KR20140137428A - 친수성 실리콘 모노머, 이의 제조방법 및 이를 함유하는 박막 - Google Patents

친수성 실리콘 모노머, 이의 제조방법 및 이를 함유하는 박막 Download PDF

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KR20140137428A
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Abstract

본 발명은 분지된 연결 기를 포함하고 있는 폴리에테르 모이어티를 가지는 (메트)아크릴아미드 관능화된 친수성 실리콘 모노머를 포함하여 구성되는 속경성 조성물에 관한 것이다. 하나의 구체예에서, 본 조성물은 콘택트렌즈용 물-흡수 실리콘-하이드로겔 필름을 제조하는데 유용하다. 하나의 구체예에서, 본 발명에서 제시되는 (메트)아크릴아미드 모노머는 폴리에테르 모이어티 상에 분지된 연결 기를 가져서 미반응, 이성화된 폴리에테르 및 관련 고분자량 부생성물을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 부생성물을 분리하는 것을 필요로 함이 없이, 친수성 폴리에테르 개질 실리콘 코폴리머를 제조하는 것을 가능하게 한다.

Description

친수성 실리콘 모노머, 이의 제조방법 및 이를 함유하는 박막 {HYDROPHILIC SILICONE MONOMERS, PROCESS FOR PREPARATION THEREOF AND THIN FILMS CONTAINING THE SAME}
본 출원은 2012년 3월 22일자로 출원된 "친수성 실리콘 모노머, 이의 제조방법 및 이를 함유하는 박막"이라는 제명하의 미국 가특허 출원 제61 /614,243호의 이익을 주장하며, 상기 출원의 전체 내용은 본 출원에 참조문헌(reference)으로 통합된다.
본 발명은 분지된 연결 기(branched linking group)를 포함하고 있는 폴리에테르 모이어티를 가지는 (메트)아크릴아미드 관능화된 친수성 실리콘 모노머를 포함하여 구성되는 속경성(fast curing) 조성물에 관한 것이다. 하나의 구체예에서, 본 발명의 조성물은 콘택트렌즈 용도를 위한 물-흡수 실리콘-하이드로겔 필름을 제조하는데 유용한다. 하나의 구체예에서, 본 발명에서 제시되는 (메트)아크릴아미드 모노머는 폴리에테르 모이어티 상에 분지된 연결 기를 가져서, 미반응, 이성화된 폴리에테르 및 관련 고분자량 부생성물을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 다양한 부생성물을 분리하는 것을 필요로 함이 없이, 친수성 폴리에테르 개질 실리콘 코폴리머를 제조하는 것을 가능하게 한다.
실리콘-하이드로겔 필름은 산소투과성, 가요성, 착용쾌적성, 망막 합병증의 경감 특성이 있어서 장기 착용 소프트 콘택트렌즈를 제조하는데 이용된다. 종래의 하이드로겔 물질들(예를 들어, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트, HEMA)은 그 자체적으로 산소투과성이 불량하여, 흡수된 물 분자를 통해 산소를 눈에 전달한다. 물은 산소투과성, 소위 Dk 값이 낮으며, 이 값은 Barrer로 표현될 수 있다. 1 Barrer는 10-11 (㎤ O2) cm cm-2 s-1 mmHg- 1 이고, 여기서 "㎤ O2"는 표준 온도 및 압력에서 산소의 양에 대한 것이고, "cm"는 물질의 두께를 나타내고, "cm-2"는 물질의 표면적의 역수이다. 물의 Dk는 80 Barrer이다. 장기간 동안 대기에 노출시, 종래의 렌즈는 서서히 탈수되어, 각막으로 전달되는 산소의 양이 줄어들며, 그 결과 눈 자극, 충혈 및 기타 각막 합병증이 발생할 수 있으며, 이에 따라 렌즈의 사용이 한정된 착용 기간으로 제한된다.
소프트 콘택트 렌즈의 착용 쾌적성 및 상당히 높은 산소투과성을 갖는 실리콘-하이드로겔이 종래 하이드로겔의 착용기간 문제를 해소하였으며, 시력교정 분야에서 획기적인 것이었다. 콘택트 렌즈에 사용하기 위한 실리콘-하이드로겔들이 다음과 같은 특허문헌들에 제시되어 있다.
미국특허 제4,260,725호 (양수인: Bausch & Lomb Inc.)는 2가의 탄화수소기를 통해 중합가능하게 활성화된 불포화기에 α,ω-말단 결합되고, 친수성 사이드 체인을 포함하고 있는 폴리실록산을 포함하여 구성되며, 인간 각막의 요건에 충분히 부합하는 산소 전달능을 갖는, 물 흡수성, 소프트, 친수성, 가요성, 가수분해 안정성, 생물학적 불활성 콘택트 렌즈를 제시하고 있다.
미국특허 제 5,352,714호 (양수인: Bausch & Lomb Inc.)는 실리콘-함유 모노머, 친수성 모노머, 및 수화(hydration) 시에 고 극성 아미노산으로 전환될 수 있는 상대적으로 비극성인 링-함유 모노머를 포함하여 구성되는 향상된 습윤성을 갖는 실리콘-함유 하이드로겔을 제시하고 있다.
미국특허 제5,998,498호 (양수인: Johnson & Johnson Vision Products)는 하기 구조를 가지는 실리콘-함유 모노머를 포함하는 반응혼합물을 경화시키는 것에 의해 제조되는 실리콘 하이드로겔을 제시하고 있다:
Figure pct00001
여기서, R51은 H 또는 CH3이고, q는 1 또는 2이고, 각 q에 대하여, R52, R53 및 R54는 독립적으로 에틸, 메틸, 벤질, 페닐 또는 Si-0 단위가 1 내지 100개 반복하는 1가의 실록산 사슬이고, p는 1 내지 10이고, r=(3-q), X는 0 또는 NR55이고, 여기서 R55는 H 또는 1 내지 4 탄소원자의 1가 알킬기이고, a는 0 또는 1이고, L은 임의선택적으로 에테르 또는 하이드록실 기(예를 들어, 폴리에틸렌글리콜 사슬)를 함유하는, 바람직하게 2 내지 5 탄소원자의 2가 연결 기이다.
미국특허 제6,013,711호 (양수인: CK Witco Corporation)는 저장안정성의 상실 없이, 또는 가황 온도에서 경화의 지연 없이, 또는 영구 친수성의 상실 없이, 그리고 기타 바람직한 특성의 상실 없이, α,ω-디비닐폴리실록산으로 저분자량 불포화 실록산-폴리에테르 코폴리머의 혼화성을 개선하는 방법을 기술하고 있다. 이 조성물은 하나 이상의 α,ω-디비닐폴리실록산, 분자당 2 내지 5의 실리콘원자를 가지는 불포화 폴리실록산-폴리에테르 코폴리머 (바람직하게 트리실록산), 및 상용화 첨가제를 포함하여 구성된다. 상기 영구 친수성, 고속 습윤성 폴리실록산 조성물은 정적 물 접촉각도(static water contact angles)이 < 50°이고, 동적 발전 물 접촉각도 (dynamic advancing contact angles with water)이 약 100° 보다 작다.
미국특허 제6,207,782호 (양수인: Crompton Corporation)는 퍼스널 케어, 텍스타일 및 코팅 용도의, 아크릴화된 친수성 폴리실록산 모노머, 폴리머, 아크릴레이트/메타크릴레이트 코-모노머를 갖는 이들의 코폴리머, 및 이들의 에멀젼을 제시하고 있다. 상기 아크릴화 실록산은 하기 식(a)로 표시된다:
Figure pct00002
여기서 R은 R1 및 P로부터 선택되고, 각 R1은 같거나 다를 수 있으며 1가의 탄화수소 기이고, 각 P는 R3[0(CbH2bO)zCOCR4=CH2]g 이고, R3은 하이드록시 치환 알킬렌일 수 있는 다가의 유기 모이어티이고, g는 R3 빼기 1의 차이고, R4는 수소 또는 메틸이고; b는 2 내지 4, 바람직하게 2 내지 3이고; z는 1 내지 1000, 바람직하게 3 내지 30이고; m+n+p+o는 1 내지 100, 바람직하게 2 내지 20이고, 적어도 하나의 R은 P이고; n은 1 내지 100이며; o가 영(0)이 아니면 n/o 는 10:1 보다 작고; p가 영(0)이 아니면 n/p는 10:1 보다 작고; m은 0 내지 10이다. 바람직하게 상기 특허의 아크릴화 실록산은 하기 식(b)를 갖는다:
Figure pct00003
여기서, x 및 y는 0 또는 정수이고, 각 x 및 y는 바람직하게 0 내지 100, 가장 바람직하게 0 내지 25이고; Q는 R1 또는 P일 수 있으나, 단 평균 아크릴레이트 관능도는 분자당 불포화기 1개보다 크고, 바람직한 구체예에서 y는 0이고, Q는 P이다.
미국특허 제6,867,245호 (양수인: Asahikasei Aime Co.)는 소프트 콘택트 렌즈를 제시하면서, 물에 대한 표면 접촉각도가 작고 안정할 뿐만 아니라, 착용중에 침착이 거의 없고, 산소투과성이 높으며, 각막에 렌즈가 접착하지 않고, 우수한 장기간 착용 특성들을 가지는 콘택트 렌즈를 제공하고 있다. 여기서 렌즈 표면 접촉각도가 수중기포법(captive bubble method in water)으로 10-50°의 범위이고, 공기중 정적법(sessile drop method in air)으로 3 및 90°인 하이드로겔 소프트 콘택트 렌즈를 제시하고 있으며, 또한 특정 일반식으로 나타낸 친수성 실록산일 모노머로 구성되는 하이드로겔 소프트 콘택트 렌즈를 제시하고 있다. 상기 특허는 콘택트 렌즈에 유용한 물질인 것으로 언급된 아미드-기 함유 모노머를 갖는 친수성 실록산의 코폴리머를 제시하고 있다. 상기 폴리머는 친수성 폴리에테르 개질 실록산일 알킬 메타크릴레이트 및 가교성 모노머를 포함하는, 친수성 아미드-기 함유 실록산일 메타크릴레이트, 실록산일 메타크릴레이트 (3-트리스[트리메틸실록시]실릴프로필메타크릴레이트, 약칭 TRIS)를 포함하여 구성된다.
전형적으로, 실록산을 함유하는 실란성 수소와 1차 올레핀성 기를 함유하는 폴리에테르의 하이드로실릴화 반응에 의해 다양한 실리콘 폴리에테르가 제조된다. 그러나, 올레핀성 기가 β-위치에 분지(branching)를 갖지 않는 경우에, 이중결합의 이성화(isomerization)를 불가하게 할 가능성이 있다. 이러한 경우에, 과잉 몰의 폴리에테르의 사용이 요구되는데, 이는 분리를 어렵게 하며, 게다가 과잉의 폴리에테르는 제조되는 렌즈의 모듈러스를 증가시키고, 이에 따라 가요성을 저하시킬 수 있다.
국제출원 공개 WO 2010/038242호(양수인: Momentive Performance Materials Inc., USA)는 하기 식들을 가지는 친수성 모노-관능 실리콘 함유 모노머를 제시하고 있다.
R3Si-0-[Si(R)(Z)0]a-[SiR20]b-SiR3; 및
Figure pct00004
여기서, a는 1 내지 50이고; b는 0 내지 100이고; 각 R은 1 내지 약 10 탄소원자의 1가 지방족, 사이클로지방족 또는 방향족 탄화수소 기, 1 내지 약 10 탄소원자의 할로겐화 탄화수소 기로 이루어진 군에서 독립적으로 선택되고; Z는 하기 식의 분지된 알킬 기를 가지는 폴리에테르 모이어티이며
-H2C-CHRb-(CH2)n-0-(C2H40)p-(C3H60)q-(C4H80)r-X
여기서, n은 1 내지 약 20이고; p 및 q는 독립적으로 0 내지 약 100이고; r은 0 내지 약 50이며, (p + q + r)은 0 보다 크고; Rb는 1 내지 약 4 탄소원자를 가지는 알킬 기이고, X는 하기 식을 가지는 폴리에테르-캡핑 기이며
Figure pct00005
여기서 R3 및 R4는 독립적으로 수소이거나, 또는 1 내지 약 20 탄소원자를 가지는 치환 또는 비-치환의 포화된 1가 탄화수소 기, 또는 -COOH, 또는 -CH2-COOH이다.
통상적으로, 실리콘-하이드로겔은 크로스링커 및 자유라디칼 개시제 (광개시제)의 존재하에, 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 관능화 실리콘 모노머를 유기 (친수성) 모노머, 예를 들어 2 -하이드록시 에틸 메타크릴레이트 (HEMA), N-비닐피롤리돈 (NVP), 메틸 메타크릴산 (MMA), 및 Ν,Ν-디메틸아크릴아미드 (DMA), 등과 중합하는 것에 의해 제조된다. 크로스링커 (가교제)는 일반적으로 분자의 서로 다른 사이트에 2 이상의 반응성 관능기를 갖는다. 전형적으로, 이러한 사이트는 중합가능한 에틸렌성 불포화기를 포함하고 있다. 경화 중에, 이 불포화기는 두 개의 서로 다른 폴리머 사슬과 공유결합하여, 안정한 3차원 네트워크를 형성함으로써, 폴리머의 강도를 향상시킨다. 콘택트 렌즈에 통상적으로 사용되는 가교제는 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트 및 트리메틸로일프로판 트리메타크릴레이트 (약 0.1 내지 2 중량%)를 포함한다. 기타 유용한 가교제의 예로 디에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 비스페놀 A 디메타크릴레이트, 디글리시딜 비스페놀 A 디메타크릴레이트, 디메타크릴레이트-말단 폴리에틸렌 글리콜, 및 반응성 선형 폴리에테르 개질 실리콘이 있다.
일반적으로, 실리콘 하이드로겔 콘택트 렌즈 재료는 소수성 모노-관능 실리콘 모노머 (예를 들어, TRIS)나 다관능 친수성 실리콘 모노머를 사용하여 만들어지고, 이어서 2차 표면처리가 수반된다. 모노-관능 실리콘 모노머가 콘택트 렌즈 산업에서 다관능 실리콘 모노머보다 바람직한데, 왜냐하면 후자는 제조된 렌즈의 증대된 강성(rigidity)을 가져오기 때문이다.
