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Hintergrund
der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft transparente Kunststoffmaterialien zur optischen
Verwendung und insbesondere Okularvorrichtungen, die Ultraviolettstrahlung
absorbieren, und deren Herstellung aus Ultraviolett-absorbierenden
Verbindungen, wie durch Copolymerisieren der Verbindungen mit geeigneten
reaktiven Monomeren.
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Kontaktlinsen,
die Verbindungen zum Blockieren von Ultraviolett(„UV")licht enthalten,
sind seit vielen Jahren auf dem Markt. Solche Linsen sind für alle verwendbar,
die in Gebieten leben, wo helles Sonnenlicht üblich ist. Da UV-Strahlung
wahrscheinlich eine Ursache von Katarakten und seniler Makulardegeneration
ist, kann jeder, der Kontaktlinsen trägt, von der Art, die diese
Strahlung blockiert, profitieren. Jüngere Personen, deren Augenlinsen
mehr Ultraviolettstrahlung durchlassen als jene von älteren Personen,
sollten sich auch um das Bereitstellen eines zusätzlichen Schutzes bemühen.
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Loshaek
fand die Verwendung von polymerisierbaren UV-absorbierenden Verbindungen zum Herstellen
von Kontakt- und Intraokularlinsen in den frühen 70ern, beispielsweise wie
in US Patent Nr. Re. 33 477 gezeigt. Vor kurzem wurden substituierte
2-Phenylbenzotriazolverbindungen mit einer polymerisierbaren Acrylgruppe
verwendet, um Kontaktlinsen herzustellen, beispielsweise wie in
US Patent Nr. 4 716 234 von Dunks et al. Die UV-Absorptionstechnologie
wurde primär
auf steife gaspermeable Linsen angewendet; wobei die meisten kommerziell
erhältlichen
weichen Linsen keine UV-Absorptionsmittel enthalten.
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Hydrogele
sind zur Verwendung in Linsen erwünscht. Jedoch aufgrund ihrer
hydrophilen Natur und ausgedehnten bzw. geschäumten Struktur war es schwierig,
UV-absorbierende Verbindungen in Hydrogele einzuarbeiten. UV-Absorptionsmittel
des Standes der Technik sind im Allgemeinen hydrophob und haben
begrenzte Löslichkeit
in Hydrogelen. Aufgrund dieser begrenzten Löslichkeit wurde es schwierig,
UV-Absorptionsmittel mit Hydrogel bildenden Monomeren zu copolymerisieren.
UV-Absorptionsmittel werden vorzugsweise copolymerisiert, anstatt
physikalisch in das Hydrogel einzuschließen, um das Absorptionsmittel
am Auslaugen aus dem UV-absorbierenden Hydrogel zu hindern, wenn
das Hydrogel in der wässrigen
Umgebung des Auges vorliegt oder in Lösung gelagert wird.
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Zusätzlich zu
Problemen der Einarbeitung von UV-Absorptionsmitteln in Hydrogele
waren UV-Absorptionsmittel mit den geforderten Eigenschaften, wie
UV-Absorption zwischen 300–400
nm und hydrolytischer Stabilität
schwierig, zu synthetisieren.
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Vor
kurzem fanden Collins et al. eine neue Klasse von Benzotriazolen,
die in weichen Kontaktlinsen verwendbar sind, wie in US Patent Nr.
5 637 726 gezeigt. Die Verbindungen absorbieren UV-Licht sehr gut
am oberen Ende des UV-Spektrums. Diese Benzotriazole copolymerisieren
gut in Hydrogelpolymeren ohne die Probleme des Auslaugens. Auch
wirksame Mengen von diesen in das Kontaktlinsenpolymer eingearbeiteten Benzotriazolen
beeinflussen die Eigenschaften des Polymers nicht negativ. Auch
erhöhen
diese Verbindungen den Brechungsindex und das optische Potenzial
der Kontaktlinsen, was dünnere
Linsen mit verstärkter
Sauerstoffpermeabilität
zulässt.
Diese Verbindungen haben auch einen höheren Cut-off bis zu 400 nm,
um mehr Licht im UV-Bereich zu blockieren.
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Während Kontaktlinsen,
die eine UV-absorbierende Verbindung enthalten, nun kommerziell
erhältlich sind,
blockieren diese Linsen nicht das gesamte UV-Licht vor dem Eintreten
in das Auge und typischerweise blockieren nur etwa 90% des gesamten
UV-Bereichs. Der UV-Bereich ist im Allgemeinen in zwei Unterbereiche,
bekannt als UVA und UVB, unterteilt. ANSI Klasse I Spezifizierungen
für UV-Absorption
erfordern eine mittlere Prozent Durchlässigkeit von weniger als 1,0%
bei 280–315
nm (UVB-Bereich) und nur weniger als 10% bei 316–380 nm (UVA-Bereich). Kommerziell
erhältliche
UV-absorbierende Kontaktlinsen erfüllen diesen Standard nicht.
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Die
Schwierigkeit bei Gewinnen einer UV-blockierenden Kontaktlinse,
die die Standards von Klasse I durch Anwenden eines Benzoltriazols
erfüllt,
wie von Collins et al. beschrieben, besteht darin, dass man soviel Benzotriazol
verwenden muss, dass die Linsen auch eine wesentliche Menge an Licht
am oberen Ende des UVA-Bereichs und in dem Bereich des sichtbaren
Lichts absorbieren. Dies ergibt eine beobachtbare gelbliche Tönung in
der Kontaktlinse, die für
Verbraucher nicht anziehend ist. Von besonderer Bedeutung ist, dass
diese gelbliche Tönung
das kosmetische Aussehen von gefärbten
Kontaktlinsen beeinträchtigt.
