CS239282B1

CS239282B1 - Preparation method of objects made from hydrophilic gelsnamely contact lences by polymer casting

Info

Publication number: CS239282B1
Application number: CS836009A
Authority: CS
Inventors: Otto Wichterle
Original assignee: Otto Wichterle
Priority date: 1983-08-17
Filing date: 1983-08-17
Publication date: 1986-01-16
Also published as: CS600983A1; GB2145028B; CA1231215A; GB8411344D0; US4534916A; GB2145028A

Description

Vynález se týká způsobu přípravy předmětů z hydrofilních gelů, zejména kontaktních čoček, polymeračním odléváním směsi hydrofilních monomerů s jinými monoolefinickými a diolefinickými monomery a rozpouštědel ve formách z plastických hmot s použitím povrchově aktivního činidla a řeší problém inhibice roubování polymerujících monomerů na plastickou hmotu formy.

Polymerační odlévání hydrofilních gelů, tj. slabě zesilovaných kopolymerů hydrofilních monomerů, má nesporné přednosti oproti výrobě tvarovaných předmětů mechanickým opracováním nezbotnalých gelů a následným zbotnáním. .

Při použití skleněných odlévacích forem bylo možno získat odlitky s dokonalým povrchem. Jakmile se však začaly používat odlévací formy z polymerních olefinů, například polypropylenu, často vznikaly mikroskopické povrchové defekty, které například způsobily slabě šedý zákal odlévaných kontaktních čoček. ,

Mikroskopické zkoumání odlitků a odlévacích forem ukázalo, že nepatrné částečky gelu byly vytrženy z povrchu odlitku a ulpěly na povrchu formy. S největší .pravděpodobností došlo k roubování polymerujících gelů na polymer, z kterého byla vyrobena forma.

Povrch formy z krystalického uhlovodíku byl postižen roubováním především v místech amorfních oblastí olefinického polymeru, který utvořil palisádovité útvary na povrchu formy, jejichž otisk byl mikroskopicky zjištěn na vytrhaných částech gelu.

Aby se předešlo těmto defektům, bylo doporučeno vésti polymeraci při vyšší teplotě, napří^kla^d při 110 až 135 °C. Ačkoliv b^yl tak odstraněn p^ůvodn^í defe^kt^, vzn^ikla nov^á o^bt^íž^,protože nad teplotou přechodu druhého řádu a v blízkosti teploty tání olefinického polymeru docházZ k samovolné deformaci formy.

To působí vážné defekty, především v optických vlastnostech odlévaných kontaktních čoček. Nyní bylo zjištěno, že tyto potíže lze vyřešit přidáním povrchově aktivního činidla do směsi obsahující monomery.

Podstatou vynálezu je způsob přípravy předmětů z hydrofilních gelů, zejména kontaktních čoček, polymeračním odléváním směsi hydrofilních monomerů s jinými monoolefinickými a diolefinickými monomery a rozpouštědel ve formách z plastických 'hmot s použitím 0,1 až 4 % hmot, povrchově aktivního činidla.

Po skončení polymerace a vyjmutí předmětu z hydrofilního gelu z formy, povrchově aktivní činidlo lze snadno vymýtí z hydrofilního gelu rozpouštědlem, například vodou nebo směsí vody a rozpouštědla mísitelného s vodou, například vodným ethanolem nebo vodným isopropylalkoholem.

Povrchově aktivní činidlo v monomerní směsi je zřejmě adsorbováno na rozhraní mezi formou z plastické hmoty, například polypropylenovou formou, a silně polární monomerní směsí a působí jako inhibitor roubování polymerujících monomerů na plastickou hmotu formy.

