KR20020016922A

KR20020016922A - 콘택트 렌즈 재료

Info

Publication number: KR20020016922A
Application number: KR1020027001119A
Authority: KR
Inventors: 제이 에프. 쿤즐러; 아더 더블유. 마틴
Original assignee: 로버트 비. 스틸레스; 보오슈 앤드 롬 인코포레이팃드
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2002-03-06
Also published as: CN1162472C; CA2379244C; CN1373794A; DE60004854T2; HK1048331A1; ES2206270T3; EP1196499B1; MY133494A; JP2003505728A; EP1196499A1; BR0013052A; AU5879100A; CA2379244A1; US20030109637A1; US6762264B2; HK1048331B; US6921802B2; AU766109B2; US20040152859A1; WO2001007523A1

Abstract

본 발명은 히드로겔의 가교 밀도를 감소시키는 데 트리메틸실릴로 말단 차단된 단량체 폴리실록산을 사용하여 중합체 실리콘 히드로겔 조성물의 모듈러스를 감소시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 합성은 단일 용기에서 산 촉매된 개환 중합을 통해 이루어지고, 히드로겔 콘택트 렌즈 재료로 유용한 공중합체를 제조하는데 사용될 수 있다.

Description

콘택트 렌즈 재료{Contact Lens Material}

중합체 실리콘 물질은 예를 들면, 콘택트 렌즈 및 안내 렌즈를 비롯한 다양한 생의학 응용분야에서 사용되어 왔다. 이와 같은 물질은 일반적으로 히드로겔 및 비(非)히드로겔로 세분될 수 있다. 실리콘 히드로겔은 평형 상태에서 물을 흡수 및 보유할 수 있으며, 일반적으로 수분 함량이 약 5 중량% 이상, 더 일반적으로는 약 10 내지 약 80 중량%인 가교된 중합체계로 구성된다. 이와 같은 물질은 일반적으로 1종 이상의 실리콘 함유 단량체 및 1종 이상의 친수성 단량체를 함유한 혼합물을 중합시켜 제조된다. 실리콘 함유 단량체 또는 친수성 단량체가 가교제(다중 중합성 기능을 가진 단량체로 정의되는 가교제)로서 기능할 수 있거나 또는 별도의 가교제가 사용될 수도 있다.

실리콘 히드로겔은 히드로겔과 실리콘 함유 중합체의 이점을 겸비한다(Kunzler and McGee, "Contact Lens Materials", Chemistry & Industry, pp. 651-655, 21 August 1995). 실리콘 히드로겔은 폴리디메틸실록산(PDMS) 물질의 높은 산소 투과성과 통상적인 비이온성 히드로겔의 편안함, 습윤성 및 침착 내성을 겸비한 콘택트 렌즈를 제조하는 데 사용되어 왔다.

실리콘 함유 콘택트 렌즈의 제조에 특히 유용한 것으로 밝혀진 단량체들은 미국 특허 제4,136,250호, 동 제4,153,641호, 동 제4,189,546호, 동 제4,208,506호, 동 제4,217,038호, 동 제4,277,595호, 동 제4,327,203호, 동 제4,355,147호, 동 제4,740,533호, 동 제4,780,515호, 동 제5,034,461호, 동 제5,070,215호, 동 제5,310,779호, 동 제5,346,976호, 동 제5,374,662호, 동 제5,358,995호, 동 제5,387,632호, 동 제5,420,324호 및 동 제5,496,871호에 기재되어 있다.

데이케르트(Deichert)등의 미국 특허 제4,153,641호는 중합된 활성화 불포화기에 2가 탄화수소기를 통해 α,ω말단 결합된 폴리(오르가노실록산) 단량체로부터 제조된 콘택트 렌즈를 개시하고 있다. 1,3-비스(메타크릴옥시알킬)-폴리실록산과 같은 각종 소수성 실리콘 함유 예비중합체는 2-히드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA)와 같은 공지된 친수성 단량체와 공중합되었다. 이들 물질은 낮은 수분 함량 및 높은 모듈러스(300 g/mm²초과)를 갖는 렌즈를 제조하는 데 사용되었다.

라이(Lai) 등의 미국 특허 제5,358,995호는 벌크성 폴리실록사니알킬 (메트)아크릴레이트 단량체와 중합된, 아크릴계 에스테르 차단(capped) 폴리실록산 예비중합체 및 1종 이상의 친수성 단량체로 이루어진 실리콘 히드로겔을 기재하고 있다. 일반적으로 M₂D_x로 알려진 아크릴계 에스테르 차단 폴리실록산 예비중합체는 2 개의 아크릴계 에스테르 말단기 및 "x" 개의 디메틸실록산 반복 단위로 이루어진다. 바람직한 벌크성 폴리실록사니알킬 (메트)아크릴레이트 단량체는 아크릴 또는비닐을 함유한 친수성 단량체를 갖는 TRIS형(메타크릴옥시프로필 트리스(트리메틸실록시)실란)이다. 이들 렌즈의 특성은 허용가능하지만, 렌즈의 모듈러스가 높을 수 있어 상피층에 손상을 주고 불편할 수 있다.

