JP2767040B2 - 酸素透過性成形物 - Google Patents

酸素透過性成形物

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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は透明性に優れ、かつ同一組成のランダム共重
合体に比べ酸素透過性の高い成形物に関する。
(従来の技術) 近年、視力矯正手段として広く普及してきたコンタク
トレンズにおいては、角膜の酸欠障害の防止のため、優
れた酸素透過性を備えた透明素材が求められており、ハ
ードコンタクトレンズとしては主にシロキサニルメタク
リレートとメチルメタクリレートを主成分とするランダ
ム共重合体がこのような素材として用いられている。
(発明が解決しようとする問題点) 上記シロキサニルメタクリレートとメチルメタクリレ
ートのランダム共重合体は酸素透過性を高くするために
はシロキサニルメタクリレートの含有率を高める必要が
あり、そうすると表面硬度が小さく、引き裂き強度の小
さいものとなる欠点があり、逆にこの欠点を解消しよう
とするとシロキサニルメタクリレートの含有率が低くな
って酸素透過性が充分でなくなり、両特性を高いところ
でバランスさせるのが困難であるという問題があった。
本発明の目的は、酸素富化膜としても通用する程度の
高い酸素透過性を有し、しかもコンタクトレンズを成形
しても透明でかつ高い酸素透過性を有するレンズとなり
得る酸素透過性成形物を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 即ち、本発明の要旨は一般式A−B、A−B−A又は
B−A−Bで示されるブロック共重合体からなり、セグ
メントBの体積分率が30〜70%である成形体であって、
セグメントAとセグメントBとが可視光の波長より小さ
いミクロドメインを形成し、かつ、セグメントAの成分
の体積分率と酸素透過係数を各々vA,Pa、セグメントB
の成分の体積分率と酸素透過係数を各々vB,PBとした
時、該成形体の酸素透過係数が(vAPa+vBPB)の0.5倍
乃至1倍である酸素透過性成形物にある。
(但し、一般式A−B、A−B−A又はB−A−Bにお
いて、セグメントAはアルキル基の炭素数が1〜4のア
ルキルメタアクリレートがその構成モノマー単位の80重
量%以上を構成してなるものであり、セグメントBは下
記一般式(1)で示されるモノマー単位がその構成モノ
マー単位の80重量%以上を構成してなるものである。
CH2=C(CH3)COOCmH2mSiX3 ・・・(1) (上記一般式(1)中、mは2〜5の整数、Xは各々独
立してメチル基又は を示す。
ここでnは0〜30の整数を示す。)) 本発明に用いるブロック共重合体におけるセグメント
Aはアルキル基の炭素数が1〜4のアルキルメタアクリ
レートがその構成モノマー単位の80重量%以上、好まし
くは90重量%以上を構成してなるものであり、アルキル
基の炭素数が1〜4のアルキルメタアクリレートの中メ
チルメタクリレートを好ましいものとして例示できる。
セグメントAを構成するための上記アルキルメタクリ
レートと共重合可能なモノマー構成単位としては、2,2,
2−トリクロロエチルメタクリレート、グリシジルメタ
クリレート、アリルメタクリレート、エチレンジメタク
リレート等を挙げることができる。セグメントAの数平
均分子量としては5000〜100000程度であることが好まし
く、数平均分子量が上記下限より小さい場合は成形品の
強度が充分とはいえず、上記上限より大きい場合は成形
品の透明度が低下する傾向にある。
セグメントBは上記一般式(1)(式中、m,Xは前述
の意味を示す)で示されるシリコン系メタクリレートが
その構成モノマー単位の80重量部以上を構成してなるも
のであり、このシリコン系メタクリレートの好ましい具
体例としてトリス(トリメチルシロキシ)シリルプロピ
ルメタクリレート、メチルビス(トリメチルシロキシ)
シリルプロピルメタクリレート、トリメチルシリルプロ
ピルメタクリレート及び を挙げることができる。
セグメントBを構成するための上記シリコン系メタク
リレートと共重合可能なモノマー構成単位としては、ジ
メチルアミノエチルメタクリレート、2−トリメチルシ
ロキシエチルメタクリレート、アリルメタクリレート、
1H,1H,2H,2H−ヘプタデカフルオロデシルメタクリレー
ト等を挙げることができる。セグメントBの数平均分子
量としては5000〜100000程度であることが好ましく、数
平均分子量が上記下限より小さい場合は充分な酸素透過
性が得られず、上記上限より大きい場合は透明性の低下
及び引き裂き強度の低下が生じ好ましくない。
ブロック共重合体全体としての数平均分子量として
は、ブロック共重合体がA−B型の場合は1000〜200000
程度、A−B−A又はB−A−Bで示されるものでは15
