抗穿刺性，所需孔隙率，在盐水中平衡时的所需水含量，对所需透过物的选择渗透性(例如高氧渗透性)，耐变形性能，低成本，这些性能和/或其它性能的结合。
[0094]例如，热塑性聚合物可以包括，但不限于：聚苯乙烯，聚苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯，聚苯乙烯-丙烯腈，聚(α-甲基苯乙烯)，聚马来酸酐，聚苯乙烯-马来酸酐，聚(甲基)丙烯酸甲酯，聚(甲基)丙烯酸丁酯，聚(甲基)丙烯酸异丁酯，聚(甲基)丙烯酸2-丁氧基乙酯，聚(甲基)丙烯酸2-乙氧基乙酯，聚(甲基)丙烯酸(2-(2-乙氧基)乙氧基)乙酯，聚((甲基)丙烯酸2-羟乙基酯)，聚((甲基)丙烯酸羟丙酯)，聚((甲基)丙烯酸环己基酯)，聚((甲基)丙烯酸异冰片基酯)，聚((甲基)丙烯酸2-乙基己基酯)，聚(甲基)丙烯酸四氢化糠酯，聚乙烯，聚丙烯，聚异戊二烯，聚(1-丁烯)，聚异丁烯，聚丁二烯，聚(4-甲基-1-戊烯)，聚乙烯-(甲基)丙烯酸，聚乙烯-乙酸乙烯酯，聚乙烯-乙烯醇，聚乙烯-(甲基)丙烯酸乙酯，聚乙酸乙烯酯，聚乙烯醇缩丁醛，聚丁酸乙烯酯，聚戊酸乙烯酯，聚乙烯醇缩甲醛，聚己二酸乙二醇酯，聚壬二酸乙二醇酯，聚十八碳烯-马来酸酐，聚(甲基)丙烯腈，聚丙烯腈-丁二烯，聚丙烯腈-(甲基)丙烯酸甲酯，聚(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)，聚氯丁二烯，聚氯乙稀，聚偏二氯乙烯，聚碳酸酯，聚砜，聚氧化膦，聚醚酰亚胺，尼龙(6，6/6，6/9，6/10，6/12，11和12)，聚(己二酸1，4-丁二醇酯)，聚六氟环氧丙烷，苯氧树脂，缩醛树脂，聚酰胺树脂，聚(2，3-二氢呋喃)，聚二苯氧基磷腈，单、二、三、四…聚乙二醇，单、二、三、四…聚丙二醇，单、二、三、四…聚甘油，聚乙烯醇，聚-2-或4-乙烯基吡啶，聚-N-乙烯基吡咯烷酮，聚-2-乙基-2-噁唑啉，聚-吡啶、吡咯、咪唑、吡唑、吡嗪、嘧啶、哒嗪、哌啶、azolidine和吗啉的N-氧化物，聚己内酯，聚(己内酯)二醇，聚(己内酯)三醇，聚(甲基)丙烯酰胺，聚(甲基)丙烯酸，聚半乳糖醛酸，聚((甲基)丙烯酸叔丁基氨基乙酯)，聚((甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯)，聚乙烯亚胺，聚咪唑啉，聚甲基乙烯基醚，聚乙基乙烯基醚，聚甲基乙烯基醚-马来酸酐，纤维素，乙酸纤维素，硝酸纤维素，甲基纤维素，羧甲基纤维素，乙基纤维素，乙基羟乙基纤维素，羟丁基纤维素，羟丙基纤维素，羟丙基甲基纤维素，淀粉，葡聚糖，明胶，多糖/糖苷比如葡萄糖和蔗糖，吐温80，玉米醇溶蛋白，聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅烷，聚二乙氧基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷-甲基苯基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷，聚甲基氢化硅氧烷，聚(4-甲基-1-戊烯)，以及环烯烃共聚物比如出自JSR，ZEONEX的ARTON和出自Nippon Zeon的ZEONOR和出自Ticona的TOPAS。以上聚合物的乙氧基化和/或丙氧基化变型也作为合适的无活性聚合物包括在本公开物之中。
[0095]在一个优选的实施方案中，该聚合物前体混合物包括预聚物，无活性聚合物，和任选的反应性增塑剂和/或非反应性增塑剂，其在固化时获得了光明透明的均匀模制品。优选的前体混合物是半固体。
[0096]一组优选的无活性聚合物包括含有在聚合物主链结构内部或侧挂于该主链结构的亚砜，硫化物和/或砜基团的聚合物或共聚物。含有这些基团的凝胶在普通隐形眼镜配制料中已显示了减低的蛋白质吸收(参看US专利No.6,107,365和PCT公开No.WO 00/02937)。这些聚合物和共聚物容易被引入到本发明的聚合物前体混合物中。
[0097]另外优选的无活性聚合物是含有一个或多个侧挂或末端羟基的那些。此类聚合物的实例包括聚(甲基)丙烯酸羟乙基酯，聚(甲基)丙烯酸羟丙酯，聚乙二醇，纤维素，葡聚糖，葡萄糖，蔗糖，聚乙烯醇，聚乙烯-乙烯醇，单-，二-，三-，四-，…聚双酚A，以及ε-己内酯与C2-6链烷烃二醇和三醇的加合物。以上聚合物的共聚物，乙氧基化和丙氧基化变型也是优选的预聚物。
[0098]还公开了这些聚合物与适合用作眼科透镜原料的其它单体和材料的共聚物。用于无活性聚合物的共聚的其它单体例如和不受限制地包括：乙烯基内酰胺比如N-乙烯基-2-吡咯烷酮，(甲基)丙烯酰胺如N，N-二甲基(甲基)丙烯酰胺和乙酰丙酮(甲基)丙烯酰胺，乙烯基丙烯酸如(甲基)丙烯酸，丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯如(甲基)丙烯酸2-乙基己基酯，(甲基)丙烯酸环己基酯，(甲基)丙烯酸甲基酯，(甲基)丙烯酸异冰片基酯，(甲基)丙烯酸乙氧基乙基酯，(甲基)丙烯酸甲氧基乙基酯，(甲基)丙烯酸甲氧基三乙二醇酯，(甲基)丙烯酸羟基亚丙基酯，(甲基)丙烯酸甘油基酯，(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙基酯和(甲基)丙烯酸缩水甘油基酯，苯乙烯，以及含有季胺盐的单体/骨架单元。
[0099]该热塑性塑料可以任选具有少量的连接于聚合物骨架上(共聚合，接枝或另外引入)的反应性实体，以促进在固化时的交联。它们可以是无定形的，半结晶或结晶性的。它们可以分类为高性能工程热塑性塑料(例如，聚醚酰亚胺，聚砜类，聚醚酮等)，或它们可以是可生物降解的，天然的聚合物(例如淀粉，醇溶谷蛋白，和纤维素)。它们可以具有低聚物或高聚物性质。这些实例不是意图限制在本发明的实施过程中可行的组分的范围，而仅仅是说明在本公开物下允许的热塑性塑料化学材料的广泛选择。
[0100]在本发明中，形态截留的实施不局限于均相体系。还可以有利地通过在体系中引入相分离等折射预聚物，预聚物混合物，和无活性聚合物和预聚物的混合物来制备光学透明相分离体系。在那种场合，不要求聚合物组分的相容性。当添加本身在各相之间大致相等分配的非反应性稀释剂时，在固化时获得了透明的元件。类似地，当添加(1)本身在各相之间大致均等分配和(2)在聚合时具有类似于无活性聚合物混合物的折射指数的反应性增塑剂时，在固化时也获得了透明元件。或者，当反应性增塑剂本身没有在各相之间均等地分配和在固化之后不具有与聚合物混合物类似的折射指数时，这些相之一的折射指数可以通过适当选择聚合物组成来改变，以得到等折射混合物。这样的操作可以有利地根据本发明来进行，为的是对于给定的材料体系来达到在此以前无法达到的性能(即，同时的机械，光学和加工性能)。