소프트 콘택트렌즈에 대한 당 분야 기술의 상태는 발전하고 있지만, 상기 특허문헌들에서 제시되는 실리콘-계 물질들이 아직 가지고 있는 주된 단점은 미흡한 표면 습윤성 및 지질 침착이다. 이러한 단점을 해소하기 위한 시도에 있어서, 현재의 기술 상태는 "플라즈마 산화"라 불리우는 고비용의 2차 표면처리를 이용하거나 또는 산소투과성 비용이 드는 내부 습윤제(internal wetting agents)를 사용하는 것이다. 따라서, 상기한 단점들이 없고, 당 분야의 실리콘 함유 물질에 필요한 고비용의 표면 처리 없이 콘택트 렌즈를 제조하는데 이용될 수 있는, 유리한 습윤성과 산소투과성을 갖는 친수성 실리콘 모노머가 필요하다.
메틸알릴 폴리에테르와 같은 알킬 분지된(alkyl branched) 불포화 폴리에테르와 실록산-폴리에테르 코폴리머의 하이드로실릴화 합성이 당분야에 알려져 있다 (예를 들어 미국특허 제3,507,923호 및 제4,150,048호 참조). 그러나, 이러한 실록산 폴리에테르 코폴리머의 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 캡핑된 유도체로부터 제조되는 폴리머 필름의 향상된 산소투과성 및 물 습윤성의 실현은 신규하다. 또한. 아크릴아미드 펜던트 기를 갖는 구조들은 합성하는 것이 너무 어려워, 아크릴레이트 펜던트 기를 가지는 다양한 실리콘-하이드로겔 조성물을 제조하는데 이용되는 합성 루트를 통해 제조될 수 없다는 것이 문제이다.
본 발명은 분지된 연결 기를 갖는 폴리에테르 모이어티를 포함하고 있는, 신규한 모노-아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 관능화된 실리콘 모노머를 제공하고, 상기한 모노머를 높은 순도 및 제조 용이성으로 제조하는 방법을 제공하며, 상기한 모노머에서 제조한 보다 큰 친수성 관능기를 가지는 호모폴리머 및 코폴리머를 제공한다. 본 발명의 관능화된 실리콘 모노머는 장기 착용 소프트 콘택트렌즈로 만들어질 수 있는 물-흡수성, 산소-투과성 실리콘-하이드로겔 필름을 제조하는데 유용하다. 구체적으로, 본 발명에서 제시하는 모노머는 반응성 메타크릴레이트 기로 말단 관능화된 폴리알킬렌옥사이드 블록과 실록산 단위를 연결하는 분지된 연결 기를 갖는다. 이러한 모노머로 제조된 실리콘 하이드로겔 필름은 콘택트렌즈 용도에 대한 선행 기술에서 이미 제시된 바 있는, 선형 알킬 연결 기를 가지는 모노머로 제조한 실리콘-하이드로겔 필름에 비해 향상된 표면 습윤성, 산소투과성 및 기계적 성질을 제공한다.
본 발명은 하나의 양태에서, 분지된 연결 기를 포함하고 있는 폴리에테르 모이어티를 가지는 (메트)아크릴아미드 관능화된 친수성 실리콘 모노머를 포함하여 구성되는 속경성 조성물에 관한 것이다. 하나의 구체예에서, 상기 조성물은 콘택트렌즈용 물-흡수 실리콘-하이드로겔 필름을 제조하는데 유용한다. 하나의 구체예에서, 본 발명의 양태들에 따르는 상기 (메트)아크릴아미드 모노머는 폴리에테르 모이어티 상에 분지된 연결 기를 가져서, 미반응, 이성화된 폴리에테르 및 관련 고분자량 부생성물을 포함하는, 그러나 이에 한정되지 않는, 다양한 부생성물을 분리하는 것을 필요로 함이 없이, 친수성 폴리에테르 개질 실리콘 코폴리머를 제조하는 것을 가능하게 한다.
하나의 구체예에서, 본 발명은 하이드로겔 조성물과, 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 하나의 구체예에서, 본 발명은 TRIS와 같은 자유-라디칼 중합가능한 실록산 모노머, 자유-라디칼 중합가능한 유기 모노머, 적어도 1종의 개시제, 및 임의선택적으로 적어도 1종의 가교 화합물의 반응생성물로부터 형성된 (메트)아크릴아미드 폴리에틸렌옥사이드 코폴리머를 함유하는 실리콘을 포함하여 구성된다.
하나의 구체예에서, 본 발명에서 제시되는 실리콘 모노머는 하기 식(I) 또는 식(II)에 제시된 식을 갖는다:
R3Si-0-[Si(R)(Z)0]a-[SiR20]b-SiR3 (I)
Figure pct00006
위 식(I) 또는 식(II)에서, a는 1 내지 50이고; b는 0 내지 100이고; 각 R은 1 내지 약 10 탄소원자의 1가 지방족, 사이클로지방족, 또는 방향족 탄화수소 기, 1 내지 약 10 탄소원자의 할로겐화 탄화수소 기, 및 1 내지 약 50 규소원자를 함유하는 라디칼, 또는 심지어 트리알킬실릴옥시 기로 이루어진 군에서 독립적으로 선택되고; Z는 하기 식(III)의 비-이성화성이고 하이드로실릴화 유효한 말단 올레핀성 잔기를 가지는 폴리에테르 모이어티이며,
-H2C-CHRb-(CH2)n-0-(C2H40)p-(C3H60)q-(C4H80)r-X (III)
위 식(III)에서, n은 1 내지 약 20이고; p 및 q는 독립적으로 0 내지 약 100이고; r은 0 내지 약 50이고, (p + q + r)은 0 보다 크고; Rb는 1 내지 약 4 탄소원자를 가지는 알킬 기이고, X는 하기 식 (IVa) 또는 (IVb)에서 독립적으로 선택되는 폴리에테르-캡핑 기이며
Figure pct00007
위 식 (IVa) 또는 (IVb)에서, R3 및 R4는 독립적으로 수소이거나, 또는 1 내지 약 20 탄소원자를 가지는 치환 또는 비치환의 포화 1가 탄화수소 기, 또는 -COOH, 또는 -CH2-COOH 이다. X는 또한 비닐 기, 또는 N-비닐 유도체, 또는 심지어 N-비닐-피롤리돈 유도체일 수 있다. 본 발명은 전술한 모노머에서 유도된 호모폴리머 및 코폴리머를 제공하며, 이를 함유하는 실리콘 하이드로겔을 제공한다.
본 발명에서 제시되는 조성물은 하기 식(V)를 가지는 실리콘-함유 화합물과; 하이드록실, 또는 할로겐, 또는 에폭시, 또는 아민으로 종결되는 적어도 한 말단과, 하기 식(VI)을 가지는 비-이성화성이고 하이드로실릴화 유효한 말단 올레핀성 폴리에테르로 종결되는 다른 말단을 가지는 폴리에테르를 촉매의 존재하에 반응시켜 폴리에테르 실록산을 생성한 다음, 상기 폴리에테르 실록산과 하기 식(VII)를 가지는 아크릴 화합물의 반응시키는 프로세스에서 생성된, 모노머를 포함하여 구성된다.
R3Si-0-[SiH(R)]a-[OSiR2]b-OSiR3 (V)
위 식(V)에서, a는 1 내지 50이고; b는 0 내지 100이고; 각 R은 1 내지 약 10 탄소원자의 1가 지방족, 사이클로지방족, 방향족 탄화수소 기, 및 1 내지 약 10 탄소원자의 할로겐화 탄화수소 기로 이루어진 군에서 독립적으로 선택된다.
CH2=CHRb-(CH2)n-(OC2H4)p-(OC3H6)q-(OC4H8)r-Y (VI)
위 식(VI)에서, n은 1 내지 약 20이고, p 및 q는 0 내지 약 100이고; r은 0 내지 약 50이고; Rb는 1 내지 약 4 탄소원자를 가지는 알킬 기이고, Y는 -OH, 할로겐, 에폭시 또는 아민이다.
Figure pct00008
위 식(VII)에서, L은 1 내지 약 16 탄소원자를 가지며, 임의선택적으로 헤테로원자 또는 할로겐을 함유할 수 있는, 1가의 지방족, 사이클로지방족, 또는 방향족 탄화수소 라디칼로부터 선택되는 링커기(linker group)이다.
또 하나의 구체예에서, L은 식
Figure pct00009
을 가지는 모이어티이고, 여기서 s는 0 내지 약 15에서 선택되는 정수이고, L이 이용되지 않으면, G는 식 (VII)에서 카보닐 기에 직접 연결된다. G는 할로겐 또는 -OH 및 그 유기 또는 무기 염이고, R3 및 R4는 독립적으로 수소이거나, 또는 1 내지 약 10 탄소원자의 탄화수소 기, 또는 -COOH, 또는 -CH2-COOH 이다.
임의 집합의 장점들에 한정하고자하는 것은 아니지만, 본 발명은 선행기술의 실리콘-하이드로겔이 안고 있는 두 가지 주된 과제를 동시에 해결하고 있다. 폴리머 분자에 더 많은 친수성 단위의 통합을 허용하여서 산소투과성, 영모듈러스 및 물 흡수성을 보유하고 또는 향상시킨 보다 착용이 쾌적한 콘택트렌즈 조성물을 제공한다. 게다가, 후가공 단계들에서 렌즈를 세정하고, 존재하는 미반응 모노머를 제거하는데, 유기 용매를 거의 또는 전혀 사용할 필요가 없다.
또 하나의 구체예에서, 본 발명의 화합물은 본 발명의 실리콘 (메트)아크릴아미드가 광학적으로 투명한 하이드로겔 렌즈를 생산하는데 추가적인 제제 상용화제 및/또는 용매를 필요로 하지 않는다는 점에서 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 분지된 연결 기를 포함하고 있는 폴리에테르 모이어티를 가지며, 콘택트렌즈용 물-흡수 실리콘-하이드로겔 필름을 제조하는데 유용한, 새로운 모노-(메트)아크릴레이트 관능화된 친수성 실리콘 모노머 조성물이 제시된다. 상기한 모노머로 제조되는 실리콘 하이드로겔 필름은 선형 알킬 연결 기를 가지는 대응하는 실리콘 폴리에테르 모노머로 제조된 종래의 필름에 비해 우수한 표면 습윤성, 산소투과성 및 바람직한 모듈러스를 나타낸다. 본 발명의 모노머는 폴리에테르 모이어티에 분지된 연결 기를 가지며, 미반응, 이성화된 폴리에테르 및 관련 고분자량 부생성물을 분리할 필요없이 친수성 폴리에테르 개질 실리콘 코폴리머를 제조하는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 분지된 연결 기를 포함하고 있는 폴리에테르 모이어티를 가지는 (메트)아크릴아미드 관능화된 친수성 실리콘 모노머를 포함하여 구성되는 조성물에 관한 것이다. 하나의 구체예에서, 상기 조성물은 콘택트렌즈용 물-흡수 실리콘-하이드로겔 필름을 제조하는데 유용한다. 하나의 구체예에서, 본 발명의 (메트)아크릴아미드 모노머는 폴리에테르 모이어티 상에 분지된 연결 기를 가져서, 미반응, 이성화된 폴리에테르 및 관련 고분자량 부생성물을 포함하여, 이에 한정되지 않는, 다양한 부생성물을 분리할 필요없이 친수성 폴리에테르 개질 실리콘 코폴리머를 제조하는 것을 가능하게 한다.
하나의 구체예에서, 본 발명은 하이드로겔 조성물, 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 하나의 구체예에서, 본 발명은 TRIS와 같은 자유-라디칼 중합가능한 실록산 모노머, 자유-라디칼 중합가능한 유기 모노머, 적어도 1 종의 개시제 및, 임의선택적으로, 적어도 1종의 가교 화합물의 반응생성물에서 형성된 (메트)아크릴아미드 폴리에틸렌옥사이드 코폴리머를 함유하는 실리콘 조성물을 포함한다. 본 발명은 또한 (메트)아크릴아미드 폴리에틸렌 옥사이드 호모폴리머를 함유하는 실리콘에서 유래한 하이드로겔 필름을 포함한다.
하나의 구체예에서, 본 발명에서 제시되는 실리콘 모노머는 하기 식(I) 또는 식(II)에 제시된 식을 갖는다:
R3Si-0-[Si(R)(Z)0]a-[SiR20]b-SiR3 (I)
Figure pct00010
위 식(I) 또는 식(II)에서, a는 1 내지 50이고; b는 0 내지 100이고; 각 R은 1 내지 약 10 탄소원자의 1가 지방족, 사이클로지방족, 또는 방향족 탄화수소 기, 1 내지 약 10 탄소원자의 할로겐화 탄화수소 기, 및 1 내지 약 50 규소원자를 함유하는 라디칼, 또는 심지어 트리알킬실릴옥시 기로 이루어진 군에서 독립적으로 선택되고; Z는 하기 식(III)의 비-이성화성이고 하이드로실릴화 유효한 말단 올레핀성 잔기를 가지는 폴리에테르 모이어티이며,
-H2C-CHRb-(CH2)n-0-(C2H40)p-(C3H60)q-(C4H80)r-X (III)
위 식(III)에서, n은 1 내지 약 20이고; p 및 q는 독립적으로 0 내지 약 100이고; r은 0 내지 약 50이고, (p + q + r)은 0 보다 크고; Rb는 1 내지 약 4 탄소원자를 가지는 알킬 기이고, X는 하기 식 (IVa) 또는 (IVb)에서 독립적으로 선택되는 폴리에테르-캡핑 기이며
Figure pct00011
위 식 (IVa) 또는 (IVb)에서, R3 및 R4는 독립적으로 수소이거나, 또는 1 내지 약 20 탄소원자를 가지는 치환 또는 비치환의 포화 1가 탄화수소 기, 또는 -COOH, 또는 -CH2-COOH 이다. X는 또한 비닐 기, 또는 N-비닐 유도체, 또는 심지어 N-비닐-피롤리돈 유도체일 수 있다. 본 발명은 또한 전술한 모노머에서 유도된 호모폴리머 및 코폴리머와, 이를 함유하는 실리콘 하이드로겔을 제공한다.
본 발명은 또한 하기 식(V)를 가지는 실리콘-함유 화합물과; 하이드록실, 또는 할로겐, 또는 에폭시로 종결되는 적어도 한 말단과, 하기 식(VI)을 가지는 분지된 알켄으로 종결되는 다른 말단을 가지는 폴리에테르를 촉매의 존재하에 반응시켜 폴리에테르 실록산을 생성한 다음, 상기 폴리에테르 실록산과 하기 식(VII)를 가지는 아크릴 화합물의 반응시켜 상기한 실리콘 모노머를 제조하는 방법을 포함한다.
