KR970011117B1 - 소프트 콘택트 렌즈의 제조방법 - Google Patents

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Description

소프트 콘택트 렌즈의 제조방법

본 발명은 물에 용해되지 않지만 팽윤되며 폴리옥시란 가교결합된 폴리비닐 알코올로부터 제조된 소프트 하이드로겔 콘텍즈 렌즈(soft hydrogel contact lens)의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 기존하는 대부분의 하이드로겔 소프트 콘택트 렌즈 물질은 미합중국특허 제2,976,576호, 제3,841,985호 및 제3,985,697호에 기술되어 있는 바와 같이, 하이드록시에틸메타크릴레이트나 에틸렌글리콜-모노메타크릴레이트로서 공지되어 있는 HEMA와 하나 이상의 임의의 공단량체를 기본으로 한다. 그외에, N-비닐피롤리돈 공중합체 및 아키릴아미드 공중합체를 기본으로 하는 다른 하이드로겔이 미합중국특허 제3,639,524호 및 제3,929,741호에 기술되어 있다. 이러한 종래 기술의 하이드로겔 중합체는 다음과 같은 여러 가지 본질적인 문제점이 있다:

a) 모든 중합체는 가수분해성 에스테르 또는 아미드 결합을 가지고 있다.

b) 모든 중합체는 안구내로 방출될 수 있는 독성의 잔류 단량체나 올리고머를 함유할 수 있다.

c) 대부분의 렌즈는 다음의 두가지 방법 중 어느 한 방법에 의해 제조되는데, 그중 한 방법은 비용이 많이 드는 래딩(lathing) 및 광택 공정이 필요하고 다른 방법은 중합화, 가교결합 및 성형공정을 동시에 수행하는 정교한 스핀주조법을 사용한다.

d) 모든 중합체는 에스테르 및 특히 아미드 결합의 존재로 인하여, 가수분해 공정이나 항원-항체 반응(즉, 침착)이 개시되는 효소적 착수 부위를 가지고 있다.

e) 대부분의 중합체는 눈의 영구적인 손상의 위험을 초래하는 각막 부종을 예방하기 위한 용해된 산소의 투과성이 충분하지 못하다.

본 발명의 목적은 상기 언급한 종래 기술의 결점들을 거의 감소시키거나 극복한 소프트 콘택트 렌즈를 제공하는 것이다.

폴리비닐 알코올(이는 또한 PVA로서 공지되어 있음) 필름 및 겔은 테트라사이클린, 필로카핀, 아트로핀 등의 항생제가 투여될 때 하부 결막 낭대에서의 안과용 삽입물로서 보고되었다.

이러한 물질들은 가교결합된 필름 형태이거나, 수용성 점성용액 또는 겔 형태이다[참조:Y.F. Maichuk Opthalmic Drug Inserts, Invest. Ophthalmol., 14, 87-90(1975); D.W. Lamberts, Solid Delivery Devices, Int. Ophthalmol. Clinic, 20(3), 68-69(1980) 및 Y.F. Maichuk, Antibiotik, 12(4), 432-5(1967)].

PVA를 가교결합시키기 위해 많은 사약들이 제시되었으며, 이에는 유기 및 무기시약, 및 방사선(γ 또는 X-선)이 포함된다.

예를 들면, 다나카(Tanaka)의 일본국 특허 제72/06910호에는 PVA와 포르말린을 산 촉매를 사용하여 함께 가열시킨 두꺼운 블록(thick block)의 가교결합된 PVA를 제조하는 방법이 기술되어 있다. 이러한 방법에서의 주요 단계는 가교결합된 PVA의 경질블럭이 형성될 때까지 수증기-다공성 종이 금형을 사용하여 상기 혼합물을 동시에 건조 및 가열시킨 후, 물에 팽윤시켜 콘택트 렌즈를 형성시키는 것이다. 이러한 공정과 생성된 물질에는 다음과 같은 여러 가지 문제점이 있다:

1. 건조공정은 조절하기 어려운 정도로 PVA 매트릭스에 결정성 부분을 형성시킨다. 일단 물에 팽윤시키거나 비등시키면, 렌즈의 크기가 재생이 불가능할 정도로 증가하게 된다.

2. 이러한 가교결합 반응에는 PVA의 주쇄를 따라 산 촉매된 탈수반응이 개시되기에 충분한 고온(대략 130℃)이 필요하며, 생성된 공액 이중결합은 PVA 매트릭스내의 황색도를 증가시킨다.

3. PVA와 포름알데히드와의 가교결합으로 아세탈 결합이 형성되며, 이러한 결합은 수성 pH조건하, 특히 가열소독에 사용되는 온도조건하에서 용이하게 가역적이다.

4. 다른 크세로겔(Xerogel)과 같이 PVA블럭의 가공, 즉 기계가공(machining) 및 광택가공은 비용이 많이 들며 시간이 많이 소모된다.