[0101]对于相分离形态的截留，一个优选的实施方案使用包括预聚物、无活性聚合物和任选的反应性增塑剂和/或非反应性增塑剂的聚合物前体混合物，其在固化时获得了相分离等折射模制品。更优选，该前体混合物是半固体。最优选，该前体混合物是具有高折射指数的半固体。
[0102]本发明的相-形态截留不限于光学透明体系。事实上，本发明适用于能够在本发明的聚合物前体混合物中产生的几乎任何形态。大多数的聚合物共混物和嵌段共聚物，和许多其它共聚物，可获得相分离的体系，提供了许许多多的相构型以便为材料设计者所利用。通过物理混合两种或多种聚合物所获得的聚合物共混物常常用于在给定的材料体系中得到所需要的机械性能。例如，抗冲改性剂(通常是轻度交联颗粒或线性聚合物链)可以掺混到各种热塑性塑料或热塑性弹性体中，以改进最终固化树脂的冲击强度。实际上，这样的共混物可以是机械，胶乳，或溶剂-浇铸型共混物；接枝型共混物(表面改性接枝体，偶然的接枝体(IPN，机械化学共混物))，或嵌段共聚物。取决于聚合物的化学结构，分子量，和分子结构，该共混物可以得到包括相容性和不相容性、无定形、半结晶或结晶性组分的混合物。
[0103]相畴的物理排列是简单或复杂的，并可显示出连续的，离散/不连续的，和/或双连续的形态。这些中的一些可通过以下例子来说明：相I分散在相II中所形成的球体；相I分散在相II中的圆柱体；互联圆柱体；相I在相II中的有序双连续的、双菱形的互联柱体(已在文献中对于星形嵌段共聚物描述过)；交替的薄层(对于几乎等链长度的二嵌段共聚物是众所周知的)；形成雀巢状球形壳或螺旋体的环；相中有相再有相(HIPS和ABS)；和从相分离的热力学(成核和生长两者以及亚稳态分解机理)，相分离的动力学，和混合方法，或它们的联合作用所形成的这些相态的同时多重化。
[0104]材料的另一种类型利用“热塑性弹性体”作为该无活性聚合物和预聚物。示例性热塑性弹性体是具有一般结构“A-B-A”的三嵌段共聚物，其中A是热塑性硬质聚合物(即具有高于环境温度的玻璃化转变温度)和B是弹性(橡胶状)聚合物(低于环境温度的玻璃化转变温度)。在纯状态下，ABA形成微相分离或纳米相分离的形态。这一形态是由通过橡胶状链(B)连接和包围的硬质玻璃状聚合物区域(A)，或通过玻璃状(A)连续相包围的橡胶状相(B)的夹附物所组成。取决于在聚合物中(A)和(B)的相对量，聚合物链的形状或构型(即，线性，支化，星形，不对称的星形等)，和所使用的加工条件，可以在热塑性弹性体材料中观察到交替的薄层，半连续的棒条体，或其它相-畴结构。在某些组成和加工条件下，该形态应使得相关畴尺寸小于可见光波长。因此，由这种ABA共聚物制成的元件能够是透明的，在最坏的情况下是半透明的。没有硫化的热塑性弹性体具有类似于普通橡胶硫化产品的那些的橡胶状性能，但在高于玻璃状聚合物区域的玻璃化转变温度以上的温度下象热塑性塑料一样流动。商业上重要的热塑性弹性体例如有SBS，SIS，和SEBS，其中S是聚苯乙烯和B是聚丁二烯，I是聚异戊二烯，和EB是乙烯-丁烯共聚物。许多其它二嵌段或三嵌段候选物是已知的，比如聚(芳族酰胺)-硅氧烷，聚酰亚胺-硅氧烷，和聚氨酯类。SBS和氢化SBS(即SEBS)是Kraton Polymers Business的著名产品(KRATON)。DuPont的LYCRA也是嵌段共聚物。
[0105]当热塑性弹性体被选择为配制料的无活性聚合物时，可以制造制造具有特别高的抗冲击性但仍然透明的元件。该热塑性弹性体本身不是化学交联的和需要较高温度的加工步骤来进行模塑。在冷却后，这样的温度波动导致获得尺寸不稳定，收缩或翘曲的制品。如果通过自身固化，则选择预聚物以形成相对玻璃状的、刚性网络或相对软的、橡胶状网络，但在任一种情况下具有较低的收缩率。然而，当热塑性弹性体(即，无活性聚合物)和反应性增塑剂在一起混合并进行反应而形成固化树脂时，它们形成了复合网络，后者具有优异的振动吸收和抗冲击性能，同时在固化过程中显示出较小的收缩。所谓“抗冲击性”是指在受到外来物体撞击时抵抗破裂或震裂的能力。还可以包括反应性增塑剂，以便促进交联反应，以及实现半固体稠度。对于含有热塑性弹性体的体系来说，冲击强度可以通过在固化之前压缩模塑该前体混合物来进一步提高。
[0106]取决于在配制料中使用的预聚物、无活性聚合物和/或反应性增塑剂的性质，最终固化的树脂可以比无活性聚合物有更高或更低的柔性(或者，更硬或更软)。显示出特殊韧性的复合制品可通过使用本身含有沿着聚合物链分布的可聚合基团的热塑性弹性体来制造。在这一点上优选的组分将是例如SBS三嵌段或星形共聚物，其中该反应性增塑剂被认为用SBS聚合物的丁二烯链段中的不饱和基团进行轻度交联。含有这些聚合物的最终固化模制品还显示良好抗划性和耐溶剂性，因为该固化模制品包括预聚物和无活性聚合物的交联网络。
[0107]在本发明的一个优选的实施方案中，该聚合物前体混合物包括预聚物，热塑性弹性体，和任选的反应性增塑剂和/或非反应性稀释剂。优选的热塑性弹性体是SBS共聚物。
[0108]开发光学透明和高度抗冲击性的材料的优选配制料使用含有至多约75％苯乙烯的富含苯乙烯的SBS三嵌段共聚物。  这些SBS共聚物可以从Kraton Polymers Business(KRATON)，Phillips ChemicalCompany(K-RESIN)，BASF(STYROLUX)，Fina Chemicals(FINACLEAR)，Asahi Chemical(ASAFLEX)等处商购。除了高度抗冲击性和良好的光学透明度外，此类富含苯乙烯的共聚物可得到一种材料体系，它显示出其它时常所希望有的性能如较高的折射指数(即，等于或大于约1.54的折射指数)和/或低密度(对于30％或更少的反应性增塑剂，它们的密度是低于大约1.2g/cc，和更典型地大约1.0g/cc)。
[0109]在本发明的另一个实施方案中，该聚合物前体混合物是包括预聚物、热塑性弹性体和任选的反应性增塑剂和/或非反应性增塑剂的相分离体系，其在固化时获得了光学透明的相分离等折射模制品。更优选，该前体混合物是半固体。最优选，该前体混合物具有高折射指数的半固体。
[0110]当混合物折射指数是特别重要的因素时，高折射指数的聚合物可以用作该无活性聚合物组分中的一种或多种。此类聚合物的实例包括聚碳酸酯和卤化和/或磺化聚碳酸酯，聚苯乙烯和卤化和/或磺化聚苯乙烯，聚苯乙烯-聚丁二烯嵌段共聚物和它们的氢化、磺化和/或卤化变型(所有这些可以是线性、支化、星形、或非对称支化或星形的等)，聚苯乙烯-聚异戊二烯嵌段共聚物和它们的氢化、磺化和/或卤化变型(包括线性、支化、星形、或非对称支化或星形等)，聚对苯二甲酸乙二醇酯或丁二醇酯(或它们的其它变型)，聚((甲基)丙烯酸五溴苯基酯)，聚乙烯基咔唑，聚乙烯基萘，聚乙烯基联苯，聚(甲基)丙烯酸萘基酯，聚乙烯基噻吩，聚砜，聚苯硫醚或聚苯醚，聚氧化膦或含氧化膦的聚醚，脲-甲醛树脂，酚醛树脂或萘-甲醛树脂，聚乙烯基苯酚，氯化或溴化聚苯乙烯，聚(α-，β-溴丙烯酸苯酯)，聚偏二氯乙烯或聚偏二溴乙烯等。
