KR101427088B1

KR101427088B1 - 실리콘 하이드로겔 렌즈

Info

Publication number: KR101427088B1
Application number: KR1020120075866A
Authority: KR
Inventors: 조숙현; 정세용; 한지수; 최원호
Original assignee: 정세용; 한지수; 최원호
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2014-08-08
Also published as: KR20140009630A

Abstract

본 발명은 콘택트렌즈에 2-hydroxyethyl methacylate을 기본으로 N-vinyl-n-methylacetamide,실리콘(3-Methacryloyloxy propyltris (trimethylsilyloxy) silane)과 불소 화합물(Trifluoroethyl methacrylate) 단량체와 가교제를 중합하여 산소투과력이 좋은 실리콘 하이드로겔 렌즈에 관한 것이다.

Description

실리콘 하이드로겔 렌즈 {Silicone hydrogel lens}

본 발명은 실리콘 하이드로겔 렌즈에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 콘택트 렌즈에 2-hydroxyethyl methacylate을 기본으로 N-vinyl-n-methylacetamide,실리콘(3-Methacryloyloxy propyltris (trimethylsilyloxy) silane)과 불소 화합물(Trifluoroethyl methacrylate) 단량체와 가교제를 중합하여 산소투과력을 높인 실리콘 하이드로겔 렌즈에 관한 것이다.

일반적으로 소프트렌즈는 크게 methyl metharylate를 기본 물질로 하는 하드렌즈와, 2-hydroxyethyl methacylate을 기본 물질로 하는 소프트렌즈로 나눈다.

먼저, 하드렌즈는 두껍고 딱딱한 재질로 되어있으며, 산소투과율이 높고 함수율이 거의 없어 건조한 상태로 보관하기 때문에 세균 발생 우려가 적다.

한편, 소프트렌즈는 일정한 함수율을 갖고 있기 때문에 부드러운 재질로 착용감이 우수하나 하드렌즈에 비해 낮은 산소투과율과 수분을 항상 함유하고 있어 세균 발생이 우려되며 혈관이 없는 각막에 충분한 산소공급을 하지 못하여 각막부종, 신생혈관 등의 여러 가지 부작용이 야기된다.

한편, 상기 소프트렌즈가 갖고 있는 문제점을 해소하기 위해 산소투과성 재질이면서 착용감이 편안한 재질로 실리콘(silicone)을 많이 사용하고 있다.

현재 실리콘 하이드로겔렌즈는 소수성의 표면을 위해 플라즈마 코팅, 퍼포마 코팅등 후공정에 별도의 표면처리를 통해 표면개질을 시키고 있다.

일 예로 시바비젼에서 생산되고 있는 실리콘 하이드로겔 렌즈의 경우 플라즈마 처리를 하여 렌즈 표면을 친수성으로 개질 하였으며, 바슈롬에서 생산되고 있는 실리콘 하이드로겔 렌즈의 경우 퍼포마코팅처리를 하여 실리콘 특유의 소수성 재질을 친수성으로 개질하였다.

하지만 이 모든 코팅은 실리콘이 가지고 있는 소수성 재질을 표면만을 친수성으로 개질하고, 이 개질한 표면의 친수성을 콘택트렌즈를 사용함에 따라 친수성 개질이 점차 원래 성질인 소수성 개질로 전환되는 가능성을 지니고 있다.

현재 판매되고 있는 실리콘 하이드로겔 렌즈의 대표적인 예는 다음의 [표 1]과 같다.

상품명	포커스나이앤데이	오투옵틱스	퓨어비젼
제조회사	시바비젼	시바비젼	바슈롬
함수율(%)	24	33	36
산소투과율(DK)	140	110	99
표면처리	플라즈마코팅	플라즈마코팅	plasma oxidation

이와 같이 현재 판매되고 있는 실리콘 하이드로겔 렌즈는 하드렌즈와 실리콘렌즈의 장점을 접목시켜 개발하였으나 실리콘 특성상 함수율이 낮기 때문에 렌즈표면이 소수성 성질을 가지므로 렌즈 성형 후 후공정 플라즈마와 같은 표면처리를 통해 친수성으로 변화시킨다. 때문에 공정상 번거러움이 발생된다.