일본국 특허원 제50/115258호에는 콘택트 렌즈로 사용할 수 있는 물질 및 이의 제조방법이 기술되어 있으며, 이러한 방법은 PVA의 디알데히드를 PVA 및 산촉매와 혼합한 후, 이 용액을 유리판 위에 도포시키고 공기 건조시킨 다음, 약 80。C에서 열처리하는 것이다. 이러한 방법에도 가교결합반응을 수행시키기 위한 건조단계와 고온이 필요하다. 이와 마찬가지로 일본국 특허 제7,206,910호에 기술된 방법에서도 결정화도와 가역적인 아세탈 가교결합이 유도된다는 문제점이 있다.

미합중국특허 제3,232,916호에 있어서, 전지 격리판용 가교결합된 PVA는 PVA와 폴리옥시란의 혼합물을 부드러운 표면위에 산 촉매로 전개시키면서 물에 용해시킨 후, 실온에서 물을 증발제거한 다음, 고온에서 가교결합시켜 제조한다.

이러한 물질이 이온 투과성 전지 격리판용으로 유용하다 할지라도, 이것은 물 증발단계가 결정화를 유발시키고 후속 가교결합단계는 가열소독시 재생불가능한 정도로 치수변화를 야기시키므로, 콘택트 렌즈에 사용하기에는 바람직하지 않다. 또한, 가교결합을 수행하는데 사용되는 고온은 탈수 메카니즘에 의해 물질을 채색시킨다. 따라서, 아민 촉매를 사용하는 상기 특허 명세서의 실시예 2에서는 금색으로 착색된 필름이 생성된다.

일본국 특허 제49/35466호에서는 수성 PVA용액을 밀봉금형에 놓아둠으로써 건조단계에 의해 야기되는 난점을 극복하고 있다. 그러나, 사용되고 있는 실질적인 가교결합제에 의해 각종 문제점이 나타난다. 예를 들면, 수중 0.4% PVA 및 γ-선 또는 X-선을 사용하여 PVA를 가교결합시키기 위해서는 장기 조사시간이 필요하다. 생성된 라디칼은 PVA를 가교결합시킬 뿐만 아니라, 이를 분해시킨다. 수득된 물질은 가교결합된 부위사이의 길이가 짧고 (약 1.5 ), 가교결합된 쇄의 단편화 성질로 인하여 약하고 부서지는 경향이 있다. 상기 특허명세서에 기술되어 있는 다른 가교결합 공정에서는, PVA를 산 촉매 작용하에 폴리아크릴산과 함께 혼합한 후 2일 동안 가열시킨다. 형성된 가교결합은 가수분해성 에스테르이다. 또한, 존재하는 반응되지 않은 카복실산 그룹은 눈물의 pH변동에 민감하므로 최종 하이드로겔에 치수변화를 야기시킨다. 따라서, 최종물질은 눈물의 pH환경에 안정하지 못할 뿐만 아니라, 겔을 형성시키는데 바람직하지 않게 긴 반응시간이 필요하다.

글리옥살과 가교결합된 폴리비닐 알코올은, 예를 들어, 미합중국특허 제3,408,429호에 콘텍트 렌즈 물질로서 제시되어 있다. 불행하게도, 가교결합 반응에 의해 형성되는 아세탈 및 헤미아세탈 그룹 형성은 온화한 산성 조건하에서 가역적이므로 가교결합된 물질로부터 글리옥살의 잠재적인 방출을 야기시킨다. 이러한 가역성은 가열소득에 사용되는 온도조건하에서 크게 증가된다. 글리옥살은 피부와 점액에 자극성인 것으로 공지되어 있다. 또한, 가교결합 단계에 존재하는 물의 양에 관한 규정 및 PVA의 분자량에 대해서는 기술되어 있지 않다.

본 발명의 목적은 상기 언급한 종래 기술의 결점들을 극복하거나 실질적으로 감소시킨 소프트 콘택트 렌즈를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 가교결합된 렌즈가 눈물에 불용성이고, 비등수로 소독할 수 있으며, 수분함량이 높고, 용해된 산소투과성이 높으며, 단백질 흡수성이 낮고 기계강도가 우수하도록 다작용성 옥시란 화합물과 가교결합된 폴리비닐 알코올을 포함하는 콘택트 렌즈를 제공하는 것이다. 이러한 형태의 렌즈는 또한 각막을 심하게 손상시키지 않기 위한 "눈 붕대(eye bandage)"로서의 가치가 있다.

본 발명의 또다른 목적은 이러한 렌즈를 제조하기 위한, 신속하고 간단하며 비용이 적게 드는 성형법을 제공하는 것이다.