M₂D_x를 기본 예비중합체로 사용하는 실리콘 기재의 히드로겔을 설계하는 데에는 주로 디메틸아크릴아미드 및 N-비닐피롤리돈과 같은 친수성 단량체를 갖는 예비중합체의 공중합이 수반된다. 실리콘은 소수성이고, 특히 M₂D_x예비중합체가 고분자량인 경우 친수성 단량체와의 상용성은 매우 낮다. 낮은 상용성으로 인해, 상분리된 불투명한 물질이 생성된다. 이는 광학적으로 투명한 콘택트 렌즈용 히드로겔을 제조하는 경우 특히 문제이다.

M₂D_x예비중합체의 분자량을 감소시키면 불용성을 개선할 수 있다. 불행히도, 저분자량 M₂D_x예비중합체는 전형적으로 높은 모듈러스의 히드로겔을 생성한다. 이러한 결과는 직접적으로 이들 히드로겔계 저분자량 M₂D_x의 가교 밀도가 보다 높은 데에 기인한다.

모듈러스가 낮은 저분자량 M₂D_x예비중합체계 실리콘 히드로겔을 설계하는데 있어서, 하나의 접근법은 친수성 단량체를 고농도로 사용하는 것이 될 수 있다. 이들 물질에 대한 낮은 모듈러스는 높은 수분 함량과 낮은 가교 밀도로 인한 것이다. 상기 접근법의 주요 결점은 물질의 수분 함량이 높을수록 이들 물질 중의 실리콘 농도가 낮아져 산소 투과 수준이 더 낮아진다는 것이다. 낮은 산소 투과 수준은 지속적으로 착용하는 콘택트 렌즈용으로 적절하지 않다.

모듈러스가 낮은 저분자량 M₂D_x예비중합체계 실리콘 히드로겔의 개발에 관한 또 다른 접근법은 단량체 메타크릴옥시프로필 트리스(트리메틸실록시)실란("TRIS")의 혼입을 통한 것이다. TRIS의 농도가 높을수록 낮은 모듈러스의 히드로겔이 생성되지만, 높은 TRIS 농도로 제조된 렌즈는 전반적으로 임상 연구에서는 잘 수행되지 않는 경향이 있다.

낮은 모듈러스의 저분자량 M₂D_x예비중합체계 히드로겔의 개발은 가와까미(Y. Kawakami)의 문헌(Polymer Journal, v. 14, p. 913, 1982)에 의해 교시된 바와 같은 실리콘 거대단량체의 첨가를 통해 달성될 수 있다. 실리콘 거대단량체의 함량이 높으면 산소 투과성의 두드러진 감소 없이도 생성 히드로겔의 가교 밀도를 낮추어 모듈러스를 감소시킬 수 있다. 상기 방법의 주요 단점은 실리콘 거대단량체 기재의 메타크릴레이트를 합성하기가 매우 어렵다는 것이다. 실록산 거대단량체의 합성은 여러 단계를 요한다.

<발명의 요약>

폴리실록산 함유 예비중합체의 산소 투과성이 높고, 콘택트 렌즈로 사용하기에 충분히 낮은 모듈러스를 갖는 콘택트 렌즈 재료에 대한 요구가 있다. 본 발명이 택한 방법은 실리콘 함유 단량체를 바꾸어 중합체 특성에 영향을 주는 것이다. M₂D_x의 메타크릴레이트 관능성을 저하시켜 가교 밀도를 감소시킨다. 이는 일정 비율의 예비중합체 말단상의 메타크릴레이트기를 감소시킴으로서 수행될 수 있다.

이 개선된 중합체 실리콘 히드로겔 조성물은, 촉매의 존재하에 디메타크릴레이트 디실록산(M₂) 및 환식 실록산(D)의 반응 혼합물에 1종 이상의 하기 화학식 Ia의 디실록산(T₂)을 첨가하여 반응시킴으로써 제조한 하기 화학식 I의 실리콘 예비중합체를 포함하는 단량체 혼합물의 중합 생성물로부터 형성한다.

상기 식에서,

A는 활성화된 불포화 라디칼이고,

A'는 활성화된 불포화 라디칼이거나 알킬기이고,

R₁내지 R₁₀은 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬, 플루오로알킬, 알콜, 에테르 또는 플루오로에테르기, 또는 탄소수 6 내지 18의 방향족기이고,

m, n 및 p는 독립적으로 0 내지 200이고, m+n+p는 약 15 내지 200이고,

a는 1 내지 10이고,

b는 0 내지 10이고,

R₁₁내지 R₁₆은 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 알킬기이다.

특히, 본 발명은 하기 화학식 II의 트리메틸실릴(TMS)로 말단 차단된(endcapped) 예비중합체 기재의 M₂D_x제조에 관한 것이다.

상기 식에서, m+n+p는 15 내지 200이다.

화학식 II의 예비중합체는 b가 0이고, R₉, R₁₀및 A'가 메틸기인 화학식 I의 한 종류이다.

