DE2165805A1 - Verfahren zur hydrophilisierung von siliconkautschukoberflaechen - Google Patents

Verfahren zur hydrophilisierung von siliconkautschukoberflaechen

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DE2165805A1 DE19712165805 DE2165805A DE2165805A1 DE 2165805 A1 DE2165805 A1 DE 2165805A1 DE 19712165805 DE19712165805 DE 19712165805 DE 2165805 A DE2165805 A DE 2165805A DE 2165805 A1 DE2165805 A1 DE 2165805A1
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Description

AGIA-GEVAERT AKTIENGESELLSCHAFT 30.Dezember I97I
10-hl-ew Leverkusen
Verfahren zur Hydrophilisierung von Siliconkautschukoberf lachen :
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hydrophilisierung von Siliconkautschukoberflächen, beispielsweise der Oberflächen von Kontaktlinsen.
Viele Kunststoffoberflächen sind nicht benetzbar. Zum Beispiel bei Siliconkautschuk ist dessen Hydrophie ein Hinderungsgrund für eine Verwendung dieses Materials für Kontaktlinsen, obwohl andere Eigenschaften des Stoffes hierfür vorteilhaft sind.
Es ist das Ziel der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit ä dem die Oberflächen von Gegenständen aus Siliconkautschuk hydrophil zu machen sind, ohne d3.ss sonstige vorteilhafte Eigenschaften des Materials im merklichen Ausmass nachteilig verändert werden.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die zu hydrophilisierenden Oberflächen dem Einwirken von in elektri-
J O έ β
sehen Feldern beschleunigten Jonen und/oder Elektronen ausgesetzt werden. Zweckmässig werden die zu hydrophilisierenden Oberflächen aktivierten Gasionen ausgesetzt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass zusätzlich organische Verbindungen zur "Reaktion mit den Oberflächen und dem Gas gebracht werden.
Gemäss der Erfindung ist es wesentlich, dass die zu hydrophilisierende Oberfläche an einer Elektrode der Gasentladungsvorrichtung angebracht ist und dass die Oberflächentemperatur der zu hydrophilisierenden Oberfläche während der Glimmentladung zwischen 20 und 60 °Cbeträgt und auf keinen Fall die Temperatur von 100 0C überschreitet. Die an den Elektroden anliegende Spannung kann sowohl eine Gleichspannung als auch eine Wechselspannung sein und beträgt vorteilhafterweise zwischen 0,5 und 10 kV.
Was die Gasatmosphäre betrifft, so kann sie aus Sauerstoffs Stickstoff oder einem Gemisch dieser Gase bestehen. Besonders vorteilhaft ist es in dem Fall, bei dem zusätzliche organische Verbindungen nicht verwendet werden, eine Kohlendioxydatmosphäre und bei Verwendung der organischen Verbindungen eine Edelgasatmosphäre, beispielsweise aus Argon. Erfindungsgemäss
—1 —"5
weist diese Atmosphäre einen Druck von etwa 10 . bis etwa 10 Torr auf.
— 3 -
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Unter diesen Bedingungen kann die erfindungsgemässe Hydrophilisierung von Siliconkautschukoberflächen vorgenommen werden. Die Gase werden durch die anliegende Spannung ionisiert und treffen auf die zu behandelnde Oberfläche, wodurch die Molekülketten des polymeren Stoffes an der Oberfläche aufgespalten werden und mit den aktivierten Restgasen reagieren. Dadurch werden Atome bzw. Atomgruppen in den verbleibenden Polymerverband eingebaut, die eine Hydrophilisierung bewirken.
In der zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens ™ werden organische Verbindungen verwendet, die unter Einfluss des ionisierten Gases mit dem Grundmaterial reagieren. Erfindungsgemäss werden solche Verbindungen verwendet, die eine Doppelbindung sowie eine endständige funktioneile Gruppe aufweisen.
Als geeignet und vorteilhaft haben sich ungesättigte Carbon säuren, bspw. Acrylsäure oder Crotonsäure und deren Homologe erwiesen. Vorteilhaft sind auch ungesättigte Polyglykole, λ bspw. ein hydroxy lends tändiges Polyglykol, ein hydroxylendständiges Polyglykol mit Allylgruppe oder ein Ithylenpropylenglykol.
Gemäss dem erfindingsgemässen Verfahren werden die Teile mit den zu hydrophilisierenden Oberflächen in die organische Verbindung eingelagert und nach Eindiffundieren derselben der Glimmentladung unterzogen.
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Es ist auch möglich, die organische Verbindung durch Einreiben in die zu hydrophilisierende Oberfläche einzubringen oder sie in das noch nicht ausvulkanisierte Material der Teile mit den zu hydrophilisierenden Oberflächen einzuwalzen.