I když je forma výhodně vyrobena z polypropylenu, metodu podle vynálezu lze použít i pro polymeraci hydrofilních monomerů ve formách z jiných plastických hmot, například ostatních polymerů olefinů, jako polyethylenu, kopolymerů ethylenu s propylenem, polyamylenu, apod. '

Přestože se vynález používá především při výrobě odlévaných kontaktních čoček, zvláště potom při rotačním tzv. odstředivém odlévání kontaktních čoček, je také vhodný pro přípravu jiných odlitků z hydrofilních gelů respektive hydrogelů, například lékařských přístrojů, jako jsou umělé náhrady srdečních chlopní, bránice a katetry, a předmětů pro jiná použití, například části umělých květin, zásobníků pro imobilizované enzymy a vonné látky, atd.

Jako povrchově aktivních činidel se výhodně používá detergentů, mýdel, různých smáčedel, apod. Obecně se dává přednost látkám, které snižují povrchové napětí vody na méně než poloviční hodnotu i při zředění 1 : 1 000.

Dále jsou uvedeny příklady povrchově aktivních sloučenin, které lze použít:

a/ sůl triethanolaminu a kyseliny alkylbenzensulfonové, například triethanolaminová sůl dodecylbenzensulfonové kyseliny nebo odpovídající triethanolaminová sůl směsi alkylbenzensulfonových kyselin s 12 až 18 uhlíkovými atomy v alkylové skupině, b/ kondenzační produkt mastných kyselin kokosového oleje s diethylenglykolem a formaldehydem, c/ adiční produkt alkylfenolu a oxiranu /ethylenoxidu/, například p-nonylfenol-ethylenoxid s 20 jednotkami ethylenoxidu, d/ oleát sodný, stearát sodný, oleát draselný, e/ triethylamonium kapronát.

Typ použitého povrchově aktivního činidla není kritický, pokud splňuje výše uvedené charakteristiky. Lze tedy použít kteroukoliv povrchově aktivní látku uvedenou v Kirk-Ottaner_;Encyclopedia of Chemical Technology, druhé vydání, sv. 19, str. 507-593, která má výše uvedené vlastnosti.

Úplný obsah citované části Kirk-Othmerovy encyklopedie je tímto zahrnut jako odkaz. Upozorňujeme na diskusi v této encyklopedii, týkající se regulace rozpustnosti a povrchové aktivit, y.

. Polymerační podmínky lze měnit v širokém rozsahu, jak je obecně známo. Oddělení gelového odlitku od formy lze dosáhnout o sobě známými způsoby. Jak bylo výše uvedeno, tento vynález je zvláště vhodný pro odstředivé polymerační odlévání osově souměrných předmětů, jako jsou například hydrofilní gelové čočky, umělé náhrady srdečních chlopní, atd.

Jak je známo, toto odstředivé odlévání lze provádět několika způsoby. Jeden z těchto způsobů používá zařízení, v němž každá rotující forma obsahující polymerační složky ve své dutině je přizpůsobena tak, že rotuje podél své svislé osy.

Otáčení každé formy specificky stanovenou rychlostí vytváří odstředivou sílu, která způsobí, že kapalné složky ve formě obecně zaujmou tvar dutiny formy, která je ve styku se složkami.

Formy mohou být do lineární řady nebo mohou být uspořádány v karuselu a rotovány jednotlivě. Tento způsob výroby spolu s různými polymerovatelnými směsmi použitelnými při rotačním odlévání různých předmětů, jsou popsány v US patentu č. 3 660 545.

Tento popis je zde zahrnut tímto odkazem, jako by byl uveden plný text. . Při jiné metodě se používá rotující polymerační trubice uzpůsobená tak, že pojme řadu forem dosedajících těsně jedna na druhou, z nichž každá obsahuje ve své dutině polymerující složky.

Formy jsou zaváděny vlastní vahou do horního konce polymerační trubice a volně padají trubicí. Výstupní konec trubice těsně dosedá na otočný prvek, který udílí ‘ trubici rotační pohyb.

