FR2624515A1 - Procede de formation de couches hydrophiles minces sur la surface d'objets en des polymeres de methacrylate et d'acrylate non hydrophiles - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé pour la formation de couches hydrophiles minces sur la surface d'objets en polymères non hydrophiles, comportant des motifs esters et/ou nitriles de l'acide acrylique et/ou de l'acide méthacrylique, par hydrolyse par des acides forts. On plonge lesdits objets dans de l'acide fort chauffé préalablement additionné d'un électrolyte qui, isolément, ne réagit pas avec le polymère. L'électrolyte contient un sel stable de l'acide fort servant à l'hydrolyse. Application aux lentilles intra-oculaires et de contact et aux outils chirurgicaux en poly(méthyl méthacrylate) pour éviter l'endommagement des tissus oculaires ou épithéliaux.

Description

L'invention concerne un procédé de formation de cou-

ches hydrophiles minces sur la surface d'objets en des

polymères de méthacrylate non hydrophiles.

On sait, par exemple d'après le brevet des Etats-Unis 3 895 169, qu'on peut former des couches hydrophiles sur

la surface de résines d'acrylate non hydrophiles, par exem-

ple poly(méthyl méthacrylate), en traitant ces résines avec un mélange chaud d'acides forts, par exemple acide sulfurique et acides sulfoniques, et de composés organiques

contenant au moins deux groupes alcool primaire ou secon-

daire soit libres, soit estérifiés par un acide plus faible.

On savait d'une manière générale, même auparavant, qu'on peut aussi hydrophiliser la surface de divers polymères hydrophiles hydrolysables avec des acides forts agissant

isolément A des températures plus élevées, mais que le po-

lymère se dissout facilement en même temps dans l'acide chaud et que la couche hydrophile superficielle se dissout

aussi dans l'eau de lavage, de sorte qu'il est très diffi-

cile de réaliser de cette manière une couche hydrophile superficielle durable d'épaisseur uniforme. Les composés organiques sus-cités, comportant au moins deux groupes hydroxyles, provoquent une réticulation et stabilisent ainsi la couche superficielle, mais la formation de couches

hydrophiles très minces et uniformes est difficile, en par-

ticulier sur des objets de forme relativement complexe,

parce que l'acide chaud provoque très rapidement le gonfle-

ment et la dissolution du polymère.

Ces points faibles sont supprimés par le procédé se-

ion l'invention, consistant essentiellement à immerger les

objets dans des acides forts chauffés contenant un-électro-

lyte dissous préalablement de nature A ne pas réagir,iso-

lément, avec le polymère, L'électrolyte, qui est inerte,se dissout bien dans le milieu donné et est avantageusement un sel de l'acide utilisé, assure une réduction et par là un réglage du gonflement et de la solubilité du polymère

d'acrylate ou de méthacrylate dans l'acide utilisé et per-

met ainsi d'obtenir, selon la concentration en ledit élec-

trolyte et la température, une couche superficielle hydro-

2 6 2 4 5 1 5

phile uniforme, compacte et d'épaisseur faible choisie à volonté. Du fait que l'acide ne pénètre pas rapidement en profondeur, par gonflement, dans l'objet en polymère, son

élimination par lavage se trouve facilitée. Un autre avan-

tage réside en ce qu'on peut ainsi utiliser de l'acide sul- furique ou de l'acide sulfonique dilué, par exemple à 50%, avec de bons résultats, ce qui n'assurait pas une activité suffisante selon les techniques antérieures ne comportant pas d'addition de sels. I1 n'est pas nécessaire d'ajouter

des alcools polyfonctionnels ou leurs esters, particulière-

ment pour les polymères réticulés, ou l'on peut les utili-

ser additionnellement et séparément. Seule une partie des

très longues macromolécules est hydrolysée pendant le gon-

flement lent et les parties restantes demeurent fortement

ancrées dans la phase hydrophobe.