Da die Teile der eingelagerten organischen Stoffe, die nicht durch Einwirkung der Entladung verändert werden, bei bestimmten Gegenständen, beispielsweise Kontaktlinsen, unerwünscht sein können, ist es gemäss einem weiteren Schritt des erfindungsgemässen Verfahrens vorgesehen, nach Beendigung der Glimmentladung in der Oberfläche verbliebene Reste der organischen
Verbindung durch Einlegen der Teile in Wasser wieder zu entfernen. Weiter können die verbliebenen Reste auch durch Ausgasen, beispielsweise bei höherer Temperatur entfernt werden.
Durch dieses Verfahren werden weder die Transparenz noch die Flächenpasse der dem Verfahren unterzogenen Gegenstände
wesentlich verändert. Abgesehen von der Benetzbarkeit durch Flüssigkeiten wird ausserdem bei nach dem erfindungsgemässen Verfahren behandelten Oberflächen auch eine bessere Adhäsion von Klebern erreicht. Dadurch können Werkstoffe, bei denen dies bisher nicht ohne weiteres möglich war, in einfacher
Weise durch Verkleben miteinander verbunden werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten des erfindungsgemässen
Verfahrens werden anhand einer schematischen Darstellung
einer bekannten Anlage, die zur Durchführung des Verfahrens benutzt wird, beschrieben.
— 5 —
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Aus' einem Rezipienten 1 wird mittels einer Pumpe 2 das darin
-1 -3 befindliche Gas entfernt, bis ein Druck von etwa 10 bis Torr herrscht. Zum Einspeisen eines Gases in den Rezipienten 1 dient ein Ventil 3· Innerhalb des Rezipienten 1 befinden sich zwei Elektroden 4 und 5* die durch Hülsen 4a und 5a gegenüber dem Boden 1a des Rezipienten 1 elektrisch isoliert sind. Auf der Elektrode 4 befindet sich das Material 6, dessen Oberfläche zu hydrophilisieren ist.
Durch Anlegen einer geeigneten Gleich- oder Wechselspannung zwischen etwa 500 V und 10 kV werden die im Rezipienten 1 befindlichen Restgase ionisiert und treffen auf das an der Elektrode 4 angebrachte Material 6. Als Füllgase dienen bspw. Luft, Sauerstoff, Stickstoff oder.Kohlendioxyd. Durch das Auftreffen der energiereichen Ionen auf die Oberfläche werden die Molekülketten des Polymers aufgespalten und reagieren mit den aktivierten Restgasen. Dadurch werden Atome bzw. Atomgruppen in den verbleibenden Polymerverband eingebaut, die eine Hydrophilisierung bewirken. Besonders günstig erweist sich die Verwendung von Kohlendioxyd als Restgas. Der mit Hilfe der beschriebenen Methode erzielte Benetzungseffekt ■
sogar
ist so stark, dass bei der Randwinkelmessung/Werte von Silikatglas und besser erzielt wurden. Zum Beispiel werden bei einer unbehandelten Probe Randwinkel von 115 ° gemessen, während siebei der behandelten Probe nur 20 ° betragen. Wichtig ist die Einhaltung einer bestimmten Temperaturgrenze, wobei die Oberfläche 6 während der Behandlung auf keinen Fall heisser
- 6 309827/0962
als 100 0G werden darf, da sonst der Effekt nicht auftritt. Als optimal erweist sich ein Temperaturbereich von etwa 20 ° bis 60 0C.
Eine Modifikation des beschriebenen Verfahrens besteht in der Anwendung organischer Verbindungen, welche unter dem Einfluss der ionisierten Gase mit dem Grundmaterial 6 reagieren können. Hierbei treten ausserdem !Nebenreaktionen zwischen den ionisierten Gasen und dem Grundmaterial einerseits und den ionisierten Gasen und den einzubauenden Verbindungen andererseits auf. Der Haupteffekt wird aber im wesentlichen durch die weit höhere Konzentration der organischen Verbindungen hervorgerufen.
Vorzugsweise kommen hier solche organischen Verbindungen infrage, die eine Doppelbindung sowie eine endständige funktionelle Gruppe enthalten, bspw. ungesättigte Polyglykole wie ein hydroxylendständiges Polyglykol, ein hydroxylendständiges Polygöykol mit Allylgruppe oder ein Äthyl enpropylenglykol.
Der Vorteil dieser Substanzen liegt in ihrem relativ geringen Dampfdruck, wodurch die Gefahr eines vorzeitigen Abdampf ens während der Behandlung vermieden wird. Als weitere für den vorgesehenen Verwendungszweck sehr geeignete Organverbindungen haben sich ungesättigte Carbonsäuren herausgestellt. Als Beispiel sei hier die Acrylsäure, die Crotonsäure und deren HomoIo ge genannt.
- 7 309827/0962
PO 145 ·
Zur Vorbehandlung werden die Proben in die entsprechenden Substanzen eingelagert. Nach der Entnahme werden sie abgerieben und im trockenen Zustand in den Rezipienten der Anlage gebracht. Die in das Material eindiffundierte Substanzmenge reicht zur Erzielung einer guten hydrophilen Oberfläche vollständig aus. Da eine quantitative Umsetzung der in das Material eingebrachten Substanzen nicht erfolgt, ist es aus physiologischen Gründen vorteilhaft, diese nach der Behandlung durch längeres Einlagern in Wasser auszuwaschen. Das Einbringen der geeigneten Verbindungen in das Grundmaterial kann neben dem Einlagern noch durch Einreiben in die Oberfläche bzw. Einwalzen in das noch nicht ausvulkanisierte Ausgangsmaterial erfolgen. Äusserst vorteilhaft erfolgt das Einbringen der organischen Verbindungen in die Oberfläche durch zersetzungsfreies Vergasen im Rezipienten.