R3Si-0-[SiH(R)]a-[OSiR2]b-OSiR3 (V)
위 식(V)에서, a는 1 내지 50이고; b는 0 내지 100이고; 각 R은 1 내지 약 10 탄소원자의 1가 지방족, 사이클로지방족, 방향족 탄화수소 기, 및 1 내지 약 10 탄소원자의 할로겐화 탄화수소 기로 이루어진 군에서 독립적으로 선택된다.
CH2=CHRb-(CH2)n-(OC2H4)p-(OC3H6)q-(OC4H8)r-Y (VI)
위 식(VI)에서, n은 1 내지 약 20이고, p 및 q는 0 내지 약 100이고; r은 0 내지 약 50이고; Rb는 1 내지 약 4 탄소원자를 가지는 알킬 기이고, Y는 -OH, 할로겐, 에폭시 또는 아민이다.
Figure pct00012
위 식(VII)에서, L은 1 내지 약 16 탄소원자를 가지며, 임의선택적으로 헤테로원자 또는 할로겐을 함유할 수 있는, 1가의 지방족, 사이클로지방족, 또는 방향족 탄화수소 라디칼로부터 선택되는 링커 기이다.
또 하나의 구체예에서, L은 식
Figure pct00013
을 가지는 모이어티이고, 여기서 s는 0 내지 약 15에서 선택되는 정수이고, L이 이용되지 않으면, G는 식 (VII)에서 카보닐 기에 직접 연결된다. G는 할로겐 또는 -OH 및 그 유기 또는 무기 염이고, R3 및 R4는 독립적으로 수소이거나, 또는 1 내지 약 10 탄소원자의 탄화수소 기, 또는 -COOH, 또는 -CH2-COOH 이다.
임의 집합의 장점들에 한정하고자하는 것은 아니지만, 본 발명은 선행기술의 실리콘-하이드로겔이 안고 있는 두 가지 주된 과제를 동시에 해결하고 있다. 폴리머 분자에 더 많은 친수성 단위의 통합을 허용하여서 산소투과성, 영모듈러스 및 물 흡수성을 보유하고 또는 향상시킨 보다 착용이 쾌적한 콘택트렌즈 조성물을 제공한다. 이에 더하여, 후가공 단계들에서 렌즈를 세정하고 존재하는 미반응 모노머를 제거하는데 유기 용매를 거의 또는 전혀 사용할 필요가 없다.
또 하나의 구체예에서, 본 발명의 화합물은 본 발명의 실리콘 (메트)아크릴아미드 조성물이 광학적으로 투명한 하이드로겔 렌즈를 생산하는데 추가적인 제제 상용화제 및/또는 용매를 필요로 하지 않는다는 점에서 장점이 있다.
전술한 공개된 국제출원 WO 2010/038242에 관하여, 상기 공개된 출원은 그 전체 내용이 본 명세서에 참조문헌으로 통합된다.
상기 출원을 고려하여, 하나의 구체예에서 본 발명은 분지된 연결 기를 포함하고 있는 폴리에테르 모이어티를 가지는 모노-(메트)아크릴아미드 관능화된 친수성 실리콘 모노머에 관한 것이다. 일례에서, 본 발명의 조성물은 콘택트렌즈용 물-흡수 실리콘-하이드로겔 필름을 제조하는데 유용하다.
임의 특정 집합의 장점들에 한정됨이 없이, 본 발명에 따라 얻어지는 실리콘 하이드로겔 필름은 종래의 실리콘 폴리에테르 메타크릴레이트 하이드로겔 필름에 비해 향상된 표면 습윤성, 물 함량 및 바람직한 모듈러스를 나타낸다. 또 하나의 구체예에서, 본 발명에서 제시되는 (메트) 아크릴아미드 모노머는 폴리에테르 모이어티 상에 분지된 연결 기를 가져서, 미반응, 이성화된 폴리에테르 및 관련 고분자량 부생성물을 분리할 필요 없이 친수성 폴리에테르 개질 실리콘 코폴리머를 제조하는 것을 가능하게 한다.
하나의 구체예에서, 실리콘 단위를 친수성 폴리에테르 사슬에 연결하는 알킬기는 하이드로실릴화 단계 중에 상기 불포화 폴리에테르의 이성화를 방지하는 치환된 알킬기이다. 어느 한 이론에 한정하고자 하는 것은 아니지만, 분지된 연결 기의 존재는 반응기에서 직접 취한 실리콘-폴리에테르 코폴리머의 더 높은 순도를 허용한다. 게다가, 분지된 연결 기를 갖는 본 발명의 실리콘-폴리에테르 아미드 코폴리머를 사용하여 제조한 실리콘-하이드로겔 필름은 렌즈의 제거 및 삽입을 용이하게 하는, 그리고 렌즈의 착용 쾌적함에 주로 기여하는 물 함량 및 모듈러스의 향상을 보여준다.
본 발명의 모노머는 또한 균일화제(homogenizing agent) 또는 용매의 도움 없이 친수성 유기 코-모노머 뿐만 아니라 소수성 실리콘 모노머 (예를 들어, TRIS)와 혼화할 수 있으며, 이에 의해 모노머-코모노머 조성물의 전체 범위에 걸쳐 잘 분포된 실리콘 컴파트먼트들(silicone compartments)을 제공하여 균일한 실리콘 하이드로겔 필름을 제조할 수 있게 한다.
본 발명의 실리콘 모노머와 다른 유기 모노머의 최적 혼화성의 적합(최적의 용해도 파라미터)은 폴리에테르(친수성)의 길이 및 폴리에테르 사슬에서 알킬렌 옥사이드(예를 들어, 에틸렌 옥사이도 및 프로필렌 옥사이드)의 비율 중의 어느 하나 또는 양자에서 온다. 폴리에테르 사슬이 너무 짧거나 너무 긴 경우, 또는 폴리에테르 사슬이 불량한 평균 극성을 갖는 경우, 또는 폴리에테르 사슬이 없는 경우, 통상의 불포화 유기 모노머와의 혼화성은 불량할 수 있고, 불투명 또는 반투명 물질로 유도할 수 있다.
실리콘-폴리에테르 코폴리머와, 콘택트렌즈 폴리머의 제조에 유용한 불포화 실리콘 반응물, 용매 및 폴리머와의 혼화성도 유사한 영향을 미친다. 실리콘 기의 크기 및 구조는 또한 혼화성에 영향을 미치기 위해 독립적으로 변화될 수 있으며, 극성 관능기에 대한 실리콘의 양이 너무 크면, 오가노실리콘 모노머는 극성 유기모노머와 혼화할 수 없게 된다.
상기 식 (I) 또는 (II)에서 b가 영(0)인 특별한 경우에, 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 (HEMA)와의 혼화성은 적어도 두 개의 에틸렌 옥사이드 단위가 존재하는 -CH2-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OCH2-CH2-OR 형태의 Z 기로 달성될 수 있다. 그 근거는 식 (I) 또는 (II)로 표시되는 실리콘 모노머와 2-하이드록시에틸메타크릴레이트 (HEMA)와 같은 극성 코-모노머와의 혼화성은 상기 실리콘 모노머에서 극성 폴리에테르 기에 대한 실리콘 모이어티의 비율에 의해 조절된다는 것에 있다. 만약 실리콘 모노머에 폴리에테르가 없거나 너무 적으면, 이 실리콘 모노머는 HEMA와 혼화불가하여, 이들을 균일화하는데 용매가 요구된다.
그 반대로, 실리콘-폴리에테르 코폴리머에 너무 적은 실리콘이 존재하면, 콘택트렌즈 폴리머에서 바람직한 증대된 산소 전달 특징이 사라질 수 있다. 본 발명의 물질들은 자체적으로 조성 성분들의 분배재들인 폴리에테르 전구체들과 실리콘의 제조의 근본적인 화학반응을 가져오는 조성물들의 분배재들일 수 있다. 콘택트렌즈 폴리머를 만드는데 사용되는 제제(formulation) 내의 특정 집합의 모노머들 및 기타 구성성분들과 혼화하는 것이 낮은 분포에서 성분의 양 또는 성분들의 범위를 제거 또는 감소시킬 수 있는 화학적 및/또는 물리적 프로세스들에 의해 분포성을 제어하는 것이 바람직할 수도 있다.
증류, 고진공 스트리핑, 분취 크로마토그래피(preparative chromatography) 또는 초임계유체 추출에 의한 실리콘 및/또는 폴리에테르 반응물의 정제가 최종 코폴리머 분포를 제어하는데 사용될 수 있다. 작은 폴리에테르 반응물 (폴리이테르 내에서 에테르 단위의 평균 수 약 2 내지 약 6)이 실리콘-폴리에테르 코폴리머를 제조하는 데 사용하는 경우, 상기 분포에서 알코올 스타터(starter)와 단일 알킬렌 옥사이드 부가물(즉, 단 하나의 알킬렌 옥사이드 단위와 반응되는 스타터 알코올)의 제거가 이익이 있다. 미반응 알코올 스타터와 단일 알킬렌 옥사이드 부가물이 비한정적인 예로서 증류 또는 고진공 스트리핑에 의해 제거된 정제된 폴리에테르 전구체가 유용한데, 그 이유는 상기 스타터가 콘택트렌즈 폴리머를 제조하는데 사용되는 제제를 방해하는 농도로 존재하는 영 또는 단일의 에테르 부가물 없이 짧은 사슬(약 2 내지 약 6) 폴리에테르를 만드는데 사용될 수 있기 때문이다. 미국특허 제5,986,122호에 설명된, 아스코르브산 또는 아스크로베이트로 폴리에테르의 처리는 하이드로실릴화 반응성을 향상시킨다. 따라서, 미국특허 제5,986,122호는 아스코르브산 또는 아스크로베이트로 폴리에테르의 처리에 관한 내용 전체가 본 발명에 참고문헌으로 통합된다.
본 명세서에서 사용된 "호모폴리머"는 동일한 반복 모노머로 만들어진 폴리머이다. "코폴리머"는 적어도 2종의 구조적으로 상이한 모노머들을 포함하고 있는 폴리머이다. 선형 알킬 연결된 (메트)아크릴화 실리콘 폴리에테르 사슬을 갖는 모노머 및 폴리머는 상기 화합물에서 곁사슬인 폴리알킬렌 옥사이드 부분과 실록산을 연결하는 연결 기에 분지가 전혀 없는 화합물을 의미한다. (메트)아크릴아미드와 같은 표기는 아크릴아미드 관능이나 메타크릴레이트 관능을 가지는 모노머를 나타낸 것이다. 본 발명의 모노머들은 물의 흡수 후에 바람직한 물리적 강도 및 내인열성을 갖는 경화된 엘라스토머를 수득하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 모노-(메트)아크릴아미드 관능화된 실리콘 모노머 및 폴리머, 이들의 제조방법 및 콘택트렌즈에 이용을 아래에서 더 설명하기로 한다.
본 발명은 또한 소프트하고 가요성이 있으며, 물 흡수성인 하이드로겔 필름을 제조하기 위하여 (메트)아크릴아미드 관능화된 친수성 실리콘 모노머와, HEMA 또는 기타 콘택트렌즈 모노머 같은 통상의 모노머를 포함하여 구성되는 실리콘-하이드로겔 조성물을 제공한다. 본 발명의 호모폴리머 및 코폴리머는 맑은 (헤이즈가 없거나, 또는 모노머의 불량한 혼화에서 일어나는 1 내지 2 퍼센트 헤이즈 보다 낮은)이며, 본 발명의 폴리머는 10 중량퍼센트 내지 약 60 중량퍼센트의 물을 흡수하고, 우수한 표면 습윤성과 충분한 산소 투과성을 나타낸다. 이러한 성질들 모두는 렌지의 착용쾌적성을 위해, 그리고 인간 각막의 양호한 건강을 위해 중요하다. 본 발명은 또한 청구된 발명의 실리콘-하이드로겔 필름으로 제조된 콘택트렌즈를 제공한다. 그 구체예들은 아래에서 더 설명하기로 한다.
고분자량 폴리에테르 사슬을 갖는 모노머가 TRIS 같은 모노머와 비교하여 대등한 산소투과성과 상당히 개선된 표면습윤성을 가지는 실리콘-하이드로겔 필름을 가져올 수 있으며, 또는 폴리에테르 사슬에 사용된 선형 알킬 연결 기를 가져올 수 있는 친수성 실리콘 호모폴리머 및 코폴리머를 형성하기 위하여 본 발명에서 제조될 수 있다. 본 발명의 실리콘-하이드로겔 필름으로 제조되는 콘택트렌즈는 습윤성을 향상시키기 위하여 플라즈마 산화 또는 플라즈마 코팅, 또는 내부 습윤제(internal wetting agents)와 같은 고비용의 2차 처리를 필요로 하지 않는다. 즉, 본 발명의 실리콘-하이드로겔 필름으로 제조되는 콘택트렌즈는 2차 처리 없이도 소프트하고 가요성이 있으며, 고유의 습윤성이 있고, 산소투과성을 나타낸다.
본 발명의 모노머는 펜던트 구조를 위하여 식(I)을 갖는 펜던트 (빗과 같은 형태) 모노머일 수 있고, 또는 사이클릭 구조를 위하여 식(II)를 갖는 사이클릭 모노머일 수 있다:
R3Si-0-[Si(R)(Z)0]a-[SiR20]b-SiR3 (I)
Figure pct00014
.
상기 식(I)은 하기 구조식으로 나타낼 수 있다.
Figure pct00015
.
위 식(I) 및 (II)의 구조에서, a는 1 내지 약 50이고; b는 0 내지 약 100이고; 각 R은 1 내지 약 10 탄소원자, 심지어 1 내지 약 6 탄소원자의 1가 지방족, 또는 사이클로지방족 탄화수소 기, 1 내지 약 10 탄소원자의 방향족 탄화수소 기, 심지어 페닐, 또는 1 내지 약 10 탄소원자의 할로겐화 탄화수소 기, 또는 심지어 플루오로-탄화수소기, 또는 1 내지 약 50 규소원자를 함유하는 라디칼, 또는 심지어 트리알킬실릴옥시 기로 이루어진 군에서 독립적으로 선택된다.