Do rotující polymerační trubice se uvádí směrem vzhůru podél volně padajících rotujících forem inertní plyn. Výroba odlitků z hydrofilních gelů podle vynálezu zahrnuje použití hydrofilních monoolefinických monomerů /tj. monoethylenicky nenasycených monomerů/, polyolefinických /přednostně diolefinických/ . monomerů /například polyethylenicky nenasycené sloučeniny, které působí jako sířovadlo/ v množství, které vytváří hydrofilní gel nerozpustný ve vodě, ale ještě nedostačuje k potlačení hydrofilních vlastností, a povrchově aktivního činidla, přednostně v množství 0,1 až 4 % hmot, směsi, jako výchozího monomerního systému. Je zřejmé, že lze použít směsi hydrofiíních monoolefinických monomerů a také směsi sítovadel. Mohou být také přítomny další monomery kopolymerlzovatelné s hydrofilním monomerem, pokud jsou použity v množství nepotlačujícím žádané hydrofilní vlastnosti odlévaného výrobku. Mohou být také přítomna běžná rozpouštědla.

Prostředí zahrnující reakční složky je za normálních podmínek kapalné a, je-li použito odstředivé odlévání, musí být schopno vytvořit požadovaný tvarovaný výrobek během procesu odstředivého odlévání.

Výrobek může být neprůhledný, průsvitný nebo průhledný podle konečného použití vytvořeného odlitku. Tak například není obecně nutné, aby bránice a umělé náhrady srdečních chlopní vyrobené podle vynálezu byly bezbarvé a průhledné.

Naproti tomu, jak bylo dříve uvedeno, je například požadováno, aby měkké hydrofilní kontaktní čočky byly zcela průhledné, dobré optické kvality, měkké a pružné, a aby měly další nezbytné a žádoucí vlastnosti.

Je-li odlévání, například ostředivé odlévání, použito při výrobě kontaktních čoček, mohou být souměrné nebo asymetrické, s nízkou, střední nebo vysokou propustností nebo .transportem kyslíku.

Vhodnou konstrukcí dutiny nebo dna forem lze získat velkou rozmanitost modifikovaných tvarů čoček, například torické, bifokální, komolé a/nebo kontaktní čočky lokálně zesílené. Jak bylo dříve uvedeno, je možno použít k výrobě forem rozmanité plastické hmoty a konstrukce .

Pro přípravu hydrofilních výrobků, jako jsou měkké kontaktní čočky, jsou zvláš. vhodné formy z termoplastických uhlovodíkových hmot, zvláště z polypropylenu.

Podle potřeby lze povrch formy upravit nebo hydrofilizovat známými způsoby. Kapalná směs pro odlévání předmětů, například kontaktních čoček, obsahuje, jak již bylo uvedeno, povrchově aktivní činidlo, hydrofilní monomer a sítovadla.

Zvláště vhodné čočky zahrnují hydrofilní monomery a polyolefinické monomery v množství, které vytváří slabě nebo mírně zesilované trojrozměrné sítě tak, jak jsou popsány v US patentu 3 822 689.

Příkladné hydrofilní monomery zahrnují vodorozpustné monoestery akrylové a methakrylové kyseliny s alkoholy s esterifikovatelnou hydroxylovou skupinou a nejméně jednou další hydroxylovouskupinou, jako jsou mono- a polyalkylenglykol monoestery methakrylové a akrylové, kyseliny, například ethylenglykolmonornethakrylát, ethylenglykolmonoakrylát, diethylenglykolmonomethakrylát, diethylenglykolmohoakrylát, propylenglykolmonomethakrylát, dipropylenglykolmonoakrylát, apodobně; N-alkyl a N,N-díalkylsubstituované akrylamidy a methakrylarnidy, jako jsou N-methylakrylamid, N,N-dimethylakrylamid, N-methybnethakr^yli^i^í^ca, N,N-dimethylmethakrylamid, a podobně: N-vinyipyrrolidon, alkylsubstituované N-vinylpyrrolidony, například methyl substituovaný N-vínylpyrrolidon; glycidylmethakrylát, glycidylakrylát; nenasycené aminy; alkoxyethylakryláty /například methoxyethylakrylát/; jejich směsi; a ostatní známé hydrofilní monomery.

