DE69729376T2

DE69729376T2 - Verfahren zur herstellung von porösen polymeren unter anwendung eines porenbildendes agens

Info

Publication number: DE69729376T2
Application number: DE69729376T
Authority: DE
Inventors: Hassan Chaouk; Francis Gordon MEIJS
Original assignee: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO; Novartis AG
Current assignee: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization CSIRO; Novartis AG
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1997-03-20
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2017-03-21
Also published as: NO984479L; JP3696888B2; NO984479D0; BR9708355A; WO1997035905A1; AU716443B2; DE69729376D1; ID17807A; EP0889925A1; KR20000004975A; EP0889925B1; CN1214708A; JP2000508006A; NZ331734A; US6060530A; CA2248003A1; AU2289797A; ATE268346T1; AR006377A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von porösen Polymeren, insbesondere ein Verfahren zum Polymerisieren oder Copolymerisieren von Monomeren, die Perfluorpolyether enthalten, zur Bildung von porösen Polymeren und poröse Perfluorpolyether umfassende Polymere, die gemäß dem Verfahren erhalten werden.
In vielen Anwendungen werden poröse Polymere als vorteilhaft befunden. Der erforderliche Porösitätsgrad hängt von der Anwendung ab. Beispielsweise hängt Membranfiltration von der Verwendung von mikroporösen Polymeren zum Bewirken von Abtrennungen von verschiedenen Materialien ab. Auch makroporöse Folien von chemisch resistenten Polymeren finden ausgedehnte Anwendung als Zellteiler in Zellen für Elektrolyse oder Elektrizitätsspeicherung.
Poren können in dem Polymer während des Verfahrens zur Herstellung eines Gegenstands der gewünschten Form gebildet werden oder können nach der Herstellung in dem Gegenstand gebildet werden. Es gibt eine Vielzahl von auf dem Fachgebiet bekannter Verfahren zur Einführung von Porosität in synthetische Polymere, wie jene, beschrieben in WO 90/07575, WO 91/07687, US-A-5 244 799, US-A-5 238 613, US-A-4 799 931. Einige basieren auf einem Bohr- oder Ätzverfahren, nachdem das Polymer gebildet wurde. Somit wurden Teilchen oder elektromagnetische Strahlung hoher Energie, wie jene, die von Lasern emittiert wurde, wie in WO91/07687 beschrieben, verwendet. Diese Verfahren sind im Allgemeinen arbeitsintensiv und zeitaufwendig.
Weniger üblich kann die Porosität eine innewohnende Porosität des Polymers sein und die Porosität wird aufrecht gehalten, wenn das Polymer für eine bestimmte Anwendung in die gewünschte Gestalt geformt wird. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Porosität während der Polymerbildungsschritte eingeführt wird. Dies ist im Allgemeinen wirtschaftlich und in geeigneten Fällen kann eine gute Steuerung über die Porosität und Porengröße erreicht werden.
Auf Perfluorpolyethern basierende Polymere haben im Allgemeinen viele einzigartige und erwünschte Eigenschaften. Diese schließen Beständigkeit gegen Belagsbildung durch proteinartige und andere Materialien, außergewöhnliche Biegsamkeit, Transparenz, hohe Beständigkeit gegen Temperaturextrema und ausgesprochene chemische Beständigkeit und Oxidationsbeständigkeit ein. Diese Eigenschaften würden auf Perfluorpolyether basierende Polymere für eine Vielzahl von Anwendungen besonders geeignet machen und sie würden besonders zur Verwendung als Membranen geeignet sein, wenn Verfahren für die wirtschaftliche Einführung von Porosität verfügbar wären. Tatsächlich gab es einen lange bestehenden Bedarf für Membranmaterialien mit den vorstehend genannten Eigenschaften. Auf Polytetrafluorethylen basierende (PTFE) Membranmaterialien stellen eine teilweise Lösung für diesen Bedarf dar. Jedoch leiden im Gegensatz zu auf Perfluorpolyether basierenden Polymeren, die leicht gehärtet und durch in-situ-Polymerisation zu Gegenständen geformt werden können, auf PTFE-basierende Materialien unter dem Nachteil, schwieriger hergestellt und zu Gegenständen gefertigt zu werden. Außerdem ergeben Verstreckverfahren, wie jene, beschrieben in US-A-3 953 566 (Gore), einen etwas begrenzten Bereich von Größe und Form der Porositäten und sind schwierig zu steuern.
Aufgrund der vorstehend erwähnten Eigenschaften sind die auf Perfluorpolyether basierenden Polymere sehr erwünschte Materialien für Kontaktlinsen und andere ophthalmische Vorrichtungen, (US-A-4 440 918, US-A-4 818 801); wenn solche Ma terialien porös hergestellt werden könnten, um Übertragung von Tränenflüssigkeiten oder Nährmitteln zu erlauben, würde deren Anwendbarkeit beträchtlich verstärkt werden.
Trotz der augenscheinlich potenziellen Vorteile dieser Materialien, sind poröse Perfluorpolyetherpolymere früher nicht verfügbar gewesen.
In bestimmten Polymeren kann Porosität ein sich durchdringendes Netzwerk von Löchern, geschlossenen Zellen oder einer Kombination davon sein. Dies kann durch Polymerisation in Gegenwart eines unlöslichen Materials, häufig als ein Porogen bezeichnet, erreicht werden. Anschließendes Auslaugen des Porogens ergibt Zwischenräume durch das gesamte gebildete Polymermaterial. Natriumchlorid ist ein solches Material, das verwendet wurde. Ein Nachteil von diesem Verfahren ist die Schwierigkeit des Stabilisierens der Suspension von Porogen in dem Polymerisationsgemisch. Instabile Suspensionen können zu einem inhomogenen und nicht annehmbaren Produkt führen. In vielen Fällen ist eine umfangreiche Optimierung der Viskosität des Systems und der Art des Porogens erforderlich, um ein befriedigendes Ergebnis zu erhalten. Außerdem ist das Verfahren bezüglich der Verfügbarkeit von Porogenen, die zum Einführen der gewünschten Bereiche von Porengrößen geeignet sind, begrenzt.
Ein zweckmäßiges und vielseitiges Verfahren zum Gewinnen von porösen Materialien ist die Polymerisation von miteinander kontinuierlichen Mikroemulsionen. Mikroemulsionspolymerisation beinhaltet die Polymerisation eines stabilen isotropen Gemisches einer Ölphase und einer durch Tenside stabilisierten Wasserphase. Die Ölphase enthält im Allgemeinen das polymerisierbare Monomer, das um entweder die zusammenhängenden Tröpfchen der durch die Tenside stabilisierten Wasserphase oder um eine miteinander kontinuierliche Wasserphase herum polymerisiert. Typischerweise werden keine organische Lösungsmittel in der Wasserphase angewendet.
Bekanntlich besitzen Fluorchemikalien, wie Perfluorpolyether, ungewöhnliche Eigenschaften in ihrer Wechselwirkung mit anderen Substanzen. Eine ungewöhnlich niedrige Oberflächenenergie ist eine solche Eigenschaft. Eine weitere Eigenschaft ist eine niedrige Löslichkeit in vielen Lösungsmitteln, insbesondere Wasser. Die niedrige Oberflächenenergie und geringe Neigung, an vielen üblichen Materialien zu absorbieren, ist zum Teil für deren außergewöhnliche Beständigkeit gegen Verstopfen und Abbau und für die Verwendbarkeit von Fluorpolymeren in nicht klebrigen und verschmutzenden resistenten Anwendungen verantwortlich. Eine weitere Folge von niedriger Oberflächenenergie und Löslichkeit für Fluorchemikalien ist, dass stabile Emulsionen und Mikroemulsionen in wässrigen und anderen üblichen Medien sehr schwierig zu erzielen sind. Beispielsweise sind auf dem Fachgebiet gut bekannte Standardtenside beim Stabilisieren von Perfluorpolyether enthaltenden wässrigen Mikroemulsionen uneffektiv. Folglich sind Standardverfahren zur Herstellung von Mikroemulsionen für auf Perfluorpolyether basierende Monomere uneffektiv.
Wir haben nun ein reproduzierbares und stabiles Verfahren für die Herstellung von auf Perfluorpolyether basierenden porösen Polymeren gefunden. Dies ermöglicht es, diese hoch stabilen und resistenten Materialien in poröser Form nutzen. Folglich wird ein Verfahren zum Herstellen eines porösen Polymers bereitgestellt, umfassend die Schritte von:

1) Dispergieren eines Porogens in einer kontinuierlichen Monomerkomponentenphase, wobei die kontinuierliche Monomerkomponentenphase mindestens ein Monomer mit mindestens einer Perfluorpolyethereinheit umfasst und wobei das Porogen ein gegebenenfalls substituiertes Poly(alkylen)glycol darstellt;
2) anschließend Polymerisieren der kontinuierlichen Monomerphase und
3) Entfernen des Porogens aus dem porösen Polymer.