위 모노머에 대한 일반 식(I) 및 (II)에서, Z는 하기 식(III)의 비-이성화성이고 하이드로실릴화 유효한 말단 올레핀성 잔기를 가지는 폴리에테르 모이어티이며,
-H2C-CHRb-(CH2)n-0-(C2H40)p-(C3H60)q-(C4H80)r-X (III)
상기 식(III)은 다음의 구조식으로 나타낼 수 있으며
Figure pct00016
위 식(III)에서, n은 1 내지 약 20이고; p 및 q는 독립적으로 0 내지 약 100이고; r은 0 내지 약 50이고, (p + q + r)은 0 보다 크고; Rb는 1 내지 약 4 탄소원자를 가지는 알킬 기, 심지어 메틸 기(-CH3)이고, X는 하기 식 (IVa) 또는 (IVb)에서 독립적으로 선택되는 폴리에테르-캡핑 기이며
Figure pct00017
위 식 (IVa) 또는 (IVb)에서, R3 및 R4는 독립적으로 수소이거나, 또는 1 내지 약 20 탄소원자를 가지는 치환 또는 비치환의 포화 1가 탄화수소 기, 또는 -COOH, 또는 -CH2-COOH 이다. 상기 모노머 식 중의 b가 영(0)인 특정 경우라면, 폴리에테르 기 Z에 있는 탄소 원자의 총수는 약 6 이상이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 모노머는 사이클릭 모노머일 수 있다. 본 발명 사이클릭 모노머의 경우, 말단 규소원자는 합 (a + b) 값 3 내지 약 20 사이에서, 산소 원자에 의해 함께 연결된다. X는 또한 비닐 기, 또는 N-비닐 유도체, 또는 심지어 N-비닐-피롤리돈 유도체일 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명 모노머의 반응생성물에 의해 형성된 폴리머에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 폴리머는 1종의 본 발명 모노머로 된 호모폴리머일 수 있고, 구조적으로 다른 2종의 본 발명 모노머들로 된 코폴리머일 수 있으며, 또는 본 발명의 실리콘 모노머 1종 이상과 실리콘 하이드로겔에 사용하는 것이 적합한 적어도 1종의 기타 친수성 불포화 유기 모노머의 코폴리머일 수도 있다. 상기 기타 친수성 불포화 유기 모노머의 비한정적인 예로 Ν,Ν-디메틸아크릴아미드, 2-하이드록시-에틸-메타크릴레이트 (HEMA), N-비닐피롤리돈, 및 메타크릴산이 있다. 이러한 코폴리머에서, 기타 친수성 불포화 유기 모노머에 대한 본 발명 실리콘 모노머의 코폴리머 비율은 1 : 100 내지 약 100:1이다.
본 발명의 모노머 조성물을 사용하여 폴리머를 제조하기 위하여, 소망하는 모노머들이 함께 혼합되고, 얻어진 혼합물은 가교제의 존재하에 퍼옥사이드나 광개시제를 사용하여 공지의 열 또는 자외선 경화기법에 의해 중합되고 경화되어 투명한 박막을 형성한다. 폴리머 형성을 위한 중합 전에 혼합물을 준비하기 위하여 모노머 믹스에 첨가되는 모노머들은 모노머 또는 프리-폴리머일 수 있다. "프리-폴리머"는 중합가능한 기를 가진 중간 분자량의 반응 중간체 폴리머이다. 따라서, 용어 "실리콘-함유 모노머" 및 "친수성 모노머"는 프리-폴리머를 포함하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명은 또한 위에서 설명한 호모폴리머 또는 코폴리머를 포함하여 구성되는 실리콘 하이드로겔 필름에 관한 것이다.
본 발명의 실리콘 모노머 중의 하나는 하기 식을 갖는다:
Figure pct00018
위 식에서 R*는 트리알킬실릴옥시 기 또는 메틸 기이고, p는 1 내지 약 50, 또는 2 내지 약 15, 또는 심지어 약 8이며, b는 0 내지 약 100, 또는 0 내지 2까지, 또는 심지어 0이다. 본 발명 모노머의 일반 구조식에서 Rb와 각각의 R 기는, 이 모노머에서 메틸기들이다.
본 발명 모노머의 다른 하나는 하기 구조를 갖는다:
Figure pct00019
또는
Figure pct00020
또는
Figure pct00021
.
위 식들에서, R*는 트리알킬실릴옥시 기 또는 메틸 기이고, p는 1 내지 약 50, 또는 2 내지 약 15, 또는 심지어 약 8이고, b는 0 내지 약 100, 또는 0 내지 2까지, 또는 심지어 0이다. 본 발명 모노머의 일반 구조식에서 Rb와 각각의 R 기는, 이 모노머에서 메틸기들이다.
또 하나의 구체예에서, 본 발명에서 제시되는 조성물은 하기 식(V)를 가지는 실리콘-함유 화합물과; 적어도 하나의 하이드록실, 할로겐, 또는 에폭시 캡핑되고, 알킬 분지된 불포화 폴리에테르를 촉매의 존재하에 반응시켜 폴리에테르 실록산을 생성한 다음, 상기 폴리에테르 실록산과 하기 식(VII)를 가지는 아크릴 화합물의 반응시키는 프로세스에서 생성된, 모노머를 포함하여 구성된다.
R3Si-0-[SiH(R)]a-[OSiR2]b-OSiR3 (V)
위 식(V)에서, a, b 및 R은 위에서 정의한 바와 같다.
CH2=CHRb-(CH2)n-(OC2H4)p-(OC3H6)q-(OC4H8)r-Y (VI)
위 식(VI)은 하기 구조로 표시될 수 있으며,
Figure pct00022
위 식(VI)에서, n은 1 내지 약 20, 또는 2 내지 약 6이고, p 및 q는 0 내지 약 100이고; r은 0 내지 약 50이고; Rb는 말단 알켄 기의 베타 탄소에 결합된 알킬기이고, Y는 -OH, 할로겐, 에폭시 또는 아민이다.
Figure pct00023
위 식(VII)에서, L은 1 내지 약 16 탄소원자를 가지며, 임의선택적으로 헤테로원자 또는 할로겐을 함유할 수 있는, 1가의 지방족, 사이클로지방족, 또는 방향족 탄화수소 라디칼로부터 선택되는 링커 기(linker group)이다. 또 하나의 구체예에서, L은 식
Figure pct00024
을 가지는 모이어티이고, 여기서 s는 1 내지 약 5 범위 내의 정수이다. L이 사용되지 않으면, G는 식 (VII)에서 카보닐 기에 직접 연결된다. G는 할로겐 또는 -OH 및 그 유기 또는 무기 염이고, R3 및 R4는 독립적으로 수소이거나, 또는 상기 실리콘 모노머를 생성하는 1 내지 약 10 탄소원자의 탄화수소 기, 또는 -COOH, 또는 -CH2-COOH 이다. R3는 하나의 구체예에서 메틸 기이고, R4는 하나의 구체예에서 수소이다. 폴리에테르 실록산과 식 (VII)을 가지는 알킬아미도아크릴로일 화합물의 반응은 3급 아민 염기 또는 염기성 이온교환수지(IER) 및 저비점 용매의 존재하에 실행될 수 있다. 트리에틸아민, 트리프로필아민, 및 1 8-디아자바이사이클로[5.4.0]운데크-7-엔 (DBU)과 같은 트리알킬 아민이 적합한 염기이다. 사용되는 상기 용매는 헥산, 톨루엔, 테트라하이드로푸란, 메틸에틸케톤, 아세톤, 디클로로메탄, 클로로포름 또는 반응 조건들 하에 유사한 극성(용해도 파라미터) 및 불활성을 가지는 기타 저비점 용매로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 또 하나의 구체예는 상기 식들에서 R 및 Rb가 메틸 기이고, b가 0이고; q 및 r이 0이고; p가 0 내지 약 100, 또는 0 내지 약 50, 또는 심지어 0 내지 약 10이고; Y는 OH 이며; G는 염소 또는 OH 및 그 유기 염 (예를 들어, DBU 염)인, 전술한 방법에 관한 것이다.
식(V)의 화합물과 식(VI) 화합물의 하이드로실릴화 반응은 미국특허 제3,229,1 12호, 제4,847,398호, 제4,857,583호, 제5,191,103호 또는 제5,159,096호에 기술된 용매 및 첨가제의 존재하에 또는 부재하에 실행될 수 있으며, 따라서 상기 특허문헌상의 해당 부분들은 본 발명에 참조문헌으로 통합된다.
알킬 분지된, 불포화 폴리에테르 (식 VI) 선택에 수반된 주된 장점은 SiH 및 알케닐 관능기의 실질적인 화학양론적 양의 사용이다. 즉, 종래의 10 내지 20 퍼센트 몰 과량의 알케닐 폴리에테르 대신에, 본 발명의 합성 방법에서 하이드로실릴화 단계는 알킬 분지된, 불포화 폴리에테르의 실질적인 몰 과량 없이 실행될 수 있다. SiH/알케닐 화학양록적 비율 0.99 내지 1.09가 효과적이다. 미국특허 제5,986,122호에서 교수된 바와 같은, 아스코르브산 및 아스코르베이트로 본 폴리에테르의 처리는 하이드로실릴화 반응성을 향상시키고, Pt-촉매를 감소된 양으로 사용하는 것을 허용한다. 상기 특허문헌의 해당 교수내용은 본 발명에 참조문헌으로 통합된다.
본 발명의 폴리머는 직접 경화될 수 있는, 맑고, 투명하며 균일한 단일-상 용액을 친수성 하이드로겔 모노머와 혼화가능한 본 실록산 모노머의 분자량에 따라 추가의 균질화 용매를 전혀 사용함이 없이 형성할 수 있다.
본 발명의 모노머에 대한 용해도 파라미터 계산 값은 페도스 법에 의거한 것으로 (참조: Robert F. Fedors, Polymer Engineering and Science, Feb. 1974, vol. 14, No. 2), 대략 15 내지 약 20 (J/mol)1/2의 범위이며, 이 값은 TRIS와 같은 실리콘 모노머 보다 종래의 하이드로겔 모노머 (예를 들어, HEMA, NVP 및 DMA)의 용해도 파라미터에 가깝다. 혼화성은 본 발명 모노머와 친수성 코-모노머 간의 용해도 파라미터 차가 7.7 (J/mol)1/2 보다 적으면 실현된다.
본 발명의 또 하나의 구체예에서, 본 폴리머는 당 분야에 알려진 프로세스들을 통해 실리콘-하이드로겔 필름으로 형성될 수 있다. 본 발명의 실리콘-하이드로겔 필름은 소프트하고 가요성이 있으며, 투명도가 높다. 본 발명의 모노머로 만든 실리콘-하이드로겔 필름은 선형 알킬 연결된 메타크릴화 실리콘 폴리에테르 사슬을 가지는 모노머를 사용하여 만든 것보다 양호한 표면 습윤성과 충분한 산소 투과성을 나타낸다. 본 발명의 실리콘 하이드로겔 필름은 물과 동적 발전 접촉각도(dynamic advancing contact angles with water)가 100° 내지 약 20°범위를 가지며, 약 10 내지 70 중량퍼센트의 물을 흡수하는 것으로 판명되었으며, 이는 폴리에테르 또는 실록산의 분자량에 따라 변할 수 있다. 상기 접촉각도는 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐 알코올, 및 하이드록시알킬 셀룰로오즈 등과 같은 습윤제를 첨가하는 것에 의해 한정된 범위내에서 변경될 수 있다. 제조된 실리콘 하이드로겔은 또한 콘택트렌즈 용도에 요구되는 양호한 기계적 성질(예를 들어, 낮은 모듈러스 및 높은 인열강도)을 가지는 것으로 판명되었다.
종래의 실리콘-하이드로겔 필름은 소수성 실리콘 모노머와 친수성 하이드로겔 모노머가 서로 상용성이 없기 때문에 일반적으로 약 10 내지 40 중량퍼센트의 용매 또는 상용화제의 존재하에 제조된다. 그러나, 본 발명에 있어서, 본 발명의 실리콘 메타크릴아미드 모노머는 종래의 친수성 하이드로겔 모노머 (예를 들어, HEMA, NVP 및 DMA)와 혼화가능하여, 용매 또는 상용화제를 전혀 사용하지 않고도 실리콘-하이드로겔 필름을 제조하기에 적합한 균일한 용액을 형성할 수 있음이 판명되었다. 본 발명 모노머는 일반적으로 밀도가 25℃에서 0.89 내지 1.1 g/㎤ 범위이고, 굴절률이 소듐 D 라인에서 1.4 내지 1.46 범위이다.
본 발명자들은 굴절률이 1.431 보다 크고 밀도가 0.96 g/㎤ 보다 큰 모노머는 상용화 용매의 부재하에 HEMA와 같은 친수성 모노머와 균일하고, 맑으며, 투명한 완전 혼화성 조성물 또는 유사 혼화성 조성물을 산출한다는 사실을 발견하였다. 전술한 바와 같이, 종래의 실리콘 모노머 (예를 들어, TRIS)는 용매의 존재하에 HEMA와 같은 친수성 모노머와 혼합하여야 만, 실리콘 하이드로겔을 만들기 위한 혼화성 조성물을 얻을 수 있다. 본 발명의 실리콘-하이드로겔 코폴리머를 만드는데 사용되는 하이드로겔 코-모노머는 HEMA, Ν,Ν-디메틸 아크릴아미드 (DMA), N-비닐 피롤리돈 (NVP), 메타크릴산 (MAA) 등과 같은 친수성 아크릴계 모노머, 그리고 임의선택적으로, 소수성 TRIS 및 폴리실록산 유사체일 수 있다.
본 발명에 있어서, 얻어지는 폴리머는 당 분야에 알려진 프로세스들을 통해 실리콘-하이드로겔 필름으로 제조될 수 있다. 따라서, 본 발명은 또한 본 발명의 호모폴리머 또는 코폴리머로부터 제조되는 콘택트렌즈에 관한 것이다. 본 발명의 모노머 및 폴리머는 미국특허 제3,408,429호 및 제3,496,254호에 기술된 스핀-캐스팅(spin-casting) 프로세스, 미국특허 제4,084,459호 및 제4,197,266호에 기술된 캐스트 몰딩(cast molding) 프로세스, 이 프로세스들의 조합, 또는 기타 임의의 공지된 콘택트렌즈 제조 방법에 의해 콘택트렌즈로 제조될 수 있다. 상기 특허문헌들에서 콘택트렌즈 제조방법에 관하여 교수하는 내용들은 본 명세서에 참조문헌으로 통합된다. 중합은 소망하는 콘택트랜즈 형상에 대응하는 스피닝 몰드나 고정 몰드에서 실행될 수 있다. 본 렌즈는 원할 경우 기계적 마무리 가공으로 처리될 수 있다. 중합은 또한 버튼, 플레이트 또는 로드를 형성하는 적당한 몰드 또는 용기에서 수행될 수 있으며, 그 다음에 가공(예를 들어, 선반 또는 레이저를 이용한 커트 또는 광택가공)하여, 소망하는 형상의 콘택트렌즈로 제조될 수 있다.