Außerdem
kann zuviel Benzotriazol oder andere UV-absorbierende Verbindung
die Eigenschaften des Linsenpolymers, wie Dauerhaftigkeit, Flexibilität, Hydrophilizität, Stabilität für sterilisierende
Regime usw., negativ beeinflussen. Auch kann die Verbindung in zu
hohen Mengen vorliegen, dass alles davon kovalent mit anderen Monomeren
während
der Polymerisation gebunden wird, was einen übermäßigen Restmonomergehalt ergibt,
der schrittweise während
der Anwendung auslaugen kann.
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Hung
et al., US Patent Nr. 4 963 160 schlägt eine Lösung für einige dieser Probleme durch
Binden von zwei verschiedenen UV-absorbierenden Verbindungen vor,
die jeweils ein verschiedenes UV-absorbierendes Spektrum aufweisen
an ein Triazinderivat, welches dann als eine Beschichtung auf eine
Polymerlinse aufgetragen wird. Die UV-Absorptionsmittel werden vorzugsweise
ausgewählt,
dass ein UV-absorbierendes Mittel mit dem am breitesten möglichen
UV-Absorptionsbereich bereitgestellt wird. Hung et al. offenbarten
Ausführungsformen
von diesen UV-absorbierenden Mitteln, die p-Aminobenzoesäure und ein
Benzotriazol oder p-Aminobenzoesäure
und ein Benzophenon einschließen.
Die Verwendung von diesem UV-absorbierenden Mittel hat bestimmte
Begrenzungen, weil die UV-absorbierenden Verbindungen nur in einem
eins-zu-eins-Molverhältnis
verwendet werden können,
sodass das UV-Absorptionsspektrum der Linse nicht optimiert werden kann.
Auch gibt es Schwierigkeiten, um konsistente Beschichtungsdicken
zu erreichen.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung überwindet
einige von diesen von UV-blockierenden Linsen des Standes der Technik
ungelösten
Problemen durch Bereitstellen eines Kunststoffmaterials, vorzugsweise
in Form einer Okularvorrichtung, wie eine Kontaktlinse, umfassend
ein Polymer, gebildet durch Polymerisieren von einem oder mehreren
Monomeren, die zur Verwendung bei der Herstellung solcher Linsen
geeignet sind, und Einarbeiten wirksamer Mengen eines ersten Ultraviolettabsorptionsmittels
und eines zweiten Ultraviolettabsorptionsmittels, wobei das erste
UV-Absorptionsmittel eine durch die Formel:
wiedergegebene Benzotriazolverbindung
darstellt, worin R
1a, R
1b und
R
1c unabhängig Wasserstoff, Halogen, gerad-
oder verzweigtkettige C
1-C
6-Alkoxygruppe,
Aryl oder substituiertes Aryl darstellen; R
2 Wasserstoff
oder Niederalkyl, vorzugsweise tert-Butyl, Aryl oder substituiertes Aryl
darstellt; R
3 R
4-R
5-R
6 darstellt, worin
R
4 Sauerstoff darstellt oder nicht vorliegt,
R
5 eine Bindungsgruppe, ausgewählt aus
-(CH
2)
nO-, -CH(CH
3)CH
2O-, -CH
2CH(CH
3)O-, -(CH
2)
nOCH
2-,
-CH(CH
3)CH
2OCH
2- oder -CH
2CH(CH
3)OCH
2- Gruppe, darstellt
oder nicht vorliegt;
R
6 Acrylat, Methacrylat,
Styrol oder Vinyl darstellt; und n 2 oder 3 ist;
und worin
das zweite UV-Absorptionsmittel ein substituiertes 2-Hydroxy-benzophenon
gemäß der Formel
darstellt:
worin R
7a,
R
7b und R
7c unabhängig Wasserstoff,
Halogen, gerad- oder
verzweigtkettige C
1-C
6-Alkoxygruppe, Aryl
oder substituiertes Aryl darstellen; R
8 eine
Bindungsgruppe, ausgewählt
aus Alkylen, -(CH
2)
mO-, -CH(CH
3)CH
2O-, -CH
2CH(CH
3)O-, -(CH
2)
mOCH
2-,
-CH(CH
3)CH
2OCH
2- oder -CH
2CH(CH
3)OCH
2- Gruppe, darstellt
oder nicht vorliegt; und R
9 Acrylat, Methacrylat,
Styrol oder Vinyl darstellt; und m 2 oder 3 ist.
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Andere
Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden
Beschreibung im Einzelnen deutlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1 zeigt
ein UV-Transmissionsspektrum aus den Formulierungen von Beispiel
5.
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Beschreibung der Zeichnung
im Einzelnen und bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung
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In
der nachstehenden Beschreibung und den Ansprüchen wird der Begriff „Prozent" verwendet, um einen
Prozentsatz auf das Gewicht wiederzugeben, sofern der Zusammenhang
es nicht anders ausweist.
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Kontaktlinsen,
die in Verbindungen mit der vorliegenden Erfindung denkbar sind,
können
sowohl jene, bezüglich
mangelhafter visueller Genauigkeit, als auch die so genannten „Bandagenlinsen" einschließen, welche
beim Behandeln von Augenstörungen
verwendet werden, sowie die reinen kosmetischen Linsen, die für die Zwecke
des Veränderns
der Augenfarbe verwendet werden.
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Zweckmäßigerweise
werden die nachstehenden Akronyme und Abkürzungen verwendet, um die nachstehend
ausgewiesenen Verbindungen zu beschreiben, sofern nicht anders ausgewiesen.