[0111]如前面所述，增加芳族结构部分含量，卤素含量(尤其溴)，和/或硫含量是本领域公知用于增加聚合材料的折射指数的通常有效方式。高折射指数、低密度和耐冲击性是对于眼科透镜来说特别优选的性能，因为它们能够生产出超薄、重量轻的眼镜片，该眼镜片因为低糙度外观和戴用者舒适和安全而是理想的。
[0112]另外，弹性体、热固性树脂(例如环氧树脂、蜜胺树脂，丙烯酸化环氧树脂，丙烯酸化聚氨酯等，以它们的未固化状态)和其它非热塑性聚合物组合物可以在本发明的实施过程中理想地用作无活性聚合物。
[0113]本发明的方法的一个实施方案由下列三个步骤组成：1)聚合，2)官能化或衍生化，和3)模塑和固化。聚合物前体混合物通过包括聚合和官能化或衍生化步骤的连续方法来获得。本发明的该连续方法是经济的，因为它不需要分离和回收预聚物的高成本步骤。该方法还省去了预聚物与无活性聚合物，非反应性增塑剂和/或反应性增塑剂的混合，这常常必须要在会出现聚合物降解问题的高温下进行。
[00114]在聚合步骤中，聚合催化剂能够是在适当升高的温度下产生自由基的热引发剂。热引发剂比如月桂基过氧化物，过氧化苯甲酰，二枯基过氧化物，叔丁基氢过氧化物，偶氮双异丁腈(AIBN)，过硫酸钾或过硫酸铵例如是众所周知的，可从化学品供应商如Aldrich获得。光引发剂可以代替一种或多种热引发剂使用，或与一种或多种热引发剂结合使用，使得聚合反应可以通过光化辐射或离子辐射源来触发。光引发剂比如Irgacure和Darocur系列是众所周知的，并且可从CibaGeigy商购，同样，可以从Sartomer那里获得Esacure。光引发剂体系的实例是双(2，6-二甲氧基苯甲酰基)-2，4，4-三甲基戊基氧化膦，苯偶姻甲基醚，1-羟基环己基苯基酮，2-羟基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮(以DAROCUR 1173的商品名由Ciba Specialty Chemicals出售)，和可从Aldrich Chemicals获得的4，4’-偶氮双(4-氰基戊酸)。关于引发剂的参考文献，例如参阅Polymer Handbook，J.Brandrup，E.H.Immergut，eds.，3rd Ed.，Wiley，New York，1989。
[0115]聚合可以使用溶剂和/或在构成最终前体混合物的非反应性稀释剂的存在下进行。溶剂在官能化或衍生步骤之后去除。优选的溶剂是能够易于通过蒸发或真空蒸馏脱除的挥发性溶剂。如果需要用于等容铸塑的前体混合物，那么调节非反应性稀释剂的量，使得模制品在生理盐溶液中平衡之后显示了很小的体积净变化。
[0116]溶剂可以有利地用来降低反应介质的粘度，这提供了良好的溶液混合。溶液粘度的降低还避免了在高温下和/或用高剪切的混合，该混合通常会使聚合物降解。另外，对于含有多官能单体的单体混合物，溶剂的存在通过降低单体浓度而避免或最大程度减少了在聚合反应过程中的不溶性凝胶的形成。挥发性溶剂还有助于通过在官能化步骤之后的蒸发或真空蒸馏去除残留杂质。
[0117]在工艺的任何阶段，即在官能化之前或之后的聚合物的纯化能够通过普通方法来完成，其实例使蒸发，真空蒸馏和真空干燥。纯化还能够通过过滤来完成，包括用于除去颗粒的微孔过滤和用于除去在通过选择超滤膜而决定的特定分子量以下的物质的超滤。
[0118]超滤方法的实例是在美国专利No.6,072,020(Arcella等人，2000年6月6日)中公开的方法，该专利在本文引入供参考。根据这种方法，在官能化之后和仍然溶解在其中已经进行官能化的溶剂中的聚合物用具有0.05-0.5微米的孔的半透膜过滤，随后使用具有5-500kDa的极限的膜进行第二阶段过滤。第二阶段过滤在第二种挥发性溶剂比如乙醇或甲醇的梯度下进行。所有第一种溶剂被第二种溶剂的置换可以占用相对于第一种溶剂的初始体积的六倍体积的第二种溶剂。然后能够添加非水稀释剂，该溶剂通过减压蒸发来脱除，以便获得准备用于铸塑和固化的组合物。
[0119]在本发明中，该无活性聚合物还可以在聚合反应之前、期间和/或之后，和/或官能化反应之后的所需时间加入到反应介质中。如前面所述，该无活性聚合物可以有利地用来产生所需的形态，这取决于反应配制料的组分和组成以及加工条件比如温度、压力和混合条件。反应介质的组成随反应进行而改变。因此，在本发明的方法中，所希望的聚合物前体混合物的形态可以通过控制无活性聚合物加入到反应介质中的时间来获得，这在本公开物中提供的又一个优点。
[0120]在聚合反应之后，聚合物用反应性基团官能化，得到预聚物。官能化的反应化学过程取决于在聚合物骨架上的可官能化基团的类型，相应地选择反应条件。例如，羟基用甲基丙烯酸酐的官能化反应在不使用催化剂的情况下在室温下自发地进行。
[0121]本发明的方法可特别有效地生产含有热敏性聚合物比如用于眼科透镜的含有硫和/或卤素的高折射指数聚合物的半固体前体混合物。当半固体前体混合物通过共混预聚物和反应性增塑剂来获得时，混合常常必须在会出现聚合物降解问题的高温下(例如，在250℃以上)进行。在本发明中，该半固体前体混合物在适中温度下，优选在低于150℃和更优选低于100℃的温度下获得。
[0122]在官能化或衍生反应完成时，一般还将引发剂或聚合催化剂加入到聚合物前体混合物中，以便在前体混合物暴露于聚合能量源比如光或热时促进固化。任选地，在前体混合物中可以包括其他添加剂，比如脱模剂，防腐剂，颜料，染料包括光致变色染料在内，有机或无机纤维或颗粒状增强或增量填料，触变剂，指示剂，抑制剂或稳定剂(耐候剂或不泛黄剂)，UV吸收剂，表面活性剂，助流剂，链转移剂，起泡剂，孔隙率改性剂等等。引发剂和其它任选的添加剂可以在与无活性聚合物和/或预聚物合并之前被溶解或分散在反应性增塑剂和/或稀释剂组分中，以有利于在聚合物组分中的完全溶解和与聚合物组分的均匀混合。
[0123]为了生产眼用模制品，确定聚合物前体混合物是否能够在本发明的新型方法中使用的重要标准是：该前体混合物必须具有充分的均匀度，使得在固化之后具有光学透明度；该混合物在施加光、热或一些其它形式的聚合能量或聚合触发机理时能够进行聚合反应；以及对于半固体前体来说，该混合物在用于生产感兴趣的模制品的制造方法的至少一部分中显示了半固体稠度。