Jak bylo naznačeno výše, při prováděnívynálezu k výrobě hydrofilních gelových předmětů, například kontaktních čoček, lze zahrnout hydrofobní akrylové estery, přednostně ty, jejichž alkylová část obsahuje 1 až 5 uhlíkových atomů, jako jsou methylakrylát nebo methakrylát, ethylakrylát nebo methakrylát, n-propylakrylát nebo methakrylát, isopropylakrylát nebo methakrylát, .issbbuylakrylát nebo methakrylát, n-butylakrylát nebo methakrylát, amylakrylát nebo jejich směsi.

Další vhodné monomery zahrnují ethylenicky nenasycené estery monokarboxylových kyselin, zvláště estery methakrylové a akrylové kyseliny se siloxanovými monomery a polymery s nebo bez postranních hydroxylových skupin.

Tyto monomery jsou dobře známy z popisů výroby kontaktních čoček: viz například patenty USA č. 4 139 548, 4 235 985, 4 152 508, 3 808 178, 4 139 692, 4 248 989 a 4 139 513.

K monomerním· · směsím, kterým je dávána přednost, patří směsi obsahující nejméně jeden alkylenglykol monoester methakrylové kyseliny, zvláště ethylenglykolmonomethakrylát, a nejméně jeden síťující monomer typu alkylenglykol diesteru methakrylové kyseliny, zvláště ethylenglykoldimethakry1át. .

Tyto směsi mohou obsahovat jiné polymerizovatelné monomery s výhodou v menším množství, jako jsou MN-vinylpyrrolidon, methylmethakrylát, akrylamid, glycidylmethakrylát, N-methylakrylamid, diethylenglykolmonomethakrylát a ostatní monomery uvedené výše v příkladech.

Jako bylo ukázáno před výše uvedenými příklady monomerních směsí, včetně směsí hydrofobních a hydrofilních reakčních složek, směsi obecně obsahují menší podíl di- a výše polyfunkční /například di- a výše ethylenicky nenasycené/ polymerizovatelné sloučeniny, která působí zesířování polymerní matrice během polymerace nebo vytvrzování.

Těmito di- a výše polyfunkčními částicemi jsou například divinylbenzen, ethylenglykoldiakrylát nebo dimethakrylát, propylenglykoldiakrylát nebo dimethakrylát a akrylové nebo methakrylové estery následujících polyolů: triethanolaminu, glycerinu, pentaerytritu, butyr lenglykolu, diethylenglykolu, triethylénglykolu, tetraethylenglykolu, manitu, sorbitu a podobně .

Jako příklady dalších síťujících monomerů lze uvésti N,N-methylen-bis-akrylamid nebo methakryl^mid, sulfonovaný divinylbenzen a divinylsulfon.

Další materiály na výrobu čoček, za předpokladu, že tvoří hydrofilní gely vhodné pro kontaktní Čočky, jsou uvedeny jako příklady v některém nebo ve více z následujících patentů USA: · č. 2 976 576, 3 220 960, 3 937 680, 3 · 948 871, 3 949 021, 3 983 083, 3 988 274,

4	018	853,	3	875	211,	3 503	942, 3	532	679 ,	3 621	079,	3 639	524,	3 700	761,	3 721	657
3	758	448,	3	772	235,	3 786	034, 3	803	093,	3 816	571,	3 940	207,	3 431	046 ,	3 542	461
4	055	378,	4	06 4	086	a 4 062	627.

Polymerační reakci lze provádět v bloku nebo s inertním rozpouštědlem. Vhodná rozpouštědla zahrnují vodu, organická rozpouštědla, jako jsou vodorozpustné nižší alifatické jednofunkční alkoholy, například ethylalkohol, propylenglykol, glycerin, diethylenglykol, dioxan, atd. a jejich směsi.

Obecně rozpouštědlo tvoří menší množství reakčního prostředí, tj. méně · než asi·50 hmot, procent. Polymeraci odlévaného výrobku, například směsi pro výrobu čoček, lze provádět s radikálovými katalyzátory a/nebo iniciátory typů běžně používaných při vinylové polymeraci.