대부분의 시판되는 소프트 콘택트 렌즈는 약하므로 손상되기 쉽고, 쉽게 상처가 나고 찢어진다. 렌즈를 눈에 삽입하거나 꺼낼 경우에 손톱으로 찢을 위험은 항상 있다.

또한, 이들은 하이드로겔 망(metwork)에서의 세균 성장을 방지하기 위해 자주 소독해야 하고 모든 형태의 침전물(예 : 단백질, 지질 및 칼슘염)을 제거하기 위해 지속적으로 세정해야 한다. 이러한 침전물은 렌즈를 뿌옇게 만들며, 눈을 자극(예 : Giant Papillary Conjunctivitis)하는 주된 원인이 된다.

본 발명의 콘택트 렌즈는 경제적으로 제조되므로 일정한 사용간격으로 폐기, 즉 폐기처분할 수 있다는 추가 이점이 있다.

본 발명은 렌즈의 치수를 안정화시키기에 유효한 양의 다작용성 옥시란과 가교결합된, 중량평균분자량이 약 10,000 이상인 폴리비닐 알코올로 제조된 광학적으로 맑은 소프트 콘택트 렌즈를 제공하며, 이러한 렌즈는 이를 기준으로 하여 물이 약 70 내지 98%, 바람직하게는 85 내지 96% 함유되어 있으며, 비등수중에서 실질적으로 치수가 안정하다. 본 명세서에서 치수가 안정하다는 것은, 이러한 팽윤제품을 비등수중에 둘 수 있으며, 주위 조건으로 냉각시킬 경우에도 실질적으로 이러한 제품의 형태가 유지될 수 있음을 의미한다.

바람직한 폴리비닐 알코올의 중량평균분자량은 약 50,000 이상이다.

상한선으로 폴리비닐 알코올의 중량평균 분자량은 1,000,000 이하, 바람직하게는 3000,000 이하이다.

폴리비닐 알코올은 통상적으로 상용하는 폴리비닐 아세테이트를 가수분해시켜 제조한다. 가수분해도는 유하게는 91% 이상, 바람직하게는 93% 이상이어야 한다. 바람직한 양태에 있어서, 폴리비닐 알코올은 폴리비닐 아세테이트 단위를 1% 미만 함유한다.

통상적으로, 폴리비닐 알코올은 주로 폴리(2-하이드록시) 에틸렌 구조를 갖는다. 그러나, 폴리비닐 알코올 출발물질은 또한, 예를 들어, 비닐 아세테이트-비닐렌 카보네이트 공중합체를 알칼리 가수분해시켜 제조한, 쇄내의 1,2-디하이드록시에틸렌의 공중합체 단위와 같은 1,2-글리콜 형태의 하이드록실 그룹을 미량 함유할 수도 있다. 이러한 공중합체는 상기 단위를 유리하게는 20몰% 미만, 바람직하게는 10몰% 미만으로 함유한다.

또한, 폴리비닐 알코올은 에틸렌, 프로필렌, 아크릴, 아미드, 메타크릴아미드, 디메타크릴아미드, 하이드록시에틸메타크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 비닐 피톨리돈, 하이드록시에틸 아크릴레이트, 알릴 알코올등의 공중합체단위를 미량 함유할 수 있다.

바람직하게는, 이러한 중합체는 비닐 알코올 이외의 단위를 5몰% 이상 함유하지 않아야 한다. 가장 바람직하게는, 폴리비닐 알코올은 상기와 같은 공중합체 단위를 1몰% 미만 함유한다.

시판용 폴리비닐 알코올 수지, 예를 들면, 듀퐁(DuPont)제품의 엘바놀(Elvanol) 71-30, 에어 프러덕츠(Air Products)제품의 비놀(Vinol) 165, 닛뽄 고세이(Nippon Gohsei)제품의 고세놀(Gohsenol) NH-26, 99% 가수분해 되었으며 분자량이 133,000인 폴리사이언스(Polyscience) 및 창 천(Chang Chun)제품인 BF 24 등을 사용할 수 있다. 그외의 제조회사로는 몬산토(Monsanto)의 겔바톨(Gelvatol), 훽스트(Hoechst)의 모비올(Mowiol), 웩커(Wacker)의 폴리비올(Polyviol), 및 일본국 제조회사인 구라레이(Kuraray), 덴키(Denki), 신-에쓰(Shin-Etsu) 및 우니티카(Unitika) 등이 있다.

폴리비닐 알코올의 분자량을 대략 측정하기 위한 한가지 방법은 20。C에서 4% 수용액의 점도에 의해 계산하는 것이다. 예를 들면, 1내지 2cP의 점도는 약 3000정도의 분자량에 상응하며, 30cP의 점도는 약 80,000(99 내지 100% 가수분해됨) 정도의 분자량에 상응하는 반면, 60cP의 점도는 약 130,000(99 내지 100% 가수분해됨) 정도의 분자량이 상응한다.