Die polymerisierbare Komponente schließt mindestens ein Makromonomer mit mindestens einer Perfluorpolyethereinheit ein. Dem Fachmann wird geläufig sein, dass die Begriffe "Perfluorpolyethereinheit" und "PFPE-Einheit" vorzugsweise die Einheit der Formel FPFE -OCH₂OF₂O(CF₂CF₂O)_x(CF₂O)_yCF₂CH₂O- (PFPE)bedeuten, worin die Einheiten CF₂CF₂O- und CF₂O statistisch verteilt oder als Blöcke über die gesamte Kette verteilt sein können und worin x und y die gleichen oder verschieden sein können, sodass das Molekulargewicht des perfluorierten Polyethers im Bereich von 242 bis 4 000 liegt.
Vorzugsweise liegt x in der Formel (PFPE) im Bereich von 0 bis 20, bevorzugter im Bereich von 8 bis 12 und y liegt im Bereich von 0 bis 25, bevorzugter im Bereich von 10 bis 14. Bevorzugter sind x und y in Formel (PFPE) beide von Null verschieden, sodass x im Bereich von 1 bis 20, bevorzugter im Bereich von 8 bis 12, liegt und y im Bereich von 1 bis 25, bevorzugter im Bereich von 10 bis 14, liegt.
Bevorzugte Makromonomere mit mindestens einer Perfluorpolyethereinheit schließen ein, sind jedoch nicht begrenzt auf jene der Formel I, II und III, wie anschließend ausgewiesen: Makromonomere der Formel (I): Q-(PFPE-L)_n1-PFPE-Q (I)Makromonomere der Formel (II): Q-B-(L-B)_n-T (II)und Makromonomere der Formel (III): Q-PFPE-L-M-L-PFPE-Q (III)wobei in diesen Formeln Q gleich oder verschieden sein kann und eine polymerisierbare Gruppe darstellt,
PFPE einen zweiwertigen Rest der Formel (PFPE) wie hierin vorstehend definiert, darstellt,
L eine difunktionelle Bindungsgruppe darstellt;
n mindestens 1 ist;
in Makromonomeren der Formel (II) jedes B gleich oder verschieden sein kann und einen difunktionellen Block des Mo lekulargewichts im Bereich von 100 bis 4 000 darstellt und mindestens ein B einen perfluorierten Polyether der Formel (PFPE) darstellt;
in Makromonomeren der Formel (II) T eine einwertige Endgruppe darstellt, die nicht durch freie Radikale polymerisierbar ist, die jedoch andere Funktionalität enthalten kann; und
in Makromonomeren der Formel (III) M einen Rest von einem difunktionellen Polymer oder Copolymer, umfassend wiederkehrende Silicon-Einheiten der Formel IV mit einem Molekulargewicht vorzugsweise im Bereich von 180 bis 6 000 und wie nachstehend beschriebener Endfunktionalität
worin R¹ und R² gleich oder verschieden sein können und aus der Gruppe, bestehend aus Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Halogen-substituiertem Alkyl und dergleichen, ausgewählt sind, darstellt. R¹ und R² sind vorzugsweise Methyl.
In Formeln (I), (II) und (III) ist es bevorzugt, dass n im Bereich von 1 bis 5 liegt, bevorzugter liegt n im Bereich von 1 bis 3. Makromonomere, worin n 1 ist, sind besonders bevorzugt.
Q ist eine polymerisierbare Gruppe, die vorzugsweise eine ethylenisch ungesättigte Einheit umfasst, die in die freie radikalische Polymerisationsreaktion eintreten kann. Vorzugsweise ist Q eine Gruppe der Formel A P₁-(Y)_m-(R'-X₁)_p- (A)worin Pi eine freie radikalisch polymerisierbare Gruppe darstellt;
Y -CONHCOO-, -CONHCONH-, -OCONHCO-, -NHCONHCO-, -NHCO-, -CONH-, NHCONH-, -COO-, -OCO-, -NHCOO- oder -OCONH- darstellt;
m und p unabhängig voneinander 0 oder 1 sind;
R' einen zweiwertigen Rest einer organischen Verbindung mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen darstellt;
X₁ -NHCO-, -CONH-, -NHCONH-, -COO-, -OCO-, -NHCOO- oder -OCONH- darstellt.
A eine freie radikalisch polymerisierbare Gruppe P₁ darstellt, beispielsweise Alkenyl, Alkenylaryl oder Alkenylarylenalkyl mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen. Beispiele für Alkenyl sind Vinyl, Allyl, 1-Propen-2-yl, 1-Buten-2-, -3- und -4-yl, 2-Buten-3-yl und die Isomeren von Pentenyl, Hexenyl, Octenyl, Decenyl und Undecenyl. Beispiele für Alkenylaryl sind Vinylphenyl, Vinylnaphthyl oder Allylphenyl. Ein Beispiel für Alkenylarylenalkyl ist o-, m-, oder p-Vinylbenzyl.
P₁ ist vorzugsweise Alkenyl oder Alkenylaryl mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt Alkenyl mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen, insbesondere Alkenyl mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen.
Y ist vorzugsweise -COO-, -OCO-, -NHCONH-, -NHCOO-, -OCONH-, NHCO- oder -CONH-, besonders bevorzugt -COO-, -OCO-, NHCO- oder -CONH-, und insbesondere -COO- oder -OCO-.
X₁ ist vorzugsweise -NHCONH-, -NHCOO- oder -OCONH-, besonders bevorzugt -NHCOO- oder OCONH-.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Indizes m und p nicht gleichzeitig Null. Wenn p Null ist, ist m vorzugsweise 1.
R' ist vorzugsweise Alkylen, Arylen, eine gesättigte zweiwertige cycloaliphatische Gruppe mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen, Arylenalkylen, Alkylenarylen, Alkylenarylenalkylen oder Arylenalkylenarylen.
Vorzugsweise ist R' ein zweiwertiger Rest mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt ein zweiwertiger Rest mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist R' weiterhin Alkylen oder Arylen mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform von R' ist Niederalkylen, insbesondere Niederalkylen mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen.
Es ist besonders bevorzugt, dass Q ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Acryloyl, Methacryloyl, Styryl, Acrylamido, Acrylamidoalkyl, Harnstoffmethacrylat oder beliebig substituierten Derivaten davon. Besonders bevorzugt ist Q eine Verbindung der Formel A, worin P₁ Alkenyl mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen darstellt, Y -COO- darstellt, R' Alkylen mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen darstellt, X₁-NHCOO darstellt und m und p jeweils eins sind.
Die Bindungsgruppe L kann einen zweiwertigen Rest von beliebiger difunktioneller Einheit darstellen, der mit Hydroxyl reagieren kann. Geeignete Vorstufen zu L sind α,ω-Diepoxide, α,ω-Diisocyanate, α,ω-Diisothiocyanate, α,ω-Diacylhalogenide, α,ω-Dithioacylhalogenide, α,ω-Dicarbonsäuren, α,ω-Dithiocarbonsäuren, α,ω-Dianhydride, α,ω-Dithioisocyanate, α,ω-Dilactone, α,ω-Dialkylester, α,ω-Dihalogenide, α,ω-Dialkylether, α,ω-Dihydroxymethylamide. Es ist bevorzugt, dass die Bindungsgruppe einen zweiwertigen Rest (-C(O)-NH-R-NH-C(O)-) eines Diisocyanats oder den entsprechenden Rest eines Dithioisocyanats darstellt, worin R einen zweiwertigen organischen Rest mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen darstellt.
Der zweiwertige Rest R ist beispielsweise Alkylen, Arylen, Alkylenarylen, Arylenalkylen oder Arylenalkylenarylen mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen, eine gesättigte zweiwertige cycloaliphatische Gruppe mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen oder Cycloalkylenalkylencycloalkylen mit 7 bis 20 Kohlenstoffatomen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist R Alkylen, Arylen, Alkylenarylen, Arylenalkylen oder Arylenalkylenarylen mit bis zu 14 Kohlenstoffatomen oder eine gesättigte zweiwertige cycloaliphatische Gruppe mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist R Alkylen oder Arylen mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen oder eine gesät tigte zweiwertige cycloaliphatische Gruppe mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist R Alkylen oder Arylen mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen oder eine gesättigte zweiwertige cycloaliphatische Gruppe mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen.
In einer besonders bevorzugten Bedeutung ist R ein von Diisocyanat abgeleiteter Rest, beispielsweise von Hexan-1,6-diisocyanat, 2,2,4-Trimethylhexan 1,6-Diisocyanat, Tetramethylendiisocyanat, Phenylen-1,4-diisocyanat, Toluol-2,4-diisocyanat, Toluol-2,6-diisocyanat, m- oder p-Tetramethylxyloldiisocyanat, Isophorondiisocyanat oder Cyclohexan-1,4-diisocyanat.
Aryl ist ein carbocyclischer aromatischer Rest, der unsubstituiert oder vorzugsweise mit Niederalkyl oder Niederalkoxy substituiert ist. Beispiele sind Phenyl, Tolyl, Xylyl, Methoxyphenyl, t-Butoxyphenol, Naphthyl und Phenanthryl.