본 발명에 따르는 폴리머로 제작된 콘택트렌즈의 상대적인 소프트니스 또는 하드니스는 활성화된 불포화 기 (예를 들어, 메트(아크릴옥시) 또는 (메트)아크릴아미도)로 말단-캡핑된 폴리실록산 프리-폴리머의 분자량을 감소 또는 증대시키는 것에 의해, 또는 코모노머의 백분율을 변경하는 것에 의해, 변화시킬 수 있다. 일반적으로, 말단-캡핑 단위에 대한 폴리실록산 단위의 비율이 증가함에 따라, 물질의 소프트니스가 증가한다.
본 발명의 폴리머는 또한 자외선 흡수제, 안료 및 착색제를 첨가제 또는 코모노머 형태로 함유할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실리콘-하이드로겔은 선형 알킬 연결 기를 가지는 실리콘-폴리에테르 코폴리머와 비교할 때 향상된 표면 습윤성과 함께 충분한 산소전달성(30 내지 약 250 Dk)을 나타낸다. 본 발명에서 제시되는 실록산 모노머가 당 분야에 알려진 실록산 및 폴리실록산 유사체와 함께 사용되면, 본 발명 하이드로겔 필름의 산소투과성은 270 Dk 단위까지 더 증대될 수 있다. 본 발명에 따라 사용되는 모노머 및 프리-폴리머는 용이하게 중합되어 3차원 네트워크를 형성하며, 이는 보다 양호한 기계적 및 광학적 선명성을 가지면서 산소 전달을 허용한다. 예를 들면, 40 중량퍼센트의 본 발명의 모노머와 함께, 10 중량퍼센트의 TRIS, 25 중량퍼센트의 HEMA, 20 중량퍼센트의 DMA 및 5 중량퍼센트의 NVP 코-모노머를 사용하여 제조한 실리콘 하이드로겔 필름은 0.8 MPa의 영 모듈러스 값과 함께, 95 퍼센트 이상의 광학적 전달, 및 30° 미만의 포획기포 접촉각도(captive bubble contact angle)를 나타내며, 이는 본 발명에서 제시되는 실리콘 모노머가 시판의 소수성 및 친수성 실록산 또는 유기 코-모노머와 함께 콘택트렌즈 제제를 제조하기에 적합하다는 것을 입증한다.
사용된 실리콘 모노머가 실시예 1(40 중량퍼센트)와, 10 중량퍼센트의 TRIS, 25 중량퍼센트의 HEMA, 20 중량퍼센트의 DMA 및 5 중량퍼센트의 NVP로 될 때, 제제 중 1 중량%의 UV 개시제의 존재하에 365 nm에서 10초 내에 경화를 시작하여 25 내지 30초 내에 자립 필름을 산출하였음을 주목한다. 경화는 95% 이상이 25 내지 50초에서 완료된다. 총 제제 중의 전체 메틸 하이드로퀴논 억제제 함량은 100 PPM 정도이다. 본 발명의 메타크릴아미드로 만든 상기 제제는 당분야에 알려진 실시예-6에 비해 우수한 경화특성들을 가진다.
본 발명의 하이드로겔 필름의 구체적인 용도는 콘택트렌즈, 인공각막, 일회용 장기착용 소프트 콘택트렌즈, 또는 바이오메티칼 디바이스용 코팅을 포함한다.
하나의 양태에서, 본 발명의 친수성 실리콘 모노머는 벌크 또는 라텍스 형태의 물질을 형성하기 위하여 다른 자유 라디칼 중합 유효한 모노머와 함께 호모폴리머 또는 코폴리머의 제조에 사용될 수 있다. 본 발명의 모노머를 포함하여 구성되는 상기한 호모폴리머, 코폴리머, 에멀젼 및 라텍스 입자는 립스틱, 마스카라, 파운데이션, 로션, 크림, 샴푸, 콘디셔너 및 네일 폴리시와 같은 스킨 케어, 헤어 케어, 및 네일 케어를 포함하는 퍼스널 케어 제제들에 구성 성분으로 사용되어, 이러한 제제들의 용품특성, 촉감특성 및 도포 용이성을 향상시킬 수 있다. 또한, 텍스타일 및 섬유 처리 용도에 사용되어 천연 및 합성 섬유에 평활성, 소프트한 촉감 및 습윤성을 부여할 수 있다. 또한 상기 호모폴리머, 코폴리머, 에멀젼 및 라텍스 입자들은 니스, 라텍스 페인트 및 루핑 조성물과 같은 금속, 플라스틱, 나무 및 종이용 코팅제제에 혼입될 수 있다.
실시예들
실시예 1 , 2, 3, 4, 5, 및 7은 본 발명에 따르는 것이며, 실시예 6 (평균 4개의 에틸렌 옥사이드 단위를 갖는 메타크릴화 트리실록산 폴리옥시에틸렌 코폴리머) 은 비교 실시예이다.
모노머 제조
실시예 1
하기 식으로 표시되는 화합물의 합성:
Figure pct00025
메타크릴아미드 함유 실리콘-폴리에테르 모노머가 4-단계 프로세스를 이용하여 제조한다. 제1 단계에서, 하이드로실릴화 반응이 하이드록실 종결된 메트알릴 폴리에테르와 모노-하이드라이드 관능 트리실록산 모이어티에서 발생한다. 상기 말단 하이드록실 기는 제2 단계에서 토실화 반응을 통해 양호한 이탈기로 전환된다. 제3 단계는 글리신의 메타크릴화(methacrylation)를 포함하고, 최종 단계가 반응물의 제조이다. 상기 최종단계에서, 글리신 메타크릴아미드 염을 사용하는 토실레이트의 SN2 반응으로 목적하는 물질이 생성된다.
이 실시예에서, 헵타메틸-트리실록산 (70 그램)과, 사슬 중에 평균 4개의 에틸렌 옥사이드 (EO) 단위를 갖는 메트알릴-말단 폴리에틸렌 글리콜 (75 그램)이 환류 응축기, 기계식 교반기, 써모커플이 달린 온도조절기 및 질소유입구가 장치된 500 mL 3-구 둥근바닥 플라스크에 투입된다. 내용물을 카스테드 촉매 (1,3-디비닐테트라메틸디실록산의 백금 착체, 투입된 전체 반응물의 중량기준으로 30 ppm Pt) 및 50 ppm 소듐 프로피오네이트 완충액의 존재하에 80℃ 내지 85℃로 가열한다 (참조: 미국특허 제4,847,398호). 하이드로실릴화 완료 후에, 휘발성 화합물(예를 들면, 촉매와 함께 도입된 톨루엔)이 감압하에 증발(스트리핑)된다. 최종 생성물, 하이드록실 말단 실리콘 폴리에테르는 원치않는 부생성물이 전혀 없이 정량 수율로 수득된 무색의 투명한 액체이다. 수득한 순수 생성물이 다핵 NMR (1H, 13C, 29Si) 스펙트로스코피 및 겔투과 크로마토그래피 (GPC)로 잘 특성분석된다. 본 발명 실리콘 폴리에테르의 합성은 용매의 존재하에 또는 부재하에 일어날 수 있다. 1종 이상의 용매가 사용되는 경우, 그 적합한 예는 톨루엔, 이소프로필 알코올 또는 메틸 에틸 케톤을 포함한다.
토실화는 하이드록실 말단 실리콘 폴리에테르 (100 그램, 0.2 몰)와 트리에틸아민 (82 mL, 0.59 몰)을 환류 응축기 및 적하깔대기가 장치된 500 mL 3-구 둥근바닥 플라스크에 투입하는 것에 의해 실행된다. 반응 중에 상기 플라스크의 세번째 입구(neck)에 어댑터 및 러버 튜브를 사용하여 연결된 기포기에서 질소 가스가 초당 약 20 내지 30개의 기포수의 유량으로 연속 퍼지된다. 교반중의 반응물에 무수 테트라하이드로푸란 (200 mL)이 첨가되고 연속 교반된다. 반응 온도는 35℃로 승온되어, 반응 전체에서 유지되고, 무수 테트라하이드로푸란 중의 p-톨루엔설포닐 클로라이드 (48.2 그램, 0.25 몰) 용액이 40 내지 45 분에 걸쳐 적하식으로 첨가된다. 백색 침전물인 트리에틸암모늄 하이드로클로라이드 염이 반응의 45분 내에 석출되기 시작한다. 반응 시간은 4 내지 5 시간이다. 반응 후에, 유기 염이 여과제거되고, 여과액을 회전 증발기에서 감압하에 농축한다. 용매의 제거 후에, 잔존하는 약간의 유기 염이 27℃에서 12 시간 동안 정치 후에 생성물로부터 분리제거된다. 여과결과, 토실레이트 말단 실리콘 폴리에테르이 정량 수율로 수득된다. 이 생성물을 NMR 분석으로 확인한다.
25 그램 (0.33 mol)의 글리신을 100 mL 탈이온수 중의 NaOH 수용액 (34 그램, 0.83 몰)이 들어있는 250 mL 둥근바닥 플라스크에 따라 붓는다. 상기 플라스크는 얼음-소금 배스를 사용하여 0 내지 5℃로 냉각한다. 메타크릴로일 클로라이드 (39 mL, 0.39 몰)를 5℃ 이하의 배스 온도를 유지하면서 30 내지 45 분에 걸쳐 적하식으로 첨가한다. 다음, 반응 혼합물을 실온으로 가온한다. 이 반응 혼합물을 pH 3으로 산성화하고, 에틸 아세테이트로 4회 추출한다(40 mL x 4). 에틸 아세테이트 층은 분리 깔대기를 사용하여 분리해서 무수 소듐 설페이트 (50 그램)이 들어있는 삼각플라스크로 옮겨 넣는다. 에틸아세테이트는 둥근바닥 플라스크로 옮겨 붓고, 감압하에 용매를 제거하여, 글리신 메타크릴아미드를 백색 고체로 수득한다 (> 70% 수율). 이 생성물을 NMR 분석으로 확인한다.
SN2 반응을 위하여, 토실레이트 말단 실리콘 폴리에테르 (25 그램, 0.04 몰)를 환류 응축기, 가열 배스 및 질소 기포기가 장치된 250 mL 2-구 둥근바닥 플라스크내에서 용매로서 N,N-디메틸포름아미드 (30 mL)를 사용하여 1,8-디아자바이사이클로[5.4.0]운데크-7-엔 (DBU) (6.26 그램, 0.041 몰) 및 글리신 메타크릴아미드 (5.31 그램, 0.041 몰)와 반응시킨다. 100 내지 200 ppm의 하이드로퀴논이 예상치 않은 중합을 방지하기 위하여 반응 중에 사용된다. 가열 배스의 온도는 반응중에 65℃로 유지된다. 12 시간 후, Ν,Ν-디메틸포름아미드가 회전증발기를 사용하여 감압하에 제거된다 (70℃, 20 mbar). 조생성물(crude material)을 25 mL 클로로포름에 용해하고, 식염수 용액으로 3회 세척한다(15 mL x 3). 클로로포름 층을 분리하여 무수 Na2S04를 통해 건조한 후 활성탄으로 탈색하고, 용매를 회전 증발기 내에서 감압하에 제거한다. 최종 생성물을 정량 수율로 수득한다.
상기 최종 생성물은 적외선 스펙트로스코피, 다핵 NMR (1H, 13C, 29Si) 스펙트로스코피로 특성 분석한다.
최종적으로 생성된 모노머의 프로톤 및 규소 NMR 분석 결과는 다음과 같다:
1H-NMR, 300 MHz, CDCl3 (ppm): 0.03 내지 0.17 (br. m, 21H, CH3Si-), 0.21 내지 0.35 (m, 1H, Si-CH2), 0.52 내지 0.64 (m, 1H, Si-CH2-), 0.95 (d, J = 9 Hz, 3H, -CH3), 1.82 내지 1.95 (m, 1H, -CH(R)), 1.99 (br. S, 3H, =C(CH3), 3.07 내지 3.2 (m, 1H, R-CH2CH20-), 3.22 내지 3.35 (m, 1H, R-CH2CH20-), 3.40 내지 3.97 (m, 18H, -(CH2CH20)n-), 4.08 내지 4.18 (m, 2H, NH-CH2COO-), 4.27 내지 4.40 (m, 2H, OOC-CH2) 5.38 (br. S, 1H, =CH2), 5.77 (br. S, 1H, =CH2), 6.45 (br. S, 1H, -NH-CO). 29Si-NMR, 79.51 MHz, CDCl3 (ppm): -21.9 (-OSi-(CH3)(EO)), 7.2 (-OSi(CH3)3).
실시예 2:
하기 식으로 표시되는 화합물의 합성:
Figure pct00026
평균분자구조 CH2CH(CH3)0(CH2CH20)5CH2CHOCH2 인 에폭시 말단 폴리에테르를 평균 구조 CH2CH(CH3)0(CH2CH20)5H (MAPEG5)의 하이드록실 말단 폴리에테르와 에피클로로히드린를 다음과 같이 반응시켜 합성한다: 50 그램의 MAPEG5, 50 mL 헥산 및 0.4 그램의 세틸트리메틸암모늄 브로마이드 (CTAB)를 응축기 및 적하깔대기가 장치된 250 mL 둥근바닥 플라스크에 투입한다. 여기에 10.2 그램의 고체 NaOH를 투입하고, 얻어진 물질을 자석식 교반기로 혼합하면서, 서서히 가열하여 40℃ 내지 42℃로 승온시킨다. 이 혼합물에 31.6 그램의 에피클로로히드린을 2시간에 걸쳐 적하식으로 첨가한다. 반응은 추가로 4시간 더 계속한다. 그 후에, 염과 과잉의 염기를 여과하여 제거하고, 여과액을 15 mbar에서 진공 스트리핑하면서, 온도를 85℃로 서서히 승온시킨다. 그 결과로, 95% 에폭시 캡핑을 갖는 점성의 맑은 에폭시 캡핑된 폴리에테르를 수득하고(1H-NMR로 확인), 이를 다음 단계에서 사용한다.