가교결합시킬 폴리비닐 알코올이 약 70,000(99 내지 100% 가수분해됨) 정도의 분자량에 상응하는 약 25cP의 최소 점도를 갖는 것이 바람직하다. 분자량의 상한은 공기 버블의 도입없이도 용액을 교반하고 부을 수 있는 능력에 의해 결정되는데, 이러한 수치는 약 60 내지 70cP 정도이다.

제조업자들이 요구하는 분자량(점도 데이터를 기준으로 함)은 사용된 표준물에 따른 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 수득한 것과 상응할 필요는 없다는 것이 중요하다.

하기 표1에는, 폴리비닐 알코올의 분자량 범위를 기재하고 있으며 GPC결과는 수용액중에 폴리아크릴아미드 표준물을 사용하여 측정한 것이다.

[표 1]

PVA 분자량 비교

* 20℃에서 4% 수용액

폴리옥시란 화합물중 한가지 부류는 다음 일반식(Ι)의 폴리글리시딜 화합물 및 이의 혼합물을 포함한다:

상기 식에서, m은 2내지 4이고, D는 유기 2가 내지 4라 라디칼이며, 이의 원자가는 m에 상응하고, 글리시딜옥시 그룹은 각각 D의 탄소원자에 공유결합되어 있다.

바람직한 일반식 (Ⅰ)의 화합물은 폴리글리시딜 에테르 또는 카복실레이트 에스테르이다.

유기 라디칼 D는 글리시딜옥시 산소에 직접 결합되거나 카보닐 그룹을 통해 결합되는 지방족, 헤테로사이클릭, 방향족 또는 아르지방족 라디칼일 수 있다.

한가지 바람직한 양태에 있어서, m은 2이고 D는 지방족 라디칼이다. 특히 적합한 지방족 라디칼에는 탄소수 25이하의 알킬렌, 헤테로 원자(예:산소)가 하나 이상 삽입된 탄소수 25 이하의 알킬렌 또는 사이클로헥실렌이 포함된다. 보다 바람직한 D는 탄소수 2 내지 6의 알킬렌 또는 -C_2-4-알킬렌

(여기서, X는 1 내지 5이다)이다. 특히 적합한 것은 상응하는 디글리시딜 카복실레이트 에스테르를 형성하기 위해 카보닐 그룹으로 말단화된 위에서 언급된 지방족 라디칼이다.

또 다른 바람직한 양태에 있어서, m은 2이고 D는 방향족 라디칼이다. 특히 적합한 방향족 라디칼에는 치환되지 않거나 저급 알킬, 저급 알콕시 또는 할로에 의해 치환된 페닐, 비페닐, 페닐-저급 알킬렌-페닐, 페닐옥시페닐 또는 페닐설포닐페닐이 포함된다.

본 명세서에서 사용한 바와 같이 유기 그룹 및 치환체와 관련된 "저급"이란 용어는 탄소수 7이하, 바람직하게는 탄소수 5이하, 가장 바람직하게는 탄소수 4이하의 그룹 및 치환체를 나타낸다.

저급 알킬 그룹의 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, n-부틸, 3급-부틸, 펜틸, 헥실 또는 헵틸이 있다.

저급 알콕시 그룹의 예로는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시, n-부톡시, 3급-부톡시 또는 펜톡시가 있다.

특히 적합한 아르지방족 라디칼에는 상기 언급한 바와 같은 지방족 부분과 방향족 부분이 합쳐져 탄소수 46 이하의 지방족 라디칼이 아르지방족 쇄내에 형성된 것이 포함된다.

폴리옥시란 화합물의 또 다른 부류를 다음 일반식 (Ⅱ)의 폴리글리시딜 화합물 및 이의 혼합물로 이루어진다.

상기 식에서, n은 2 내지 4이고, D'는 유기 2가 내지 4가 라디칼이며, 이의 원자가는 n에 상응하고, 글리시딜 라디칼은 각각 D'의 질소원자 또는 탄소원자에 공유결합된다.

바람직하게 D'는 지방족, 방향족, 헤테로사이클릭 또는 지환족 라디칼이다.

특히 적합한 헤테로사이클릭 라디칼에는 2가 히단토인 라디칼 뿐만 아니라 수용성 및 수 팽윤성에 관해 히단토인 라디칼과 등가물인 헤테로사이클릭 라디칼이 포함된다.

바람직한 양태에 있어서, n은 2이고 헤테로사이클릭 라디칼 D'는 각각의 핵 질소원자를 통해 글리시딘 그룹에 결합된 2가 히단토인 라디칼이고, 이러한 히단토인은 치환되지 않거나 저급 알킬에 의해 치환된다.