또한 소수성 표면으로 인해 렌즈 표면에 단백질 침착 문제 또한 발생 된다.

따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 실리콘 하이드로겔 렌즈의 번거러운 표면처리라는 후공정 절차가 필요 없으며 중합과정에서 이미 재질 자체가 친수성 재질을 갖는 실리콘 하이드로겔 렌즈를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 실리콘 하이드로겔 렌즈에서 요구하는 높은 산소투과율, 적합한 함수율과 광학적으로 투명하고 매끄러운 표면을 갖는 실리콘 하이드로겔 렌즈를 제공하는데에도 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

하기 화학식 1의 실리콘-함유 단량체를 포함하는 반응 혼합물을 경화시켜 제조되는 실리콘-하이드로겔을 포함하는 실리콘 하이드로겔 렌즈를 제공한다.

화학식 1

이때, R3, R4, 및 R5는 독립적으로 알콜, 에스테르, 아민, 케톤, 카르복실산 또는 에테르 그룹으로 추가로 치환되지 않은 1가알킬 또는 아릴 그룹을 의미하고; R1, R2과 R6은 독립적으로 알콜, 에스테르, 아민, 케톤, 카르복실산 또는 에테르 그룹으로 추가로 치환될 수 있는 1가알킬 또는 아릴 그룹, 치환되지 않은 1가 알킬 또는 아릴 그룹, 또는 화학식2의 플루오르(-F)를 함유구조를 갖는다.

또한, 상기 실리콘-함유 단량체는 하기 화학식 2를 포함한다.

화학식 2

이때, R은 독립적으로 알콜, 에스테르, 아민, 케톤, 카르복실산 또는 에테르 그룹으로 추가로 치환될수 있는 1가 알킬 또는 아릴 그룹을 의미하며, n은 0내지 500 사이를 의미한다.

그리고, 상기 실리콘-함유 단량체는 2-Hydroxyethyl methacrylate, N-vinyl-n-methylacetamide를 포함하며, 상기 실리콘-함유 단량체는 가교제인 Divinyl benzene를 포함한다.

본 발명에 따른 실리콘 하이드로겔 렌즈는 하드렌즈의 장점인 높은 산소투과성과 소프트렌즈의 장점인 부드러운 착용감을 동시에 만족시킬수 있는 렌즈로서, 우수한 인장강도를 가지고 있어 장기 착용도 가능하다.

특히 본 발명은 실리콘 하이드로겔 렌즈의 후공정 절차인 표면처리가 필요 없어 제조 공정이 간단하면서도 중합과정에서 이미 재질 자체가 친수성 재질을 갖는 장점이 있다.

이하, 본 발명에 따른 실리콘 하이드로겔 렌즈를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 실리콘 하이드로겔 렌즈는 2-hydroxyethyl methacylate을 기본으로 N-vinyl-n-methylacetamide, 실리콘(3-Methacryloyloxy propyltris (trimethylsilyloxy) silane)과 불소 화합물(Trifluoroethyl methacrylate) 단량체와 가교제를 중합하여 산소투과력이 우수하다. 특히 각각의 단량체와 가교제를 사용하여 친수성, 고 산소투과율 탄력있는 실리콘 하이드로겔 렌즈를 제조한다

바람직한 실시 예에 의하면 본 발명은 후술하는 화학식1, 화학식2, 2-Hydroxyethyl methacrylate, N-vinyl-n-methylacetamide 및 Divinyl benzene을 중합하여서 제조된다.

이때, 화학식1의 중량비율을 1 ~ 10% 범위 내에서 2%단위로 증가시키고, 화학식2 또한 화학식1과 동일한 방식으로 증가시킨다.

그리고 화학식1, 화학식2의 일정한 양을 혼합시키고 2-Hydroxyethyl methacrylate과 가교제 Divinyl benzene, N-vinyl-n-methylacetamide의 혼합용액을 만든 다음, 개시제인 Azobisisobutyronitrile 을 용해시켜 110℃에서 30분 동안 중합시킨다.

이때, 화학식1은 다음과 같다.