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A. UV-absorbierende Verbindungen
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- 1. BZT
2-(2'-Hydroxy-3'-tert-butyl-5'-(3''-(4'''-vinylbenzoxy)
propoxy)phenyl)-5-methoxy-2H-benzotrizol; C29H33N3O4
- 2. UVAM
2-(2'-Hydroxy-3'-tert-butyl-5'-vinylphenyl)-5-chlor-2H-benzotrizol; C18H18ClN3O
- 3. BP
2-Hydroxy-4-acryloxyethoxy-benzophenon; C18H16O5
- 4. MBP
2-Hydroxy-4-methoxy-benzophenon; C14H12O3
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B. Linsenmonomere und
Strukturen
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- 1. HEMA; Hydroxyethylmethacrylat; C6H10O3
CH2=C(CH3)CO2CH2CH2OH
- 2. EOEMA; Ethoxyethylmethacrylat; C8H14O3
CH2=C(CH3)CO2CH2CH2OCH2CH3
- 3. EDMA; Ethylenglycoldimethacrylat; C10H14O4
[CH2=C(CH3)CO2CH2-]2
- 4. MAA; Methacrylsäure;
C4H6O2
CH2=C(CH3)CO2H
- 5. NVP; N-Vinylpyrrolidon; C6H9NO
(CH2)3C(O)N-CH=CH2
- 6. AMA; Allylmethacrylat; C7H10O2
CH=C(CH3)CO2CH2CH=CH2
- 7. MMA; Methylmethacrylat; C5H8O2
CH2=C(CH3)CO2CH3
- 8. DMA; N,N-Dimethylacrylamid; C5H9NO
CH2=CHC(O)N(CH3)2
- 9. GMA; Glycerylmethacrylat; C6H12O4
CH=C(CH3)CO2CH2CH(OH)CH2OH
- 10. TEGDMA; Tetraethylenglycoldimethacrylat,
CH2=C(CH3)COOCH2(CH2OCH2)3CH2OOC(CH3)C=CH2
- 11. Polymerisationsstarter
VAZO 64; 2,2'-Azobis(2-methylpropannitril); C8H12N4
[C(CH3)2(CN)-N=]2
VAZO 52; 2,2'-Azobis(2,4-dimethylpentannitril); C14H24N4
[C(C4H9)(CH3)(CN)-N=]2
tBPP; t-Butylperoxypivalat; C9H12O3
(CH3)CO2C(O)C(CH3)3
IPP; Isopropylperoxydicarbonat;
C8H14O6
[(CH3)2CHOC(O)O-]2
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Die
vorliegende Erfindung schließt
eine Kontaktlinse oder einen optischen Qualitätskunststoff ein, der ein durch
Einarbeiten von einem oder mehreren Monomeren, die zur Verwendung
beim Herstellen solcher Linsen geeignet sind, und wirksamer Mengen
für ein
erstes Ultraviolettabsorptionsmittel und ein zweites Ultraviolettabsorptionsmittel
gebildetes Polymer umfasst, um einen Grad an UV-Absorption bereitzustellen,
der die Spezifikationen der ANSI Klasse I ohne Erzeugen einer beobachtbaren
Gelbtönung
der Linse erfüllt,
wobei das erste UV-Absorptionsmittel
eine durch die Formel:
wiedergegebene Benzotriazolverbindung
darstellt, worin R
1a, R
1b und
R
1c unabhängig Wasserstoff, Halogen, gerad-
oder verzweigtkettige C
1-C
6-Alkoxygruppe,
Aryl oder substituiertes Aryl darstellen; R
2 Wasserstoff
oder Niederalkyl, vorzugsweise tert-Butyl, Aryl oder substituiertes Aryl
darstellt; R
3 R
4-R
5-R
6 darstellt, worin
R
4 Sauerstoff darstellt oder nicht vorliegt,
R
5 eine Bindungsgruppe, ausgewählt aus
-(CH
2)
nO-, -CH(CH
3)CH
2O-, -CH
2CH(CH
3)O-, -(CH
2)
nOCH
2-,
-CH(CH
3)CH
2OCH
2- oder -CH
2CH(CH
3)OCH
2- Gruppe, darstellt
oder nicht vorliegt;
R
6 Acrylat, Methacrylat,
Styrol oder Vinyl darstellt; und n 2 oder 3 ist;
und worin
das zweite UV-Absorptionsmittel ein substituiertes 2-Hydroxy-benzophenon
gemäß der Formel
darstellt:
worin R
7a,
R
7b und R
7c unabhängig Wasserstoff,
Halogen, gerad- oder verzweigtkettige C
1-C
6-Alkoxygruppe, Aryl oder substituiertes
Aryl darstellen; R
8 eine Bindungsgruppe,
ausgewählt
aus Alkylen, -(CH
2)
mO-, -CH(CH
3)CH
2O-, -CH
2CH(CH
3)O-, -(CH
2)
mOCH
2-,
-CH(CH
3)CH
2OCH
2- oder -CH
2CH(CH
3)OCH
2- Gruppe, darstellt
oder nicht vorliegt; und R
9 Acrylat, Methacrylat,
Styrol oder Vinyl darstellt; und m 2 oder 3 ist.
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Für das erste
UV-Absorptionsmittel, die Benzotriazolderivate, sind bevorzugte
Substituentengruppen für
R1 H, Cl und CH3O-,
bevorzugter CH3O-. Vorzugsweise sind R1a und R1b Wasserstoff,
wenn R1b Methoxy darstellt. Die bevorzugte
Substituentengruppe für
R2 ist tert-Butyl. R3 ist
vorzugsweise Sauerstoff. R4 ist vorzugsweise
Sauerstoff. R5 ist vorzugsweise ausgewählt aus
-(CH2)3OCH2- und -(CH2)2OCH2-, bevorzugter
ist R5, ausgewählt aus -(CH2)3OCH2-. R6 ist vorzugsweise Methacrylat oder Styrol.