000〜300000であることが好ましい。
該ブロック共重合体のB成分の体積分率は30〜70%で
ある必要がある。B成分の体積分率が70%を越えると表
面硬度、引き裂き強度が小さくなり、逆に30%未満であ
ると酸素透過性が不充分となり好ましくない。
本発明に用いる上記ブロック共重合体は従来公知の各
種イオン重合法を用いて製造できるが、特開昭58−1360
3号公報に開示されているような基転移重合法を用いる
と各セグメントの重合度や組成を比較的容易にコントロ
ールできることから好ましい。
本発明の成形物においては該ブロック共重合体のセグ
メントAとセグメントBとが可視光の波長より小さいミ
クロドメインを形成している必要があり、これによっ
て、外成形体を透明なものにすることができる。該ブロ
ック共重合体の成形物の酸素透過性は上記ミクロドメイ
ンの配置によって異ってくる。即ち、該ミクロドメイン
が酸素を透過させたい方向に対し一方のセグメントのド
メインが繋っている場合、いわゆる並列モデルとなり、
該成形物の酸素透過性Pは、セグメントAの成分の体積
分率と酸素透過係数を各々vB,PB、セグメントBの成分
の体積分率と酸素透過係数を各々vB,PBとした時、P=
(vAPa+vBPB)で示され、各セグメントが積層されてい
る場合はいわゆる直列モデルとなり、P=(vA/Pa+vB/
PB-1で示される。メクロドメインがランダムとなった
場合やランダム共重合の場合には正確なモデルをたてる
ことが困難であるが、上記のようにセグメントBの体積
分率が30〜70%である場合は並列モデルにおける酸素透
過性の0.2〜0.4倍程度にしかならない。従って、前述の
如く、ランダム共重合体では酸素透過性と機械的強度の
バランスをとることが困難なのであるが、本発明の成形
物は成形物の酸素透過性が(vAPa+vBPB)の0.5〜1倍
という高い酸素透過性を有するものであり、これは上述
の議論から明らかなように、成形体の一方の面から他方
の面にかけてBセグメントが連通した構造をとらせれば
上記の条件を満足するものが得られる。完全に並列モデ
ルになるように成形できれば成形物の酸素透過性は(vA
Pa+vBPB)となるが若干の乱れは許容でき、成形物の酸
素透過性が(vAPa+vBPB)の0.5倍以上であれば、酸素
透過性と機械的強度のバランスを良好なものにすること
ができる。上記式において、Pa及びPBは各々のホモポリ
マーを作成して酸素透過係数を測定することによって求
めることができる。
このような構造の成形物は例えばブロック共重合体を
溶解性パラメーターが7.3〜9.2cal1/2・cm−3/2である
溶媒に溶解した溶液をキャスティングした後、溶媒を除
去することにより成形できる。
ここで用いる溶媒は溶解性パラメーターが7.3〜9.2ca
l1/2・cm−3/2のものであり、8.4〜9.0cal1/2・cm−3/2
である溶媒であることが好ましい。この溶解性パラメー
ターは蒸発熱等の物理量あるいは化学構造から算出され
る値であり、このような溶媒の例として下記の溶媒(括
弧内は溶解性パラメーターの値)を挙げることができ
る。
トルエン(8.9)、四塩化炭素(8.6)、メチルイソブ
チルケトン(8.4)、ジエチルケトン(8.8)等。
このような溶媒を用いた溶液から成形すれば、該ブロ
ック共重合体のBセグメントがAセグメントからミクロ
相分離して、しかも成形体の一方の面から他方の面にか
けてBセグメントが連通した構造をとらせることができ
るようになり、しかもそのミクロ相分離構造の各々のセ
グメントに相当するミクロドメインの大きさが可視光の
波長より小さく、従って光を散乱することなく透明な成
形物にすることを可能ならしめるためである。
溶媒の溶解性パラメーターが7.3cal1/2・cm−3/2未満
ではブロック共重合体の溶液が均一な溶液とならず、溶
解性パラメーターが9.2cal1/2・cm−3/2より大きい場合
は得られる成形物の酸素透過性が小さくなるので不都合
である。又、溶解性パラメーターが7.3〜9.2cal1/2・cm
−3/2の溶媒であっても、ブロック共重合体の分子種、
組成によっては難溶あるいは不溶である場合もあるの
で、溶媒、キャスティング条件は適宜選択して均一な溶
液あるいはコロイド溶液となる系を選ぶのがよい。ブロ
ック共重合体溶液の適切な濃度は目的とする成形物の形
状によって異なるが、10〜100g/程度であることが好
ましい。
本発明において、まず、ブロック共重合体の溶液を調
製し、これを目的とする成形物の形状に会わせて適切な
枠の中に塗布あるいは注入し、次いで溶媒を蒸発等によ
り除去することによって目的とする成形物を得るが、溶
媒除去が蒸発による場合は溶媒の沸点以下の温度で、50
ml/hr以下の蒸発速度で溶媒を蒸発させることが好まし
い。溶媒蒸発により成形品の形が形成された後は成形品
中の残存溶媒を除去するために後乾燥することが好まし
い。この後乾燥としては成形品の軟化点以下の温度に加