또다른 바람직한 양태에 있어서, n은 2이고 D'는 탄소수 6 이하의 알킬렌이다.

폴리옥시란 화합물의 세 번째 부류는 다음 일반식 (Ⅲ)의 화합물을 포함한다.

상기 식에서, p는 0, 1 또는 2이고, R'는 각각 독립적으로 수소 또는 저급 알킬을 나타낸다.

상기 일반식 (Ⅰ),(Ⅱ) 및 (Ⅲ)의 폴리옥시란의 혼합물을 사용할 수도 있다. 사실상, 많은 경우에 있어서, 폴리옥시란류의 혼합물은 가요성이 최적이고 수분 함량과 강도가 높은, 가교결합된 하이드로겔 렌즈 물질을 생성시킨다.

팽윤 가교결합된 콘택트 렌즈에 존재하는 물의 비율(%)은 70 내지 98%, 바람직하게는 85 내지 96%이며, 상당 부분은 선택된 유기 다작용성 옥시란 또는 옥시란 혼합물의 양과 특성에 의존될 것이다.

또한, 사용된 폴리비닐 알코올은 93% 이상 가수분해 되어야 한다.

통상적으로 옥시란 가교결합제의 일부만이 쇄간 가교결합을 일으키며, 펜단트 그룹(pendant group)을 형성하거나 쇄내 결합반응을 일으키는 나머지 잔기는 도입되지 않는다.

따라서, 폴리옥시란 대 폴리비닐 알코올 반응물의 비율은 폴리옥시란의 반응성 및 반응조건에

따라서 광범위하게 변할 수 있으나, 일반적으로 약 3:1 내지 약 1:3 중량비이다.

다음의 폴리옥시란 화합물이 본 발명의 방법에 사용될 수 있는데, 이들 대부분은 구입이 용이하며 모두 공지되어 있다:

다가 알코올의 폴리글리시딜 에테르, 예를 들면, 메탄디올, 1,2-에탄디올, 프로판디올, 1,4-부탄디올, 펜탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸 글리콜, 펜타에리트리톨, 솔비톨, 글리세롤(1,3 및 1,2), 트리메틸롤프로판, 디글리세롤, 폴리(에틸렌글리콜)n(여기서, n은 1 내지 5이다), 폴리(프로필렌 글리콜)n(여기서, n은 1 내지 5이다), 1,3-비스[3-하이드록시 프로필]-1,1,3,3,-테트라메틸디실록산, 1,2,6-트리하이드록시헥산, 1,1,1,3,5,7,7,7-옥타메틸-3,5-비스(3-하이드록시프로필) 테트라실록산 및 1,4-비스(하이드록시메틸)사이클로헥산, 다가페놀의 폴리글리시딜 에테르, 예를 들면, 비스페놀 A, 테트라브로모비스페놀 A, 레조르시놀, 플로라글루시놀, 1,1,2,2,-테트라(p-하이드록시페닐)에탄, 비스페놀 C, 비스페놀 F, 디메틸 비스테놀 C, 비스레조르시놀 B, 비스레조르시놀 F, 비스레조르시놀, 트리하이드록시비페닐, 테트라메틸 비스페놀 A, 1,1,1,1-트리페놀-에틸메탄, 페놀-포름알데히드 노볼락(n=1 내지 5), o-크레졸-포름알데히드 노볼락(n=1 내지 5), p-아미노페놀, 1,1,3-트리스(p-하이드록시페닐)프로판, 비스페놀헥사플루오로아세톤, p-디하이드록시옥타플루오로비페닐, 1,3-비스(하이드록시메틸트리플루오로메틸)벤젠, 1,4-비스(하이드록시메틸트리플루오로메틸)벤젠, 트리페놀메탄, 2,6-디글리시딜페놀, N,N-디글리시딜-p-아미노페놀, 디하이드록시벤젠(1,2 및 1,3 및 1,4) 메틸톨 치환된 비스페놀 A, 1,1,2,2-테트라키스(p-하이드록시페닐)에탄, 비스페놀 A의 2-하이드록시-프로필부틸 에테르, 비스(2-하이드록시나프틸)메탄 및 비스(4-하이드록시페닐)설폰, 폴리카복실산의 폴리글리시딜 에스테르, 예를 들면, 이놀레익 이량체 산, 1,2-카복시사이클로헥사노산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 테트라하이드로프탈산, 아디프산 및 이량체화(C₈-C2₄)지방산, 지방족 에스테르의 폴리옥시란, 예를 들면, 3,4-에폭시사이클로헥실메틸 3,4-에폭시사이클로헥산 카복실레이트, 비스(3,4-에폭시-6메틸사이클로헥실메틸)아디페이트, 옥실란옥타노산 및 3-옥틸-1-메틸-1,2-에탄디일 에스테르, 지환족 폴리옥시란, 예를 들면, 비닐사이클로헥센 디옥사이드, 비스(2,3-에폭시사이클로펜틸) 에테르, 3-(3,4-에폭시 사이클로헥산)-8,9-에폭시, 2,4-디옥사스피로[5,5]운데칸, 2,2'-비스(3,4-에폭시 사이클로헥실)프로판, 2,2'-비스[4-(2,3-에폭시프로필)사이클로헥실]프로판, 비스[4-(N-2,3-에폭시프로필-N-메탄설포닐)아미노사이클로헥실]메탄 및 2,2-비스[4-(2,3-에폭시-2-트리플루오로메틸)사이클로헥실]프로판; 헤테로사이클릭 질소 함유 글리시딜 화합물, 예를 들어, 히단토인형태의 글리시딜 화합물, 예를 들면, 디글리시딜디메틸 히단토인, 디글리시딜부틸에틸 히단토인, 1-글리시딜-3-(2-글리시드옥시프로필)-5,5-디메틸 히단토인, 1,3-비스(5,5-디메틸)-1-글리시딜히단토인-3-일)-2-글리시딜옥시프로판, 1,3-디글리시딜-5,5-펜타메틸렌 히단토인, 5-에틸-1,3-디글리시딜-5-메틸히단토인 및 트리글리시딜-비스-히단토인 및 그외의 형태, 예를 들면, 1,3,5-트리글리시딜-이소시아누레이트, 2,4,6-트리글리시딜-s-트리아진, 2,4,6-트리글리시드옥시-s-트리아진, 트리글리시딜-트리스(하이드록시에틸)이소시아 누레이트.