본 발명자들은 상기 예비중합체를 만들어 제조하면, 중합체 실리콘 물질의 가요성을 개선시켜, 트리메틸 실릴로 말단 차단되거나 말단 차단되지 않은 메타크릴레이트였던 종전의 실록산 화합물과는 대조적으로 실리콘 히드로겔 공중합체의 모듈러스를 감소시키는 데 특히 효과적임을 밝혀냈다. TMS 말단 차단된 예비중합체인 M₂D_x의 합성은 용이하며, 종전의 방법보다 더 적은 제조 단계 및 성분들을 요구한다.

히드로겔 물질은 연질 콘택트 렌즈, 안내 렌즈, 심장 판막 및 다른 인공 보철물과 같은 생의학 고안품에 특히 유용하다.

본 발명은 일반적으로 콘택트 렌즈 및 안내(眼內) 렌즈와 같은 생의학 고안품으로서 유용한 실리콘 히드로겔 조성물에 관한 것이다.

본 발명은 모듈러스가 낮은 M₂D_x예비중합체계 실리콘 히드로겔을 설계하기 위한 신규 방법을 기재하고 있다. 본 발명의 M₂D_x예비중합체는 내부에 모듈러스를 감소시키는 관능기, 즉 트리메틸실릴(TMS) 말단 차단기를 함유한다. TMS 말단 차단기의 농도를 증가시키면(또는, 메타크릴레이트 차단기의 농도를 감소시키면), 수분 운반 또는 산소 투과성의 감소 없이 모듈러스가 낮은 투명 실리콘 히드로겔이 생성된다.

<화학식 I>

<화학식 Ia>

상기 식에서,

A는 활성화된 불포화 라디칼이고,

A'는 활성화된 불포화 라디칼이거나 알킬기이고,

a는 1 내지 10이고,

b는 0 내지 10이고,

화학식 I의 A 및 A'에 관하여, 용어 "활성화된(activated)"은 유리 라디칼 중합, 바람직하게는 에틸렌계 불포화 라디칼 중합을 촉진하는 1종 이상의 치환체를 포함하는 불포화기를 설명하는 데 사용한다. 상기 불포화기에는 하기 화학식의 아크릴산 또는 메타크릴산의 에스테르 또는 아미드가 포함된다.

상기 식에서,

X는 바람직하게는 수소 또는 메틸이지만, 예를 들면 시아노와 같은 다른 기도 포함할 수 있고,

Y는 -O-, -S- 또는 -NH-, 바람직하게는 -O-이다.

다른 적절한 활성화된 불포화기의 예로는 비닐 카르보네이트, 비닐 카르바메이트, 푸마레이트, 푸마르아미드, 말레에이트, 아크릴로니트릴, 비닐 에테르 및 스티릴을 들 수 있다.

디메타크릴레이트 디실록산(M₂)은 하기 화학식으로 표시된다.

환식 실록산(D)는 3개 이상의 실리콘-산소 기를 함유한 임의의 환식 화합물 및 치환 동족체일 수 있다. 예로는 1,1,3,3-테트라메틸-1,3-디실라-2-옥사시클로펜탄, 헥사메틸시틀로트리실록산 및 옥타메틸시클로테트라실록산, 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 바람직한 D는 옥타메틸시클로테트라실록산(D₄)이다.

바람직한 T₂는 헥사메틸 디실록산이고, 하기 화학식으로 나타낸다.

사용된 촉매는 Si-O 결합을 절단할 수 있어야 한다. 이러한 촉매제로는 산성 백토, 불화수소산, HCl-FeC13(염산-철(III)염화물 착체), 진한 황산 및 트리플루오로메탄 술폰산(트리플릭산; triflic acid)이 포함된다. 바람직한 산은 진한 황산 및 트리플루오로메탄 술폰산이다.

본 발명은 벌크성 폴리실록사닐알킬 (메트)아크릴레이트 단량체 및 1종 이상의 친수성 단량체를 갖는 폴리실록산 예비중합체 혼합물의 중합을 의도한다. 본 발명에 사용되는 폴리실록산 예비중합체는 m+n+p가 약 15 내지 200인 디메틸실록산 반복 단위를 갖는 예비중합체이다. 바람직한 폴리실록산 예비중합체는 약 25 내지 약 50개의 디메틸실록산 반복 단위를 갖는 예비중합체이다. 더 바람직한 폴리실록산 예비중합체는 25개의 디메틸실록산 반복 단위를 갖는 예비중합체이다.

예비중합체는 그 총농도를 기준으로 1 내지 70 몰%의 트리알킬실릴, 바람직하게는 25 내지 50 몰%의 트리알킬실릴, 더 바람직하게는 40 내지 50 몰%의 트리알킬실릴로 말단 차단된 것이 바람직하다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 "예비중합체"는 하기 화학식 I 및 화학식 II의 화합물로 표시된다.

<화학식 I>

<화학식 II>

TMS 말단 차단된 예비중합체인 이들 M₂D_x는 합성하기가 매우 쉽다. 이 합성은 단일 용기내에서 산 촉매된 개환 중합화에 의해 수행된다. 환식 실록산(D), 말단 차단제(M₂) 및 디실록산(T₂)를 적절한 촉매와 함께 반응 용기에 간단히 첨가하고, 일정 기간 동안 실온에서 교반한다.