熱した状態で真空乾燥することが好ましい。又、厚みの
厚いものを成形したり、厚みを調節する方法として、よ
り薄いものを成形してこれを複数枚圧着したり、溶媒や
溶液で接着したり、成形品の上に更に溶液を塗布あるい
は注入した後、溶媒を除去する方法を採用することがで
きる。
こうして得られた成形品は酸素透過性の高いBセグメ
ントが一方の面から他方の面まで連続した構造をとり、
しかもAセグメント、Aセグメント各々の形成するミク
ロドメインの大きさが数nm〜数十nmと、可視光の波長よ
り小さいため透明かつ高酸素透過性のものとなる。
本発明の成形物としては、フィルム、シートあるいは
レンズ等の各種形状のものを挙げることができ、フィル
ムの場合は酸素透過膜あるいは高酸素透過性透明包装材
等として有用であり、膜の場合はその形状は平膜、チュ
ーブラー膜あるいは中空糸膜など種々の形状のものとす
ることができる。又、適切な厚みのレンズ形状を用いて
コンタクトレンズあるいは眼内レンズを成形すれば透明
かつ高酸素透過性の優れたレンズとなる。又、シート状
に成形すれば透明で酸素透過性に優れた内視用窓あるい
は透明容器を製造することが可能となる。
(実施例) 以下に実施例を用いて本発明を更に説明する。
参考例1 ブロック共重合体(A−B)の調製 アルゴン導入管、撹拌器、熱電対、排気管を備えた50
0mlの反応容器内を充分にアルゴン置換した後、反応容
器内にテトラヒドロフラン50ml、トリスジメチルアミノ
スルホニウムビフルオライド0.5ml(シアン化メチル0.0
4M溶液)、[(2−メトキシ−2−メチル−1−プロペ
ニル)オキシ]トリメチルシラン(重合開始剤)0.5ml
(2.5ミリモル)を充填した。次に撹拌下、メチルメタ
クリレート50g(0.5モル)を反応系の温度が50℃を越え
ないように注意しながら10分かけて滴下した。反応系の
温度が30℃に下がるまでそのままゆっくりと撹拌を続
け、30℃になったところで少量サンプリングし、GPCに
より分子量を測定したところ、得られたポリマーの数平
均分子量は約20000であり、予想された分子量とほぼ同
じであった。
次いで、この反応系にトリス(トリメチルシロキシ)
シリルプロピルメタクリレート50g(118.5ミリモル)を
10分かけて滴下して反応させ、メチルメタクリレートを
セグメントA、トリス(トリメチルシロキシ)シリルプ
ロピルメタクリレートをセグメントBとするA−Bタイ
プのブロック共重合体を合成した。得られたポリマーを
水中に沈殿させて重合体成長末端を失活させた後乾燥し
て白色の粉状ポリマーを得た。このブロック共重合体の
数平均分子量は約40000であった。
参考例2 ブロック共重合体(A−B−A)の調製 参考例1で用いたと同様の反応装置を用い、メチルメ
タクリレートを25g(0.25モル)とし、同様の操作によ
りA−Bブロック共重合体を合成した後、重合体成長末
端を失活させないで、これにさらにメチルメタクリレー
ト25gを10分かけて滴下して反応させてA−B−Aタイ
プのブロック共重合体を合成した。得られたポリマーを
水中に沈殿させて重合体成長末端を失活させた後乾燥し
て白色の粉状ポリマーを得た。このブロック共重合体の
数平均分子量は約39000であった。
参考例3 ブロック共重合体(B−A−B)の調製 参考例1で用いたと同様の反応装置を用い、メチルメ
タクリレートの代りにトリス(トリメチルシロキシ)シ
リルプロピルメタクリレート25g(60ミリモル)、(ト
リメチルシロキシ)シリルプロピルメタクリレートの代
りにメチルメタクリレート50g(0.5モル)を用い、同様
の走査によりA−Bタイプのブロック共重合体を合成し
た後、さらに(トリメチルシロキシ)シリルプロピルメ
タクリレート25g(60ミリモル)を10分かけて滴下して
反応させてB−A−Bタイプのブロック共重合体を合成
した。得られたポリマーを水中に沈殿させて重合体成長
末端を失活させた後乾燥して白色の粉状ポリマーを得
た。このブロック共重合体の数平均分子量は約38000で
あった。
実施例1〜5 上記参考例で合成したA−B、A−B−A及びB−A
−B型ブロック共重合体各1.5gをトルエン、四塩化炭素
及びメチルイソブチルケトン各々30mlに溶解し、フラッ
トガラスシャーレ上に展開し、30℃で12時間放置して溶
媒を蒸発させ、次いで120℃で12時間真空乾燥して厚さ
約200μmの透明なフィルムを得た。このフィルムの気
体透過性をガス透過率測定装置(GTR−10、柳本製作所
(株)製)及びガスクロマトグラフ(BC−BA、島津製作
所(株)製)により測定した。得られたフィルムの酸素
透過係数PO2(cm3(STP)cm/cm2.sec.cmHg)を第1表に
示す。尚、AとBからなるブロック共重合体において
は、VB=1−VAである。
比較例1〜3 キャスト溶媒としてクロロホルム(溶解性パラメータ
ー9.3)、アセトン(9.9)、シクロヘキサノール(11.