추가의 옥시란 함유 화합물로 에폭시화 폴리부타디엔(분자량 500 미만), 2,2-비스[4-(2,3-에폭시-2-트리플루오로메틸)페닐]헥사플루오로아세톤, 2,2-비스[4,-(2,3-에폭시-2-트리플루오로메틸)페닐]프로판, 테트라플루오로레조르시놀 에피클로로히드린, N,N-디글리시딜-o-톨루이딘, 부탄 디에폭사이드, 디글리시딜 에테르 및 테트라글리시딜메틸렌 디아닐린이 있다.

구입이 용이하고 수성매질에서 가교결합을 용이하게 수행하는데 바람직한 폴리옥시란으로는 다가 알코올 또는 헤테로사이클릭 질소 함유 형태의 저분자량 폴리글리시딜 에테르와 같이, 수용성이 약간 있는 것이 있다. 가장 바람직한 것으로는 수용해도가 매우 높고 쇄 길이가 짧은 다가 알코올의 디글리시딜 에테르를 들 수 있으며, 그 예로는 1,2-에탄디올, 프로판디올, (1,2 및 1,3), 1,4-부탄디올, 디메탄올 에테르, 1,3,5-펜탄트리올, 1,4-펜탄디올 및 폴리(에틸렌글리콜)n(여기서, n은 1 내지 3이다)등이 있다.

물 이외에, 폴리비닐 알코올 및 폴리옥시란에 사용할 수 있는 기타 용매는 극성 용매, 예를 들면, 디메틸설폭사이드, 포름아미드, 디메틸 포름아미드, 인산 트리스-디메틸아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸 아세트아미드, 아세트아미드 및 아세토니트릴이다.

촉매적 조건하에서의 가교결합 반응은 다음과 같이 도시할 수 있다:

상기 식에서, R은 -CH₂-O-(CH₂)₄-O-CH₂- 잔기를 나타낸다.

대부분의 폴리옥시란 화합물의 경우, 폴리비닐 알코올과 수시간 이내에 반응시키기 위해서는 촉매가 필요하다. 이러한 촉매로는 루이스 산 또는 루이스 염기가 있다. 바람직한 촉매에는 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 등의 무기염기, 또는 트리에틸아민 등의 3급 아민이 있다. 적합한 산 촉매에는 플루오로붕산, 아연플루오로붕산염, 염화아연, 염화알루미늄, 염산, 질산 및 황산이 포함된다.

가교결합시키기 위한 온도와 반응시간은 반비례하며, 엄격한 조절이 필요한 것은 아니다. 일반적으로, 폴리비닐 알코올, 용매, 폴리옥시란 및 촉매가 포함된 시약을 실온에서 함께 혼합시킨 후, 가교결합을 고온에서, 바람직하게는 50℃에서 1시간 동안 수행한다. 이러한 시간이 경과한 후, 물질을 증류수에 평형화시킨다음, 비등수중에 10 내지 20분 동안 놓아두고 증류수중에 평평화되도록 실온에서 방치한다.