Arylen ist vorzugsweise Phenylen oder Naphthylen, das unsubstituiert ist oder mit Niederalkyl oder Niederalkoxy substituiert ist, insbesondere 1,3-Phenylen, 1,4-Phenylen oder Methyl-1,4-phenylen, 1,5-Naphthylen oder 1,8-Naphthylen.
Eine gesättigte zweiwertige cycloaliphatische Gruppe ist vorzugsweise Cycloalkylen, beispielsweise Cyclohexylen oder Cyclohexylen(niederalkylen), beispielsweise Cyclohexylenmethylen, das unsubstituiert oder mit einer oder zwei Niederalkylgruppen substituiert ist, beispielsweise Methylgruppen, zum Beispiel Trimethylcyclohexylenmethylen, beispielsweise der zweiwertige Isophoronrest.
Für die erfindungsgemäßen Zwecke bedeutet der Begriff "nieder" in Verbindung mit Resten und Verbindungen, sofern nicht anders ausgewiesen, insbesondere Reste oder Verbindungen mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen.
Niederalkyl hat insbesondere bis zu 8 Kohlenstoffatome, vorzugsweise bis zu 4 Kohlenstoffatome, und ist beispielsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, tert-Butyl, Pentyl, Hexyl oder Isohexyl.
Alkylen hat bis zu 12 Kohlenstoffatome und kann geradkettig oder verzweigt sein. Geeignete Beispiele sind Decylen, Octylen, Hexylen, Pentylen, Butylen, Propylen, Ethylen, Methylen, 2-Propylen, 2-Butylen, 3-Pentylen und dergleichen.
Niederalkylen ist Alkylen mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt bis zu 4 Kohlenstoffatomen. Besonders bevorzugte Bedeutungen von Niederalkylen sind Propylen, Ethylen und Methylen.
Die Aryleneinheit in Alkylenarylen oder Arylenalkylen ist vorzugsweise Phenylen, unsubstituiert oder substituiert mit Niederalkyl oder Niederalkoxy und die Alkyleneinheit darin ist vorzugsweise Niederalkylen, wie Methylen oder Ethylen, insbesondere Methylen. Diese Reste sind deshalb vorzugsweise Phenylenmethylen oder Methylenphenylen.
Niederalkoxy hat insbesondere bis zu 8 Kohlenstoffatome, vorzugsweise bis zu 4 Kohlenstoffatome und ist beispielsweise Methoxy, Ethoxy, Propoxy, Butoxy, tert-Butoxy oder Hexyloxy.
Arylenalkylenarylen ist vorzugsweise Phenylen(niederalkylen)phenylen mit bis zu 8, insbesondere bis zu 4 Kohlenstoffatomen in der Alkyleneinheit, beispielsweise Phenylenethylenphenylen oder Phenylenmethylenphenylen.
Einige Beispiele für bevorzugte Diisocyanate, von denen zweiwertige Reste L abgeleitet sind, schließen Trimethylhexamethylendiisocyanat (TMHMDI), Isophorondiisocyanat (IPDI), Methylendiphenyldiisocyanat (MDI) und 1,6-Hexamethylendiisocyanat (HMDI) ein.
Die Blöcke B können monomer, oligomer oder polymer sein. Die Molekulargewichte und chemische Zusammensetzung von jedem Block B können die gleichen oder verschieden sein, vorausgesetzt, dass sie in den vorstehend ausgewiesenen Molekulargewichtsbereich fallen. Die Blöcke B können hydrophob oder hydrophil sein, vorausgesetzt, dass mindestens einer der Blö cke der Formel (PFPE) vorliegt. Andere geeignete Blöcke B können von Poly(alkylenoxiden) abgeleitet sein. Wenn einer oder mehrere der Blöcke B hydrophil ist, sind diese Blöcke besonders bevorzugt abgeleitet von Poly(alkylenoxiden), bevorzugter von Poly(niederalkylenoxiden), besonders bevorzugt von den Polyethylenglycolen. Es ist besonders bevorzugt, dass die Blöcke B ausgewählt sind aus Blöcken der Formel (PFPE) und Poly(alkylenoxiden), vorausgesetzt, dass mindestens einer der Blöcke die Formel (PFPE) aufweist. In zwei sehr bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung gibt es zwei Blöcke B in einem Makromonomer der Formel II, welche entweder beide die Formel (PFPE) aufweisen, oder einer davon die Formel (PFPE) aufweist, während der andere von einem Poly(alkylenoxid), vorzugsweise einem Poly(niederalkylenoxid), besonders bevorzugt von Polyethylenglycolen abgeleitet ist. "Abgeleitet von einem Poly(alkylenoxid)" im Zusammenhang der Definition der Blöcke B bedeutet, dass ein solcher Block B sich von einem Poly(alkylenoxid) dahingehend unterscheidet, dass die zwei endständigen Wasserstoffatome von solchem Poly(alkylenoxid) abstrahiert wurden. Um dies beispielhaft anzuführen, bedeutet B, falls von einem Polyethylenglycol, abgeleitet -(OCH₂CH₂)_aO-, worin a der Index ist, der die Zahl oder wiederkehrenden Ethylenoxygruppen ausweist.
Die endständige Gruppe T ist eine einwertige endständige Gruppe, die nicht durch freie Radikale polymerisierbar ist, die jedoch andere Funktionalität enthalten kann. Bevorzugte endständige Gruppen sind Wasserstoff, Alkyl, substituiertes Alkyl, Aryl oder substituiertes Aryl. Bevorzugtere Gruppen T sind Wasserstoff, Niederalkyl und Phenyl.
Geeignete Substituenten für Q oder T können ausgewählt sein aus: Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Aryl, Halogen, Halogenalkyl, Halogenalkenyl, Halogenalkinyl, Halogenaryl, Hydroxy, Alkoxy, Alkenyloxy, Aryloxy, Halogenalkoxy, Halogenalkenyloxy, Halogenaryloxy, Amino, Alkylamino, Alkenylamino, Alkinylamino, Arylamino, Acyl, Aroyl, Alkenylacyl, Arylacyl, Acylamino, Al kylsulfonyloxy, Arylsulfenyloxy, Heterocyclyl, Heterocyclyloxy, Heterocyclylamino, Halogenheterocyclyl, Alkoxycarbonyl, Alkylthio, Alkylsulfonyl, Arylthio, Arylsulfonyl, Aminosulfonyl, Dialkylamino und Dialkylsulfonyl mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen.
Das difunktionelle Polymer, von dem M abgeleitet ist, enthält eine unabhängig ausgewählte endständige Funktionalität an jedem Ende, die mit der Vorstufe der Bindungsgruppe L reagieren kann, sodass eine kovalente Bindung gebildet wird. Die bevorzugte endständige Funktionalität ist Hydroxyl oder Amino. Solche Funktionalität kann an die Siloxaneinheiten in M mit Hilfe einer Alkylengruppe oder anderem nicht reaktiven Abstandshalter gebunden sein. Bevorzugte endständige Einheiten, sind Hydroxyalkyl, Hydroxyalkoxyalkyl und Alkylamino. Besonders bevorzugte Hydroxyalkyle sind Hydroxypropyl und Hydroxybutyl; besonders bevorzugte Hydroxyalkoxyalkyle sind Hydroxyethoxyethyl und Hydroxyethoxypropyl. Bevorzugte Gruppen R¹ und R² sind Methyl.
Bevorzugte Reste M in Formel III, wie vorstehend ausgewiesen, sind von Formel B
worin n eine ganze Zahl von 5 bis 100 ist, Alk Alkylene mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen, nicht unterbrochen oder unterbrochen durch Sauerstoff, darstellt; die Reste R₁, R₂, R₃ und R₄, unabhängig voneinander Alkyl, Aryl oder Halogen-substituiertes Alkyl darstellen und X₃ -O- oder -NH- darstellt.
In einer bevorzugten Bedeutung ist n eine ganze Zahl von 5 bis 70, besonders bevorzugt 8 bis 50, insbesondere 10 bis 28.
In einer bevorzugten Bedeutung sind die Reste R₁, R₂, R₃ und R₄ unabhängig voneinander Niederalkyl mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt Niederalkyl mit bis zu 4 Koh lenstoffatomen, insbesondere Niederalkyl mit bis zu 2 Kohlenstoffatomen. Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform von R₁, R₂, R₃ und R₄ ist Methyl.
Alkylen, unterbrochen durch Sauerstoff, ist vorzugsweise Niederalkylen-oxy-niederalkylen mit bis zu 6 Kohlenstoffatomen in jeder der zwei Niederalkyleneinheiten, bevorzugter Niederalkylen-oxy-niederalkylen mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen in jeder der zwei Niederalkyleneinheiten, wobei Beispiele Ethylen-oxy-ethylen oder Ethylen-oxy-propylen darstellen.
Halogen substituiertes Alkyl ist vorzugsweise Niederalkyl, substituiert mit einem oder mehreren, insbesondere bis zu 3 Halogenatomen, wie Fluor, Chlor oder Brom, wobei Beispiele Trifluormethyl, Chlormethyl, Heptafluorbutyl oder Bromethyl sind.