Avec des polymères non réticulés, par exemple avec le poly(méthyl méthacrylate), on peut obtenir des couches superficielles hydrophiles plus épaisses en adoptant une concentration en électrolyte plus faible et en mouillant ultérieurement dans un alcool polyfonctionnel chaud ou dans ses esters, par exemple dans du glycérol, ses esters avec un acide organique tels que la diacétine ou la triacétine, de l'alcool polyvinylique, etc. Outre les sels stables et bien solubles des acides

utilisés, par exemple sulfates acides alcalins dans l'aci-

de sulfurique, on peut avoir recours à d'autres sels sta-

bles et bien solubles d'acides non volatils qui soient au moins aussi forts que l'acide libre utilisé, comme c'est le cas pour les sels d'acides poiyéthylènesulfoniques, d' acide p-toluènesulfonique, d'acide hydroxypropylsulfonique

ou d'acide propylsulfonique.

La réaction d'hydropbilisation dans des esters ou

nitriles polymères d'acide méthacrylique et d'acide acryli-

que est une hydrolyse qui forme des carboxyles ou, dans le

cas de nitriles, d'abord des amides puis, à partir de ceux-

ci, des carboxyles partiels ou complets. L'hydrolyse s'ac-

compagne éventuellement, mais non nécessairement, d'une

estérification partielle ou totale par des alcools poly-

fonctionnels, dans lesquels une partie des hydroxyles

d'alcool demeurent libres. Simultanément apparaît une réti-

culation, par exemple avec la contribution des deux hydro-

xyles alpha du glycérol qui forment des groupes esters avec les carboxyles des deux chaînes polymères avoisinantes,tan- dis que les hydroxyles bêta centraux demeurent libres, en

partie au moins. Cette estérification peut intervenir si-

multanément à l'hydrolyse, de sorte qu'on traite le polymè-

re avec un mélange d'acide fort et d'un alcool primaire ou secondaire polyfonctionnel, ou les deux -réactions peuvent

être en gros distinctes dans le temps, de sorte qu'on assu-

re d'abord l'hydrolyse et qu'on immerge ensuite brièvement l'objet, dont l'hydrolyse superficielle est achevée et qui

est encore humide d'acide fort, dans de l'alcool polyfonc-

tionnel chaud. On peut éventuellement estérifier d'avance les groupes alcool ou l'alcool polyfonctionnel primaire ou

secondaire, en partie- au moins, avec des acides plus fai-

bles que l'acide utilisé pour l'hydrolyse.

L'acide fort, qui est apte à hydrolyser un groupe

ester ou nitrile, peut être, par exemple, l'acide sulfuri-

que ou quelque acide sulfonique organique tel que l'acide toluènesulfonique. Outre l'acide sulfurique, on peut aussi utiliser l'acide phosphorique ou ses mélanges avec l'acide sulfurique. L'électrolyte associé peut alors être, par exemple, un sulfate ou phosphate alcalin, isolément ou en mélange. On peut aussi faire appel à l'acide nitrique ou à l'acide chlorhydrique, sous réserve que leur volatilité ou

leur pouvoir oxydant ne soient pas gênants.

Le procédé suivant l'invention convient au premier chef pour l'hydrophilisation de lentilles intra-oculaires,

lentilles de contact ou de leurs pièces de support, d'ou-

tils chirurgicaux (par exemple pointes de forceps chirurgi-

caux) en poly(méthyl méthacrylate), notamment dans les cas

o l'on risque en les posant d'endommager les tissus épi-

théliaux (endothélium cornéen et analogues). Dans de tels cas, l'hydrophilisation peut jouer le rôle des solutions

lubrifiantes d'acide hyaluronique.