하이드로실릴화 단계에서, 헵타메틸-트리실록산 (50 그램, 0.23 몰)과, 한쪽에서 메트알릴 기로 말단종결되고 다른 한쪽에서 에폭시 기로 말단종결되고 사슬중에 평균 5개의 에틸렌 옥사이드 (EO)를 갖는 폴리에틸렌 글리콜 (78.5 그램, 0.23 몰)을 환류 응축기, 기계식 교반기, 써모커플이 달린 온도조절기 및 질소유입구가 장치된 250 mL 3-구 둥근바닥 플라스크에 투입한다. 내용물을 카스테드 촉매 (1,3-디비닐테트라메틸디실록산의 백금 착체, 투입된 전체 반응물의 중량기준으로 30 ppm Pt) 및 100 ppm 소듐 프로피오네이트 완충액의 존재하에 80℃ 내지 85℃로 가열한다 (참조: 미국특허 제4,847,398호). 하이드로실릴화 완료 후에, 휘발성 화합물(예를 들면, 촉매와 함께 도입된 톨루엔)이 감압하에 증발(스트리핑)된다. 최종 생성물, 에폭시 말단 실리콘 폴리에테르는 원치않는 부생성물이 전혀 없이 정량 수율로 수득된 무색의 투명한 액체이다. 수득한 순수 생성물을 다핵 NMR (1H, 13C, 29Si) 스펙트로스코피 및 겔투과 크로마토그래피 (GPC)로 특성 분석한다. 본 발명 실리콘 폴리에테르의 합성은 용매의 존재하에 또는 부재하에 일어날 수 있다. 1종 이상의 용매가 사용되는 경우, 그 적합한 예는 톨루엔, 이소프로필 알코올 또는 메틸 에틸 케톤을 포함한다.
최종 단계에서, 에폭시 말단 실리콘 폴리에테르 (25 그램, 0.044 몰)가 메틸 에틸 케톤 용매 (50 mL) 및 중합 억제제로서 2,2,6,6-테트라메틸-피페리디노옥시 자유 라디칼 (TEMPO) (0.004 g, 2.2 x 10~5 mol)와 혼합된다. 70℃에서, 티티늄 이소프로폭사이드 (0.5 중량퍼센트)를 첨가하고, 이어서 글리신 메타크릴레이트를 첨가한다. 반응은 90℃에서 24 시간 동안 계속한다. 24 시간 후에, 형성된 티타늄 옥사이드는 버크너 깔대기(Buckner funnel)에 취해진 셀라이트 베드를 통해 여과시켜 제거한다. 상기 셀라이트는 메틸 에틸 케톤으로 2외 세척하고 (10 mL x 2), 여과액을 감압하에 농축한다. 최종생성물은 활성탄을 사용하여 탈색한다. 그 결과 얻어진 최종생성물이 담갈색 오이로 수득된다.
최종 생성물의 프로톤 및 규소 NMR 분석 데이터는 다음과 같다:
1H-NMR, 300 MHz, CDCl3 (ppm) : 0.01 내지 0.14 (br. m, 21H, CH3Si-), 0.21 내지 0.32 (m, 1H, Si-CH2), 0.51 내지 0.62 (m, 1H, Si-CH2-), 0.94 (d, J = 9 Hz, 3H, -CH3), 1.83 내지 1.95 (m, 1H, -CH(R)), 1.98 (br. S, 3H, =C(CH3), 3.08-3.16 (m, 1H, R-CH2CH20-), 3.24 내지 3.32 (m, 1H, R-CH2CH20-), 3.48 내지 3.75 (m, 18H, -(CH2CH20)n-), 4.11 내지 4.15 (m, 2H, NH-CH2COO-), 4.22 내지 4.26 (m, 2H, OOC-CH2) 5.38 (br. S, 1H, =CH2), 5.77 (br. S, 1H, =CH2), 6.49 (br. S, 1H, -NH-CO). 29Si-NMR, 79.51 MHz, CDCl3 (ppm): -21.9 (-OSi-(CH3)(EO)), 7.1 (-OSi(CH3)3).
실시예 3
하기 식으로 표시되는 화합물의 합성:
Figure pct00027
합성 경로는 가브리엘 프탈이미드 반응(Gabriel Phthalimide reaction)을 이용한다. 실시예 1에서 제시된 토실레이트 말단 실리콘 폴리에테르가 포타슘 프탈이미드와 반응되고, 이는 다음 단계에서 아민 말단 실리콘 폴리에테르를 생성하기 위하여 히드라지날화된다(hydrazinalised). 아민 말단 실리콘 폴리에테르는 최종 단계에서 메타크릴화된다.
상기 토실레이트 말단 실리콘 폴리에테르 (25 그램, 0.037 몰)을 질소 플로우 시스템이 장치된 500 mL 둥근바닥 플라스크에 투입한다. 이 플라스크에 Ν,Ν-디메틸 포름아미드 (50 mL)를 첨가하고 나서, 포타슘 프탈이미드 (8.3 그램, 0.045 몰)를 첨가한다. 얻어진 혼합물을 65℃에서 12 시간 동안 교반한다. 12 시간 후에, 반응 혼합물을 여과하고, 여과액을 감압하에 농축하여 반-고체상 물질(semi-solid material)을 수득한다. 상기 반고체상 물질을 헥산 내에서 교반한 다음, 다시 여과하고 감압하에 농축한다. 최종 생성물, 프탈이미드 말단 실리콘 폴리에테르는 정량 수율의 밝은 황색을 띤 점성 오일로 회수된다.
프탈이미드 말단 실리콘 폴리에테르 (20 그램, 0.031 몰)을 환류 응축기가 장치된 2-구 둥근바닥 플라스크내에서 질소 분위기 하에 에틸 알코올과 혼합한다. 얻어진 용액을 95℃에서 환류한다. 환류는 에틸 알코올 중의 하이드라진 하이드레이트 (1 .71 그램, 0.034 몰) 50 부피 퍼센트 용액을 3시간 동안 1회 첨가한 후에 계속한다. 하이드라진 하이드레이트 첨가 후 5 분 내에 흰색이 강한 침전물이 드러난다. 3시간 후에, 반응 혼합물을 와트만-1 여과지(Whatmann-1 filter paper)를 사용하여 여과한다. 여과액을 감압하에 회전증발하여 에틸 알코올을 제거한다. 수득한 반고체 생성물을 헥산으로 희석한 후 여과한다. 여과액을 감압하에 증발시켜, 담황색의 오일로서 아민 말단 실리콘 폴리에테르를 정량 수율로 수득한다.
아민 말단 실리콘 폴리에테르 (15 그램, 0.027 몰)를 적하깔대기가 장치된 250 mL 2-구 둥근바닥 플라스크에서 질소 분위기 하에 톨루엔 (25 mL)에 용해시킨다. 트리에틸아민 (3.2 mL, 0.033 몰)을 상기 반응 플라스크에 첨가한다. 상기 둥근바닥 플라스크를 얼음 배스에 넣어, 반응 온도를 5℃ 이하로 유지시킨다. 메타크릴로일 클로라이드 (4.6 그램, 0.033 몰)를 상기 반응혼합물에 15 내지 20분에 걸쳐 적하식으로 첨가한다. 얻어진 반응혼합물을 실온으로 가온하고, 3시간 동안 교반한다. 이 반응혼합물을 여과하여 제1 부생성물로서 트리에틸아민 하이드로클로라이드를 제거한다. 여과액을 Thermax 8XMP (Tulsion from Thermax India Ltd. 제품) 이온교환수지를 통해 여과하여, 제2 부생성물로서 메타크릴산을 제거한다. 마지막으로, 수득한 물질을 활성탄을 통해 여과하여 담황색의 오일로서 최종 메타크릴아미드 말단 실리콘 폴리에테르를 정량 수율로 수득한다.
최종 모노머의 프로톤 및 규소 NMR 분석 데이터는 다음과 같다:
1H-NMR, 300 MHz, CDCl3 (ppm): 0.01 내지 0.18 (br. m, 21H, CH3Si-), 0.23 내지 0.36 (m, 1H, Si-CH2), 0.52 내지 0.65 (m, 1H, Si-CH2-), 0.96 (d, J = 9 Hz, 3H, -CH3), 1.83 내지 1 .95 (m, 1H, -CH(R)),1 .97 (br. S, 3H, =C(CH3), 3.09 내지 3.19 (m, 1H, R-CH2CH20-), 3.24 내지 3.35 (m, 1H, R-CH2CH20-), 3.46 내지 3.95 (m, 18H, -(CH2CH20)n-), 5.34 (br. S, 1H, =CH2), 5.72 (br. S, 1H, =CH2), 6.44 (br. S, 1H, -NH-CO). 29Si-NMR, 79.51 MHz, CDCl3 (ppm): -22 (-OSi-(CH3)(EO)), 7.1 (-OSi(CH3)3).
실시예 4
하기 식으로 표시되는 화합물의 합성:
Figure pct00028
헥사메틸사이클로트리실록산 또는 D3 (21 그램, 9.44 m몰) 및 디클로로메틸실란 (12.0 그램, 및 10.4 m몰)을 3-구 250 mL 둥근바닥 플라스크에 투입한다. 상기 플라스크를 10분 동안 40℃로 가열한다. 가열을 중단하고, 헥사메틸포스포릭 트리아미드 (10 ㎕)를 반응 혼합물에 교반하에 첨가한다. 다음, 반응 혼합물을 30 분 동안 교반하고, 반응 진행과정을 1H NMR 스펙트럼을 분석하면서 모니터한다. 다음, 반응 혼합물을 3-구 250 mL 둥근바닥 플라스크 내에서 교반중인 디이소프로필 에테르 (50 mL) 및 물 (20 mL)의 용액에 적하깔대기를 사용하여 실온에서 60분에 걸쳐 적하식으로 서서히 첨가한다. 교반을 추가로 60분 동안 계속한다. 유기 층을 분리하여 7% NaHC03 용액으로 중화하고(2 x 50 mL), 물로 세척한 다음 (40 mL), 무수 소듐 설페이트를 통해 건조하고, 증발시켜 조생성물 헵타메틸사이클로테트라실록산 (D3DH)을 수득한다. 다음, 감압증류로 정제하여 무색 액체로서 63 퍼센트 D3DH를 회수한다 (90℃/20 mmHg에서 실행). 다음, 생성물을 1H 및 29Si NMR로 특성분석한다.
D3DH (14.9 그램, 5.27 m몰) 및 메트알릴 폴리옥시에틸렌 (8 EO 사슬) (22.3 그램, 5.27 밀리몰), 소듐 프로피오네이트 (100 ppm)를 환류 응축기가 장치된 2구 둥근바닥 플라스크 내에서 70℃로 가열한다. 다음, 카스테드 촉매 (30 ppm, 2-프로판올 용액으로 희석)를 상기 혼합물에 첨가하고, 온도를 90℃로 승온한다. 교반은 3 시간 동안 계속한다. 반응은 반응 혼합물의 1H NMR 분석을 통해 모니터한다. 반응완료 후에, 반응 혼합물을 실온으로 냉각하여 짙은 황색 액체를 수득하고, 이어서 활성탄(1 그램)으로 탈색하여, 무색 오일 상의 하이드록실 말단 사이클릭 실록산 폴리에테르 코폴리머를 정량 수율로 수득한다. 수득된 하이드로실릴화 생성물을 1H 및 29Si NMR로 특성 분석한다.
하이드록실 말단 사이클릭 실록산 폴리에테르 코폴리머 (50 그램, 0.071 몰), 트리에틸아민 (16.5 mL, 0.12 몰) 및 톨루엔 (50 mL)을 적하깔대기 및 기계식 교반기가 장치된 질소분위기 하의 2-구 둥근바닥 플라스크에 투입한다. 완전 셋업된 플라스크를 얼음 배스에 넣어, 반응온도를 5℃ 이하로 유지시킨다. 교반중인 반응 혼합물에 메타크릴로일 클로라이드 (8.3 mL, 0.085 몰)를 30분에 걸쳐 적하식으로 첨가한다. 반응혼합물을 실온으로 가온하고 약 3시간 동안 교반한다. 트리에틸 암모늄 클로라이드 염을 여과제거하고, 여과액을 Thermax 8XMP (Tulsion from Thermax India Ltd.) 이온교환수지와 혼합하고 12 시간 동안 교반한다. 다음 혼합물을 여과하고 활성탄소(1 그램)로 탈색한 다음, 용매를 감압하에 증발시켜, 메타크릴화 사이클릭 실록산 폴리에테르 코폴리머를 정량 수율로 수득한다. 최종 생성물을 1H 및 29Si NMR로 특성 분석한다.
1H-NMR, 300 MHz, CDCl3 (ppm): 0.08 (br. s, 21H, CH3Si-), 0.26 내지 0.40 (m, 1H, Si-CH2), 0.61 내지 0.72 (m, 1H, Si-CH2-), 0.96 (d, J = 9 Hz, 3H, -CH3), 1 .86 내지 1.9 (m, 1H, -CH(R)), 1.94 (br. S, 3H, =C(CH3), 3.1 1 내지 3.21 (m, 1H, R-CH2CH2O-), 3.24 내지 3.31 (m, 1H, R-CH2CH20-), 3.52 내지 3.89 -(CH2CH20)n-), 4.27 내지 4.34 (m, 2H, CH2CH2COO-), 5.56 (br. S, 1H, =CH2), 6.13 (br. S, 1H, =CH2). 29Si-NMR, 79.51 MHz, CDCl3 (ppm): -18.9 (-OSi-(CH3)2-0), -19.2 (-OSi-(CH3)2-O), 20.1 (-OSi-(CH3)(EO)-0-).
실시예 5
하기 식으로 표시되는 화합물의 합성:
Figure pct00029
본 예의 합성은 D3 및 디클로로메틸 실란으로부터 출발하며, D3DH를 수득한 다음에 실시예 4에 제시된 바와 같은 8-EO 사슬을 포함하고 있는 메트알릴 폴리에테르로 하이드로실릴화한다.