[0124]本发明的半固体前体材料可以有利地用本领域公知且通常采用的几种不同的模塑技术来成型。例如，静态浇铸技术在眼科透镜制造领域中是众所周知的，其中将模塑材料投入到两个半模之间，然后封闭，以限定内模腔，进而规定了所要生产的模制品形状。例如参阅US Pat.Nos.4,113,224，4,197,266，和4,347,198。同样地，压塑技术在热塑性模制品的领域中是众所周知的，其中还是将两个半模组装在一起，但不必彼此接触，以限定一个或多个型面。注塑是可以为本发明的半固体前体材料所采用的另一种技术，在该技术中，能够迫使半固体材料快速进入由两个温度控制半模规定的模腔，该材料任选在模具内固化，然后从半模中排出，随后如果需要进行成形和/或固化步骤(如果该半固体在注塑机内没有固化或仅部分固化)。
[0125]在模具内没有固化或仅仅部分固化的此类工艺适合于生产预成形体，只要该预成形体保持半固体的稠度。该预成形体可以呈现例如平板、圆片、球体或片材的形状，它随后能够用于伴有固化的静态浇铸或压缩模塑工艺，以便制造出感兴趣的最终制品。对于生产眼科透镜来说，静态浇铸、压塑和注塑全部是优选的方法，因为它们在用非反应性热塑性材料(注塑和压塑)或液态的反应性前体(静态浇铸)的技术领域中非常流行。
[0126]提供以下实施例来举例说明，意图不是限制本发明的范围。
实施例1
[0127]在安装了温度计、冷凝器和氮气进口的温度控制的250mL四颈烧瓶内加入10g作为非反应性不挥发稀释剂的具有400的平均分子量的聚乙二醇(PEG400，Aldrich)和20g的作为挥发性溶剂的丙酮。将该混合物搅拌几分钟，之后添加10g甲基丙烯酸2-羟乙酯(HEMA)，0.15g的甲基丙烯酸(MAA)和12mg的引发剂偶氮双异丁腈(AIBN)。该混合物然后用纯化氮气吹洗，同时搅拌大约15分钟。
[0128]将该溶液缓慢加热到60℃，并在该温度下保持2小时，以便进行聚合。在聚合之后，形成了透明而高粘性的液体、半固体或水凝胶然后将混合物冷却到室温，再注入作为官能化剂的0.21g甲基丙烯酸酐(MA)。在HEMA的羟基和MA之间的反应在不使用催化剂的情况下在室温下自发地进行。将溶液搅拌12小时，以进行官能化反应，其中反应性甲基丙烯酸基团在聚合物骨架上引入。在官能化反应结束时，通过蒸发或真空蒸馏去除挥发性丙酮和残留杂质，以便获得包括PEG400和甲基丙烯酸酯官能化pHEMA-co-MAA共聚物的聚合物前体混合物。所得材料是高粘性液体，半固体，或水凝胶。
[0129]在本实施例中，在反应混合物中的丙酮的浓度能够是10wt％到80wt％。当丙酮浓度高于80wt％时，该pHEMA-co-MAA共聚物在聚合过程中沉淀下来。当丙酮浓度低于10wt％时，发生了显著的胶化。该胶化是由共聚物被作为杂质存在于HEMA中的少量二官能化单体交联所引起的。前体混合物的性能能够通过不同选择溶剂，溶剂浓度，反应时间，反应温度，和浓度的稀释剂来改变。
[0130]官能化度能够容易地通过调节作为官能化剂加到反应混合物中的MA的量来改变。在保持HEMA和MAA的量不变的同时，按照上述工序，通过调节MA的量，已经合成了具有0.3-5％的官能度的各种pHEMA-co-MAA共聚物。使用适合的取代剂，还可以将其它类型的反应性基团(例如丙烯酸酯和甲基丙烯酰胺)引入到pHEMA-co-MAA的骨架上。
实施例2
[0131]在与实施例1相同的反应容器内加入15g的PEG400和18g的丙酮。将混合物搅拌几分钟，之后添加15g的HEMA，0.21g的MAA和15mg的AIBN。该混合物然后用氮气吹洗，同时搅拌大约15分钟。接着，将该溶液缓慢加热到60℃，并在该温度下保持3小时，以便进行聚合。因为反应介质的粘度在聚合过程中增高，所以有利的是在聚合过程中将另外的溶剂加入到反应介质中，以确保反应完成和减少共聚物的交联。在本实施例中，从聚合反应开始起1小时之后，进一步将10g丙酮加入到反应混合物中，以及从聚合开始起2小时之后还将另外10g的丙酮加入到该溶液中。
[0132]在聚合之后，将反应混合物冷却到室温，再添加0.32mL的MA。该溶液在强烈搅拌下保持12小时，以便进行官能化反应。最后，挥发性丙酮和残留杂质通过真空蒸馏除去。
实施例3
[0133]按照在实施例1中所述的工序合成pHEMA-co-MAA的共聚物。在聚合之后，将0.18g的甲基丙烯酸缩水甘油酯作为官能化剂注入到反应混合物中，以及官能化反应在室温和强烈搅拌下进行24小时。然后，通过真空蒸馏除去挥发性溶剂和残留杂质。所得前体混合物是适于在目的应用之前仅需要最小限度的纯化步骤的生物医学产品和器材的透明半固体，。
实施例4
[0134]在反应容器加入10g的PEG 400和20g的丙酮。将混合物搅拌几分钟，之后添加10g的HEMA，0.15g的MAA和10mg的AIBN。随后，反应混合物用纯化氮气吹洗，同时搅拌大约15分钟。然后将该溶液缓慢加热到60℃，并在该温度下保持2小时，以便进行聚合。在聚合之后，获得了透明混合物，它是高粘性液体、半固体或水凝胶。将该混合物冷却到室温，再注入0.21g的MA。将该溶液搅拌12小时，以通过将反应性甲基丙烯酸基团引入到共聚物骨架上来进行官能化反应。在官能化反应结束之后，将光引发剂比如IRGACURE 184，DAROCUR 1173，或IRGACURE1750以基于全部单体含量的1wt％与溶液混合。最后，通过真空蒸馏除去挥发性丙酮和残留杂质。
[0135]取决于反应条件，所得前体混合物是含有光引发剂的高粘性液体、半固体或水凝胶。在本实施例中获得的前体混合物准备用于模塑和固化，不用另外与引发剂混合。
实施例5
[0136]采用与在实施例1-4中所用类似的工序，用不同的溶剂来合成pHEMA或pHEMA-co-MAA。反应混合物的其它成分的组分和组成保持不变。代替丙酮，将甲基乙基酮(MEK)，四氢呋喃(THF)，或二者的混合物作为挥发性溶剂加入到反应混合物中。与丙酮相比，使用MEK或THF的优点是，因为这些溶剂具有相对更高的沸点，所以聚合能够在大约70℃的温度下进行，用高挥发性的丙酮，不能达到该温度。然而，MEK和THF还具有可便于通过蒸发或真空蒸馏去除的充分的挥发性。聚合反应，尤其自由基聚合在更高的温度下进行得更快和更完全。对于在本实施例中合成的pHEMA和pHEMA-co-MAA，缺点是：这些聚合物在MEK和THF中比在丙酮中具有更低的溶解度。为了阻止共聚物的沉淀，MEK或THF的浓度应该保持在低于50-60％，优选低于50％，基于反应混合物的总量。
实施例6
[0137]在与实施例1相同的反应容器内加入10g的PEG400和40g的乙醇。将混合物搅拌几分钟，之后添加10g的HEMA，0.15g的MAA和10mg的AIBN。随后，混合物用氮气吹洗，同时搅拌大约15分钟。然后将该溶液缓慢加热到60℃，并在该温度下保持2.5小时，以便进行聚合。因为与丙酮相比乙醇是这里合成的共聚物的更佳溶剂，使用乙醇作为溶剂，能够增加反应混合物中溶剂的量，从而将单体浓度降低到低于用丙酮作为溶剂可达到的最低单体浓度。在聚合之后，获得了透明而发粘的液体。