본 발명의 실리콘 히드로겔은 평형 상태에서 물을 흡수 및 보유할 수 있는 가교 중합체계이다. 이들 중합체계는 1종 이상의 실로콘 함유 단량체 및 1종 이상의 친수성 단량체를 기재로 한다. 바람직하게는, 본 발명의 실리콘 히드로겔이 본 발명의 예비중합체 혼합물을 포함하는 단량체, 제2 불포화 실리콘 함유 단량체 및 1종 이상의 친수성 단량체를 중합시켜 형성한다. 더 바람직하게는, 제2 불포화 실리콘 함유 단량체가 일관능성 실리콘 함유 단량체를 포함할 수 있다. 가장 바람직하게는, 일관능성 실리콘 함유 단량체가 하기 화학식 III의 벌크성 폴리실록사닐알킬 (메트)아크릴 단량체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 성분이다.

상기 식에서,

X는 -COO-, -CONR⁴-, -OCOO- 또는 -OCONR⁴-(여기서, 각각의 R⁴는 독립적으로 H 또는 저급 알킬임)를 나타내고,

R³은 수소 또는 메틸을 나타내고,

h는 1 내지 10이고,

각각의 R²는 독립적으로 저급 알킬 라디칼, 페닐 라디칼 또는 화학식 -Si(R⁵)₃의 라디칼(여기서, 각각의 R⁵는 독립적으로 저급 알킬 라디칼 또는 페닐 라디칼임)을 나타낸다.

이와 같은 벌크성 단량체에는 특히 메타크릴옥시프로필 트리스(트리메틸실록시)실란("TRIS"), 펜타메틸디실록사닐 메틸메타크릴레이트, 트리스(트리메틸실록시) 메타크릴옥시 프로필실란, 페닐테트라메틸-디실록사닐에틸 아크릴레이트, 메틸디(트리메틸실록시)메타크릴옥시메틸 실란, 3-[트리스(트리메틸실록시)실릴]프로필 비닐 카르바메이트, 3-[트리스(트리메틸실록시)실릴]프로필 알릴 카르바메이트 및 3-[트리스(트리메틸실록시)실릴]프로필 비닐 카르보네이트가 포함된다.

바람직한 친수성 단량체는 아크릴 또는 비닐이 함유될 수 있다. "비닐형" 또는 "비닐 함유" 단량체란 비닐기(CH₂=CHR)를 함유하는 단량체를 칭하고, 일반적으로 반응성이다. 이와 같은 친수성 비닐 함유 단량체는 비교적 용이하게 중합하는 것으로 알려져 있다. 아크릴 함유 단량체는 아크릴기(R이 H 또는 CH₃이고 X가 O 또는 NH인 CH₂=CRCOX)를 함유한 단량체이며, 또한 용이하게 중합하는 것으로 알려져 있다.

적절한 친수성 단량체의 예에는 메타크릴산 및 아크릴산과 같은 불포화 카르복실산, 2-히드록시에틸 메타크릴레이트 및 2-히드록시에틸아크릴레이트와 같은 아크릴 치환 알콜, N-비닐 피롤리돈과 같은 비닐 락탐, 및 메타크릴아미드와 같은 아크릴아미드가 포함되고, 이 중에서 N,N-디메틸 아크릴아미드가 가장 바람직하다. 다른 단량체에는 글리세롤 메타크릴레이트 및 2-히드록시에틸 메타크릴아미드가 포함된다.

본 발명의 실리콘 히드로겔은, 전형적으로

화학식 I 및 화학식 II의 단량체를 포함하는, 약 10 내지 약 90 중량%, 바람직하게는 20 내지 70 중량%, 더 바람직하게는 20 내지 50 중량%의 예비중합체(전체 농도를 기준으로 약 1 내지 약 70 몰%, 바람직하게는 약 25 내지 약 50 몰%, 더 바람직하게는 약 40 내지 약 50 몰%의 트리메틸실릴로 말단 차단됨),

약 10 내지 약 50 중량%, 바람직하게는 약 20 내지 약 50 중량%, 더 바람직하게는 약 20 내지 약 40 중량%의 일관능성 에틸렌계 불포화 실리콘 함유 단량체, 및

약 5 내지 약 70 중량%, 바람직하게는 10 내지 약 50 중량%, 더 바람직하게는 약 20 내지 약 40 중량%의 친수성 단량체

를 포함하는 단량체 혼합물을 중합시켜 형성한다. 본 발명으로부터 제조된 실리콘 히드로겔의 예는 50 몰%의 TMS로 말단 차단된 예비중합체 약 20 부, 친수성 단량체 약 35 부 및 일관능성 에틸렌계 불포화 실리콘 함유 단량체 약 25 부를 포함할 수 있다. 희석제와 같은 다른 성분이 첨가될 수 있고, 이에 대해서는 하기에 논의된다.

본 발명의 단량체 혼합물은 콘택트 렌즈 업계에 공지된 UV 흡수제, 내부 습윤제, 친수성 단량체 단위, 경화제(toughening agent) 또는 착색제와 같은 추가의구성성분을 포함할 수 있다.