토실화는 환류 응축기 및 적하깔대기가 장치된 250 mL 3-구 둥근바닥 플라스크 내에 하이드록실 말단 사이클릭 실리콘 폴리에테르 (25 그램, 0.035 몰) 및 트리에틸아민 (8.3 mL, 0.06 몰)를 투입하여 실행한다. 반응 중에 질소 가스를 어댑터 및 러버 튜브를 사용하여 플라스크의 세번째 입구에 연결된 기포기에서 초당 약 20 내지 30개 기포수의 유량으로 연속 퍼지한다. 교반 중인 반응물에 무수 테트라하이드로푸란 (50 mL)을 첨가하고 교반을 계속한다. 반응 온도을 65℃로 승온하ㅇ여 반응 전체에 걸쳐 유지하고, 무수 테트라하이드로푸란 (20 mL) 중의 p-톨루엔설포닐 클로라이드 (8.1 그램, 0.042 몰) 용액을 40 내지 45 분에 걸쳐 적하식으로 첨가한다. 상기 반응의 45분 이내에 트리에틸암모늄 하이드로클로라이드 염이 백색 침전물로 석출된다. 반응 시간은 4 내지 5 시간이다. 반응 후에, 유기 염을 여과제거하고, 여과액을 회전식 증발기에서 감압하에 농축한다. 용매의 제거 후에, 27℃에서 12 시간 동안 정치한 후 잔류하는 약간의 유기 염을 여과제거한다. 여과결과 토실레이트 말단 실리콘 폴리에테르가 정량 수율로 수득된다. 이 생성물을 NMR ㅂ분석으로 확인한다.
환류 응축기, 가열 배스 및 질소 기포기가 장치된 100 mL 2-구 둥근바닥 플라스크 내에서 용매로서 N,N-디메틸포름아미드 (15 mL)를 사용하여 토실레이트 말단 사이클릭 실리콘 폴리에테르 (10 그램, 0.012 몰)을 1,8-디아자바이사이클로[5.4.0]운데크-7-엔 (DBU) (1.94 그램, 0.013 몰) 및 글리신 메타크릴아미드 (1.65 그램, 0.013 몰)와 반응시킨다. 100 내지 200 ppm의 하이드로퀴논이 예상치 않은 중합을 방지하기 위하여 반응중에 사용된다. 가열 배스의 온도는 반응중에 65℃로 유지한다. 12 시간 후에, Ν,Ν-디메틸포름아미드를 회전 증발기(70℃, 20 mbar)를 사용하여 감압하게 제거한다. 조생성물을 25 mL 클로로포름에 용해시키고 식염수 용액으로 세척한다(15 mL x 3). 클로로포름 층을 분리하고, 무수 Na2S04를 통해 건조하고, 활성탄으로 탈색한 다음, 용매를 회전 증발기에서 감압하에 제거한다. 최종 생성물이 정량 수율로 수득된다. 최종 생성물을 적외선 스펙트로스코피, 다핵 NMR (1H, 13C, 29Si) 스펙트로스코피로 특성 분석한다.
1H-NMR, 300 MHz, CDCl3(ppm): 0.08 (br. s, 21H, CH3Si-), 0.26 내지 0.41 (m, 1H, Si-CH2), 0.61 내지 0.73 (m, 1H, Si-CH2-), 0.97 (d, J = 9 Hz, 3H, -CH3), 1 .89 내지 1.96 (m, 1H, -CH(R)), 1.99 (br. S, 3H, =C(CH3), 3.11 내지 3.2 (m, 1H, R-CH2CH20-), 3.24 내지 3.32 (m, 1H, R-CH2CH20-), 3.54 내지 3.76 -(CH2CH20)n-), 4.11 내지 4.18 (m, 2H, NH-CH2COO-), 4.29 내지 4.36 (m, 2H, OOC-CH2) 5.39 (br. S, 1H, =CH2), 5.78 (br. S, 1H, =CH2), 6.45 (br. S, 1H, -NH-CO). 29Si-NMR, 79.51 MHz, CDCl3 (ppm): -18.8 (-OSi(CH3)2-0), -19.1 (-OSi(CH3)2-0), -20.2 (-OSi-(CH3)(EO)-0-).
실시예 6
하기 식으로 표시되는 화합물의 합성:
Figure pct00030
메타크릴화 실리콘-폴리에테르 모노머를 2-단계 프로세스로 제조하였다. 제1 단계에서, 하이드로실릴화 반응이 하이드록실 말단 메트알릴 폴리에테르와 모노-하이드라이드 관능 트리실록산 모이어티 사이에서 일어난다. 제2 단계에서, 하이드록실 기가 메타크릴화 반응을 통해 중합가능한 메타크릴레이트 기로 전환된다.
구체적으로, 헵타메틸-트리실록산 (70 g)과, 사슬에 평균 4 개의 에틸렌 옥사이드 (EO) 단위를 갖는 메트알릴-말단 폴리에틸렌 글리콜을 환류 응축기, 기계식 교반기, 써모커플이 달린 온도조절기 및 질소유입구가 장치된 500 mL 3-구 둥근바닥 (RB) 플라스크에 투입한다. 이 내용물을 카스테드 촉매 (1,3-디비닐테트라메틸디실록산의 백금 착체, 투입된 전체 반응물 중량기준으로 30 ppm Pt) 및 50 ppm 소듐 프로피오네이트 완충액 존재하에 80℃ - 85℃로 가열하였다 (참조: 미국특허 제4,847,398호). 하이드로실릴화 완료후에, 휘발성 화합물 (예를 들면, 촉매와 함께 도입된 톨루엔)을 감압하에 증류제거(스트리핑)하였다. 최종 생성물, 하이드록실 말단 실리콘 폴리에테르가 무색의 투명한 액체로서, 원치않는 부생성물 전혀 없이, 정량수율로 수득되었다. 수득한 순수 생성물을 다핵 NMR (1H, 13C, 29Si) 스펙트로스코피 및 겔투과 크로마토그래피 (GPC)로 특성 분석하였다. 본 발명 실리콘 폴리에테르의 합성은 용매의 존재하에 또는 부재하에 실행할 수 있다. 용매가 사용되는 경우, 바람직한 용매의 예는 톨루엔, 이소프로필 알코올 또는 메틸 에틸 케톤을 포함한다.
다음, 상기 단계에서 합성된 실리콘 폴리에테르 (142 g), 트리에틸아민 (30.3 g) [또는 그 대신에 염기성 이온교환수지 소산제(acid scavenger)], 및 메틸 에틸 케톤 (250 ml)을 적하깔대기 및 교반 블레이드가 장치된 3-구 1리터 RB 플라스크에 투입하였다. 상기 플라스크를 얼음 배스에 담그고, 메타크릴로일 클로라이드 (31 .3 g)를 일정한 교반 하에 약 1시간에 걸쳐 적하식으로 첨가한다. 첨가 완료 후에, 실온에서 추가로 3 시간 동안 교반하였다. 그 결과, 반응중에 트리에틸아민 하이드로클로라이드 염이 석출되었다. 이온교환수지가 사용되고, 여과제거되었다. 용매는 회전 감압 증발기로 제거되었고, 최종 모노머는 무색의 투명 액체로 수득되었다. 사용된 용매의 저비점은 진공(약 10 mmHg 보다 적은 압력)하에 약 30℃ 내지 40℃의 온도에서 완전히 제거되는 것을 가능하게 하였다. 결과의 친수성 모노머 생성물은 무색 내지 담황색이었다. 이를 농갈색 병(amber bottle)에 넣어 냉장고에 저장하였다. 특성 분석은 적외선 스펙트로스코피, 다핵 NMR (1H, 13C, 29Si) 스펙트로스코피로 하였다.
1H-NMR, 300MHz, CDCl3 (ppm) : 0.07 ((CH3)Si-), 0.26, 0.56 (Si-CH2-), 0.95 (-CH3), 1.93 (=C(CH3)), 3.64 (-CH2CH2O-), 4.29 (CH2COO), 5.56, 6.12 (=CH2). 29Si-NMR, 79.51 MHz, CDCl3 (ppm): -22 (-OSi(CH3)(EO)), 7 (-OSi(CH3)3).
실시예 7
하기 식으로 표시되는 화합물의 합성:
Figure pct00031
본 프로세스는 4-단계를 포함한다. 제1 단계, 하이드로실릴화 반응은 하이드록실 말단 메트알릴 폴리에테르와 모노-하이드라이드 관능 트리실록산 모이어티 사이에서 일어난다. 상기 말단 하이드록실 기는 제2 단계에서 토실화 반응을 통해 이탈이 용이한 기로 전환된다. 제3 단계는 글리신의 메타클릴화를 포함하고, 마지막 단계는 반응물의 제조이다. 상기 마지막 단계에서, 글리신 메타크릴아미드 염 을 사용하는 토실레이트의 SN2 반응에 의해 목적하는 생성물이 생성된다.
본 예에서, 헵타메틸-트리실록산 (100 그램)과, 사슬 내에 평균 9개의 에틸렌 옥사이드 (EO) 단위를 갖는 메트알릴-말단 폴리에틸렌 글리콜 (209 그램)이 환류 응축기, 기계식 교반기, 써모커플이 달린 온도조절기 및 질소유입구가 장치된 1000 mL 3-구 둥근바닥 플라스크에 투입된다. 이 내용물은 카스테드 촉매 (1,3-디비닐테트라메틸디실록산의 백금 착체, 투입된 반응물 전체 중량 기준으로 30 ppm Pt) 및 50-100 ppm 소듐 프로피오네이트 완충액의 존재하에 80℃ 내지 85℃로 가열된다 (참조: 미국특허 제4,847,398호). 하이드로실릴화 완료 후에, 휘발성 화합물 (예를 들면, 촉매와 함께 도입된 톨루엔)이 감압하에 증류제거(스트리핑)된다. 최종생성물, 하이드록실 말단 실리콘 폴리에테르가 원치않는 부생성물이 전혀 없이 무색의 투명한 액체로서 정량 수율(302 그램 회수)로 수득된다. 수득한 순수 생성물은 다핵 NMR ( H, 3C, 29Si) 스펙트로스코피 및 겔투과 크로마토그래피 (GPC)로 특성 분석된다. 본 발명 실리콘 폴리에테르의 합성은 용매의 존재하에 또는 부재하에 일으킬 수 있다. 1종 이상의 용매가 사용되는 경우, 용매의 적합한 예는 톨루엔, 이소프로필 알코올 또는 메틸 에틸 케톤을 포함한다.
토실화는 환류 응축기 및 적하깔대기가 장치된 500 mL 3-구 둥근바닥 플라스크에 하이드록실 말단 실리콘 폴리에테르 (100 그램, 0.15 몰) 및 트리에틸아민 (53 mL, 0.36 몰)을 투입하는 것에 의해 실행된다. 질소가스가 어댑터 및 러버 튜브를 사용하여 상기 플라스크의 세번째 입구에 연결된 기포기에서 초당 약 20 내지 30 기포의 유량으로 반응중에 연속 퍼지된다. 교반중의 반응물에 무수 테트라하이드로푸란 (50 mL)을 첨가하고 교반을 계속한다. 반응 온도는 35℃로 승온하여 반응 전체에서 유지하며, p-톨루엔설포닐 클로라이드 (35.9 그램, 0.19 몰)를 40 내지 45 분에 걸쳐 따라 붓는다. 백색 침전물인 트리에틸암모늄 하이드로클로라이드 염이 반응의 45분 이내에 석출된다. 반응 시간은 보통 4 내지 5 시간 내에 완료되며, 정상적으로는 24 시간 동안 계속한다. 반응 훙에, 유기 염을 여과제거하고, 여과액을 회전증발기에서 감압하게 농축한다. 용매의 제거 후에, 22-25℃에서 12 시간동안 정치한 후 잔존하는 약간의 유기염을 여과제거한다. 여과 결과, 토실레이트 말단 실리콘 폴리에테르가 정량 수율 (89 그램 회수)로 수득되었다. 생성물은 NMR 분석으로 확인한다.
5 그램 (0.33 mol)의 글리신을 100 mL 탈이온수 중의 NaOH 수용액 (34 그램, 0.83 몰)이 들어있는 250 mL 둥근바닥 플라스크에 따라 붓는다. 이 플라스크를 얼음-소금 배스를 사용하여 0 내지 5℃로 냉각한다. 메타크릴로일 클로라이드 (39 mL, 0.39 몰)를 30 내지 45 분에 걸쳐 적하식으로 첨가하고 5℃ 이하의 배스온도를 유지한다. 다음, 반응 혼합물을 실온으로 가온한다. 반응 혼합물을 pH 3으로 산성화한 다음, 에틸 아세테이트로 4회 추출한다 (40 mL x 4). 에틸 아세테이트 층을 분리 깔대기를 사용하여 분리해서, 무수 소듐 설페이트 (50 그램)가 들어있는 삼각 플라스크에 옮겨 넣는다. 에틸 아세테이트를 둥근바닥 플라스크로 옮기고, 용매를 감압하에 제거하여 백색 고체로서 글리신 메타크릴아미드를 수득한다 (> 70% 수율). 생성물은 NMR 분석으로 확인한다.
SN2 반응을 위하여, 토실레이트 말단 실리콘 폴리에테르 (25 그램, 0.03 몰)를 환류 응축기, 가열 배스 및 질소 기포기가 장치된 250 mL 2-구 둥근바닥 플라스크 내에서 용매로서 N,N-디메틸포름아미드 (30 mL)를 사용하여 1,8-디아자바이사이클로[5.4.0]운데크-7-엔 (DBU) (5.4 그램, 0.04 몰) 및 글리신 메타크릴아미드 (5.4 그램, 0.04 몰)과 반응시킨다. 100 내지 200 ppm의 하이드로퀴논이 예상치 않은 중합을 피하기 위하여 반응중에 사용된다. 가열 배스의 온도는 반응중에 55℃에서 유지된다. 12 시간 후에, Ν,Ν-디메틸포름아미드를 회전 증발기를 사용하여 감압하에 제거한다 (55℃, 8 mbar). 조생성물을 50 mL 에틸 아세테이트에 용해시키고, 식염수용액으로 세척한다 (15 mL x 3). 에틸 아세테이트 층을 분리하여, 무수 Na2S04를 통해 건조하고, 활성탄으로 탈색한 다음, 용매를 회전 증발기에서 감압하에 제거한다. 최종 생성물이 정량 수율 (18 그램 회수)로 수득된다.
최종생성물은 적외선 스펙트로스코피, 다핵 NMR (1H, 13C, 29Si) 스펙트로스코피로 특성 분석한다.
생성된 최종 모노머의 프로톤 및 규소 NMR 분석결과는 다음과 같다:
1H-NMR, 400 MHz, CDCl3 (ppm): 0.03 내지 0.12 (br. m, 21H, CH3Si-), 0.2 내지 0.3 (m, 1H, Si-CH2), 0.52 내지 0.60 (m, 1H, Si-CH2-), 0.92 (d, J = 8 Hz, 3H, -CH3), 1.8 내지 1.9 (m, 1H, -CH(R)), 1.97 (br. S, 3H, =C(CH3), 3.06 내지 3.1 (m, 1H, R-CH2CH20-), 3.22 내지 3.35 (m, 1H, R-CH2CH20-), 3.4 내지 3.8 (m, 34H, -(CH2CH20)n-), 4.08 내지 4.18 (m, 2H, NH-CH2COO-), 4.27 내지 4.37 (m, 2H, OOC-CH2) 5.37(br. S, 1H, =CH2), 5.76 (br. S, 1H, =CH2), 6.46 (br. S, 1H, -NH-CO). 29Si-NMR, 79.51 MHz, CDCl3 (ppm): -22.3 (-OSi-(CH3)(EO)), 6.8 (-OSi(CH3)3).