Tyto katalytické částice mohou zahrnovat organické peroxidy, například benzoylperoxid, peroxouhličitany alkylnaté, například peroxouhličitan ethylnatý, hydroperoxidy, například terč, butylhydroperoxid, a anorganické látky jako jsou peroxid vodíku·a persíran amonný, sodný nebo draselný.

^Polyme^račn^í te^plo^ty se mo^hou ^poh^ybovat od ^přibli^žně ²0 °C·a n^íže do asi 100 °C a výše. Polymeraci monomerní látky lze také způsobit zářením například ultrafialovým, X paprsky, mikrovlnným, a jinými známými druhy záření, které může způsobit zesilováni tvořeného polyme.rizátu, v přítomnosti nebo nepřítomnosti známého iniciátoru respektive iniciátorů a/nebo katalyzátoru respektive katalyzátorů.

Tvar čočky-polotovaru nebo jiného předmětu vytvořeného odléváním lze regulovat nejen velikostí a tvarem formy, ale také množstvím a povahou složek směsi pro výrobu čoček, rychlostí otáčení formy při polymerací, polohou osy rotace formy vzhledem ke směru zemské tíže a podobně.

Vychýlením osy rotace nebo tím, že osa rotace neprochází optickým středem vytvářené čočky, je možno přidat čočce prismatickou složku.

Při výrobě kontaktních čoček se látka k výrobě čoček umístí do dutiny formy, která má konkávní optický povrch smočen touto látkou, a potom mohou být formy například zaváděny jedna po druhé do vstupního · konce polymerační kolony.

Formy mohou nit upravený optický povrch, aby se zvýšila jeho hydrofilnost nebo smáčivost způsobem, který je dobře znám. Rychlost otáčení kolony /je-li použit způsob s kolonou/ a forem se potom nastaví tak, aby způsobil a/nebo udržel radiální posun směsi pro tvorbu čoček směrem ven do předem určeného tvaru, který utvoří za polymeračních podmínek v koloně kontaktní čočku požadovaného tvaru.

O^bv^ykle je možno ^pou^žít r^ych^lost ot^áčen^í najořiHad od 300 mⁱn ¹ a n^{ižší d}o 600 mⁱn ¹a vyšší. Přesná rychlost otáčení, kterou je nutno při provozu použít, závisí ovšem na zručnosti obsluhy.

Faktory, které je třeba vzít v úvahu, zahrnují typ a koncentraci složek katalyzátoru, iniciátoru a/nebo zdroj energie záření, a faktory diskutované výše, které jsou obsluze zcela zřejmé.

Použité složení může obsahovat, v podstatě se skládá nebo se skládá z podstatných látek uvedených výše a postup může zahrnovat nebo se v podstatě skládá nebo se skládá z uvedených kroků.

Není-li uvedeno jinak, všechny díly a procenta jsou hmotnostní. Bezpečné oddělení odlitku z hydrofilního gelu od formy se dosáhne podle vynálezu i při postupech nízkotepelné polymerace, například při fotopolyneraci.

Vynález je blíže objasněn v následujících příkladech provedení.

Příklad 1

Směs 100 hmot, dílů 2-hydroxyethylmethakrylátu, 0,9 dílů triethylenglykoldimethakrylátu, 1 %· /1/ soli triethanolaminu a C₁₂ - C₁₈ alkylbenzensulfonové kyseliny, /2/ kondenzačního produktu mastných kyselin kokosového oleje, diethylenglykolu a formaldehydu a /3/ produktu adice alkylfenolu s ethylenoxidem /obsahujícím 8 uhlíkových atomů v alkylové skupině a 15 ethylenoxidových jednotek/ a 0,4 dílu benzoinethyletheru /polymerační, iniciátor/ bylo polymerováno v uzavřené formě pro odlévání kontaktních čoček, která byla vyrobena z nízkotlak^ého pol^yeth^ylenu, ^{při 25} °c za oza^řován^í 100 W rýčovou výboj^kou ze vz^lenost^ 100 mm přes filtr z 3 mm silného determálního skla.