최적 촉매 농도는, 예를 들어, 하이드록실 그룹을 인접쇄에 가장 근접하게 위치시켜 가교결합 가능성을 최대화하기 위해 주조 폴리비닐 알코올 겔상의 수산화나트륨 및 1,4-부탄디올 디글리시딜에테르(BUDGE)를 사용하여 측정한다. 듀퐁사의 엘바놀 71-30의 14% 수용액을 50mm 두께로 주조하여 실온에서 밤새 공기건조시킨 다음 150℃에서 30분동안 어닐링(annealing)시킨다. 이러한 필름을 40% BUDGE 수용액에 1시간 동안 담그고, 여기에 등용적의 수산화나트륨 수%를 가한 다음, 전체 혼합물을 50℃ 또는 실온에서 반응시킨다. 최종 물질을 10분 동안 비등수에 놓아둔다. 이러한 반응을 50℃에서 수행하는 경우, 최종 수산화물의 농도가 5%에서 겔상이 약화된 0.5%로 감소되며 0.05%에서는 겔상이 용해, 즉 가교결합이 일어나지 않은 것으로 밝혀졌다. 이러한 가교결합 반응이 상당한 활성화 에너지를 가진다는 것은, 실온에서 겔이 용해 된 경우, 50℃에서의 가교결합과는 반대로 0.5%의 수산화나트륨을 사용함으로써 나타날 수 있다. 50℃ 및 실온의 경우 모두에 있어서, 겔 용해(즉, 가교결합이 일어나지 않음)는 0.05% NaOH, 즉 pH12에서 일어난다. 따라서, 염기로 촉매화되는 가교결합의 최소 pH는 약13이다.

염기성(및 산성) 촉매작용하에서 옥시란을 글리콜로 가수분해시킨다는 것에 주의해야 한다. 따라서, 수성폴리비닐 알코올-폴리옥시란 시스템내에서 옥시란은 2가지 반응 경로, 즉 하이드록실그룹과 반응하거나 가수분해를 일으킬 수 있다.

NMR 데이터로부터, 실온에서 5% 수산화나트륨과 BUDGE를 혼합하면 약 5%의 옥시란 그룹이 20분내에 가수분해되는 반면, 60℃에서는 20분 미만에 모두 가수분해된다는 것을 알 수 있다.

실온에서 수산화나트륨의 농도를 0.5%를 감소시키면, 50%의 옥시란 그룹이 20시간 내에 가수분해된다. 즉, 약 1%의 옥시란 그룹이 20분 내에 가수분해된다.

따라서, 가교결합 반응시키고 수중에서 평형화시킨 후 물질의 내부 구조는 다음과 같을 수 있다:

[실시예 1]

본 실시예는 용액 상태의 가교결합된 폴리비닐 알코일의 수분 함양에 대한 BUDGE와의 증가된 가교결합 효과를 나타내는 것이다.

반응조건 : 엘바놀 71-30, 2 내지 2.5% NaOH, 55℃, 샌드위치 금형내에서 1시간

BUDGE의 함량이 폴리비닐 알코올(용액내의 약 10% 알코올)의 함량의 약 30%에 해당될 경우, 가교결합이 일어나지 않는다는 것에 주의해야 한다. BUDGE의 함량이 폴리비닐 알코올의 함량에 대해 66% 이상일 경우, 폴리비닐 알코올이 필름으로 가교결합되며, BUDGE의 함량이 증가하면 수득된 비등 필름중의 최종 수분 함량이 감소된다. 가교결합도가 매우 높은 수준으로 증가되면 (폴리비닐 알코올 : BUDGE= 1: 2), 수득된 필름은 약간 흐릿하게 된다.

[실시예 2]

본 실시예는 0.8 내지 2.2% 범위의 수산화나트륨 농도에 대한 비등 BUDGE 가교결합된 폴리비닐 알코올의 수분 함량의 둔감성을 나타내는 것이다.

반응조건 : 샌드위치 금형내에서 55%℃하에 1시간.

[실시예 3]

본 실시예는 폴리(α-메틸펜텐)으로 제조한 플라스틱 콘택트 렌즈 성형물(TPX)내의 BUDGE와 가교결합한 폴리비닐 알코올의 시간에 따른 연구를 나타낸다.

반응조건 : 엘바놀 71-30/BUDGE=1/1, 폴리비닐 알코올 11.1% NaOH 1.48%, 55℃

15분후, 이 물질은 단지 약간만 가교결합되는데, 이것은 비등수로 처리한 후에 형태가 손상된 것에 의해 입증된다. 60분동안 반응시킨 후, 당해 물질은 가교결합될 뿐만 아니라 찢어지지 않고 금형으로부터 회수할 수 있을 정도로 충분히 강해졌다. 따라서, 샌드위치 금형을 사용하여 폴리비닐 알코올의 가교결합도에 대해 측정한 실험 매개변수는 콘택트 렌즈용으로 특별히 사용한 금형에 대한 것과 유사하다.