La présente invention a encore pour objet un article nouveau du type lentille intra-oculaire ou une lentille de contact doté de bonnes propriétés optiques de géométrie

et mécaniques, comprenant: (a) une âme en polymère hydro-

phobe d'un nitrile, d'un ester de l'acide acrylique ou d'un ester de l'acide méthacrylique, (b) une couche super- ficielle relativement mince, portée par ledit article,

composée d'un polymère hydrophile gonflant dans l'eau, in-

soluble dans l'eau, inerte et biocompatible, caractérisé par le motif récurrent

R

-C-C---

C--O A o R est hydrogène ou méthyle et o A est l'hydrogène, un

métal alcalin ou un groupe polyatomique monovalent, carac-

térisé par deux ou plusieurs groupes hydroxyle primaire et/ou secondaire et (c) ladite couche hydrophile et ladite âme hydrophobe étant réunies chimiquement d'un seul tenant

pour constituer ladite lentille intra-oculaire ou de con-

tact. On peut éviter des réflexions indésirables sur des parties optiques de lentilles intra-oculairegentourées

d'humeur interne en modifiant en continu l'indice de ré-

fraction de la couche superficielle de la lentille. L'in-

dice de réfraction de la surface de la lentille est prati-

quement égal à celui de l'humeur interne et se modifie en

continu par rapport à celui du poly(méthyl méthacrylate).

On obtient une surface molle, fortement hydrophile

et non irritante, sur des lentilles de contact en poly-

(méthyl méthacrylate) dur sans porter atteinte aux proprié-

tés mécaniques et optiques.

On peut obtenir des couches hydrophiles épaisses sans apparition d'opacité superficielle par la seule hydrolyse avec des esters polymères et nitriles réticulés des acides acrylique et méthacrylique. Avec des acides non réticulés,

on peut préparer des couches stables et relativement épais-

ses, gonflant dans l'eau, en adoptant une concentration

plus faible en électrolyte en solution et en mouillant en-

suite avec un alcool polyfonctionnel chaud ou ses esters

d'un acide non volatil plus faible, par exemple éthylène-

glycol, propylène-glycol, glycérol, diacétine, triacétine, alcool polyvinylique et autres. Par immersions successives de l'objet en ester ou

nitrile acrylique ou méthacrylique polymère dans des solu-

tions d'acide de nature identique ou différente mais tou-

jours pendant un laps de temps plus bref à une température identique ou différente, avant ou après neutralisation et lavage de l'acide du bain précédent, on peut former une

succession continue de couches hydrophiles fortement adhé-

rentes, dont le caractère hydrophile et l'aptitude au gon-

flement diminuent progressivement de la surface vers l'in-

térieur. On peut obtenir un effet analogue par immersions successives dans des solutions de plus en plus diluées du

sel dans l'acide ou par combinaison arbitraire de ces mesu-

res. L'invention est encore éclairée par des exemples,

dépourvus de tout caractère limitatif.

Exemple 1

On a plongé des pointes de forceps en poly(méthyl méthacrylate) sur une longueur de 15 mm dans une solution saturée chaude, à 110 C, de sulfate acide de sodium dans

de l'acide sulfurique à 94% pendant 20 secondes. On a en-

suite rincé le forceps à l'eau et lavé à 50 C pendant 4

heures dans une solution à 5% de carbonate de potassium.

Finalement, on a rincé à fond le forceps à la solution phy-

siologique à température ambiante. On a ainsi formé sur les pointes de forceps une couche hydrophile molle à fort pouvoir gonflant d'environ 1,1 mm d'épaisseur et d'environ ,2 mm de long, ayant un coefficient de frottement faible

A l'état gonflé à l'eau.

Exemple 2

On a immergé les organes porteurs (haptiques) d'une lentille intraoculaire à puissance optique de + 18 î, en poly(méthyl méthacrylate), pendant 30 secondes dans une solution saturée chaude, à lOOC, de sulfate acide de

2 6 2 4 5 1 5

potassium dans de l'acide sulfurique à 90%. On a rincé la lentille à l'eau, puis on l'a lavée pendant 2 heures dans une solution aqueuse à 5% de carbonate de potassium à 50 C et finalement pendant 4 heures avec une solution aqueuse à 1% de carbonate acide de sodium. Les organes haptiques alors revêtus en surface de polymère hydrophile n'ont pas

endommagé ni écorché le tissu oculaire ni la cornée lors-

qu'on a inséré la lentille intra-oculaire dans l'oeil.