이때, R3, R4, 및 R5는 독립적으로 알콜, 에스테르, 아민, 케톤, 카르복실산 또는 에테르 그룹으로 추가로 치환되지 않은 있는 1가알킬 또는 아릴 그룹을 의미한다.

R1, R2과 R6은 독립적으로 알콜, 에스테르, 아민, 케톤, 카르복실산 또는 에테르 그룹으로 추가로 치환될 수 있는 1가알킬 또는 아릴 그룹, 치환되지 않은 1가 알킬 또는 아릴 그룹, 또는 화학식2의 플루오르(-F)를 함유구조를 갖는다.

다음으로, 화학식2는 다음과 같다.

R은 독립적으로 알콜, 에스테르, 아민, 케톤, 카르복실산 또는 에테르 그룹으로 추가로 치환될수 있는 1가 알킬 또는 아릴 그룹을 의미한다.

n은 0내지 500 사이를 의미한다.

이와 같은 본 발명은 실리콘 함유 단량체를 사용하여 블랜드하여 높은 수준의 친수성 실리콘, 플로르 단량체가 된다.

특히 N-vinyl-n-methylacetamide과 N-methyl pyrrolidone을 추가하여 실리콘 하이드로겔 렌즈가 물을 함유할 수 있는 능력을 부여하고, 광투과성을 높일 수 있다. 또한 중합과정에서 블랜드된 단량체들을 동시에 코로나 처리하여 별도의 표면처리를 하지 않아도 착용상 문제가 되지 않도록 고안했다.

<실시 예>

1) 브랜드 조성:

2-Hydroxyethyl methacrylate, 화학식 1, 화학식 2, N-vinyl-n-methylacetamide, 가교제로 Divinyl benzene을 사용하였다.

이때, N-vinyl-n-methylacetamide은 10% 이하로 사용하며 Divinyl benzene는 1% 이하 사용하였다.

이와 같은 브랜드 조성을 통한 중량비율의 조절을 통해 아래의 [표 2,3]와 같이 실시 1 내지 실시 11의 시험을 실시했다.

	실시 1	실시2	실시 3	실시4	실시5	실시6	비고
2-Hydroxyethyl methacrylate	77.7%이하	74.7% 이하	72.7%이하	77.7%이하	70.7%이하	67.7%이하
화학식1	1% 이하	3% 이하	5% 이하	5% 이하	7% 이하	10% 이하
화학식2	5% 이하	5% 이하	5% 이하	-	5% 이하	5% 이하
N-vinyl-n-methylacetamide	15%이하	15%이하	15%이하	15%이하	15%이하	15%이하
Divinyl benzene	1%이하	1%이하	1%이하	1%이하	1%이하	1%이하
Azobisisobutyronitrile	0.3%이상	0.3%이상	0.3%이상	0.3%이상	0.3%이상	0.3%이상

	실시 7	실시8	실시 9	실시10	실시11	비고
2-Hydroxyethyl methacrylate	77.7%이하	74.7% 이하	72.7%이하	70.7%이하	67.7%이하
화학식1	5% 이하	5% 이하	-	5% 이하	5% 이하
화학식2	1% 이하	3% 이하	5% 이하	7% 이하	10% 이하
N-vinyl-n-methylacetamide	15%이하	15%이하	15%이하	15%이하	15%이하
Divinyl benzene	1%이하	1%이하	1%이하	1%이하	1%이하
Azobisisobutyronitrile	0.3%이상	0.3%이상	0.3%이상	0.3%이상	0.3%이상

2) 제조 방법 및 결과

실시 예를 성분을 혼합하여 혼합용액을 polypropylene으로 제조된 몰드에 주입하고 120℃에서 20분간 코로나 처리와 함께 중합시켜 경화시켰다.

몰드에서 렌즈를 분리하여 각각의 렌즈의 함수율, 인장강도와 산소투과도를 측정한 결과는 다음의 [표 4]과 같으며, 각각의 렌즈의 함수율, 인장강도와 산소투과도의 측정 방법은 3) 내지 5)에서 설명한다.