[0138]然而，乙醇的羟基可以优选与用作官能化剂的MA在后面的官能化步骤中反应。为了使在乙醇和MA之间的副反应最小化，在真空下除去乙醇和将一种或多种非水溶剂，比如丙酮，THF，和MEK加入到含有pHEMA-co-MAA共聚物和PEG 400的混合物中。
[0139]该共聚物通过将0.32g的MA加到该溶液来进行官能化。将混合物在室温下强烈搅拌12小时。在官能化反应结束之后，通过真空蒸馏脱除挥发性溶剂和残留杂质。
[0140]所得前体混合物是高度粘性液体，半固体，或水凝胶。  与在实施例1-4中合成的共聚物相比，在本实施例中合成的共聚物的交联度要低，因为在聚合反应过程中使用了较低的单体浓度。
实施例7
[0141]在与实施例1相同的反应容器内加入10g的PEG 400和20g的丙酮。将混合物搅拌几分钟，之后添加8g的HEMA，1.5g的N-乙烯基-2-吡咯烷酮，0.5g的MAA，和10mg的AIBN。随后，混合物用氮气吹洗，同时搅拌大约15分钟。然后将溶液缓慢加热到60℃，并在该温度下保持大约3小时，以便进行聚合。在聚合之后，混合物是透明的，获得了半固体或水凝胶将混合物冷却到室温，再注入0.55g的MA。然后将该溶液搅拌12小时，以便通过在共聚物骨架上引入反应性甲基丙烯酸基团来进行官能化。在官能化反应结束之后，通过真空蒸馏脱除挥发性丙酮和残留杂质。
[0142]所得前体混合物是高度粘性液体，半固体，或水凝胶。在本实施例中所合成的预聚物具有相对高的官能化度，因此在固化时交联程度超过了在前面实施例中合成的预聚物。
实施例8
[0143]本实施例描述生产隐形眼镜的模塑和固化方法。
该前体混合物包括50wt％的0.75％官能化pHEMA-co-MAA和50wt％的PEG 400。首先将0.1g的前体混合物与0.002g的IRGACURE 184(光引发剂)在两块玻璃板之间用手混合几分钟。对于早已含有光引发剂的前体混合物，在模塑之前，不必要将前体混合物与光引发剂混合。
[0144]然后将大约0.08g的所得物料置于由聚苯乙烯制造的两个隐形眼镜模具之间。在50℃下，用轻微的压力，将该组合体置于压机上，以可控地使模具沿它们的周边彼此接触。当两个模具并拢在一起时，过剩材料从模具中被压出，以及通过初始投入到模具内的物料量与模腔体积来测定溢出的量。对于由聚苯乙烯制造的模具，可以使用高达大约80℃的较高模塑温度，不会使模具变形。
[0145]发现上述模塑工序有气泡被挤出，它是在用手将混合物转移到模具内时偶尔在前体混合物中截留下来的。理想的是，在封闭模具之前完全消除前体混合物中的气泡。从模具内的前体混合物中去除气泡的一种方法是将物料置于后隐形眼镜模具内和在该模具上施加轻度真空达大约10分钟。或者，将该物料可以在后模具内保留几小时到1天，在此期间，前体混合物缓慢沉降和气泡通常从前体混合物中自发跑出，不用施加真空，或许多小气泡融合成几个大气泡，从而很容易通过简单封闭模具而被压出。这两种方法可十分有效地从模具内的前体混合物中除去截留的气泡。然而，后一种方法对于高粘性半固体前体混合物来说可能不是有效的。
[0146]一旦该模具被压制在一起，使用D-，H-，或V-灯泡，眼用模制品在Fusion UV光源下固化大约20秒钟。对于既定光引发剂，相应地选择照明灯泡的类型，以便使光被光引发剂最佳吸收。应该指出的是，更短的固化时间是可行的，20秒作为固化该特定模塑组合物和几何结构所需要的时间的上限。然后从UV灯下移走模具组合体，以及从透镜模具的边缘清理掉溢出的物料。在冷却到室温之后打开透镜模具，如此获得了眼用隐形眼镜。
[0147]本发明的眼科透镜含有大约50-60％的平衡水分，这取决于共聚物组成，决定固化透镜的交联密度的共聚物的官能度。大约0.5-1％官能化的聚合物显示了在具有类似水含量的商品隐形眼镜材料中发现的那些的机械模量，并且能够在断裂之前拉伸到其初始长度的2-4倍。
[0148]在本实施例中描述的模塑和固化工序是可以适用于通过本发明获得的任何隐形眼镜用的前体混合物的一般工序。
实施例9
[0149]在与实施例8中所述方法稍有不同的模塑和固化方法中，将可见光引发剂4，4′-偶氮双(4-氰基戊酸)以1wt％的量与实施例1-3的前体混合物混合。按照在实施例8中所述的工序制备含有前体混合物的眼用模制品，再通过高强度照明源(Fiber-Lite Ringlight System，Dolan-Jenner)固化20分钟。固化时间能够通过使用更强的可见光源来缩短。
实施例10
[0150]将0.08克的从实施例4获得的前体混合物投入到一对隐形眼镜模具内。对于该前体混合物来说，不必要与引发剂混合，因为在前体混合物的制备过程中已经将光引发剂溶解在混合物中。通过在实施例8中所述的工序封闭透镜模具，再用浸射UV光源(Blak-Ray 100 AP，UVP，Inc.)固化模具组合体10分钟。固化时间能够通过使用更强的UV光源来缩短。
[0151]从模具中取出固化透镜，在缓冲盐水溶液中水化。平衡水分是54％，以及样品透镜具有大约250％的断裂伸长率。
实施例11
[0152]可以根据要求和所需性能来选择稀释剂的数目和量。尤其，可以调节稀释剂的数目和量，以便获得在稀释剂和生理盐溶液之间的等容积交换。最容易的方法是在聚合步骤中添加所需量的稀释剂。在少见的场合下，可以在模塑方法之前调节稀释剂。
[0153]例如，将0.1g的异丙醇和0.15g的烷氧基化葡糖苷与根据实施例5合成的0.167g的材料混合。然后将该混合物投入后隐形眼镜模具内，并脱气5分钟。随后，轻轻压缩模具组合体，再UV固化20秒钟。
[0154]一般，这样获得的隐形眼镜具有基本与隐形眼镜模具相同的精确形状和直径，因为模塑材料含有与一旦该透镜浸渍在生理盐溶液中的平衡水量相同量的稀释剂。因此，实现了稀释剂和水的等容积交换。
实施例12
[0155]制备由10mL的PEG 400，33mL的丙酮，10mL的HEMA和0.21mL的MA组成的透明溶液。向混合物添加1.5mg的Blue HEMA，50mg的UV block N7966和12mg的AIBN。在氮气吹扫下将该混合物搅拌大约15分钟。随后，将温度升高到58℃和让单体聚合90分钟。在聚合之后，形式了透明、浅蓝色的浓聚合物溶液或半固体。为了引入反应活性部位，在将浓溶液或凝胶冷却到室温之后注入0.35mL的甲基丙烯酸酸酐。将混合物搅拌12小时用于衍生化。最后，通过真空蒸馏脱除挥发性溶剂和残留杂质。
[0156]在制备隐形眼镜，眼内透镜和生物医学器材中使用所得材料。
实施例13