UV 중합, 열 중합 또는 이들의 조합과 같은 에틸렌계 불포화 화합물의 중합에서 통상적인 경화 방법은 이들 단량체 혼합물의 주조에 사용될 수 있다. 대표적인 유리 라디칼 열 중합 개시제는 유기 과산화물이 될 수 있고, 일반적으로 전체 단량체 혼합물을 기준으로 약 0.01 내지 1 중량%의 농도로 존재한다. 대표적인 UV 개시제는 당업계에 벤조인 메틸 에테르, 벤조인 에틸 에테르, 1164, 2273, 1116, 2959 및 3331 (EM 인더스트리즈(industries)), 이르가쿠레(Irgacure) 651, 및 184 (시바-가이기(Ciba-Geigy)) 등으로 알려져 있다. 바람직한 실시양태에서는, 다로쿠르(Darocur) 1173이 UV 개시제이다.

본 발명의 예비중합체와 다른 공중합체와 중합은 일반적으로 희석제의 존재하에 수행된다. 희석제는 일반적으로 중합 후에 제거되고, 당업계의 숙련가에 잘 알려진 추출 및 수화 방법으로 물과 교환된다. 대표적인 희석제로는 디올, 알콜, 알콜/물 혼합물, 에틸렌글리콜, 글리세린, 액상 폴리에틸렌글리콜, 저분자량의 선형 폴리히드록시에틸메타크릴레이트, 락트산의 글리콜 에스테르, 포름아미드, 케톤, 디알킬술폭시드, 부틸 카르비톨 등이 있다. 바람직한 희석제로는 헥산올 및 노난올이 포함된다.

또한, 희석제의 부재하에 중합시켜 크세로겔을 제조하는 것이 가능하다. 이어서, 이들 크세로겔을 수화시켜 당업계에 잘 알려진 히드로겔을 형성할 수 있다.

단량체 혼합물은 완성 렌즈에 혼입될 때 렌즈에 어느 정도의 색상을 부여하는 제제로 정의되는 색미제를 포함할 수 있다. 통상적인 색미제는 당업계에 공지되어 있으며, 비 중합성 제제 또는 렌즈 형성 단량체와 반응하는 활성화된 불포화기가 포함된 중합성 제제를 포함한다. 중합성 제제 부류의 바람직한 일예로 멜폴더(Melpolder)의 미국 특허 제4,997,897에 개시된 화합물 1,4-비스(4-(2-메타크릴옥시에틸)페닐아미노)안트라퀴논인 청색 발현 색미제가 있다.

또한, 단량체 혼합물은 200 내지 400 nm의 일반적인 범위내의 빛을 감소시키는 제제로 정의된 UV 흡수제를 포함할 수 있다. 콘택트 렌즈용으로 대표적인 중합성 UV 흡수 물질은 로세이크(Loshaek)의 미국 특허 제4,304,895호, 비어(Beard) 등의 미국 특허 제4,528,311호, 덩크스(Dunks) 등의 미국 특허 제4,716,234호, 밤버리(Bambury) 등의 미국 특허 제4,719,248호, 밀리오니스(Milionis) 등의 미국 특허 제3,159,646호 및 만네우스(Manneus) 등의 미국 특허 제3,761,272호에 기재되어 있다. UV 흡수 화합물의 예로는 벤조트리아졸 및 벤조페논이 포함된다.

히드로겔 중합체 혼합물을 콘택트 렌즈로 성형하기 위한 스핀 주형 및 정적 주형을 비롯한 다양한 기술이 당업계에 공지되어 있다. 회전 주형 방법은 미국 특허 제3,408,429호 및 동 제3,496,254호에 개시되어 있다. 정적 주형은 다량의 중합성 단량체 혼합물을 금형 조립체에 충전하는 단계, 및 금형 조립체에 보유된 단량체 혼합물을 예를 들면 단량체 혼합물의 유리 라디칼 중합에 의해 경화시켜 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다. 렌즈 재료를 경화시키는 유리 라디칼 반응 기술의 예로는 열 방사, 적외선 방사, 전자 빔 방사, 감마 방사, 자외선(UV) 방사 등이 포함되며, 이와 같은 기술을 병용할 수 있다. 금형 조립체는 렌즈 주조용 금형 공동을 형성하는데, 여기에는 전면 렌즈 표면을 형성하기 위한 전면 금형 및 후면 렌즈표면을 형성하기 위한 후면 금형이 포함된다.

미국 특허 제5,271,875호는 후면 금형 및 전면 금형에 의해 형성되는 금형 공동 내에 완성 렌즈를 성형하는 정적 주형 방법을 기재하고 있다.

본 발명의 히드로겔은 산소 운반성, 가수분해 안정성, 생물학적 불활성 및 투명성을 가진다. 콘택트 렌즈의 형성시, 본 발명의 히드로겔은 약 5 내지 약 70 중량%의 수분 함량을 가지는 것이 바람직하다. 약 25 내지 약 50 중량%의 수분 함량이 더 바람직하다. 또한, 이와 같은 히드로겔의 모듈러스는 바람직하게는 약 20 내지 약 200 g/mm², 더 바람직하게는 약 75 내지 약 175 g/mm²이다.