Die bevorzugtere Verbindung ist jene, worin R1 CH3O- darstellt; R2 -C(CH3)3 darstellt; R4 O darstellt; R5 -(CH2)3OCH2-
darstellt; und R6 Styrol darstellt. Die
Arylgruppe kann gegebenenfalls mit Halogen, Alkyl-, halogenierten
Alkyl-, Alkoxy-, Alkenyl-, Alkinyl- und Aminogruppen substituiert
sein.
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Im
Allgemeinen können
Benzotriazolderivate, die UV-absorbierende
Eigenschaften aufweisen, welche mit jenen speziell in dieser Anmeldung
beschriebenen vergleichbar sind, als Alternativen zu jenen, die
durch diese Erfindung definiert werden, verwendbar sein. Der Fachmann
wird solche Verbindungen herausfinden oder synthetisieren und dieselben
gemäß den Lehren
dieser Erfindung ohne unangemessene Versuchsführung anwenden.
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Eine
bevorzugte Klasse von Benzotriazolverbindungen wird durch die Formel
wiedergegeben:
worin R
1 und
R
5 wie vorstehend definiert sind.
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Speziell
werden einige der bevorzugten Benzotriazolverbindungen dieser Erfindung
durch die nachstehenden Verfahren hergestellt, beschrieben in US
Patent Nr. 5 637 726, Collins et al. Beispielsweise erhält man durch
Umsetzen eines Vinylbenzylchlorids mit 2-[2'-Hydroxy-5'-(γ-hydroxyalkoxy)-3'-t-butylphenyl]-5-(alkoxy[oder
Halogen])-2H-benzotriazol die Verbindung der vorstehenden Formel.
Das Ausgangsbenzotriazol kann durch das in Beispielen 1–3 von US
Patent Nr. 4 716 234, Dunks et al., beschriebene Verfahren durch Substituieren
von 4-Halogen-2-nitroanilin
gegen das 4-Methoxy-2-nitroanilin, wenn es erwünscht ist, eine Halogengruppe
zu erzeugen und unter Verwendung von einem beliebigen von 3-Chlor-1-propanol,
2-Chlorethanol,
2-Chlor-1-propanol oder 1-Chlor-2-propanol zur Herstellung der gewünschten
Gruppe für
R2 hergestellt werden. Der Fachmann wird
von anderen Gruppen Kenntnis haben, die gegen diese Chlorgruppen
ausgetauscht werden können,
wie andere Halogene und für
Gruppen, wie Methoxy. Durch geeignete Auswahl des substituierten
Nitroanilins kann R1 erzeugt werden, um
Ringpositionen, die von den in der vorstehenden Strukturformel gezeigten
verschieden sind, einzunehmen.
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Für die zweiten
UV-Absorptionsmittel, die Benzophenonverbindungen ist R7 vorzugsweise
Wasserstoff, Halogen oder Alk oxy. Bevorzugter ist R7 Wasserstoff
oder p ist null. R8 ist vorzugsweise Alkylen, -(CH2)mO- oder liegt
nicht vor. R9 ist vorzugsweise Acrylat oder
Methacrylat. Vorzugsweise sind die ausgewählten Verbindungen 2-Hydroxy-4-acryloxyethoxy-benzophenon oder
2-Hydroxy-4-methacryloxy-benzophenon. Besonders bevorzugt ist 2-Hydroxy-4-acryloxyethoxy-benzophenon
ausgewählt
zur Verwendung in Hydrogellinsen.
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Typischerweise
liegen verwendbare Mengen der UV-absorbierenden Verbindungen in
einem Polymer im Bereich von etwa 0,01 Prozent bis etwa 25 Prozent,
in Abhängigkeit
von der beabsichtigten Verwendung des Polymers, vor. Im Allgemeinen
ist es erwünscht,
die Menge an verwendeter Verbindung zu minimieren, sodass die physikalischen
und chemischen Eigenschaften des Grundpolymers (andere als UV-Absorption)
unwesentlich oder nachteilig beeinflusst werden. Für Kontaktlinsen,
die primär
aus Acrylat- und Methacrylatpolymeren hergestellt werden, können etwa
0,05 bis etwa 10% UV-Absorptionsmittel verwendet werden. Zum Erzeugen
von Kontaktlinsen, die die Spezifikationen von Klasse I erfüllen und
die keine beobachtbaren Gelbtönungen
aufweisen, können
weniger als 0,4% der ersten UV-absorbierenden Verbindung (Benzotriazol)
verwendet werden. Die bevorzugten Gesamtmengen an UV-Absorptionsmitteln
liegen zwischen etwa 0,8 und etwa 3,0%, wobei zwischen etwa 1,0
und etwa 2,0% bevorzugt sind. Das gewünschte Verhältnis der Menge von dem ersten
UV-Absorptionsmittel zu dem zweiten UV-Absorptionsmittel (beispielsweise
BZT:BP) liegt zwischen etwa 5:1 und etwa 1:3, vorzugsweise zwischen
etwa 3:1 und 1:3.
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Die
Mengen der einzelnen verwendeten UV-absorbierenden Verbindungen
hängen
von der Polymergrundlage, Dicke der Linse, Wasser oder Feststoffgehalt
und erwünschtem
Anteil der UV-Absorption ab. Die bevorzugten Mengen werden natürlich in
Abhängigkeit
von dem Wassergehalt und der Dicke der Linsen variieren. Beispielsweise
wird eine Linse, die zweimal so dick ist, nur die Hälfte der
Konzentration an UV-Absorptionsmittel benötigen unter der Annahme, dass
ihr Wassergehalt der gleiche ist. Andererseits wird eine doppelt so
dicke Linse mit verdoppeltem Wassergehalt, die gleiche Konzentration
an UV-Absorptionsmittel erfordern.