[0157]对于具有高折射指数的眼科透镜，由包括高折射指数单体的预聚物获取半固体前体混合物。例如，该起始单体混合物包括氯苯乙烯，高折射指数单体，和含有可官能化羟基的甲基丙烯酸3-苯氧基-2-羟丙基酯。单体混合物的另一个实例包括溴苯乙烯，高折射指数单体，和也提供高折射指数和具有可官能化羟基的(甲基)丙烯酸3-(2，4-二溴-3-甲基苯氧基)-2-羟丙基酯。
[0158]在适合溶剂中完成聚合反应时，将甲基丙烯酸酐加入到聚合物溶液中，以进行官能化，获得用反应性甲基丙烯酸酯基团官能化的预聚物。接着，将反应性增塑剂和光引发剂加入到预聚物溶液中。相应地选择反应性增塑剂的类型和相对量，以获得前体混合物和固化制品的所需性能，比如半固体稠度，高冲击强度，和高折射指数，同时保持光学透明度。然后去除溶剂，以获得能够通过UV快速固化的用于高折射指数眼科透镜的半固体前体混合物。
实施例14
[0159]适于眼科透镜的半固体前体混合物还可以由使用显示良好冲击强度的富含苯乙烯的SBS嵌段共聚物作为无活性聚合物的相分离等折射体系来生产。商购富含苯乙烯的SBS嵌段共聚物比如出自KratonPolymers Business的KRATON和出自Phillips Chemical Company的K-RESIN具有大约1.57的折射指数。与SBS嵌段共聚物不相容的预聚物的实例是苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯(SMMA)共聚物，苯乙烯-丙烯腈(SAN)共聚物，和苯乙烯-马来酸酐(SMA)共聚物的官能化变型，其中调节共聚物组成，使得在室温下预聚物的折射指数与SBS嵌段共聚物的折射指数相当。SMMA和SAN共聚物也与含有可官能化基团的单体共聚。SMA的酸酐基团能够用适合的官能化剂比如含有羟基的那些官能化。
[0160]例如，由包括苯乙烯，甲基丙烯酸甲酯，和甲基丙烯酸2-羟乙基酯(HEMA)的单体混合物在合适的溶剂中合成共聚物。该聚合可以在作为无活性聚合物的SBS嵌段共聚物的存在下进行。如果需要，无活性聚合物与在官能化结束之后的预聚物溶液混合。所得形态可以取决于将无活性聚合物加入到反应混合物中所用的时间。
[0161]使用甲基丙烯酸酐作为官能化剂，用反应性甲基丙烯酸酯基团官能化HEMA的羟基。在完成官能化之后，将反应性增塑剂和光引发剂加入到反应混合物中。相应地选择反应性增塑剂的类型和相对量，以便获得所需的半固体稠度，而不损失光学透明度。对于SBS嵌段共聚物和SMMA共聚物的混合物，反应性增塑剂的实例包括乙氧基化双酚A二(甲基)丙烯酸酯和(甲基)丙烯酸苄基酯。
[0162]然后从混合物中除去溶剂，以获得相分离等折射半固体前体混合物。对于含有SBS嵌段共聚物的体系，固化制品的冲击强度能够通过在固化之前压塑半固体前体混合物来进一步提高。因此，对于含有SBS嵌段共聚物的半固体前体混合物，可以有利地获得压塑预成形体。这些预成形体以后用于制造有价值的最终制品比如具有相对高的折射指数和良好冲击强度的眼科透镜。
实施例15
[0163]本实施例举例说明了使用乙醇作为聚合反应的溶剂的甲基丙烯酸2-羟乙基酯，甲基丙烯酸，和蓝色HEMA的共聚物的制备。
[0164]在装有温度计，冷凝器，氮气导入管和热电偶的1000-mL四颈烧瓶中加入53.65g的甲基丙烯酸2-羟乙基酯(HEMA)，1.07g的甲基丙烯酸(MAA)，6mg的蓝色HEMA，和500mL的乙醇。混合物用高纯度氮气吹扫，并搅拌大约15分钟。随后，添加0.82g的偶氮双异丁腈(AIBN)和搅拌该溶液，直到AIBN溶解为止。聚合通过将该溶液加热到70℃和保持该温度5小时来进行。
[0165]在聚合结束之后，将溶液冷却到室温。然后将该溶液转移到漏斗中，再缓慢滴加到3000mL的搅拌己烷中。浅蓝色的固体共聚物沉淀，再通过过滤来收集，然后放入真空烘箱内达24小时，留下了干燥固体。干燥固体的收率是90％。
实施例16
[0166]本实施例举例说明了使用吡啶作为官能化反应的溶剂的在实施例15中制备的共聚物用甲基丙烯酸酐的官能化。
[0167]在惰性气氛下，在装有搅拌棒和隔膜的250-mL圆底烧瓶内加入5.29g的根据实施例15合成的聚(HEMA-co-MAA)。添加无水吡啶(50mL)和搅拌混合物，直到聚合物已经完全地溶解为止。然后添加甲基丙烯酸酸酐(94mg)，以及将所得混合物在环境温度下搅拌一整夜。然后将用甲基丙烯酸酐官能化的聚(HEMA-co-MAA)的所得溶液缓慢倒入含有450mL强烈搅拌的己烷的烧杯内，引起了呈粘性油的官能化共聚物的沉淀。在搅拌下，将这样获得的产物再溶解于100mL乙醇中，然后通过缓慢添加到550mL强烈搅拌的己烷中作为充分分散的固体再沉淀。该固体用另外两份的己烷滗析和洗涤，随后在真空中干燥，获得了4.57g的自由流动的浅蓝色粉末。
实施例17
[0168]本实施例举例说明了使用甲醇促进共聚物溶解和将共聚物转移到模具内的方法的在实施例16中制备的官能化共聚物的进一步加工，以便制备在模具内交联的共聚物。
[0169]将在实施例16中制备的官能化共聚物(0.6g)与PEG 400(0.9g)和IRGACURE 184(0.006g)在甲醇(2g)溶液中合并。
将大约0.2g的该溶液置于前半模内，然后放入真空烘箱中，以除去甲醇。产物是便于最终模塑和固化的粘性或半固体组合物。
[0170]上文主要用于举例说明。仍然在本发明的范围内的其它变化和替代对于所属领域的那些技术人员来说是显而易见的。

Claims (73)

1.制造模塑水凝胶的方法，所述方法包括下列步骤：
(a)在模具内将含有(i)和(ii)的组合物铸塑：
(i)可交联非水溶性聚合物，当通过交联反应交联和用水饱和时，形成了含有预定体积比的水的水凝胶，和
(ii)对所述交联反应呈惰性的非水稀释剂，所述非水稀释剂的体积比基本等于所述水凝胶中的所述水的预定体积比，
该铸塑是在通过交联所述可交联非水溶性聚合物使所述组合物转化为非水凝胶的条件下进行；和
(b)用含水液体替代所述非水凝胶中的非水稀释剂，从而形成所述水凝胶。
2.根据权利要求1的方法，其中所述组合物是半固体。
3.根据权利要求1的方法，其中所述组合物是粘性液体。
4.根据权利要求1的方法，其中所述含水液体是生理盐水溶液。
5.根据权利要求1的方法，进一步包括(A)通过将官能化剂偶联于非水溶性前体聚合物形成所述可交联非水溶性聚合物，所述官能化剂被定义为当这样偶联时能够进行交联反应的作用剂。
6.根据权利要求5的方法，其中步骤(A)包括在所述非水稀释剂中将所述官能化剂偶联于所述非水溶性前体聚合物，以形成所述组合物。
7.根据权利要求5的方法，其中步骤(A)包括：(A.1)将所述官能化剂偶联于所述非水溶性前体聚合物，以形成所述可交联非水溶性聚合物，和(A.2)在所述偶联之后，将所述可交联非水溶性聚合物与所述非水稀释剂合并，从而形成所述组合物。