Ein bevorzugtes Makromonomer ist von der Formel I, worin n im Bereich von 2 bis 5 liegt, L einen zweiwertigen Rest (-C(O)-NH-R-NH-C(O)-) eines Diisocyanats darstellt, worin R Alkylen, Arylen, Alkylenarylen, Arylenalkylen oder Arylenalkylenarylen mit bis zu 14 Kohlenstoffatomen oder eine gesättigte zweiwertige cycloaliphatische Gruppe mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen darstellt und Q eine Verbindung der Formel A ist, worin P₁ Alkenyl mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen darstellt, Y -COO- darstellt, R' Alkylen mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen darstellt, X₁ -NHCOO- darstellt und m und p jeweils eins sind.
Ein bevorzugtes Makromonomer der Formel I ist jenes, worin n im Bereich von 2 bis 5 liegt, L einen zweiwertigen Rest, abgeleitet von Trimethylhexamethylendiisocyanat (TMHMDI), darstellt und Q den Rest, abgeleitet von Methacrylsäureisocyanatethylester, darstellt.
Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung ist auf ein Makromonomer der Formel 1 gerichtet: CH₂=C(CH₃)COOC₂H₄NHCO-(-PFPE-CONH-R-NHCO-)_n–1-PFPE- CONHC₂H₄OCOC(CH₃)=CH₂ (Formel 1),worin PFPE ein perfluorierter Polyether der Formel (PFPE) wie hierin definiert ist, worin x im Bereich von 8 bis 10 liegt und y im Bereich von 10 bis 14 liegt, n > 1,0, und R Alkylen oder Arylen mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen oder eine gesättigte zweiwertige cycloaliphatische Gruppe mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen darstellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Makromonomer der Formel 2 bereitgestellt: CH₂=C(CH₃)COOC₂H₄NHCO-(-PFPE-CONH-R-NHCO-)_n–1-PFPE- CONHC₂H₄OCOC(CH₃)=CH₂ (Formel 2),worin PFPE ein perfluorierter Polyether der Formel (PFPE) wie hierin definiert ist, n > 1,0, R die Trimethylhexamethylenkomponente von TMHMDI darstellt und worin x im Bereich von 8 bis 10 liegt und y im Bereich von 10 bis 14 liegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Makromonomere der Formel II bereitgestellt, die Formeln 3 bis 6 entsprechen CH₂=C(CH₃)COOC₂H₄NHCO-PFPE-CONH-R-NHCO-PFPE-H (3) CH₂=C(CH₃)COOC₂H₄NHCO-PEG-CONH-R-NHCO-PFPE-H (4) CH₂=C(CH₃)COOC₂H₄NHCO-PFPE-CONH-R-NHCO-PEG-CH₃ (5) CH₂=C(CH₃)COOC₂H₄NHCO-PFPE-CONH-R-NHCO-PEG-H (6),worin PFPE Formel (PFPE) darstellt, worin x und y wie hierin vorstehend definiert sind, R Alkylen, Arylen, Alkylenarylen, Arylenalkylen oder Arylenalkylenarylen mit bis zu 14 Kohlenstoffatomen oder eine gesättigte zweiwertige cycloaliphatische Gruppe mit 6 to 14 Kohlenstoffatomen darstellt und PEG von Polyethylenglycol abgeleitet ist. Vorzugsweise weist PEG ein Molekulargewicht im Bereich von 200 bis 2 000 auf.
In einer bevorzugteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Makromonomere der Formeln 7 bis 10 bereitgestellt CH₂=C(CH₃)COOC₂H₄NHCO-PFPE-CONH-R-NHCO-PFPE-H (7) CH₂=C(CH₃)COOC₂H₄NHCO-PEG-CONH-R-NHCO-PFPE-H (8) CH₂=C(CH₃)COOC₂H₄NHCO-PFPE-CONH-R-NHCO-PEG-CH₃ (9) CH₂=C(CH₃)COOC₂H₄NHCO-PFPE-CONH-R-NHCO-PEG-H (10)worin PFPE die Formel (PFPE) darstellt, worin x und y wie hierin vorstehend definiert sind, worin R die Trimethylhe xamethylenkomponente von TMHMDI darstellt und PEG von Polyethylenglycol abgeleitet ist. Vorzugsweise hat PEG ein Molekulargewicht im Bereich von 200 bis 2 000. Es ist in dieser Ausführungsform auch bevorzugt, dass x 10 ist und y 12 ist.
Ein bevorzugtes Makromonomer der Formel III ist jenes, worin das Molekulargewicht des perfluorierten Polyethers im Bereich von 800 bis 4 000 liegt, L den zweiwertigen von Trimethylhexamethylendiisocyanat (TMHMDI) abgeleiteten Rest darstellt und Q den von Methacrylsäureisocyanatethylester abgeleiteten Rest darstellt. Es ist besonders bevorzugt, dass das Molekulargewicht des perfluorierten Polyethers etwa 2 000 ist und das Molekulargewicht von M etwa 1 000 ist.
Ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Makromonomer ist von Formel 11: CH₂=C(CH₃)-COO-C₂H₄-NHCO-PFPE-CONH-R-NHCO- OCH₂CH₂CH₂-Si(CH₃)₂-(OSi(CH₃)₂)₁₁-CH₂CH₂CH₂O-CONH-R- NHCO-PFPE-CONH-C₂H₄-OCO-C(CH₃)=CH₂ (11)worin PFPE Formel (PFPE) darstellt, und R die Trimethylhexamethylenkomponente von TMHMDI (Trimethylhexamethylendiisocyanat) darstellt und worin x 10 ist und y 12 ist.
Die polymerisierbare Komponente umfasst mindestens ein Makromonomer mit mindestens einer Perfluorpolyethereinheit. Andere Comonomere können verwendet werden, um verwendbare Eigenschaften in dem porösen Polymer bereitzustellen, wie Vernetzungsmittel und andere von den vorstehend beschriebenen Makromonomeren. Geeignete Comonomere können auch Comonomere einschließen, die ein oder mehrere ethylenisch ungesättigte Gruppen umfassen, die zur Bildung eines Copolymers in die Reaktion eintreten können. Es ist bevorzugt, dass die ethylenisch ungesättigte Gruppe aus der Gruppe, bestehend aus Acry-loyl, Methacryloyl, Styryl, Acrylamido, Acrylamidoalkyl, Harnstoffmethacrylat oder beliebigen substituierten Derivaten davon ausgewählt ist. Geeignete Comonomere schließen Fluor und Silizium enthaltende Alkylacrylate und hydrophile Comonomere, die aus dem breiten Bereich der für den Fachmann verfügbaren Materialien ausgewählt werden können und Gemische davon ein. Besonders bevorzugte Comonomere schließen Acrylsäuredihydroperfluoralkylester, wie Acrylsäuredihydroperfluoroctylester und Acrylsäure-1,1-dihydroperfluorbutylester, Acrylsäuretrihydroperfluoralkylester, Acrylsäuretetrahydroperfluoralkylester, Methacrylsäure- oder Acrylsäuretris(trimethylsilyloxy)propylester und Amin enthaltende Comonomere, wie Methacrylsäure-N,N-dimethylaminoethylester, N,N-Dimethylacrylamid und N,N-Dimethylaminoethylacrylamid, ein. Andere geeignete Comonomere können eine breite Vielzahl von Makromonomeren, wie Vinyl endständige Polymethylmethacrylatoligomere und Polydimethylsiloxane, beendet mit ethylenisch ungesättigten Gruppen, einschließen. Falls verwendet, ist es bevorzugt, dass die Comonomere in der Polymerisationskomponente in einer Menge von 1 bis 60 Gewichtsprozent der Polymerisationskomponente, besonders bevorzugt 2 bis 40%, vorliegen.
Copolymere können aus Gemischen von Makromonomeren der Formeln (I), (II) und (III) mit oder ohne andere Comonomere gebildet werden. Andere Makromonomere (monofunktionell oder difunktionell) können auch mit oder ohne weitere Comonomere eingearbeitet werden.
Ein Vernetzungsmittel, wie Ethylenglycoldimethycrylat, kann gegebenenfalls zugegeben werden.
Wenn die polymerisierbare Komponente ethylenisch ungesättigte Monomere umfasst, kann die Polymerisation durch ionisierende Strahlung, fotochemisch oder thermisch, unter Verwendung eines freien Radikalstarters gestartet werden. Es ist bevorzugt, einen freien Radikalstarter, wie Benzoinmethylether, Darocur, Azobisisobutyronitril, Benzoylperoxid, Peroxydicarbonate und dergleichen, anzuwenden. Besonders bevorzugte fotochemische freie Radikalstarter sind Benzoinmethylether und Darocur 1173 (eingetragene Handelsmarke von Ciba-Geigy AG). Freie Radikale können aus dem Starter durch thermische oder fotochemische Mittel gebildet werden; Redoxstart kann auch angewendet werden.