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In
der Praxis liegen die ersten und zweiten UV-Absorptionsmittel in
Mengen vor, um eine verstärkte Verminderung
des Anteils an UV-Transmission, verglichen mit dem Anteil an UV-Transmission, der
unter Verwendung der gleichen Gesamtmenge an einer UV-absorbierenden
Verbindung allein erreicht werden kann, bereitzustellen. In anderen
Worten, die zwei UV-absorbierenden Verbindungen in Kombination verstärken die
gesamte wirksame UV-Lichtblockierung. Größeres Blockieren von UV-Licht
kann unter Verwendung von geringeren Gesamtmengen der Kombination
von BZT und BP erreicht werden, als beim Anwenden einer ähnlichen Menge
von entweder BZT und BP allein.
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Die
UV-absorbierenden Verbindungen können
mit einer großen
Anzahl an ungesättigten
und anderen Monomeren copolymerisiert werden, um Polymere mit verstärkten UV-blockierenden
Eigenschaften herzustellen. Repräsentative
verwendbare Monomere schließen
ohne Begrenzung ein:
- a) Olefine, entweder gerad-
oder verzweigtkettig, einschließlich
Ethylen, Propen, Butene, Pentene und dergleichen;
- (b) Diene, wie Butadien, und Triene;
- (c) Styrol und substituierte Styrole;
- (d) Silane;
- (e) Halogen enthaltende Vinyl- oder Vinylidenverbindungen, Vinylalkohole
oder Ester und dergleichen;
- (f) Acryl und Methacrylsäuren,
Ester, Amide, Nitrile und dergleichen;
- (g) Silizium-substituierte Alkyl- oder Arylacryl- oder Methacrylester,
einschließlich
Alkylsilikate;
- (h) fluorierte Alkyl- oder Aryl-substituierte Acryl- oder Methacrylester;
- (i) Vinylpyrrolidone;
- (j) Vinylsilane;
- (k) Vinylsulfone;
- (l) reaktive Gemische von Polyaminen oder Polyhydroxyverbindungen
und mehrbasigen Verbindungen;
- (m) Epoxide, Alkylenoxide oder Ether;
- (n) Alkyliden oder Phenylenoxide;
- (o) reaktive Gemische von Carbon- oder Kohlensäuren und
Polyhydroxyverbindungen; und
- (p) reaktive Gemische von Isocyanaten und Polyhydroxyverbindungen.
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Der
Fachmann wird erkennen, dass verschiedene der Monomere und reaktive
Gemische, die vorstehend aufgeführt
wurden, sowie andere copolymerisiert werden können und dass die Verbindungen
dieser Erfindung angewendet werden können, um UV-absorbierende Polymere
mit solchen Gemischen von Monomeren zu bilden. Copolymere, die gebildet
werden, können
statistische Block- oder gepfropfte Polymere sein.
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Zusätzlich zum
Einarbeiten der Verbindungen in Polymere durch Copolymerisation
ist es möglich,
eine neue UV-absorbierende Polymerstruktur durch Kondensieren oder
andersartiges Kuppeln von absorbierenden Verbindungen mit einem
polymerisierten Material mit seitenständigen, reaktiven Gruppen zu
bilden oder ein UV-absorbierendes Polymer durch physikalisches Dispergieren
der Verbindungen als Additive in einem gebildeten Polymer, beispielsweise
durch Zusetzen einer Verbindung zu einer Polymerschmelze zu bilden,
vorausgesetzt, dass das Verhältnis
der verschiedenen UV-absorbierenden Verbindungen in dem Polymer
eingestellt werden kann, um das gewünschte verstärkte UV-Blockieren
zu erreichen.
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Hydrogele
zur Verwendung in Kontaktlinsen sollten idealerweise eine UV-absorbierende
Verbindung enthalten. Die vorliegende Erfindung ist auf UV-absorbierende
Hydrogele mit den nachstehenden Eigenschaften gerichtet.
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Erstens
sollte das UV-absorbierende Monomer des UV-blockierenden Hydrogels UV-Strahlung
zwischen etwa 300–400
nm blockieren, weil der Zweck des Einarbeitens eines UV-absorbierenden
Mittels in einem Hydrogel ist, die Durchlässigkeit von UV-Strahlung für die Retina
zu verhindern. Wie vorstehend erörtert, wird
diese Funktion normalerweise durch die natürliche Linse des Auges ausgeführt, die
jedoch durch UV-Strahlung geschädigt
wird. Obwohl das UV-blockierende Hydrogel UV-Strahlung zwischen
etwa 300 bis 400 nm blockieren sollte, ist es erwünscht, dass
die Absorption scharf oberhalb 400 nm sinkt. Wenn die Absorption
oberhalb 400 nm nicht scharf sinkt, wird das UV-absorbierende Hydrogel
eine wesentliche Gelbtönung annehmen.
In einigen Fällen
jedoch kann etwas Gelbtönung
erwünscht
sein, beispielsweise wird angenommen, dass erhöhte Lichtabsorption in diesem
Bereich durch Brillen, Schutzbrillen, Kontaktlinsen, usw. die Sichtgenauigkeit
verstärkt.
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Zweitens
ist es erwünscht,
ein UV-absorbierendes Monomer in das Hydrogel bei der geringsten
möglichen
Konzentration einzuarbeiten, um den Einfluss der Verbindung auf
die Struktur des Hydrogels zu minimieren. Hydrogele sind besonders
anfällig,
durch den Zusatz von anderen Verbindungen nachteilig beeinflusst zu
werden, aufgrund von ihrer ausgedehnten bzw. expandierten Struktur.