8.根据权利要求1的方法，其中所述组合物进一步包括无活性聚合物。
9.根据权利要求5的方法，其中所述组合物进一步包括无活性聚合物，以及步骤(A)包括：(A.1)将所述官能化剂偶联于所述非水溶性前体聚合物，以形成所述可交联非水溶性聚合物，和(A.2)在所述偶联之后，将所述可交联非水溶性聚合物与所述非水稀释剂和所述无活性聚合物合并，从而形成所述组合物。
10.根据权利要求1的方法，其中所述组合物进一步包括反应性增塑剂。
11.根据权利要求5的方法，其中所述半固体组合物进一步包括反应性增塑剂，以及步骤(A)包括：(A.1)将所述官能化剂偶联于所述非水溶性前体聚合物，以形成所述可交联非水溶性聚合物，和(A.2)在所述偶联之后，将所述可交联非水溶性聚合物与所述非水稀释剂和所述反应性增塑剂合并，从而形成所述组合物。
12.根据权利要求1的方法，其中所述组合物进一步包括无活性聚合物和反应性增塑剂。
13.根据权利要求5的方法，其中所述组合物进一步包括无活性聚合物和反应性增塑剂，以及步骤(i)包括：(i.1)将所述官能化剂偶联于所述非水溶性前体聚合物，以形成所述可交联非水溶性聚合物，和(i.2)在所述偶联之后，将所述可交联非水溶性聚合物与所述非水稀释剂，所述无活性聚合物和所述反应性增塑剂合并，从而形成所述组合物。
14.根据权利要求5的方法，其中所述非水溶性前体聚合物含有能够偶联于所述官能化剂的许多部位，以及步骤(i)包括将所述官能化剂偶联于大约0.2％到大约5％的所述部位。
15.根据权利要求14的方法，其中所述部位由选自羟基，氨基，羧酸根，硫醇，二硫化物，酸酐，脲烷，和环氧基团中的反应性基团组成。
16.根据权利要求15的方法，其中所述反应性基团是羟基。
17.根据权利要求16的方法，其中所述官能化剂选自环氧化物，环氧乙烷，羰基二咪唑，高碘酸盐，酰基卤，烷基卤，异氰酸酯，卤代醇，或酸酐。
18.根据权利要求17的方法，其中所述官能化剂是酸酐。
19、根据权利要求5的方法，其中所述非水溶性前体聚合物选自丙烯酸羟乙酯，甲基丙烯酸羟乙酯，丙烯酸羟丙基酯，或甲基丙烯酸羟丙基酯中的单体的聚合物。
20.根据权利要求5的方法，其中所述非水溶性前体聚合物是包括甲基丙烯酸羟乙酯的单体的聚合物。
21.根据权利要求5的方法，其中所述非水溶性前体聚合物是甲基丙烯酸羟乙酯，蓝色甲基丙烯酸羟乙基酯，和甲基丙烯酸的共聚物。
22.根据权利要求1的方法，其中所述可交联非水溶性聚合物是(1)选自丙烯酸羟乙酯，甲基丙烯酸羟乙酯，丙烯酸羟丙基酯，或甲基丙烯酸羟丙基酯中的单体的聚合物和(2)甲基丙烯酸酸酐的产物。
23.根据权利要求1的方法，其中所述可交联非水溶性聚合物是(1)含有甲基丙烯酸羟乙酯的单体的聚合物和(2)甲基丙烯酸酐的反应产物。
24.根据权利要求15的方法，其中所述部位是硫醇基团和所述官能化剂选自卤代乙酰基类化合物，酰基卤，烷基卤，马来酰亚胺，氮杂环丙烷类，丙烯酸化剂，吡啶基二硫化物，二硫化物还原剂，或5-硫代-2-硝基苯甲酸。
25.根据权利要求1的方法，其中所述可交联非水溶性聚合物是(1)和(2)之间的反应产物：
(1)选自(甲基)丙烯酸3-(2，4，6-三溴-3-甲基苯氧基)-2-羟丙基酯，(甲基)丙烯酸3-(2，4-二溴-3-甲基苯氧基)-2-羟丙基酯，(甲基)丙烯酸3-(3-甲基-5-溴苯氧基)-2-羟丙基酯，2-(4-羟基乙氧基-3，5-二溴苯基)-2-(4-丙烯酰氧基乙氧基-3，5-二溴苯基)丙烷，2-(4-羟基乙氧基-3，5-二溴-苯基)-2-(4-丙烯酰氧基-3，5-二溴苯基)丙烷，或2-(4-羟基二乙氧基-3，5-二溴苯基)-2-(4-甲基丙烯酰氧基二乙氧基-3，5-二溴苯基)丙烷中的单体的聚合物，和
(2)选自环氧化物，环氧乙烷，羰基二咪唑，过碘酸盐，酰卤，烷基卤化物，异氰酸酯，卤代醇或酸酐中的官能化剂。
26.根据权利要求1的方法，其中所述可交联非水溶性聚合物是(1)和(2)之间的偶联反应的产物：
(1)甲基丙烯酸羟乙酯和选自甲基丙烯酸、丙烯酸、N-乙烯基吡咯烷酮、二甲基丙烯酰胺或乙烯醇的共聚物，和
(2)当偶联于所述共聚物时能够进行交联反应的官能化剂。
27.根据权利要求1的方法，其中所述可交联非水溶性聚合物是(1)和(2)之间的偶联反应的产物：
(1)甲基丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸的共聚物，和
(2)甲基丙烯酸酐。
28.根据权利要求1的方法，其中所述非水稀释剂选自聚乙二醇和聚乙二醇的单甲氧基醚、二甲氧基醚、单乙氧基醚和二乙氧基醚，聚丙二醇和聚丙二醇的单甲氧基醚、二甲氧基醚、单乙氧基醚和二乙氧基醚，聚丁二醇和聚丁二醇的单甲氧基醚、二甲氧基醚，单乙氧基醚和二乙氧基醚，聚甘油和聚甘油的单甲氧基醚、二甲氧基醚，单乙氧基醚和二乙氧基醚，和烷基化葡糖苷。
29.根据权利要求1的方法，其中所述非水稀释剂是选自聚乙二醇，聚丙二醇，聚丁二醇，聚甘油，和烷基化葡糖苷中的成员。
30.根据权利要求1的方法，其中所述非水稀释剂是聚乙二醇。
31.制造模塑水凝胶制品的方法，所述方法包括：
(a)进行单体的聚合，以获得当交联和用水饱和时形成了含有预定体积比的水的水凝胶的非水溶性聚合物，在所述单体的聚合之后，具有反应性基团的所述单体能够偶联于定义为当偶联于所述反应性基团时能够进行交联反应的作用剂的官能化剂；
(b)让所述非水溶性聚合物与如以上所定义的官能化剂接触，以便将所述非水溶性聚合物转化为可交联非水溶性聚合物；
(c)在模具内在致使发生所述交联反应和将所述组合物转化为非水凝胶的条件下将含有(i)和(ii)的组合物铸塑：
(i)所述可交联非水溶性聚合物，和
(ii)对所述交联反应呈惰性的非水稀释剂，所述非水稀释剂的体积比基本等于所述水凝胶中的所述水的预定体积比；和
(d)用含水液体取代所述非水稀释剂，从而将所述非水凝胶转化为水凝胶。
32.根据权利要求31的方法，其中所述含水液体是生理盐水溶液。
33.根据权利要求31的方法，其中步骤(b)包括让所述液体预聚物混合物与以使得所述官能化剂偶联于大约0.2％到大约5％的所述反应性基团而选择的量的所述官能化剂接触。
34.根据权利要求31的方法，其中所述反应性基团选自羟基，氨基，羧酸根，硫醇，二硫化物，酸酐，脲烷或环氧基团。
35.根据权利要求31的方法，其中所述反应性基团是羟基。
36.根据权利要求31的方法，其中该单体是聚合成选自聚(丙烯酸羟乙基酯)，聚(甲基丙烯酸羟乙酯)，聚(丙烯酸羟丙基酯)，聚(甲基丙烯酸羟丙基酯)，聚乙二醇，纤维素，葡聚糖，聚乙烯醇，聚(乙酸乙烯酯-乙烯醇)，聚乙烯-乙烯醇，或聚双酚A聚合物的单体或单体混合物。
37.根据权利要求31的方法，其中所述单体选自丙烯酸羟乙酯，甲基丙烯酸羟乙酯，丙烯酸羟丙基酯，或甲基丙烯酸羟丙基酯。