Porogene zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung können aus dem Bereich von gegebenenfalls substituierten (das heißt unsubstituierten oder substituierten) Poly(alkylen)glycolen, vorzugsweise jene mit bis zu 7 Kohlenstoffatomen in jeder Alkyleneinheit, die gleich oder verschieden sein können, ausgewählt sein. Unsubstituierte Poly(alkylen)glycole sind bevorzugt. Vorzugsweise ist das Porogen ein oder mehrere Po-ly(niederalkylen)glycol, worin Niederalkylen in diesem Zusammenhang Alkylen mit bis zu 6 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise bis zu 4 Kohlenstoffatomen, in jeder Alkyleneinheit bedeutet. Wir haben Polypropylenglycole als besonders bevorzugte Porogene in dem erfindungsgemäßen Verfahren gefunden. Die Porogene können von variierendem Molekulargewicht sein und sind vorzugsweise weniger als 4 000 im Molekulargewicht, bevorzugter auch weniger als 1 000 im Molekulargewicht. Wir haben es als bevorzugt gefunden, dass das Porogen bei Raumtemperatur flüssig ist. Substituierte Poly(alkylen)glycole schließen natürlich Poly(alkylen)glycole ein, wobei eine oder zwei Hydroxygruppen durch eine Ethergruppe, beispielsweise eine Niederalkoxygruppe, oder eine Estergruppe, beispielsweise eine Niederalkylcarbonyloxygruppe, ersetzt wurden, sodass ein substituiertes Poly(alkylen)glycol, vorzugsweise durch einen Mono-poly(alkylen)glycol-ether, einen Di-poly(alkylen)glycolether, einen Mono-poly(alkylen)glycolester, einen Di-poly(alkylen)glycolester oder einen Poly(alkylen)glycol-monoether-monoester wiedergegeben werden kann.
Obwohl Polypropylenglycol besonders bevorzugt ist, können auch andere Polyalkylenglycole, wie Polyethylenglycole, verwendet werden.
Die polymerisierbare Komponente kann mit dem Porogen und anderen wahlweisen Komponenten durch beliebige geeignete Mittel vermischt werden. Beispielsweise kann die polymerisierbare Komponente mit dem Porogen und anderen wahlweisen Komponenten durch Schütteln oder Rühren vermischt werden. Die Reihenfolge, in der die Komponenten zu dem Gemisch gegeben wer den, ist nicht sehr kritisch. Das Gemisch kann in Form einer homogenen Lösung vorliegen oder kann das Porogen als eine getrennte Phase aufweisen.
Geringe Mengen der die Eigenschaft modifizierenden Komponenten können gegebenenfalls zu dem Gemisch vor der Polymerisation gegeben werden. Beispielsweise können Lösungsmittel zugegeben werden. Geeignete Lösungsmittel schließen kurzkettige Alkohole, Amine oder Ether, sowie Essigsäureethylester, Dimethylformamid, Wasser und fluorierte Alkohole ein. In den meisten Fällen werden solche Lösungsmittel zum Vermindern der Viskosität der Lösung oder zur Herstellung der Lösung, um sie leichter zu dosieren, beispielsweise in Formen, zugegeben.
Tenside, vorzugsweise fluorierte Tenside, können in das Gemisch eingearbeitet werden. Die Verwendung von Tensiden ist ein wirksames Mittel zum Steuern der Größe und Dichte der Poren.
Nichtionische Fluor enthaltende Tenside sind bevorzugt. Besonders bevorzugte Tenside schließen kommerziell erhältliche fluorierte Tenside, wie Zonyl (DuPont) und Fluorad (3 M), ein. Zonyl FS300 (DuPont), das aus einem perfluorierten hydrophoben Schwanz und einer hydrophilen Poly(ethylenoxid)-Kopfgruppe hergestellt ist, ist ein besonders bevorzugtes Tensid zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Ein weiterer Verbindungstyp, der als ein Tensid im Zusammenhang mit dieser Erfindung wirken kann, sind Makromonomere der wie hierin offenbarten Formel II. Diese Verbindungen werden genauer in der internationalen Patentanmeldung Nummer PCT/EP96/01256 offenbart.
Das Gemisch kann durch beliebiges geeignetes Verfahren, im Allgemeinen wie vorstehend mit Bezug auf den Start der polymerisierbaren Komponente beschrieben, polymerisiert werden. Geeignete Polymerisationsbedingungen werden dem Fachmann klar sein. Beispielsweise können Temperaturen im Bereich von –100 bis 350°C liegen und Drücke können im Bereich von unteratmosphärisch bis oberatmosphärisch sein.
Der Begriff "ein wesentlicher Anteil des Porogens, der in Form einer diskreten Phase verbleibt" bedeutet, dass es natürlich zur Bildung von entweder einem sich durchdringenden Netzwerk oder einer Dispersion ausreichend Porogen gibt. Dem Fachmann ist geläufig, dass in Abhängigkeit von der Polymerisationskomponente und dem Porogen ein Anteil von Porogen absorbiert oder in der Polymerisationskomponente und schließlich in dem porösen Polymer zurückgehalten werden kann. Typischerweise sind mehr als 60% des Porogens in Form einer diskreten Phase unmittelbar nach Polymerisation. Es ist bevorzugt, dass mehr als 80% des Porogens in Form einer diskreten Phase, bevorzugter mehr als 95% des Porogens in Form einer diskreten Phase vorliegen.
Es ist besonders bevorzugt, dass das Porogen ein sich durchdringendes Netzwerk in der Polymerisationskomponente bildet, was zu dem porösen Polymer mit einer netzartigen porösen Morphologie führt. Die netzartige poröse Morphologie kann eine offenzellige, schwammartige Struktur, bestehend aus miteinander verbundenem Polymerkugelteilchen, sein oder kann eine offenzellige Struktur mit einer Anordnung von sich miteinander im Allgemeinen verbundenen kugelförmigen Poren aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das poröse Polymer in Form einer geschlossenen Zellstruktur mit durch das Polymer dispergierten diskreten Poren vorliegen.
Das Porogen kann aus dem porösen Polymer durch beliebige geeignete Mittel entfernt werden. Geeignete Mittel zur Entfernung von Porogen (oder Lösungsmittel) schließen Verdampfung, Lösungsmittelextraktion, Waschen oder Auslaugen ein.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Erzeugen von Materialien von verschiedenen Porengrößen und Morphologien verwendbar. Die obere Grenze der mittleren Porengröße von einzelnen Poren ist etwa 5 Mikrometer, wobei 100 Nanometer typisch sind, während auch Poren von rund 10 Nanometern im Durchmesser erhalten werden können.
Die Poren können ein sich durchdringendes Netzwerk bilden. Es ist nützlicher, diese Morphologien bezüglich Permeabilität auf Moleküle von definiertem Molekulargewicht zu charakterisieren. Dies wird vor dem Abschnitt Beispiele beschrieben.
Die Morphologie und Porosität des porösen Polymers kann durch Verändern des Verhältnisses des Porogens zu der polymerisierbaren Monomerkomponente gesteuert werden. Bei hohen Verhältnissen von Porogen wird eine offene schwammartige Struktur, die aus einander verbindenden Polymerkugelteilchen besteht, erhalten. Bei niederen Verhältnissen wird ein rechtwinkliges Netzwerk von Poren erhalten. Bei noch niedrigeren Verhältnissen wird eine geschlossene Zellmorphologie erhalten.
Besonders verwendbare Ausführungsformen des vorliegenden Verfahrens haben die Porogenphase in Form einer kontinuierlichen, einander durchdringenden Netzwerkstruktur, die leicht, unter Hinterlassen eines porösen PFPE-Materials mit einem rechtwinkligen Netzwerk von Poren extrahiert werden kann, was einen leichten Durchgang von Fluid und Teilchen kleineren Durchmessers durch das poröse Polymer gestattet.
Die Größe und Dichte der Poren kann durch das Verhältnis von der polymerisierbaren Komponente zu Porogen gesteuert werden. Geringe Veränderungen können durch Anwendung von Tensiden, wie hierin vorstehend beschrieben, bewirkt werden. Die Zugabe eines geringen Anteils von Wasser erhöht die Porosität auch.
In einem weiteren Aspekt stellt diese Erfindung ein poröses, Perfluorpolyether enthaltendes Polymer (Homopolymer oder Copolymer), wie vorstehend beschrieben, bereit, wenn durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt.
Wie bereits zum Teil vorstehend ausgewiesen, können Comonomere, die ein oder mehrere ethylenisch ungesättigte Gruppen umfassen, die unter Bildung eines Copolymers in eine Reaktion eintreten, eingearbeitet werden. Es ist bevorzugt, dass die ethylenisch ungesättigte Gruppe aus der Gruppe, bestehend aus Acryloyl, Methacryloyl, Styryl, Acrylamido, Acrylamidoal kyl oder Harnstoffmethacrylat oder beliebigen substituierten Derivaten davon ausgewählt ist.