실시 1

실시 2

실시 3

실시 4

실시 5

실시 6

실시 7

실시 8

실시 9

실시 10

실시 11

비고

함수율(%)

40~50

인장강도
(g/mm³)

60~80

80~100

60~80

80~100

100~110

80~100

60~80

40~60

산소투과도(DK/t)

70
~90

40~60

80~90

40~60

70~90

60~80

80~90

90~100

3) 함수율 측정 방법

콘택트렌즈의 경우 습시료 중량 기준을 통상적으로 사용한다.

수분을 포함한 총 중량에 대한 함유 수분비를 퍼센트로 표시하는 방식이다.

1. 충분히 렌즈를 수화시킨다.(24시간 이상)

2. 렌즈의 물기를 사슴가죽으로 가볍게 눌러서 제거 후 중량을 측정한다.(M1)

3. 렌즈를 건조기에서 최소 30분이상 건조하여 더 이상 무게가 없을 때 그때의 무게를 측정한다(M2)

4 1~3까지 동일 방법으로 10개이상의 렌즈의 무개를 각각 측정하여 각각의 함수율을 측정한다.

5. 그때 평균값은 아래의 함수율로 정한다.

4) 인장강도 측정 방법

JIS K7113:1995 방식으로 측정하였다.

5) 산소 투과율 측정 방법

ISO 18369-4:2006기준으로 측정하였다.

산소 투과율 측정에 사용된 기기는 Rehder single-chamber system-O2 permeometer 사용하고, 사용된 폴라로그래픽 셀 (polarographic cell)의 곡률반경은 8.5mm인 것을 사용하였다.

또한, 렌즈 시료를 고정장치에 의해 센서의 음극과 맞닿아 고정하였으며, 시험시료의 전면을 나일론 망으로 단단하게 눌러 고정하고, O-링은 나일론 망이 놓여진 부분을 잡아 함수성 콘택트렌즈가 폴라로그래픽 셀과 나일론 망 사이에 놓이게 하였다.

콘택트렌즈를 고정한 센서 전체 시스템은 GENERAL INCUBATOR에 설치하여 35℃±0,5℃의 온도를 유지한다. 콘택트렌즈의 노출된 표면이 대기에서 상대습도 98%이상의 수분 포화상태를 유지하도록 한다.

실험에 사용된 콘택트렌즈는 최소 검사 24시간전에 표준 식염수 용액(0.9% 염화나트륨용액)에 보관하고 검사 온도에서 최소 2시간 동안 평형을 이루게 한다.

콘택트렌즈를 고정한 센서 전체 시스템이 35℃±0.5℃의 온도를 유지하는 동안의 전류값을 측정하여 아래의 식을 사용하여 산소투과율(DK/t)을 계산하였다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

Claims

하기 화학식 1의 실리콘-함유 단량체를 포함하는 반응 혼합물을 경화시켜 제조되는 실리콘-하이드로겔을 포함하는 실리콘 하이드로겔 렌즈.

화학식 1

R3, R4, 및 R5는 독립적으로 알콜, 에스테르, 아민, 케톤, 카르복실산 또는 에테르 그룹으로 추가로 치환되지 않은 1가알킬 또는 아릴 그룹을 의미한다.
R1, R2과 R6은 독립적으로 알콜, 에스테르, 아민, 케톤, 카르복실산 또는 에테르 그룹으로 추가로 치환될 수 있는 1가알킬 또는 아릴 그룹, 치환되지 않은 1가 알킬 또는 아릴 그룹 함유한 구조를 갖는다.
제 1항에 있어서,
상기 실리콘-함유 단량체는 하기 화학식 2를 포함하는 실리콘 하이드로겔 렌즈.
화학식 2

R은 독립적으로 알콜, 에스테르, 아민, 케톤, 카르복실산 또는 에테르 그룹으로 추가로 치환될수 있는 1가 알킬 또는 아릴 그룹을 의미한다.
n은 0내지 500 사이를 의미한다.
제 1항에 있어서,
상기 반응 혼합물은 2-Hydroxyethyl methacrylate, N-vinyl-n-methylacetamide를 포함하는 실리콘 하이드로겔 렌즈.
제 1항에 있어서,
상기 반응 혼합물은 가교제인 Divinyl benzene를 포함하는 실리콘 하이드로겔 렌즈.