Die meisten UV-absorbierenden Monomere mit guten UV-absorbierenden
Eigenschaften, sind hydrophiler als Hydrogel-bildende Monomere.
Der Zusatz von irgendeiner signifikanten Menge eines UV-absorbierenden
Monomers zu einem Hydrogel-bildenden Monomer senkt den Wassergehalt
des erhaltenen UV-absorbierenden Hydrogels. Dies kann eine nachteilige
Auswirkung auf die gewünschten
Eigenschaften des Hydrogels ausüben.
Deshalb ist es erwünscht,
mindestens zwei verschiedene UV-absorbierende Verbindungen, die
in Kombination eine verstärkte
wirksame Blockierung der UV-Strahlung aufweisen, wodurch die Konzentration
des erforderlichen Absorptionsmittels klein gehalten wird, zu verwenden.
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Drittens
ist es von Bedeutung, dass das UV-absorbierende Hydrogel als ein
Copolymer stabil ist und insbesondere hydrolytische Langzeitstabilität zeigt.
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Viertens
muss die in das Hydrogel einzuarbeitende UV-absorbierende Verbindung in dem Hydrogel
bildenden Monomer löslich
sein, sodass sie mit dem Hydrogel bildenden Monomer copolymerisiert
werden kann. Es ist notwendig, dass das UV-Absorptionsmittel mit dem Hydrogel bildenden
Monomer aufgrund der ausgedehnten Beschaffenheit der Hydrogele copolymerisiert
wird. Aufgrund dieser ausgedehnten Struktur ist es nicht ratsam,
sich auf das Einbetten oder Dispergieren von UV-absorbierenden Verbindungen
innerhalb des Hydrogels zu verlassen, was mit Linsen vom steifen
gaspermeablen (RGP) Typ getan werden kann. Darüber hinaus verhindert. Copolymerisation
des UV-Absorptionsmittels,
dass das Hydrogel, bei Vorliegen in dem Auge oder in einer Lagerungslösung ausgelaugt
wird. Wenigstens sollte das UV-absorbierende Monomer in dem Hydrogel
bildenden Monomer in einer Menge löslich sein, die ausreichend
ist, um den gewünschten
Grad an UV-Absorption in dem blockierenden Hydrogel bereitzustellen.
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Okulare
Linsen oder UV-blockierende optische Kunststoffe gemäß der Erfindung
können
durch Einarbeiten einer ersten UV-absorbierenden Verbindung, einer
zweiten UV-absorbierenden Verbindung und mindestens einer monomeren
Verbindung, die zum Herstellen einer Okularen Vorrichtung geeignet
ist, vorzugsweise im Fall von Kontakt- und intraokularen Linsen,
Hydroxyethylmethacrylat, N-Vinylpyrrolidon, Alkylmethacrylate, wie
Methylmethacrylat, Arylmethacrylate, Silikonmethacrylat, Glycerylmethacrylat,
fluorierte Methacrylate, Alkyl-substituiertes Styrol oder Kombination
davon, hergestellt werden. Natürlich
können
andere Linsen-erzeugende Monomere verwendet werden.
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Die
Copolymerisation kann durch jedes der Verfahren, die innerhalb der
Okularvorrichtungsindustrie bekannt sind, beispielsweise durch Wärme oder
UV-Licht oder mit einem geeigneten Starter stattfinden. Polymerisationstemperaturen
sind typischerweise 25° bis
140°C, bevorzugter
30° bis
100°C, für 5 Minuten
bis 96 Stunden, bevorzugter 1 bis 24 Stunden. Geeignete Polymerisationskatalysatoren
schließen
Azobisisobutyronitril, erhältlich
von E. I. DuPont de Nemours Corporation, Wilmington, Del. U.S.A.,
als Vazo 64TM, 2,2'-Azobis(2,4-dimethyl-pentannitril), erhältlich von
DuPont als Vazo 52TM und 2,5-Dimethyl-2,5-bis(2-ethylhexanoylperoxy)hexan,
erhältlich
von Elf-Atochem, Buffalo, N. Y., U.S.A., als Lupersol 256TM, sowie andere Peroxide, ein.
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Wenn
UV-Licht zum Starten der Polymerisation verwendet wird, sollte seine
Intensität
etwa 0,1 bis etwa 50 Milliwatt pro Quadratzentimeter, bevorzugter
1 bis 5 W/cm2, sein. Im Allgemeinen ist
die erforderliche Zeit von 1 Minute bis 10 Stunden, vorzugsweise
5 Minuten bis 2 Stunden. Die Temperatur liegt zwischen etwa 20 und
50°C, vorzugsweise
25–30°C. Lichterzeugte
Radikale sind von Startern, wie Vazo 52 und dergleichen, abgeleitet.
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Die
erfindungsgemäßen Linsen
können
auch durch zuerst Polymerisieren eines Stabs des Copolymers, Schneiden
des Stabs in Kappen oder Knöpfe,
und Maschinenverarbeiten der Kappen oder Knöpfe zu Linsen, wie auf dem
Fachgebiet gut bekannt, hergestellt werden. Wenn das Polymer eine
UV-Härtung
eingeht, kann das Monomergemisch nach Aussetzen der UV-Quelle wärmegehärtet werden.
Alternativ können
die Linsen durch jede der bekannten Form- oder Gießtechniken
hergestellt werden, wie die Verfahren, die von Kindt-Larsen et al.
in US Patent Nr. 5 039 459 angeführt
werden. Die genaue Art, die zur Polymerisation und Linsenformen
verwendet wird, ist eine Frage der Auswahl und ist für diese
Erfindung nicht kritisch.