Po 10 minutách byla forma otevřena a xerogelová kontaktní čočka byla vyjmuta a zpracována obvyklým spůsobem mechanickou úpravou hran, zbotnáním ve vodě, promytím 50% vodným isopropylalkoholem a nakonec fyziologickým roztokem. Tímto způsobem byly získány s výhodou čiré čočky.

Příklad 2

Směs obsahující 70 dílů 1-hydroxyethylmethakrylátu, 29 dílů 2-/2-hydroxyethoxy/ethylmethakrylátu, 0,3 dílu ethylendimethakrylátu, 1 díl 10% vodného roztoku peroxosíranu, amonného a 40 dílů 1% glycerinového roztoku oleátu sodného byla použita pro výrobu kontaktních čo^če^k odstředivým odléváním v ^pol^ypro^pylenovýc^h formác^{h při} te^plo^tě · ^pol^ymerace 7⁵ °C.

Odlitky byly vyjmuty z polypropylenových forem zbotnáním ve vodě, které vedlo к samovolnému oddělení čoček od forem. Čočky byly dále zpracovány obvyklým způsobem s dokonalými výsledky jako v příkladě 1.

Příklad 3

Postup uvedený v příkladě 1 byl opakován s použitím polypropylenové formy a obchodního přípravku Šampon Universal vyráběného Druchemou Praha, jako inhibitoru rozbování. Přípravek je nahnědlá sirupovitá kapalina a byl přidáván do monomerní směsi v množství 1 %.

Polymerace probíhá normálně i při vyšších přídavcích povrchově aktivního činidla, například 4 %, ale při 4 % jsou vyrobené čočky mírně zakalené ve hmotě. Složení šamponu je 12 % Abezonu/98 % pasta triethanolaminové soli ^c ₁2^_Ci8 ^al^kY^lbenzensulfonové kyseliny, výrobek Spolku pro chemickou výrobu Ústí nad Labem, 12 % KDF-16/kondenzační produkt kokosových mastných kyselin s diethylenglykolem a formaldehydem; 80 % aktivní látky/1,5 % Slovasolu 909 /adukt oxiranu, tj. ethylenoxidu, a Cg alkylfenolu/, a 0,9 % Syntronu /sodná sůl ethylendiamintetraoctové kyseliny/. Zbytek připadá na vodu a inertní látky.

Dále jsou uvedeny příklady polymeračních směsí, které obsahují přídavek 1% povrchově aktivní látky na celkovou hmotnost směsi, tak jak je například uvedeno v příkladech 1, 2a 3, a slouží к přípravě ''měkkých kontaktních čoček polymerních uhlovodíků podle vynálezu.

Směs A:

2-hydroxyethylmethakrylát ethylenglykoldimethakrylát benzoinmethylether /iniciátor/ glycerin

Směs В:

2-hydroxyethylmethakrylát kyselina methakrylová peroxouhličitan isopropylnatý glycerin ethylenglykoldimethakrylát

Směs C:

2-hydroxyethylmethakrylát methyImethakrylát benzoinmethylether propylenglykol ethylenglykoldimethakrylát odléváním ve formě z polypropylenu nebo jiných

84,6 dílů

1,0'díl

0,2 dílu

14,2 dílů dílů díly

0,4 dílu dílů

1,0 díl dílů dílů

0,2 dílu dílů

0,5 dílu

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

Způsob přípravy předmětů z hydrofilních gelů, zejména kontaktních čoček, polymeračním odléváním . směsi hydrofilních monomerů s jinými monoolefinickými a dioléfinickými monomery a rozpouštědel ve formách z plastických hmot, vyznačený tím, že se k monomerní směsi přidá v množství 0,1 až 4 % hmot, povrchově aktivní činidlo, jehož molekuly obsahují, vedle hydrofobního, zejména uhlovodíkového řetězce o nejméně 6ti uhlíkových atomech, ionizovatelnou skupinu nebo silně hydrofilní neionizovatelnou skupinu.