Exemple 3

On a préparé trois solutions selon l'exemple 1, à la différence qu'on a réduit la quantité de sulfate acide de sodium utilisée initialement, la ramenant à 75, 60 et 50% respectivement, pour un même volume de solution et une même

concentration en acide. L'épaisseur de la couche hydrophi-

le, qu'on pouvait observer sur des coupes en colorant avec une solution aqueuse de bleu de méthylène, à l'état gonflé, (après immersion pendant 30 minutes dans ladite solution et lavage de l'acide à l'eau pendant une nuit), augmentait à

mesure que la concentration en sulfate diminuait.

Exemple 4

On a procédé comme dans l'exemple 1 à la différence qu'après avoir retiré le forceps de la solution chaude de

sel dans l'acide, on l'a immédiatement plongé dans du gly-

cérol porté à 110 C pendant 20 secondes. On a obtenu une couche hydrophile encore plus épaisse et plus molle qui

adhérait bien au support.

Exemple 5

On a plongé une plaque en poly(méthyl méthacrylate) pendant 30 secondes dans une solution préparée de sulfate acide de potassium dans de l'acide sulfurique à 90% à 1000 C (exemple 5a). On a plongé la même plaque pendant 30

secondes dans de l'acide sulfurique à 90% chaud non addi-

tionné de sulfate (exemple 5b). Au moment du traitement, la couche hydrophile était nettement plus mince et plus

uniforme dans le premier cas que dans le second et lten-

semble de l'objet était optiquement plus net et plus homo-

gène après neutralisation et gonflement dans l'eau.

Exemple 6

On a procédé comme dans l'exemple 5a en ajoutant 15%

d'éthylène-glycol à l'acide sulfurique à 90% avant de sa-

turer celui-ci de sulfate acide de potassium. La couche hydrophile susceptible de gonflement était plus épaisse et

adhérait mieux à la plaque que dans l'exemple 5a.

Exemple 7

On a séché à 40OCune plaque transparente en polyacry-

lonitrile pur obtenu à partir d'une solution fortement visqueuse à 18% de polyacrylonitrile dans une solution aqueuse à 70% de chlorure de zinc préparée directement en polymérisant de l'acrylonitrile dans la solution de ZnC12 au moyen d'un amorceur de type redox, en dégazant et en lavant lentement et progressivement le chlorure de zinc à l'eau froide, puis on l'a plongée pendant 2 secondes dans une solution saturée chaude, à 1000C, de sulfate acide de sodium dans de l'acide sulfurique à 96%. On a pu obtenir

une couche hydrophile plus épaisse en alternant l'extrac-

tion de la plaque, son refroidissement à l'air et la brève immersion répétée dans la solution d'acide. On a ensuite

neutralisé et lavé comme dans l'exemple 1. La brève immer-

sion dans la solution de sel dans l'acide a évité l'échauf-

fement de l'ensemble de la plaque au-delà de 700C, ce qui

amorcerait une cristallisation partielle du polyacryloni-

trile et provoquerait ainsi une perte de transparence.

On peut obtenir un résultat analogue par immersion plus prolongée de la plaque dans la solution de sulfate

acide de sodium dans de l'acide sulfurique portée à 60-

C. On a formé une couche pouvant gonfler dans l'eau épaisse et plus molle en plongeant la plaque, précédemment traitée à.l'acide sulfurique et au sulfate de sodium,dans

du glycérol sans la rincer préalablement.

Exemple 8

On a aspiré un mélange chaud, à 100 C, d'acide sul-

furique à 94% et de 25% de glycérol, saturé à 800C de

sulfate de potassium, à travers un faisceau de fibres creu-

ses en un copolymère à 60% de chlorure de vinyle et 40%

d'acrylonitrile. Les fibres creuses obtenues après neutra-

lisation par une solution diluée d'ammoniaque et lavage à fond à l'eau présentaient un diamètre intérieur légèrement réduit, une surface intérieure hydrophile et une résistance hydrodynamique (rapportée au même diamètre intérieur) moin- dre.