앞서 언급한 바와 같이, TMS 말단 차단된 예비중합체인 M₂D_x는 합성하기가 매우 용이하다. 공정 단계와 성분이 앞서 공지된 방법보다 더 적게 요구된다. 본 방법은 히드로겔 또는 콘택트 렌즈를 제조하는 데 필요한 비용과 시간을 경감시킨다.

본 발명을 설명하기 위해, 몇 가지 실시예를 하기에 기재한다. 이들 실시예는 단지 본 발명의 측면들을 추가로 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

<실시예 1>

1,3-비스(4-메타크릴로일올시부틸)테트라메틸 디실록산(M₂)의 제조

기계식 교반기, 딘-스타르크(Dean-Stark) 트랩, 가열 맨틀, 수냉식 응축기및 온도계가 장착된 5L 4구플라스크에 1,1-디메틸-1-실라-2-옥사시클로헥산(521 g, 4.0 몰), 메타크릴산(361 g, 4.2 몰) 및 진한 황산(25.5 g)을 첨가하였다. 이어서, 반응 혼합물에 1L의 시클로헥산 및 히드로퀴논(0.95 g, 8.6 밀리몰)을 중합 개시제로서 첨가하였다. 반응 혼합물을 환류 온도로 5 시간 동안 가열하고, 이 동안에 물 28 ml가 수집되었다. 이어서, 반응 혼합물을 냉각하고, 알루미나 1 kg이 충전된 2개의 크로마토그래피 칼럼(시클로헥산을 용출액으로 사용하여 충전함)으로 나누어서 통과시켰다. 시클로헥산을 회전식 증발기를 사용하여 제거하고, 생성된 M₂를 진공(0.2 mmHg)하에 80 ℃에서 1 시간 동안 두었다(수율 80%, 가스크로마토그래피로 측정한 순도 96%).

<실시예 2>

메타크릴레이트 말단 차단된 폴리 디메틸실록산(M₂D₂₅)의 합성

건조 질소하의 1,000 ml 둥근 바닥 플라스크에 옥타메틸시클로테트라실록산(D₄)(371.0 g, 1.25 몰) 및 M₂(27.7 g, 0.7 몰)를 첨가하였다. 트리플루오로메탄 술폰산(0.25%, 1.25 g, 8.3 밀리몰)을 개시제로서 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 24 시간 동안 격렬하게 교반하였다. 이어서, 중탄산나트륨(10 g, 0.119 몰)을 첨가하고, 반응 혼합물을 다시 24 시간 동안 교반하였다. 생성된 용액을 0.3 ㎛ 공경 테플론(Teflon (등록상표)) 필터를 통해 여과시켰다. 여액을 진공 스트립핑시키고, 50 ℃에서 진공(0.1 mmHg 초과)하에 위치시켜 미반응된 환식 실리콘을 제거하였다. 생성된 실리콘 수소화물 관능화 실록산은 점착성의 투명한 유체이었다(수율 70%).

<비교예 3 내지 16>

다양한 비율의 히드로겔 배합물

α,ω-비스(메타크릴옥시알킬)폴리실록산(M₂D₂₅), 메타크릴옥시프로필 트리스(트리메틸실록시)실란("TRIS") 및 N,N-디메틸 아크릴아미드(DMA)의 치환체를 포함하는 배합물을 제조하였다. 각각의 배합물은 용매로서 일정량(20 부)의 헥산올 및 광개시제로서 다로쿠르 1173(0.5 부)을 함유하였다. 모든 배합물을 실온에서 2 시간 동안 2개의 유리판 사이에서 UV 경화시켰다. 생성된 막을 단리한 후, 16 시간 동안 에탄올로 추출하고, 4시간 동안 비등 수화시키고, 붕산염 완충 염수 중에 두었다. 여러 치환체의 비율을 변경하여, 하기에 기재된 특성이 나타났다.

상술한 방법에 따라 주조된 막에서 추출될 수 있는 수분 함량 및 이소프로판올을 중량에 의해 측정하였다. 장력 및 인열성을 각각 표준 ASTM 방법 1708 및 1938에 따라 완충 염수 중에서 측정하였다. 산소 투과성은 주변 효과를 고려하여 폴라그래피법(polargraphic method)으로 측정하였다(파트(Fatt), 라슨(Rasson) 및 멜폴더(Melpolder)의 문헌(Int'l Contact Lens Clinic, v. 14, 389(1987)) 참조).

상기 성분으로 제조한 실리콘 히드로겔에 의해 일반적으로 산소 투과성이 높은 막을 제조하였다. 이들 중 일부 막의 모듈러스는 연질 콘택트 렌즈용으로 사용하기에는 매우 높았다.

<실시예 17 내지 30>

10 몰%의 트리메틸실릴로 말단 차단된 M₂D₂₅로 제조한 막

이 예비중합체는 M₂9.08 g, D₄40.57 g, T₂(헥사메틸디실록산) 0.35 g 및 트리플루오로메탄 술폰산 0.125 g을 사용한 것을 제외하고는 상기와 같이 동일한 방법으로 제조하였다.

10 몰%의 트리메틸실릴로 말단 차단된 M₂D₂₅를 함유한 막은 비교예 3 내지 16과 비교하여 모듈러스의 감소를 보였다. 산소 투과성은 허용가능하였다.