38.根据权利要求31的方法，其中所述单体是甲基丙烯酸羟乙酯。
39.根据权利要求31的方法，其中所述单体是甲基丙烯酸羟乙酯，蓝色甲基丙烯酸羟乙基酯，和甲基丙烯酸的混合物。
40.根据权利要求31的方法，其中所述反应性基团是羟基和所述官能化剂选自环氧化物，环氧乙烷，羰基二咪唑，高碘酸盐，酰基卤，烷基卤，异氰酸酯，卤代醇，或酸酐。
41.根据权利要求31的方法，其中所述反应性基团是羟基和所述官能化剂是酸酐。
42.根据权利要求31的方法，其中所述单体是甲基丙烯酸羟乙酯和所述官能化剂是甲基丙烯酸酐。
43.根据权利要求31的方法，其中所述反应性基团是硫醇基团和所述官能化剂选自卤代乙酰基类化合物，酰基卤，烷基卤，马来酰亚胺，氮杂环丙烷类，丙烯酰类，丙烯酸化剂，吡啶基二硫化物，二硫化物还原剂，或5-硫代-2-硝基苯甲酸。
44.根据权利要求31的方法，其中所述单体选自(甲基)丙烯酸3-(2，4，6-三溴-3-甲基苯氧基)-2-羟丙基酯，(甲基)丙烯酸3-(2，4-二溴-3-甲基苯氧基)-2-羟丙基酯，(甲基)丙烯酸3-(3-甲基-5-溴苯氧基)-2-羟丙基酯，2-(4-羟基乙氧基-3，5-二溴苯基)-2-(4-丙烯酰氧基乙氧基-3，5-二溴苯基)丙烷，2-(4-羟基乙氧基-3，5-二溴-苯基)-2-(4-丙烯酰氧基-3，5-二溴苯基)丙烷，或2-(4-羟基二乙氧基-3，5-二溴苯基)-2-(4-甲基丙烯酰氧基二乙氧基-3，5-二溴苯基)丙烷，和所述官能化剂选自环氧化物，环氧乙烷，羰基二咪唑，过碘酸盐，酰卤，烷基卤化物，异氰酸酯或卤代醇和酸酐。
45.根据权利要求31的方法，其中所述单体是甲基丙烯酸羟乙酯和步骤(a)是在选自甲基丙烯酸，丙烯酸，N-乙烯基吡咯烷酮，二甲基丙烯酰胺，或乙烯醇的共聚单体存在下进行，以及所述非水溶性前体聚合物是共聚物。
46.根据权利要求45的方法，其中所述共聚单体是甲基丙烯酸。
47.根据权利要求31的方法，其中所述单体是甲基丙烯酸羟乙酯和步骤(a)在共聚单体蓝色甲基丙烯酸羟乙基酯和甲基丙烯酸的存在下进行。
48.根据权利要求31的方法，其中所述非水稀释剂是选自聚乙二醇和聚乙二醇的单甲氧基醚、二甲氧基醚、单乙氧基醚和二乙氧基醚，聚丙二醇和聚丙二醇的单甲氧基醚、二甲氧基醚、单乙氧基醚和二乙氧基醚，聚丁二醇和聚丁二醇的单甲氧基醚、二甲氧基醚，单乙氧基醚和二乙氧基醚，聚甘油和聚甘油的单甲氧基醚、二甲氧基醚，单乙氧基醚和二乙氧基醚，或烷基化葡糖苷。
49.根据权利要求31的方法，其中所述非水稀释剂选自聚乙二醇，聚丙二醇，聚丁二醇，聚甘油，或烷基化葡糖苷。
50.根据权利要求31的方法，其中所述非水稀释剂是聚乙二醇。
51.根据权利要求31的方法，其中步骤(a)包括使所述单体在热聚合引发剂的存在下经受高温。
52.根据权利要求51的方法，其中所述热聚合引发剂选自月桂基过氧化物，过氧化苯甲酰，过氧化二枯基，叔丁基氢过氧化物，偶氮二异丁腈，过硫酸钾，或过硫酸铵。
53.根据权利要求31的方法，其中步骤(c)包括使所述组合物在光引发剂的存在下曝露于光。
54.根据权利要求53的方法，其中所述光引发剂选自苯偶姻甲基醚，1-羟基环己基苯基酮，2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮，4，4’-偶氮双(4-氰戊酸)，或双(2，6-二甲氧基苯甲酰基)-2，4，4-三甲基戊基氧化膦。
55.根据权利要求31的方法，其中所述非水溶性前体聚合物具有约10,000到约1,000,000的分子量。
56.根据权利要求31的方法，其中所述非水溶性前体聚合物具有约10,000到约300,000的分子量。
57.根据权利要求31的方法，其中所述非水溶性前体聚合物具有约50,000到约150,000的分子量。
58.可固化成非水凝胶的组合物，所述组合物包括溶解于非水稀释剂以形成半固体的可交联非水溶性聚合物，所述可交联聚合物携带在所述非水稀释剂呈惰性的交联反应中能够交联所述可交联聚合物的官能团。
59.根据权利要求58的组合物，其中所述可交联聚合物是通过选自聚(丙烯酸羟乙基酯)，聚(甲基丙烯酸羟乙酯)，聚(丙烯酸羟丙基酯)，聚(甲基丙烯酸羟丙基酯)，聚乙二醇，纤维素，葡聚糖，聚乙烯醇，聚(乙酸乙烯酯-乙烯醇)，聚乙烯-乙烯醇和聚双酚A中的羟基取代前体聚合物与选自环氧化物，环氧乙烷，羰二咪唑，高碘酸盐，酰基卤，烷基卤，异氰酸酯，卤代醇或酸酐物质的反应获得的聚合物。
60.根据权利要求58的组合物，其中所述可交联聚合物是通过选自聚(丙烯酸羟乙酯)，聚(甲基丙烯酸羟乙酯)，聚(丙烯酸羟丙酯)或聚(甲基丙烯酸羟丙酯)中的羟基取代前体聚合物与酸酐的反应所获得的聚合物。
61.根据权利要求58的组合物，其中所述可交联聚合物是通过与甲基丙烯酸酐反应而官能化的包括甲基丙烯酸羟乙酯的单体的聚合物。
62.根据权利要求58的组合物，其中所述可交联聚合物是通过与甲基丙烯酸酐反应而官能化的包括甲基丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸的单体的共聚物。
63.根据权利要求58的组合物，其中所述可交联聚合物是通过与甲基丙烯酸酐反应而官能化的甲基丙烯酸羟乙酯、蓝色甲基丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸的共聚物。
64.根据权利要求58的组合物，进一步包括无活性聚合物。
65.根据权利要求58的组合物，进一步包括反应性增塑剂。
66.根据权利要求58的组合物，进一步包括无活性聚合物和反应性增塑剂。
67.根据权利要求61的组合物，其中所述聚合物的约0.2％到约5％的羟基偶联于所述官能团。
68.根据权利要求58的组合物，其中所述可交联聚合物具有约10,000到约1,000,000的分子量。
69.根据权利要求58的组合物，其中所述可交联聚合物具有约10,000到约300,000的分子量。
70.根据权利要求58的组合物，其中所述可交联聚合物具有约50,000到约150,000的分子量。
71.根据权利要求58的组合物，其中所述非水稀释剂选自聚乙二醇，聚丙二醇，聚丁二醇，聚甘油或烷基化葡糖苷。
72.根据权利要求58的组合物，其中所述可交联聚合物是其羟基的约0.2％到约5％用甲基丙烯酸酐官能化的包括甲基丙烯酸羟甲基酯和甲基丙烯酸的单体的共聚物。
73.根据权利要求58的组合物，其中所述可交联聚合物是其羟基的约0.2％到约5％用甲基丙烯酸酐官能化和其分子量是约50,000到约150,000的包括甲基丙烯酸羟甲基酯和甲基丙烯酸的单体的共聚物。
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