Ein in diesem Verfahren verwendetes Comonomer kann hydrophil oder hydrophob oder ein Gemisch davon sein. Geeignete Comonomere sind insbesondere jene, die gewöhnlich bei der Herstellung von Kontaktlinsen und biomedizinischen Materialien verwendet werden. Ein hydrophobes Comonomer bedeutet hier ein Monomer, das typischerweise ein Homopolymer ergibt, welches in Wasser unlöslich ist und weniger als 10 Gewichtsprozent Wasser absorbieren kann. In analoger Weise bedeutet ein hydrophiles Comonomer ein Monomer, das typischerweise ein Homopolymer ergibt, welches in Wasser löslich ist oder mindestens 10 Gewichtsprozent Wasser absorbieren kann.
Geeignete hydrophobe Comonomere sind ohne Begrenzung darauf C₁-C₁₈-Alkyl und C₃-C₁₈-Cycloalkylacrylate und -methacrylate, C₃-C₁₈-Alkylacrylamide und -methacrylamide, Acrylnitril, Methacrylnitril, Vinyl-C₁-C₁₈-alkanoate, C₂-C₁₈-Alkene, C₂-C₁₈-Halogenalkene, Styrol, (Niederalkyl)styrol, Niederalkylvinylether, C₂-C₁₀-Perfluoralkylacrylate und -methacrylate und entsprechend teilweise fluoriert Acrylate und Methacrylate, C₃-C₁₂-Perfluoralkylethylthiocarbonylaminoethylacrylate und -methacrylate, Acryloxy- und Methacryloxyalkylsiloxane, N-Vinylcarbazol, C₁-C₁₂-Alkylester von Maleinsäure, Fumarsäure, Itaconsäure, Masaconsäure und dergleichen.
Vorzug wird beispielsweise Acrylnitril, C₁-C₄-Alkylestern von vinylisch ungesättigten Carbonsäuren mit 3 bis 5 Kohlenstoffatomen oder Vinylestern von Carbonsäuren mit bis zu 5 Kohlenstoffatomen gegeben.
Beispiele für geeignete hydrophobe Comonomere sind Acrylsäuremethylester, Acrylsäureethylester, Acrylsäurepropylester, Acrylsäureisopropylester, Acrylsäurecyclohexylester, Acrylsäure-2-ethylhexylester, Methacrylsäuremethylester, Methacrylsäureethylester, Methacrylsäurepropylester, Acrylsäurebutylester, Essigsäurevinylester, Propionsäurevinylester, Buttersäurevinylester, Valeriansäurevinylsäure, Styrol, Chlo ropren, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Acrylnitril, 1-Buten, Butadien, Methacrylnitril, Vinyltoluol, Vinylethylether, Methacrylsäureperfluorhexylethylthiocarbonylaminoethylester, Methacrylsäureisobornylester, Methacrylsäuretrifluorethylester, Methacrylsäurehexafluorisopropylester, Methacrylsäurehexafluorbutylester, Methacrylsäuretristrimethylsilyloxysilylpropylester (nachstehend Trismethacrylat), Acrylsäuretristrimethylsilyloxysilylpropylester (nachstehend: Trisacrylat), 3-Methacryloxypropylpentamethyldisiloxan und Bis(methacryloxypropyl)tetramethyldisiloxan.
Bevorzugte Beispiele für hydrophobe Comonomere sind Methacrylsäuremethylester, Trisacrylat, Trismethacrylat und Acrylnitril.
Geeignete hydrophile Comonomere sind, ohne dass dies eine abschließende Liste ist, Hydroxyl substituierte Niederalkylacrylsäure- und -methacrylsäureester, Acrylamid, Methacrylamid, (Niederalkyl)acrylamide und -methacrylamide, ethoxylierte Acrylate und Methacrylate, Hydroxyl substituierte (Niederalkyl)acrylamide und -methacrylamide, Hydroxyl substituierte Niederalkylvinylether, Natriumvinylsulfonat, Natriumstyrolsulfonat, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, N-Vinylpyrrol, N-Vinyl-2-pyrrolidon, 2-Vinyloxazolin, 2-Vinyl-4,4'-dialkyloxazolin-5-on, 2- und 4-Vinylpyridin, vinylisch ungesättigte Carbonsäure mit insgesamt 3 bis 5 Kohlenstoffatome, Amino(niederalkyl)- (worin der Begriff "Amino" auch quaternäres Amonium einschließt), Mono(niederalkylamino)(niederalkyl) und Di(niederalkylamino)(niederalkyl)acrylate und Methacrylate, Allylalkohol und dergleichen. Vorzug wird beispielsweise N-Vinyl-2-pyrrolidon, Acrylamid, Methacrylamid, Hydroxy substituiertem Acrylsäure- und Methacrylsäureniederalkylester, Hydroxy substituierten (Niederalkyl)acrylamiden und -methacrylamiden und vinylisch ungesättigten Carbonsäuren mit insgesamt 3 bis 5 Kohlenstoffatomen gegeben.
Beispiele für geeignete hydrophile Comonomere sind Methacrylsäurehydroxyethylester (HEMA), Acrylsäurehydroxy ethylester, Acrylsäurehydroxypropylester, Trimethylammonium-2-hydroxypropylmethacrylathydrochlorid (Blemer^® QA, beispielsweise von Nippon Oil), Methacrylsäuredimethylaminoethylester (DMAEMA), Dimethylaminoethyl(meth)acrylamid, Acrylamid, Methacrylamid, N,N-Dimethylacrylamid (DMA), Allylalkohol, Vinylpyridin, Methacrylsäureglycerinester, N-(1,1-Dimethyl-3-oxobutyl)acrylamid, N-Vinyl-2-pyrrolidon (NVP), Acrylsäure, Methacrylsäure und dergleichen.
Bevorzugte hydrophile Comonomere sind Trimethylammonium-2-hydroxypropylmethacrylathydrochlorid, Methacrylsäure-2-hydroxyethylester, Methacrylsäuredimethylaminoethylester, Trimethylammonium-2-hydroxypropylmethacrylathydrochlorid, N,N-Dimethylacrylamid und N-Vinyl-2-pyrrolidon.
Wie hierin vorstehend ausgewiesen, schließen geeignete Comonomere Fluor und Silizium enthaltende Acrylsäurealkylester und hydrophile Comonomere, die aus einem breiten Bereich von verfügbaren Materialien ausgewählt werden können, und Gemische davon ein. Besonders bevorzugte Comonomere schließen Acrylsäuredihydroperperfluoralkylester, wie Acrylsäuredihydroperfluoroctylester und Acrylsäure-1,1-dihydroperfluorbutylester, Acrylsäuretrihydroperfluoralkylester, Acrylsäuretetrahydroperfluoralkylester, Methacrylsäure- oder Acrylsäuretris(trimethylsilyloxy)propylester und Amin enthaltende Comonomere, wie Methacrylsäure-N,N-dimethylaminoethylester, N,N-Dimethylacrylamid und N,N-Dimethyl-aminoethyl-acrylamid, ein. Der bevorzugte Bereich zur Zugabe von einzelnen Comonomeren zu der Formulierung ist 0 bis 60 Gewichtsprozent und besonders bevorzugt 0 bis 40 Gewichtsprozent der Formulierung. Gemische von Makromonomeren der Formel I, II oder III können auch verwendet werden, um geeignete Copolymere mit oder ohne andere Comonomere herzustellen.
Ein Polymernetzwerk kann, falls erwünscht, durch Zugabe eines Vernetzungsmittels, beispielsweise eines polyungesättigten vernetzenden Comonomers verstärkt werden. In diesem Fall wird der Begriff vernetzte Polymere angewendet. Die Erfindung betrifft deshalb weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines vernetzten Polymers, umfassend das Polymerisationsprodukt eines Makromers der Formel (I), (II) oder (III), falls erwünscht, mit mindestens einem Vinylcomonomer und mit mindestens einem vernetzenden Comonomer.
Beispiele für typische vernetzende Comonomere sind Allyl(meth)acrylat, Niederalkylenglycoldi(meth)acrylat, Poly(niederalkylen)glycoldi(meth)acrylat, Niederalkylendi(meth)acrylat, Divinylether, Divinylsulfon, Di- und Trivinylbenzol, Trimethylolpropantri(meth)acrylat, Pentaerythritoltetra(meth)acrylate, Bisphenol A-Di(meth)acrylat, Methylenbis(meth)acrylamid, Triallylphthalat und Diallylphthalat.
Wenn ein vernetztes Comonomer verwendet wird, liegt die verwendete Menge im Bereich von 0,05 bis 20% des erwarteten Gesamtgewichts an Polymer, vorzugsweise liegt das Comonomer im Bereich von 0,1 bis 10% und bevorzugter im Bereich von 0,1 bis 2%.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine ophthalmische Vorrichtung bereitgestellt, vorzugsweise eine Kontaktlinse und bevorzugter eine weiche Kontaktlinse, die aus porösen Polymere und Comonomeren, wie hierin vorstehend beschrieben, hergestellt wird.
Kontaktlinsen und auch weiche Kontaktlinsen sind Polymerscheiben mit Oberflächen, die sich in den Krümmungsradien unterscheiden. Die Radien werden in Kombination mit dem Brechungsindex des Polymers ausgewählt, sodass die gewünschte optische Korrektur erhalten wird und die innere Oberfläche der Linse sich der Kontur der Cornea des Trägers anpasst. Sie werden normalerweise in steriler Salzlösung vertrieben. Gegebenenfalls kann die Oberfläche der Linse durch Beschichten, unter Verwendung von auf dem Fachgebiet gut bekannten Verfahren, wie Plasmapolymerisation, Glimmentladung oder Pfropfen eines hydrophileren Polymers, modifiziert werden.