<실시예 31 내지 44>

25 몰%의 트리메틸실릴로 말단 차단된 M₂D₂₅로 제조한 막

이 예비중합체는 M₂8.89 g, D₄40.14 g, T₂0.88 g 및 트리플루오로메탄 술폰산 0.125 g을 사용한 것을 제외하고는 상기와 동일한 방법으로 제조하였다.

25 몰%의 트리메틸실릴로 말단 차단된 M₂D₂₅로 제조한 막은 실시예 17 내지 30과 비교하여 모듈러스의 감소를 보였다.

<실시예 45 내지 46>

40 몰%의 트리메틸실릴로 말단 차단된 M₂D₂₅로 제조한 막

이 예비중합체는 M₂8.89 g, D₄39.72 g, T₂1.39 g 및 트리플루오로메탄 술폰산 0.125 g을 사용한 것을 제외하고는 상기와 같이 동일한 방법으로 제조하였다.

40 몰%의 트리메틸실릴로 말단 차단된 M₂D₂₅를 함유한 막은 실시예 31 내지 44과 비교하여 모듈러스의 감소를 보였다.

<실시예 47 내지 48>

50 몰%의 트리메틸실릴로 말단 차단된 M₂D₂₅로 제조한 막

이 예비중합체는 M₂8.82 g, D₄39.45 g, T₂1.73 g 및 트리플루오로메탄 술폰산 0.125 g을 사용한 것을 제외하고는 상기와 동일한 방법으로 제조하였다.

50 몰%의 트리메틸실릴로 말단 차단된 M₂D₂₅를 함유한 막은 실시예 45 및 46과 비교하여 모듈러스의 감소를 보였다.

본 발명의 다른 많은 변경 및 변화가 본 명세서의 기술에 관한 분야의 숙련가에게 가능하다. 따라서, 본 발명은 하기 청구의 범위 내에서 본 명세서에 구체적으로 기재된 것 이외에도 수행될 수 있다고 이해된다.

Claims

촉매의 존재하에, 환식 실록산(D)과 디메타크릴레이트 디실록산(M₂)의 반응 혼합물에 1종 이상의 하기 화학식 Ia의 디실록산(T₂)을 첨가하여 반응시킴으로써 제조한 하기 화학식 I의 실리콘 예비중합체를 포함하는 단량체 혼합물의 중합 생성물로부터 히드로겔을 제조하는 방법.

<화학식 I>

<화학식 Ia>

상기 식에서,

A는 활성화된 불포화 라디칼이고,

A'는 활성화된 불포화 라디칼이거나 알킬기이고,

R₁내지 R₁₀은 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬, 플루오로알킬, 알콜, 에테르 또는 플루오로에테르기, 또는 탄소수 6 내지 18의 방향족기이고,

m, n 및 p는 독립적으로 0 내지 200이고, m+n+p는 약 15 내지 200이고,

a는 1 내지 10이고,

b는 0 내지 10이고,

R₁₁내지 R₁₆은 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 알킬기이다.
제1항에 있어서, 상기 히드로겔의 가교 밀도는 상기 디실록산(T₂)의 양이 증가함에 따라 감소하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 디메타크릴레이트 디실록산(M₂)이 하기의 화학식으로 표시되는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 폴리실록산 예비중합체의 m+n+p가 약 25 내지 50인 방법.
제4항에 있어서, 상기 폴리실록산 예비중합체의 m+n+p가 약 25인 방법.
제1항에 있어서, 상기 폴리실록산 예비중합체가 1 내지 70 몰%의 트리메틸실릴로 말단 차단(endcapping)된 것인 방법.
제6항에 있어서, 상기 예비중합체가 25 내지 50 몰%의 트리메틸실릴로 말단 차단된 것인 방법.
제7항에 있어서, 상기 예비중합체가 45 내지 50 몰%의 트리메틸실릴로 말단 차단된 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 예비중합체는 m+n+p가 약 25이고, 약 50 몰%의 트리메틸실릴로 말단 차단된 것인 방법.
제1항에 있어서, 환식 실록산(D)이 옥타메틸시클로테트라실록산인 방법.
제1항에 있어서, 환식 실록산(D)이 1,1,3,3-테트라메틸-1,3-디실라-2-옥사시클로펜탄인 방법.
제1항에 있어서, 환식 실록산(D)이 헥사메틸시클로트리실록산인 방법.
제1항에 있어서, 상기 촉매가 트리플루오로메탄 술폰산인 방법.
제1항에 있어서, 디실록산(T₂)이 헥사메틸 디실록산인 방법.
제1항에 있어서, 상기 단량체 혼합물이 친수성 단량체를 추가로 포함하는 방법.
제15항에 있어서, 상기 친수성 단량체가 아크릴 함유 단량체인 방법.
제16항에 있어서, 상기 친수성 단량체가 N,N-디메틸 아크릴아미드인 방법.
제15항에 있어서, 상기 친수성 단량체가 비닐 함유 단량체인 방법.
제18항에 있어서, 상기 친수성 단량체가 N-비닐 피롤리돈인 방법.
제15항에 있어서, 상기 단량체 혼합물이 일관능성 에틸렌계 불포화 실리콘 함유 단량체를 추가로 포함하는 방법.
제20항에 있어서, 상기 일관능성 에틸렌계 불포화 실리콘 함유 단량체가 하기 화학식 III으로 표시되는 것인 방법.