하이드로겔 필름의 일반 실시예들:
2-하이드록시에틸 메타크릴레이트 (HEMA), N,N-디메틸아크릴아미드 (DMA), N-비닐피롤리돈 (NVP), 메타크릴옥시프로필 트리스(트리메틸실록시)실란 (TRIS), 4 몰의 에틸렌옥사이드 (실시예 6)를 갖는 트리실록산 그라프트 메트알릴폴리에테르 메타크릴레이트와 같은 유기 코-모노머와 함께, 그리고 임의선택적으로 에틸렌글리콜디메타크릴레이트 (EGDMA)와 같은 크로스링커와 함께, 실시예 1, 2, 3, 4, 5 및 7에서 제시하는 물질로부터 유도된 제제(조성 1 내지 9)로부터 여러 가지 하이드로겔 필름을 제조한다. 2-하이드록시,2-메틸 프로피오페논 (HMPP) 또는 Irgacure(상표명) 819가 UV 개시제로 사용된다. 모든 필름은 유리 또는 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르 시이트로된 투명 몰드에서 1 중량퍼센트의 개시제를 사용하여 365 nm 램프로 5-60 초 동안 중합 경화된다. 경화는 몰드로 유리를 사용할 때 더 신속하였다 (2-3 초).
제제의 상세 및 하이드로겔 필름의 특성은 표 1에 요약되어 있다. 본 발명의 실리콘 아크릴아미드 (실시예 1-5 및 7)의 경화특성이 종래 공지의 실리콘 아크릴레이트 (실시예 6)의 경화특성과 비교하여 표 2에 요약되어 있다.
표 1: 하이드로겔 제제들 및 이들의 특성들
성분(%) 조성 1 조성 2 조성 3 조성 4 조성 5 조성 6 조성 7 조성 8 조성 9
실시예 1 39.4 49.3
실시예 2 49.3
실시예 3 39.4
실시예 4
실시예 5 39.4 49.3
실시예 6 39.4 49.3
실시예 7 49.3
TRIS 9.9 9.9 9.9 9.9
DMA 19.7 19.7 19.7 19.7 24.6 24.6 24.6 24.6 24.6
HEMA 24.6 24.6 24.6 24.6 19.7 19.7 19.7 19.7 19.7
NVP 4.9 4.9 4.9 4.9 4.9 4.9 4.9 4.9 4.9
EGDMA 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
HMPP 1 1 1 1 1 1 1 1 1
물흡수량
(중량%)		 34±2 44±2 45±2 35±2 52±2 50±2 45±2 54±2 62±2
퍼센트 산소전달
(1mm두께)
 >94 >94 >94 >95 >95 >94 >95 >94 >95
모듈러스
(MPa)		 0.6±0.1 0.8±0.1 0.9±0.1 1±0.1 0.7±0.2 0.8±0.2 0.5±0.1 0.7±0.1 0.6±0.2
표 2: 97 중량% 실리콘 하이드로겔 제제, 1 중량% EGDMA 크로스링커 및 2 wt% HMPP 개시제의 조건에서 경화특성들. Dymax UV-조사 챔버의 UV-광. 제제의 ㅈ점도는 RS600 Haake Rheometer (23 ℃, 센서 20 mm /1 ° 콘-플레이트) 상에서 분석되었다. 본 발명 실시예 1은 종래의 실시예 6에 비해 우수한 경화특성을 나타내었다.
점도 (Pa.s) (경화중에 측정)
경화시간(초) 0 10 25 50 90
실시예 1
 0.2 150 >106 (필름) >106 (필름) >106 (필름)
실시예 6 0.035 0.04 0.15 0.7 0.9
본 발명이 여러 가지 구체예들을 참조하여 설명되어 있지만, 당 분야의 기술자는 본 발명의 영역에서 벗어남이 없이 다양하게 변화시킬 수도 있으며, 그 구성요소를 균등물로 치환할 수도 있음을 알 것이다. 본 발명은 본 발명을 구현하기 위한 최선의 모드로 제시된 특정 구체예들로 제한되는 것이 아니라, 수반하는 특허청구범위에 속하는 모든 구체예들을 포함하는 것을 의도한 것이다. 인용된 모든 문헌들은 참조문헌으로 본 명세서에 분명히 통합되는 것이다.

Claims (18)

  1. 적어도 1종의 하기 식(I) 또는 식(II)에 제시된 식을 가지는 실리콘 아크릴아미드 모노머를 포함하여 구성되는, 하이드로겔 조성물:
    R3Si-0-[Si(R)(Z)0]a-[SiR20]b-SiR3 (I)
    Figure pct00032

    위 식(I) 또는 식(II)에서, a는 1 내지 50이고; b는 0 내지 100이고; 각 R은 1 내지 약 10 탄소원자의 1가 지방족, 사이클로지방족, 또는 방향족 탄화수소 기, 1 내지 약 10 탄소원자의 할로겐화 탄화수소 기, 1 내지 약 50 규소원자를 함유하는 라디칼, 또는 트리알킬실릴옥시 기로 이루어진 군에서 독립적으로 선택되고; Z는 하기 식(III)의 비-이성화성이고 하이드로실릴화 유효한 말단 올레핀성 잔기를 가지는 폴리에테르 모이어티이며,
    -H2C-CHRb-(CH2)n-0-(C2H40)p-(C3H60)q-(C4H80)r-X (III)
    위 식(III)에서, n은 1 내지 약 20이고; p 및 q는 독립적으로 0 내지 약 100이고; r은 0 내지 약 50이고, (p + q + r)은 0 보다 크고; Rb는 1 내지 약 4 탄소원자를 가지는 알킬 기이고, X는 비닐 기, N-비닐 유도체, 심지어 N-비닐-피롤리돈 유도체, 또는 하기 식 (IVa) 또는 (IVb)를 가지는 폴리에테르-캡핑 기이며
    Figure pct00033

    위 식 (IVa) 또는 (IVb)에서, R3 및 R4는 독립적으로 수소이거나, 또는 1 내지 약 20 탄소원자를 가지는 치환 또는 비치환의 포화 1가 탄화수소 기, 또는 -COOH, 또는 -CH2-COOH 임.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 모노머가, 하기 식(V)를 가지는 실리콘-함유 화합물(i)과 하이드록실, 할로겐, 에폭시로 종결되는 적어도 한 말단과, 하기 식(VI)을 가지는 분지된 알켄으로 종결되는 다른 말단을 가지는 폴리에테르(ii)의 반응(a)이 촉매의 존재하에 수행되어 생성된 폴리에테르 실록산과 하기 식(VII)를 가지는 아크릴 화합물의 반응(b)에 의해 생성된, 실리콘 모노머인, 하이드로겔 조성물:
    R3Si-0-[SiH(R)]a-[OSiR2]b-OSiR3 (V)
    위 식(V)에서, a는 1 내지 50이고; b는 0 내지 100이고; 각 R은 1 내지 약 10 탄소원자의 1가 지방족, 사이클로지방족, 방향족 탄화수소 기, 및 1 내지 약 10 탄소원자의 할로겐화 탄화수소 기로 이루어진 군에서 독립적으로 선택되고;
    CH2=CHRb-(CH2)n-(OC2H4)p-(OC3H6)q-(OC4H8)r-Y (VI)
    위 식(VI)에서, n은 1 내지 약 20이고, p 및 q는 0 내지 약 100이고; r은 0 내지 약 50이고; Rb는 1 내지 약 4 탄소원자를 가지는 알킬 기이고, Y는 -OH, 할로겐, 에폭시 또는 아민이며;
    Figure pct00034

    위 식(VII)에서, L는 1 내지 약 16 탄소원자를 가지며, 임의선택적으로 헤테로원자 또는 할로겐을 함유할 수 있는, 1가의 지방족, 사이클로지방족, 또는 방향족 탄화수소 라디칼로부터 선택되는 임의선택적인 링커기(optional linker group)이고; G는 할로겐 또는 -OH 및 그 유기 또는 무기 염이고, R3 및 R4는 독립적으로 수소이거나, 또는 1 내지 약 10 탄소원자의 탄화수소 기, 또는 -COOH, 또는 -CH2-COOH 이다.
  3. 제2항에 있어서, L이 식
    Figure pct00035
    을 가지는 모이어티이고, 여기서 s는 0 내지 약 15에서 선택되는 정수인, 하이드로겔 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 식의 실리콘 모노머를 포함하여 구성되는, 하이드로겔 조성물:
    Figure pct00036

    (위 식에서, R*는 트리알킬실릴옥시기 또는 메틸기이고, p는 1 내지 약 50, 또는 2 내지 약 15이며, b는 0 내지 약 100임).
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 식의 실리콘 모노머를 포함하여 구성되는, 하이드로겔 조성물:
    Figure pct00037

    (위 식에서, R*는 트리알킬실릴옥시기 또는 메틸기이고, p는 1 내지 약 50, 또는 2 내지 약 15이며, b는 0 내지 약 100임).
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 식의 실리콘 모노머를 포함하여 구성되는, 하이드로겔 조성물:
    Figure pct00038

    (위 식에서, R*는 트리알킬실릴옥시기 또는 메틸기이고, p는 1 내지 약 50, 또는 2 내지 약 15이며, b는 0 내지 약 100임).
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 식의 실리콘 모노머를 포함하여 구성되는, 하이드로겔 조성물:
    Figure pct00039

    (위 식에서, R*는 트리알킬실릴옥시기 또는 메틸기이고, p는 1 내지 약 50, 또는 2 내지 약 15이며, b는 0 내지 약 100임).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 코-모노머가 실리콘-함유 모노머, 유기계 모노머, 또는 이들 중 2 이상의 조합에서 선택되는, 하이드로겔 조성물.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하이드로겔이 비닐계 모노머, 알릴계 모노머, 아크릴라이드 모노머, 아크릴계 모노머, 또는 이들 중 2 이상의 조합으로부터 선택되는 코-모노모를 더 포함하여 구성되는, 하이드로겔 조성물.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 비닐계 모노머가 N-비닐-피롤리돈, N-비닐-카프로락탐, N-비닐-아세트아미드, N-비닐-포름아미드, N-비닐-이소프로필아미드, 비닐 벤젠, 비닐 나프탈렌, 비닐 피리딘, 비닐 알코올, 비닐 함유 실리콘, 또는 이들 중 2 이상의 조합으로부터 선택되는, 하이드로겔 조성물.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비닐, 알릴, 또는 아크릴라이드, 또는 아크릴계 모노머가 3-[Tris(트리메틸실록시)실릴]프로필 메타크릴레이트; 메틸-디(트리메틸실록시)-실릴 프로필 글리세롤 메타크릴레이트; 3-(트리메틸실릴)프로필 비닐 카보네이트; 3-(비닐옥시카보닐티오)프로필-[트리스(트리메틸실록시)실란]; 3-[트리스(트리-메틸실록시)실릴]프로필 비닐 카바메이트; 3-[트리스(트리메틸실록시)실릴]프로필 알릴 카바메이트; 3-[트리스(트리메틸실록시)실릴]프로필 비닐 카보네이트, 또는 이들 중 2 이상의 조합으로부터 선택되는, 하이드로겔 조성물.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아크릴계 유기 모노머가 2-하이드록시-에틸-메타크릴레이트 (HEMA), 2-하이드록시-에틸-아크릴레이트 (HEA), 하이드록실 프로필 메타크릴레이트, 트리메틸암모늄 2-하이드록시 프로필 메타크릴레이트 하이드로클로라이드, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, 글리세롤 메타크릴레이트, Ν,Ν-디메틸 아크릴아미드, N-이소프로필아크릴아미드, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 아크릴산, 메타크릴산, 아크릴화 친수성 또는 소수성 오가노-실리콘, 또는 이들 중 2 이상의 조합으로부터 선택되는, 하이드로겔 조성물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 트리메틸로일프로판 트리메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 비스페놀 A 디메타크릴레이트, 디글리시딜 비스페놀 A 디메타크릴레이트, 디메타크릴레이트-말단 폴리에틸렌 글리콜, 반응성 선형 또는 펜던트 폴리에테르 개질 실리콘, 또는 이들 중 2 이상의 조합으로부터 선택되는 크로스링커를 더 포함하여 구성되는, 하이드로겔 조성물.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물이 2,2'-아조비스(2,4-디메틸펜탄나이트릴), 2,2'-아조비스(2-메틸프로판나이트릴), 2,2'-아조비스(2-메틸부탄나이트릴), 벤조일 퍼옥사이드, 벤조인 메틸 에테르, 디에톡시아세토페논, 벤조일포스핀 옥사이드, 2-하이드록시-2-메틸 프로피오페논 (HMPP), 1-하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤, Darocur-타입 개시제, Irgacure-타임 개시제 또는 이들 중 2 이상의 조합으로부터 선택되는 열 또는 광 개시제를 더 포함하여 구성되는, 하이드로겔 조성물.
  15. 제1항에 있어서, 상기 하이드로겔 조성물이 105 mW/㎠의 세기(intensity)를 갖는 365 nm 광(light)을 사용하여 10초 이하의 시간에 자립 필름(self-standing film)으로 경화하는, 하이드로겔 조성물.
  16. 제1항 내지 제15항의 하이드로겔 조성물로 되는 필름을 포함하여 구성되는, 콘택트렌즈.
  17. 제16항에 있어서, 물, 유기 또는 무기 염 용액, a 완충액, an 에멀젼, 시판 렌즈 세정액, 또는 안구에 허용가능한(ophthalmically compatible) 용매로부터 선택되는 그린 또는 수성 용매에서 15-125 ℃의 온도 범위에서 추출하는 것을 포함하는 제한된 추출 프로토콜을 포함하는. 콘택트렌즈.
  18. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물이 텍스타일, 종이, 가죽, 퍼스널 케어, 헬스 케어, 홈 케어, 코팅, 페인팅, 또는 종자 처리 제제 내의 필름 형성 첨가제인, 하이드로겔 조성물.
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