Beispielsweise kann das Verfahren bei der Herstellung von Gegenständen, wie ophthalmischen Vorrichtungen, vorzugs weise Kontaktlinsen, verwendet werden. In einem solchen Fall werden die geeigneten Mengen der polymerisierbaren Monomere Lösungsmittel (falls erforderlich) und Fotostarter miteinander, unter Bildung eines Polymerisationsgemisches vermischt. Das Polymerisationsgemisch wird dann mit Stickstoff gespült und die erforderliche Menge in die konkave Hälfte einer Polypropylenform dosiert. Die Form wird verschlossen und zugeklammert und die Anordnung wird in eine UV-Bestrahlungskammer, die mit UV-Lampen ausgestattet ist, gestellt. Die Bestrahlung wird für die erforderliche Zeit ausgeführt und dann werden die Hälften der Form getrennt. Die polymerisierte Linse wird in einem geeigneten Lösungsmittel (beispielsweise Essigsäureisopropyl- oder -tert-butylester/fluoriertes Lösungsmittelgemisch) extrahiert. Das Lösungsmittel wird dann mit einem Alkohol (beispielsweise Isopropylalkohol) und anschließend mit Salzlösung unter Gewinnung der Produktlinse ausgiebig ausgetauscht.
Die erfindungsgemäß hergestellten Polymere können, unter Anwendung herkömmlicher Form- und Verarbeitungstechniken, wie auf dem Fachgebiet gut bekannt, zu anderen nützlichen Gegenständen geformt werden. Ist die visuelle Transparenz der erfindungsgemäßen Polymere gegeben, kann sie Verwendung in einer Gewebekulturanlage, optischen Instrumenten, Mikroskopobjektträger und dergleichen finden.
Ein weiterer Aspekt dieser Erfindung ist die Verwendung von porösem Perfluorpolyether in Film- oder Folienform als eine Membran oder ein Filter. Solche poröse PFPE-Folie kann mit einer weiteren Trägerfolie zur Bildung eines Verbundwerkstoffs laminiert werden. Solche Anwendungen können Permeabilität für Gase oder Flüssigkeiten beinhalten.
Die erfindungsgemäßen porösen Polymere können beispielsweise zur Verwendung auf den Gebieten von Membranfiltern und Abtrennung auf dem Gebiet der industriellen Biotechnologie und auf dem biomedizinischen Gebiet geeignet sein.
Beispiele für das Gebiet von Membranfiltern und -trennung sind industrielle Membranen, beispielsweise zur Mikrofiltration und Ultrafiltration, beispielsweise in der Nahrungsmittel-, Milch-, Saft- oder Niederalkoholbierindustrie, Abwasserbehandlung, Heimumkehrosmose oder Membrandestillation unter Verwendung von osmotischem Druck.
Beispiele für das Gebiet der industriellen Biotechnologie sind Träger für synthetische und biologische Liganden oder Rezeptoren für Bioreaktoren und Biosensoren, Vorrichtungen zur verzögerten Freisetzung von Wirkstoffen oder Kondensatoren.
Beispiele für das biomedizinische Gebiet sind ophthalmische Vorrichtungen, zum Beispiel Kontaktlinsen oder künstliche Cornea, Dialyse und Blutfiltration, eingekapselte biologische Implantate, beispielsweise Pankreasinseln, implantierte Glucosemesssonden, Arzneimittelabgabepflaster und Vorrichtungen, Wundheilungsmittel und Verbände, künstliche Haut, vaskuläre Implantate, regenerative Template oder Pflaster zur Wundheilung, (weiche) Gewebsvermehrung, percutane Fixierungsvorrichtungen oder künstliche Organe.
Durch diese Beschreibung und die nachstehenden Ansprüche wird sofern der Zusammenhang es nicht anders erfordert das Wort "umfasst" oder Variationen wie "umfassen" oder "umfassend" in dem Sinne zu verstehen sein, dass eine ausgewiesene ganze Zahl oder Gruppe von ganzen Zahlen einbezogen ist, jedoch keine andere ganze Zahl oder Gruppe von ganzen Zahlen ausgenommen ist.
Ein allgemein anwendbares Verfahren zum Handhaben der einmal polymerisierten porösen Polymere ist beispielsweise wie nachstehend: Die Polymere werden aus der Form entfernt und durch ein allgemeines Extraktions- und Trockenverfahren zur Entfernung von unpolymerisierten Komponenten geführt. Dieses Verfahren besteht aus einem vierstündigen Vollsaugen in einem fluorierten Lösungsmittel (PF5060 von 3 M Corporation), dann 16 h Eintauchen in Essigsäureisopropylester und anschließendes Eintauchen für 4 h in Isopropylalkohol. Nach Trocknen im Vaku um nimmt das Polymer eine weiße Farbe an. Wenn das weiße Polymer einer schrittweisen Lösungsmitteländerung von Ethanol, 75% Ethanol/Wasser, 50% Ethanol/Wasser, 25% Ethanol/Wasser, dann reines Wasser oder Salzlösung eingeht, wird es transparent. Die schrittweise Lösungsmitteländerung hat den Effekt des Einführens von Wasser in die porösen Kanäle der porösen PFPE-Materialien; dies findet trotz der sehr hydrophoben Natur von auf PFPE basierenden Materialien statt.
In den Beispielen in dieser Beschreibung ist Makromonomer (1) ein Vinyl-endständiges, perfluoriertes Makromer der Formel CH₂=C(CH₃)COOC₂H₄NHCO-PFPE-CONHC₂H₄OCOC(CH₃)=CH₂ worin PFPE die perfluorierte Polyetherkomponente von experimentellem 3 M-Produkt L12875 ist, welches ein Gemisch von perfluorierten Polyethern der Formel: -OCH₂CF₂O(CF₂CF₂O)_x(CF₂O)_yCF₂CH₂O- ist, worin die Einheiten CF₂CF₂O und CF₂O statistisch sind oder als Blöcke durch die Kette verteilt sein können und worin x im Bereich von 8 bis 10 liegt und y im Bereich von 10 bis 14 liegt.
Die vorliegende Erfindung wird weiterhin durch die nachstehenden nicht begrenzenden Beispiele beschrieben. Sofern nicht anders ausgewiesen, sind alle Teile auf das Gewicht bezogen. Die Temperaturen sind in Grad Celsius. Molekulargewichte von Makromeren oder Polymeren sind zahlenmittlere Molekulargewichte, sofern nicht anders ausgewiesen. Die nachstehenden Verfahren werden verwendet:
Wassergehaltsmessung: Der prozentuale Wassergehalt (Gewicht/Gewicht) der porösen Polymere wurde durch Vergleichen des hydratisierten und dehydratisierten Gewichts der Polymere bestimmt. Die Polymere wurden zuerst über Nacht in einem Vakuumofen (0,1 mmHg) bei 37°C getrocknet, dann beim Kühlen gewogen. Die Hydratation wurde über ein schrittweises Lösungsmittelaustauschverfahren erzielt. Die trockenen Polymerscheiben lässt man sich ihrerseits in den nachstehenden Lösungen durch Verbleiben für eine halbe Stunde in jeder Lösung, bevor das Lösungsmittel zum nächsten verändert wird, vollsaugen. Für alle 10 Polymerscheiben wurden 60 ml Lösungsmittel verwendet.

1. 100% Ethanol
2. 75% Ethanol/Wasser
3. 50% Ethanol/Wasser
4. 25% Ethanol/Wasser
5. 100% Wasser

Die Polymere lässt man über Nacht in Wasser ein Gleichgewicht einstellen oder bis zum konstanten Gewicht. Gleichgewichtszeiten für hydrophile Polymere können länger als 16 h sein. Die hydratisierten Polymere werden auf hoch qualitativem linterfreiem Kimwipes Papier (Kimberly-Clark) angeordnet, um den Überschuss von Oberflächenfeuchtigkeit auf der Lage zu trocknen und schließlich als das hydratisierte Gewicht gewogen.
Permeabilitätsmessung
Verfahren A: Verfolgen von Permeabilität durch UV-Spektroskopie

Permeant: Rinderserum Albumin (BSA, Molekulargewicht = 67 000).
Konzentration von BSA = 8 mg/ml in Phosphat gepufferter Salzlösung (PBS),
PBS = 20 mM Phosphat in 0,2 M Natriumchlorid, pH = 7,4.