<화학식 III>

상기 식에서,

X는 -COO-, -CONR⁴-, -OCOO- 또는 -OCONR⁴-(여기서, 각각의 R⁴는 독립적으로 H 또는 저급 알킬임)를 나타내고,

R³은 수소 또는 메틸을 나타내고,

h는 1 내지 10이고,

각각의 R²는 독립적으로 저급 알킬 라디칼, 페닐 라디칼 또는 화학식 -Si(R⁵)₃의 라디칼(여기서, 각각의 R⁵는 독립적으로 저급 알킬 라디칼 또는 페닐 라디칼임)을 나타낸다.
제1항에 있어서, 상기 단량체 혼합물이 UV 개시제를 추가로 포함하는 것인 방법.
제22항에 있어서, 상기 UV 개시제가 다로쿠르(Darocur) 1173인 방법.
제1항에 있어서, 상기 단량체 혼합물이 희석제를 추가로 포함하는 것인 방법.
제24항에 있어서, 상기 희석제가 헥산올인 방법.
(a) 촉매의 존재하에, 디메타크릴레이트 디실록산(M₂)과 환식 실록산(D)의 반응 혼합물에 1종 이상의 하기 화학식 Ia의 디실록산(T₂)을 첨가하여 반응시킴으로써 제조한 하기 화학식 I의 실리콘 예비중합체,

(b) 친수성 단량체, 및

(c) 일관능성 에틸렌계 불포화 실리콘 함유 단량체

를 포함하는 단량체 혼합물의 중합 생성물로부터 형성된 실리콘 함유 히드로겔.

<화학식 I>

<화학식 Ia>

상기 식에서,

A는 활성화된 불포화 라디칼이고,

A'는 활성화된 불포화 라디칼이거나 알킬기이고,

R₁내지 R₁₀은 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬, 플루오로알킬, 알콜, 에테르 또는 플루오로에테르기, 또는 탄소수 6 내지 18의 방향족기이고,

m, n 및 p는 독립적으로 0 내지 200이고, m+n+p는 약 23 내지 200이고,

a는 1 내지 10이고,

b는 0 내지 10이고,

R₁₁내지 R₁₆은 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 알킬기이다.
제26항에 있어서, 상기 폴리실록산 예비중합체의 m+n+p가 25 내지 50인 히드로겔.
제27항에 있어서, 상기 폴리실록산 예비중합체의 m+n+p가 약 25인 히드로겔.
제26항에 있어서, 상기 폴리실록산 예비중합체가 1 내지 70 몰%의 트리메틸실릴로 말단 차단된 것인 히드로겔.
제29항에 있어서, 상기 예비중합체가 25 내지 50 몰%의 트리메틸실릴로 말단차단된 것인 히드로겔.
제30항에 있어서, 상기 예비중합체가 45 내지 50 몰%의 트리메틸실릴로 말단 차단된 것인 히드로겔.
제26항에 있어서, 상기 폴리실록산 예비중합체는 m+n+p가 약 25이고, 약 50 몰%의 트리메틸실릴로 말단 차단된 것인 히드로겔.
제26항에 있어서, 디실록산(T₂)이 헥사메틸 디실록산인 히드로겔.
제26항에 있어서, 상기 친수성 단량체가 아크릴 함유 단량체인 히드로겔.
제34항에 있어서, 상기 친수성 단량체가 N,N-디메틸 아크릴아미드인 히드로겔.
제26항에 있어서, 상기 친수성 단량체가 비닐 함유 단량체인 히드로겔.
제36항에 있어서, 상기 친수성 단량체가 N-비닐 피롤리돈인 히드로겔.
제26항에 있어서, 상기 일관능성 에틸렌계 불포화 실리콘 함유 단량체가 하기 화학식 III으로 표시되는 것인 히드로겔.

<화학식 III>

상기 식에서,

X는 -COO-, -CONR⁴-, -OCOO- 또는 -OCONR⁴-(여기서, 각각의 R⁴는 독립적으로 H 또는 저급 알킬임)를 나타내고,

R³은 수소 또는 메틸을 나타내고,

h는 1 내지 10이고,

각각의 R²는 독립적으로 저급 알킬 라디칼, 페닐 라디칼 또는 화학식 -Si(R⁵)₃의 라디칼(여기서, 각각의 R⁵는 독립적으로 저급 알킬 라디칼 또는 페닐 라디칼임)을 나타낸다.
제26항에 있어서, 단량체 혼합물이 UV 개시제를 추가로 포함하는 것인 히드로겔.
제39항에 있어서, 상기 UV 개시제가 다로쿠르 1173인 히드로겔.
제26항에 있어서, 단량체 혼합물이 희석제를 추가로 포함하는 것인 히드로겔.
제41항에 있어서, 상기 희석제가 헥산올인 것인 히드로겔.
제26항 기재의 히드로겔을 포함하는 콘택트 렌즈.
제26항 기재의 히드로겔을 포함하는 안내(眼內) 렌즈.