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Die
nachstehenden Beispiele beschreiben die Erfindung weiterhin, sind
jedoch nicht gedacht, den Umfang der Erfindung zu begrenzen. Im
Allgemeinen werden, sofern nicht anders ausgewiesen, die relativen Mengen
der Bestandteile auf einer Trockengewichtsbasis angegeben. In Beispielen,
wo die Gesamtbestanteile nicht exakt 100 Prozent oder dezimal 1,000
sind, sollte die Menge an Bestandteilen als angenähert an
relative Verhältnisse
betrachtet werden. Beispiel
1 – auf
HEMA basierende Linse Klasse I
Bestandteil | Gewichtsfraktion
von Polymergrundlage |
HEMA | 0,5788 |
EOEMA | 0,0647 |
EDMA | 0,0148 |
MAA | 0,0106 |
BZT | 0,0044 |
BP | 0,0096 |
IPA
(Isopropylalkohol) | 0,3099 |
Vazo 52 | 0,0072 |
GESAMT | 1,0000 |
-
Die
hydratisierte Linse hatte einen Wassergehalt von 53 mit einer mittleren
Dicke von 0,083 mm. Die mittlere Lichtdurchlässigkeit war %T (280–315 nm)
= 0,02% und %T (315–380
nm) = 2,2%. Beispiel
2 – NVP
basierende Linse Klasse I
Bestandteil | Gewichtsfraktion |
MMA | 0,2954 |
NVP | 0,6743 |
AMA | 0,0016 |
BZT | 0,0063 |
BP | 0,0136 |
Vazo 64 | 0,0088 |
GESAMT | 1,0000 |
-
Die
hydratisierte Linse hatte einen Wassergehalt von 74%. Beispiel
3 – GMA
basierende Linse Klasse I
Bestandteil | Gewichtsfraktion |
GMA | 0,6897 |
MMA | 0,2871 |
EDMA | 0,0034 |
BZT | 0,0062 |
BP | 0,0134 |
IPP | 0,0002 |
GESAMT | 1,0000 |
-
Die
hydratisierte Linse hatte einen Wassergehalt von 38%. Beispiel
4 – GMA/MMA
basierende Linse Klasse I
Bestandteil | Gewichtsfraktion |
GMA | 0,5282 |
MMA | 0,4303 |
Wasser | 0,0196 |
EDMA | 0,0010 |
BZT | 0,0062 |
BP | 0,0137 |
tBPP | 0,0010 |
GESAMT | 1,0000 |
Beispiel
5(a–h) – auf HEMA
basierende Linsen
- * 2-Hydroxy-4-methacryloxy-benzophenon
- ** 2-(2'-(4''-Vinylbenzoxy)-5'-methylphenyl)-2H-benzotriazol
-
Der
Feststoffgehalt von diesen Linsen wird auf einer Trockengewichtsbasis
gezeigt. Die hydratisierten Linsen hatten einen wie in der Tabelle
gezeigten Wassergehalt. Die Linsen wurden durch Anordnen der Monomerformulierung
in der Kontaktlinsenform bei 70°C
für 30
Minuten, dann Erhöhen
auf 120°C
innerhalb 10 Minuten und Halten für 30 Minuten hergestellt. Die Linsen
wurden heruntergekühlt
und durch einen Autoklaven in Salzlösung im Kreislauf gefiltert.
-
Die
UV-Transmissionsspektren für
die Linsen von Beispielen 5a bis 5h werden in 1 gezeigt.
-
-
Beispiel
7(a–f)
RGP Linsen
-
Eine
Stammlösung
der vorstehenden Polymergrundbestandteile wurde hergestellt und
variierende Mengen an Tinuvin-326 und MBP wurden zum Trennen der
Anteile der Polymergrundlage zum einzelnen Gewinnen von Formeln
7a–7f
zugegeben. Die Stäbe
wurden gefüllt
und auf 48°C
für 24
Stunden erwärmt,
dann für
24 Stunden bei 110°C
gehärtet.
Die Stäbe
wurden durch Erhöhen
der Temperatur auf 110°C
innerhalb 2 Stunden und Halten für
70 Stunden erhitzt (annealed), dann über einen Zeitraum von 2 Stunden
abgekühlt. Die
Stäbe wurden
mit einer 1,0 mRad Co-60-Quelle
bestrahlt. Die Stäbe
wurden zu Knöpfen
in Scheiben geschnitten und dann maschinenverarbeitet und in Linsen
mit 8 mm Durchmesser poliert. Fünf
Linsen für
jede UV-Absorptionsmittelformulierung, Beispiel 7a–7f, wurden
zur UV-Absorption gemessen. Die Ergebnisse wurden gemittelt und
vorstehend angeführt.
-
Beispiel Nr.8 auf HEMA
basierender UV-Vergleich
-
Beispiel 8a:
-
Eine
Polymergrundlage wurde gemäß dem Gezeigten
auf einer Gesamtfeuchtbasis hergestellt:
HEMA-49,491%, EOEMA-4,97%,
APM-0,08%, IPA-42,10%, EDMA-1,20%, MAA-4,059%, Vazo 52-0,028%, BZT-0,82%.
Diese Menge an zugegebenem BZT ist äquivalent 1,42 Gew.-% Trockenpolymer.
Die erhaltenen Kontaktlinsen hatten mittlere Durchlässigkeitswerte
von 6,8% bis für
280–315
nm (UVB) und 2,1% bis für 316–380 nm
(UVA). Bei 280 nm war die Durchlässigkeit
18,72%, was äquivalent
0,73 Absorptionseinheiten ist.