Die Porosität der synthetischen Polymere wurde unter Verwendung einer statischen Diffusionszelle (das heißt, die Lösungen werden nicht gerührt) untersucht. Dieses Verfahren beinhaltet das Fixieren einer hydratisierten flachen Polymerscheibe von 20 mm Durchmesser (siehe Wassergehaltsmessungen für das Hydratationsverfahren) zwischen zwei Kammern, die durch einen Kautschuk-
-Ring mit einem Innendurchmesser von 7,5 cm getrennt sind. Jede Kammer hält ein Volumen von ungefähr 2,2 ml. Eine Kammer enthält eine 8 mg/ml Lösung von BSA in PBS, während die andere Kammer nur mit PBS gefüllt ist. Bei ausgewählten Zeitintervallen wurden Proben von der PBS-Kammer unter Verwendung einer Glaspipette entfernt und die UV-Absorption der Lösung bei 280 nm (A₂₈₀) gemessen.
Dies bestimmt, ob irgendwelches BSA durch die Polymerscheibe diffundiert war. Eine höhere Absorptionsablesung verweist auf eine höhere Geschwindigkeit der BSA-Diffusion und ist deshalb hinweisend für eine Struktur mit einer relativ großen Porengröße und/oder einer größeren Porendichte.
Verfahren B
Eine quantitativere Messung der BSA-Permeabilität wurde unter Verwendung einer Vorrichtung hergestellt, in der die flache Probe von 20 mm Durchmesser zwischen zwei Kammern fixiert wurde, in denen die BSA/PBS und PBS-Lösungen bei Geschwindigkeiten von mehr als 200 U/min gerührt wurden. Der Zweck des Rührens war, die Masseübertragungsbeständigkeit zu überwinden, die vorwiegend auf der Oberfläche gebundenen Schicht eines porösen Materials vorliegt. Dieses Verfahren wurde verwendet, um die Permeabilität der Polymerscheiben zu Glucose, Inulin und I₁₂₅ markiertem BSA zu messen. Die Permeabilität wird gemessen, bezogen auf kommerziell gezogene, geätzte Polycarbonatmembran (Handelsname Poretics) mit Porengrößen von 50 nm und 25 nm.
Beispiel 1: Die nachstehende Formulierung wurde in Polypropylenlinsenformen gegeben und 3 Stunden über die Bestrahlung, die aus einer UV-Lampe mit einer Wellenlänge von 365 nm erzeugt wurde, polymerisiert. Alle Teile sind auf das Gewicht bezogen.
PPG-725 ist Poly(propylenglycol) vom Molekulargewicht 725. Die Permeabilität der Linsen für die Lösung von BSA wurde durch die UV spektroskopische Technik verfolgt. Nach 21 Stunden war die Absorptionsablesung der anfänglich proteinfreien PBS-Lösung A₂₈₀ = 0,066, dies erhöhte sich nach 44 Stunden auf A₂₈₀ = 0,117.
Beispiel 2: Die nachstehende Formulierung wurde in Polypropylenlinsenformen (0,2 mm dick, 20 mm Durchmesser) gegeben und 3 Stunden über der aus einer UV-Lampe mit einer Wellenlänge von 365 nm erzeugten Strahlung polymerisiert. Alle Teile sind auf das Gewicht bezogen.
Die Permeabilität der Linsen für eine Lösung von BSA wurde durch die UV spektroskopische Technik verfolgt. Nach 24 Stunden war die Absorptionsablesung für Linse A A₂₈₀ = 0,28. Nach Hydratation wurde der Wassergehalt von Linse A als 31,8% (Gewicht/Gewicht) gemessen.
Die Herstellung von porösen Polymeren aus Formulierung A war gleichsam erfolgreich, wenn Isopropanol mit anderen üblichen organischen Lösungsmitteln, wie Ethanol, Essigsäureethylester und Dimethylformamid, ersetzt wurde.
Beispiel 3: Die nachstehenden Formulierungen wurden in Polypropylenlinsenformen (0,2 mm dick, 20 mm Durchmesser) an geordnet und 3 Stunden über der aus einer UV-Lampe mit einer Wellenlänge von 365 nm erzeugten Strahlung polymerisiert. Alle Teile sind auf das Gewicht bezogen.
Die Permeabilität dieser Linsen für eine Lösung von BSA wurde durch die UV spektroskopische Technik verfolgt. Nach 21 Stunden der Absorptionsablesung war für Linse A A₂₈₀ = 0,364 und für Linse B war A₂₈₀ = 0,05.
Beispiel B ist eine Kontrollprobe, die anzeigt, dass die in Beispiel A beobachtete Proteinpermeabilität aufgrund der Zugabe von PPG war.
Beispiel 4: Die nachstehende Formulierung wurde in Polypropylenlinsenformen (0,2 mm dick, 20 mm Durchmesser) gegeben und 3 Stunden über der aus einer UV-Lampe mit einer Wellenlänge von 365 nm erzeugten Strahlung polymerisiert. Alle Teile sind auf das Gewicht bezogen.
Die Permeabilität der Linsen für eine Lösung von BSA wurde durch die UV spektroskopische Technik verfolgt. Nach 24 Stunden war die Absorptionsablesung für Linse A A₂₈₀ = 0,277. Nach Hydratation wurde der Wassergehalt von Linse A als 32% (Gewicht/Gewicht) gemessen.
Beispiel 5: Die nachstehende Formulierung wurde in Polypropylenlinsenformen (0,2 mm dick, 20 mm Durchmesser) gegeben und 3 Stunden über der aus einer UV-Lampe mit einer Wellenlänge von 365 nm erzeugten Strahlung polymerisiert. Alle Teile sind auf das Gewicht bezogen.
Die Permeabilität der Linsen für eine Lösung von BSA wurde durch die UV spektroskopische Technik verfolgt. Nach 24 Stunden war die Absorptionsablesung für Linse A A₂₈₀ = 0,210. Nach Hydratation wurde der Wassergehalt von Linse A als 36% (Gewicht/Gewicht) gemessen.
Beispiel 6: Die nachstehende Formulierung wurde in Polypropylenlinsenformen (0,2 mm dick, 20 mm Durchmesser) gegeben und 3 Stunden über der aus einer UV-Lampe mit einer Wellenlänge von 365 nm erzeugten Strahlung polymerisiert. Alle Teile sind auf das Gewicht bezogen.
Die Permeabilität der Linsen für eine Lösung von BSA wurde durch die UV spektroskopische Technik verfolgt. Nach 24 Stunden war die Absorptionsablesung für Linse A A₂₈₀ = 0,17. Nach Hydratation wurde der Wassergehalt von Linse A als 36% (Gewicht/Gewicht) gemessen.
Beispiel 7: Die nachstehenden Formulierungen wurden in Polypropylenlinsenformen (0,2 mm dick, 20 mm Durchmesser) gegeben und 3 Stunden über der aus einer UV-Lampe mit einer Wellenlänge von 365 nm erzeugten Strahlung polymerisiert. Alle Teile sind auf das Gewicht bezogen.
Die Permeabilität der Linsen für eine Lösung von BSA wurde durch die UV spektroskopische Technik verfolgt. Nach 24 Stunden war die Absorptionsablesung für Linse A A₂₈₀ = 0,22 und für Linse B war A₂₈₀ = 0,46. Nach Hydratation wurde der Wassergehalt von Linsen A und B als 36% beziehungsweise 47% (Gewicht/Gewicht) gemessen.
Es sei angemerkt, dass das Erhöhen des Anteils von PPG-425 in Formulierung B ein Polymer mit einem höheren Wassergehalt und einer höheren Permeabilität zu BSA erzeugt hat.
Beispiel 8: Die nachstehenden Formulierungen wurden in Polypropylenlinsenformen (0,2 mm dick, 20 mm Durchmesser) gegeben und 3 Stunden über der aus einer UV-Lampe mit einer Wellenlänge von 365 nm erzeugten Strahlung polymerisiert. Alle Teile sind auf das Gewicht bezogen.
Die Permeabilität der Linsen für eine Lösung von BSA wurde durch die UV spektroskopische Technik verfolgt. Nach 24 Stunden war die Absorptionsablesung für Linse A A₂₈₀ = 0,17 und für Linse B war A₂₈₀ = 0,32. Nach Hydratation wurde der Wassergehalt von Linsen A und B als 35% beziehungsweise 41% (Gewicht/Gewicht) gemessen.
Es sei angemerkt, dass das Erhöhen des Anteils von PPG-425 in Formulierung B ein Polymer mit einem höheren Wassergehalt und einer höheren Permeabilität für BSA erzeugt hat.
Der Fachmann wird erkennen, dass die hierin beschriebene Erfindung Variationen und Modifizierungen unterliegt, die von den hier speziell Beschriebenen abweichen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines porösen Polymers, umfassend die Schritte von: 1) Dispergieren eines Porogens in einer kontinuierlichen Monomerkomponentenphase, wobei die kontinuierliche Monomerkomponentenphase mindestens ein Monomer mit mindestens einer Perfluorpolyethereinheit umfasst und wobei das Porogen ein gegebenenfalls substituiertes Poly(alkylen)glycol darstellt; 2) anschließend Polymerisieren der kontinuierlichen Monomerphase und 3) Entfernen des Porogens aus dem porösen Polymer.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Porogen ein unsubstituiertes Poly(alkylen)glycol darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Porogen ein Polypropylenglycol darstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Porogen ein Polypropylenglycol mit einem Molekulargewicht von weniger als 1 000 ist.