Um die schon erwähnten Nebenreaktionen mit dem Restgas zu vermeiden, ist es besonders günstig, bei Verwendung zusätzlicher organischer Verbindungen als Restgas im Rezipienten 1 ein Edelgas wie Argon zu verwenden.
Auch bei diesem abgewandelten Verfahren ist es notwendig, unter einer obersten Temperatur grenze von 100 0C an der Probenoberfläche 6 zu bleiben.
Bei dem mit dem beschriebenen Verfahren erzielten Effekt handelt es sich um einen Oberflächeneffekt, bei dem die Zeit-
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PO 145 δ
dauer und die Höhe der angelegten Spannung über die Eindringtiefe entscheiden.
Durch die geschilderten Verfahren werden weder die Transparenz noch die Flächenpasse der eingebrachten Proben wesentlich verändert. Der hydrophile Effekt der Oberfläche lässt selbst bei längerer Lagerdauer nicht nach und erfährt keine Veränderung durch mechanische Beanspruchung, beispielsweise durch Putzen oder Reiben.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann z.B. die Form des Rezipienten und die Lage der Elektroden anders gewählt werden.
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Claims (1)

  1. AGi1A-GEVAERT AKTIENGESELLSCHAFT 30. De ζ ember 1971
    10-hl-ew
    Leverkusen
    Ansprüche
    1. Verfahren zur Hydrophilisierung von Siliconkautschukoberflächen, beispielsweise der Oberflächen von Kontaktlinsen, dadurch gekennzeichnet, dass die zu hydrophilisierenden Oberflächen dem Einwirken von in elektrischen Feldern beschleunigten Ionen und/oder Elektronenausgesetzt werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu hydrophilisierenden Oberflächen aktivierten Gasionen ausgesetzt werden.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich organische Verbindungen zur Reaktion mit den Oberflächen (6) und dem Gas gebracht werden.
    4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu hydrophilisierende Oberfläche
    - 10 -
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    (6) an einer Elektrode (4-) angebracht ist.
    5. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperatur der zu hydrophilisierenden Oberfläche (6) während einer Glimmentladung zwischen 20 und 60 0C beträgt.
    6. Verfahren nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung zwischen den Elektroden (4-) und (5) zwischen 0,5 und 10 kV Gleich- oder Wechselspannung beträgt.
    7. Verfahren nach Anspruch 1 und 4- bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Gasatmosphäre Sauerstoff oder Stickstoff oder ein Gemisch derselben unter einem Druck von 10 bis
    _3
    10 Torr verwendet wird.
    8. Verfahren nach Anspruch 1 und 4- bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Gasatmosphäre Kohlendioxyd unter einem Druck
    -1 -5
    von 10 bis 10 Torr verwendet wird.
    V. Verfahren nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Gasatmosphäre ein Edelgas, beispielsweise Argon, unter einem Druck von 10" ' bis 10"^ Torr'verwendet v/ird.
    10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass als organische Verbindungen Verbindungen
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    mit; einer Doppelbindung und/oder einer endständigen funktioneilen Gruppe verwendet werden.
    11. Verfahren nach. Anspruch. 10, dadurch, gekennzeichnet, dass als organische Verbindung ein ungesättigtes Polyglykol, beispielsweise ein hydroxylenständiges Polyglykol, ein hydroxylendständiges Polyglykol mit Allkylgruppe oder ein Äthylenpropylenglyko1 verwendet \tfird.
    12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ^
    als organische Verbindung eine ungesättigte Carbonsäure, beispielsweise Acrylsäure, Crotonsäure oder deren Homologe verwendet werden.
    13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile mit den zu hydrophilisierenden Oberflächen (G) in die organische Verbindung eingelagert werden und nach Eindiffundieren derselben der Glimmentladung im Rezipienten (1) unterzogen werden. Λ
    14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Verbindung durch Einreiben in die zu hydrophilisierende Oberfläche (6) eingebracht wird.
    15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der organischen Ver-
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    bindungen in die Oberfläche (6) durch, zersetzungsfreies Vergasen im Rezipienten (1) erfolgt.
    16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Verbindung durch Einwalzen in das noch nicht ausvulkanisierte Material der Teile mit den zu hydrophilisierenden Oberflächen (6) erfolgt.
    17· Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis ^6, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung der Glimmentladung in der Oberfläche (6) verbliebene Reste der organischen Verbindung durch Einlegen der Teile in Wasser wieder entfernt werden.
    18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die im Material verbliebenen Reste durch Ausgasen entfernt werden.
    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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