-
Beispiel 8b:
-
Die
gleiche Polymergrundlage wie vorstehend 0,75% BZT und 0,79% BP auf
einer Trockengewichtsbasis wurden für insgesamt 1,54% UV-Absorptionsmittel
auf einer Trockengewichtsbasis zugegeben. Die erhaltenen Kontaktlinsen
hatten mittlere Durchlässigkeitswerte
von 1,03% für
280–315
nm (UVB) und 4,07% für 316–380 nm
(UVA). Bei 280 nm war die Durchlässigkeit
1,89%, was äquivalent
1,72 Absorptionseinheiten ist.
-
Vergleich von Beispielen
8(a) und 8(b):
-
Bezogen
auf die Ergebnisse von 8(a) kann man die Menge an benötigtem BZT,
um die gleiche Absorption zu erhalten, berechnen, wie in 8(b) erhalten
unter Verwendung eines Gemisches BZT und BP. Unter Anwendung des
Beer'schen Gesetzes
wird die nachstehende Gleichung verwendet % BZT (8a) × Abs(8b)/Abs(8a)
= BZT. Unter Bearbeiten der Zahlen wie nachstehend: 1,42% × 1,72/0,73
gleich 3,35% BZT wird auf einer Trockengewichtsbasis berechnet,
um 1,89% Durchlässigkeit
bei 280 nm zu erhalten. Dies ist mehr als das Doppelte der Gesamtmenge
auf das Gewicht der vereinigten UV-Absorptionsmittel, die in Beispiel
8(b) verwendet wurden.
-
Beispiel 8(c):
-
Zu
derselben Polymergrundlage wie vorstehend wurden 0,64% BZT und 0,1,39%
BP auf einer Trockengewichtsbasis für insgesamt 2,03% UV-Absorptionsmittel
auf einer Trockengewichtsbasis gegeben. Die erhaltenen Kontaktlinsen
hatten mittlere Durchlässigkeitswerte
von 0,15% für
280–315
nm (UVB) und 3,67% für
316–380
nm (UVA). Bei 280 nm war die Durchlässigkeit 0,249%, was äquivalent
2,62 Absorptionseinheiten ist.
-
Vergleich von Beispielen
8(a) und 8(c):
-
Bezogen
auf die Ergebnisse von 8(a) kann man die Menge an benötigtem BZT
berechnen, um die Gesamtabsorption, wie in 8(c) erhalten, unter
Verwendung eines Gemisches von BZT und BP zu erhalten. Wiederum
kann man unter Verwendung des Beer'schen Gesetzes die Menge an benötigtem BZT
berechnen, wie nachstehend: 1,42% × 2,62/0,73 ist gleich 5,10%
BZT auf einer Trockengewichtsbasis, wie berechnet, um 1,89% Durchlässigkeit
bei 280 nm zu erhalten. Dies ist mehr als das 2,5-fache der Gesamtmenge
auf das Gewicht von in Beispiel 8(c) verwendeten kombinierten UV-Absorptionsmitteln.
-
Beispiel Nr. 9 – DMA/MMA
basierende Linsen, Vergleichsbeispiel
-
In
diesem Beispiel wurden UV-blockierende Monomere, BP und BZT einzeln
verwendet und in Kombination mit gleichen Anteilen, um geformte
experimentelle RGP-Linsen herzustellen. Zum Vergleich werden die
gemittelten Prozent Durchlässigkeitsdaten
im UVA- und UVB-Bereich nachstehend angeführt. Zielformulierungen
für Beispiele
9a und 9b
- *D&C
- = D&C Green Nummer
6
- *APM
- = eine Dispersion
von Phthalocyanin grün
in DMA/MMA
-
Formulierungsinformation
für Beispiel
9c
-
Linsenherstellung
-
Die
Linsen wurden in einen Füller/Versiegler
vom LCCM-Typ unter
Anwendung von Handfüllung
der Hohlräume
gefüllt.
Die Linsen wurden hydratisiert und wie nachstehend verarbeitet:
Härten
wurde in einem Gallenkampofen wie nachstehend ausgeführt:
Stickstoffspülung für eine Stunde
bei Umgebungsbedingungen
Steigern auf 72°C bei 45°C Stunde
Verbleiben bei
72°C für eine Stunde
Steigern
auf 124°C
bei 45°C
Stunde
Verbleiben bei 124°C
für 48
Stunden
Aus
-
Diese
Polymerisation ist eine thermische Härtung unter Verwendung von
AZBN (oder AIBN, Vazo 64, usw.). Die Linsen wurden nach Polymerisation
hydratisiert.
-
Die
UV/V-Spektren wurden unter Verwendung eines Perkin-Elmer-Spektrophotometers,
ausgestattet mit einem integrierenden Kugeldetektor, laufen lassen.
Die Prozent Durchlässigkeiten
der verschiedenen Linsenformulierungen wurden über den UVA- und UVB-Bereich
gemittelt und in Kategorien gemäß der UV-Monomerzusammensetzung,
wie nachstehend gezeigt, aufgelistet.
-
UV-Durchlässigkeitsvergleich
-
Die
vorstehenden Daten zeigen in einer deutlichen Weise den Vorteil,
der vom Kombinieren von UV-Blockierungsmitteln abgeleitet ist. Neben
dem vorhersagbaren „Abdecken
von Löchern" im UV-Spektrum wird
beobachtet, dass eine verstärkte
Verminderung in Prozent Durchlässigkeit,
stärker
als erwartet werden könnte,
erhalten wird.
-
Die
Erfindung wurde mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben, die
nur als Beispiel bereitgestellt werden und nicht als den Umfang
der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, begrenzend aufzufassen
sind.