Exemple 9

On a procédé comme dans les exemples 5a et 5b avec

une pellicule élastique de 0,5 mm d'épaisseur en le copoly-

mère d'acrylate d'éthyle et deacrylate de n-butyle (le rap-

port en poids initial des monomères étant de 1:1). La pelli-

cule traitée à la solution saturée de sulfate acide de so-

dium dans de l'acide sulfurique à 94% était uniformément hydrophilisée en surface, tandis qu'une pellicule immergée

dans l'acide non additionné de sel était partiellement dis-

soute en surface et absolument inutilisable.

La manière de procéder n'est pas limitée aux exemples donnés et on peut la faire varier encore dans les limites

définies. Ainsi, on peut faire en sorte que le pouvoir gon-

flant de la couche hydrophile se modifie, avantageusement

de façon que le gonflement et aussi la mollesse de la cou-

che soit maximaux du côté extérieur et que le degré d'hy-

drolyse et, par conséquent, le pouvoir gonflant diminuent vers l'intérieur. On peut aisément obtenir ce résultat en divisant le processus en plusieurs phases mises en oeuvre dans des conditions diverses de durée, de température, de

pression et de concentration des constituants individuels.

On peut interposer entre les phases individuelles un lava-

ge complet ou une neutralisation de l'agent provenant de

la phase précédente. La plus importante des conditions ci-

tées plus haut pour la détermination de l'épaisseur de la

partie correspondante de la couche hydrophile est la con-

centration en l'électrolyte auxiliaire réduisant le pouvoir

gonflant du polymère et sa solubilité dans l'acide chaud.

Outre les électrolytes auxiliaires les plus indiqués, tels que les sels inertes facilement solubles de l'acide servant à l'hydrolyse, on peut en fait faire appel aussi à des acides organiques inertes plus faibles, par exemple

acide lactique et analogues, mais on ne peut guère s'atten-

dre à un avantage quelconque.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour la formation de couches hydrophiles minces sur la surface d'objets en polymères non hydrophiles, comportant des motifs d'esters et/ou de nitriles de l'acide acrylique et/ou de l'acide méthacrylique, par hydrolyse par des acides forts, caractérisé en ce qu'on plonge les dits objets dans de l'acide fort chauffé contenant un électrolyte dissous d'avance qui, isolément, ne réagit pas

avec le polymère.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise comme électrolyte un sel stable du même acide, par exemple une solution chauffée de sulfate acide

alcalin dans de ltacide sulfurique à 50% au moins.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on traite simultanément ou ultérieurement la surface de l'objet, en chauffant, avec un alcool polyfonctionnel,

comportant au moins deux groupes alcool primaire ou secon-

daire dans sa molécule.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on traite simultanément ou ultérieurement la surface de l'objet,en chauffant, avec un alcool polyfonctionnel, dont on a préalablement estérifié en partie au moins les groupes alcool primaire ou secondaire avec un acide plus

faible que l'acide servant à l'hydrolyse.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on traite l'objet en esters et/ou nitriles polymères non hydrophiles avec des agents d'hydrolyse en procédant successivement en deux phases au moins, ce qui provoque

une hydrolyse plus poussée à la surface de la couche hy-

drophile que dans la profondeur de celle-ci.

6. Article nouveau du type lentille intra-oculaire ou lentille de contact doté de bonnes propriétés optiques, de géométrie et mécaniques, comprenant (a) une âme en polymère hydrophobe d'un nitrile, d'un ester de l'acide acrylique ou

d'un ester de l'acide méthacrylique, (b) une couche superfi-

cielle relativement mince, portée par ledit article, compo-

sée d'un polymère hydrophile gonflant dans l'eau, insoluble dans l'eau, inerte et biocompatible, caractérisé par le il motif récurrent R

-C-C---

-I C-O o A o R est hydrogène ou méthyle et o A est l'hydrogène, un

métal alcalin ou un groupe polyatomique monovalent, carac-

térisé par deux ou plusieurs groupes hydroxyle primaire et/ou secondaire et (c) ladite couche hydrophile et ladite âme hydrophobe étant réunies chimiquement d'un seul tenant

pour constituer ladite lentille intra-oculaire ou de con-

tact.