4)を用いた以外は実施例1〜4と同様にしてフィルム
を調製し、酸素透過係数を測定した。結果を実施例1〜
5とともに第1表に示す。
比較例4 キャスト溶媒としてn−ペンタン(溶解性パラメータ
ー7.0)を用いた以外は実施例5と同様にしてフィルム
の調製を試みたブロック共重合体の溶液が均一となら
ず、このためピンホールのないフィルムが作成できず、
酸素透過速度の測定は不可能であった。又、得られたフ
ィルムは不透明なものであった。
第1表から明らかなように、本発明の方法により成形
された膜は形成する各々のミクロドメインの大きさが数
十nmで可視光の波長より小さいため透明であり、かつ該
成形物の透過係数はvAPa+vBPBから計算される値の0.5
倍以上であり酸素透過性に優れていることがわかる。
実施例6 参考例1〜3で合成したブロック共重合体各々1.0gwo
各々四塩化炭素10mlに溶解し、底面に凹曲面の鏡面を有
する円柱状金属容器内に展開し、50℃で24時間静置して
溶媒を蒸発させ、得られた成形物を120℃で12時間真空
乾燥して中心部の厚み約4mmの成形物を得た。この成形
物の極面側を下にして固定し、平面側を中心部の厚みが
100μmに程度になるように凹型に切削、研磨して直径
約10mmのレンズ状の成形物を得た。この成形物は透明で
あり、酸素透過性も1.0〜1.2×10-8程度であり高い酸素
透過性を示した。
(発明の効果) 以上述べたように、本発明の成形物は透明でかつ高い
酸素透過性に優れたものであり、従来のランダム重合体
と同程度の酸素透過性のレベルのもので比較するとシリ
コン成分を提言できるので当然引き裂き強度や引っ張り
強度は高くなり、同じ組成のものであってもランダム共
重合体により本発明で用いるブロック共重合体の法が引
き裂き強度や引っ張り強度に優れることから、従来の酸
素透過性素材の成形物に比べて強度に優れるものであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08F 293/00 - 297/08 G02C 7/04 A61L 27/00 B29D 11/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式A−B、A−B−A又はB−A−B
    で示されるブロック共重合体からなり、セグメントBの
    体積分率が30〜70%である成形体であって、セグメント
    AとセグメントBとが可視光の波長より小さいミクロド
    メインを形成し、かつ、セグメントAの成分の体積分率
    と酸素透過係数を各々vA,Pa、セグメントBの成分の体
    積分率と酸素透過係数を各々vB,PBとした時、該成形体
    の酸素透過係数が(vAPa+vBPB)の0.5倍乃至1倍であ
    る酸素透過性成形物。 (但し、一般式A−B、A−B−A又はB−A−Bにお
    いて、セグメントAはアルキル基の炭素数が1〜4のア
    ルキルメタアクリレートがその構成モノマー単位の80重
    量%以上を構成してなるものであり、セグメントBは下
    記一般式(1)で示されるモノマー単位がその構成モノ
    マー単位の80重量%以上を構成してなるものである。 CH2=C(CH3)COOCmH2mSiX3 ・・・(1) (上記一般式(1)中、mは2〜5の整数、Xは各々独
    立してメチル基又は を示す。 ここでnは0〜30の整数を示す。))
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