[실시예 4]

본 실시예는 증류수중에서 평형화될 금형으로부터 진행되고 있는 중합 물질의 치수 변화에 대한 재생성을 나타내는 것이다. 가교결합된 직후, 코르크 보러(cork boorrer)를 사용하여 시이트로부터 디스크를 절단한다.

반응조건 : 엘바놀 71-30/BUDGE=1/1, 폴리비닐 알코올 11.1% NaOH 1.48%, 55℃, 1시간.

상기 데이터에서 약간의 분산이 있긴 하지만 이는 용액 제제의 신선도에 따라 변할 수 있다. 가수분해도가 큰 고분자량의 모든 폴리비닐 알코올 수용액에 있어서, 짧은 시간에 겔화하는 더 농축된 용액과 함께 실온에서 방치하여 두면 겔 망이 형성되는 경향이 있다. 이러한 현상은 모든 후속 용액의 불균질화에 기여 할 수 있다. 따라서, 샘플 용액제제 및 가교결합되지 않는 반응이 치수 변화의 주 요인일 수 있다 따라서, 모든 용액을 신선하게 제조하고 혼합한지 수분 이내에 금형내에 부하하여 치수변화가 재생될 수 있도록 하는 것이 매우 중요하다.

최종 비등 물질내의 수분 함량을 감소시키는 한가지 방법은 저 분자량의 폴리비닐 알코올을 사용하는 것인데, 그 이유는 이것이 보다 고농도로 용해될 수 있기 때문이다.

약 20% 고체의 PVA농도(분자량이 10,000 내지 30,000이며 95% 이상이 가수분해된 것)에서 용액은 다소 점성이 있으며 보다 높은 농도에서는 기포제거와 주입이 어려워진다.

[실시예 5]

본 실시예에서는 분자량이 14,000이고 100% 가수분해된 고농도의 폴리비닐 알코올(Aldrich)과 BUDGE의 가교결합에 관해 기술한 것이다.

상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 수분 함량을 90% 이하로 감소시키기 위해서는, 폴리비닐 알코올의 농도가 높고 가교결합도(1 : 1)가 높을 필요가 있으나, 이러한 물질은 부서지며 쉽게 찢어진다. 부서지는 정도를 감소시키기 위하여 가교결합 비율을 감소시키지만, 이 경우에는 치수변화가 크게 증가하며 물질이 매우 약화되고 이의 수분함량은 증가된다.

주 : 약간 고분자량의 PVA, 즉 분자량이 25,000(98.5% 가수분해됨)인 PVA를 사용한 경우에도 매우 유사한 결과가 수득된다.

[실시예 6]

본 실시예는 분자량이 14,000이고 98.5%가 가수분해된 고농도의 폴리비닐 알코올과 보다 유연한 디에폭사이드 폴리(에틸렌글리콜 200) 디글리시딜 에테르(PEGE 200)를 사용한 효과를 설명하는 것이다.

PEGE 200의 비율을 증가시킴에 따라, 치수변화는 BUDGE만을 사용한 경우의 약 38%에서 PEGE만을 사용한 경우의 약 61%로 상용하여 증가한다. PEGE 200의 비율을 증가시킴에 따라 물질은 덜 부서지기는 하지만, 더 약해지며 수분 함량이 더 증가한다.

주 : 분자량이 25,000이고 98.5% 가수분해된 PVA와 분자량이 45,000이고 99% 가수분해된 PVA를 사용한 경우에도 매우 유사한 결과가 수득된다.

[실시예 7]

본 실시예는 가교결합반응을 활성화시키는데 고도의 가수분해 반응이 필요함을 입증하는 것이다.

상기에서 알 수 있는 바와 같이, 가교결합의 결여는 특정 분자량 분포나 폴리비닐 알코올의 제조된 또는 디에폭사이드의 종류에 기인하는 것이 아니라, 단지 폴리비닐 알코올의 가수분해도에 기인하는 것이며, 고농도의 NaOH에 폴리비닐 알코올을 장기간 노출시키면 가교결합 반응이 촉진된다.

분자량과 가수분해도가 다양한 여러 폴리비닐 알코올 제품으로 시험한 결과, 가수분해도가 보다 높고 분자량이 더 큰 폴리비닐 알코올을 사용하면 가장 강한 물질이 제조되는 것으로 밝혀졌다. 분자량 및 가교결합체의 비율(%)을 변화시키면서 폴리비닐 알코올의 기계 강도를 최적화하기 위해 실험한 결과, 사이언티픽 폴리머 프로덕츠 제품 115,000, 창 천 BF-24 및 엘바놀 71-30을 PVA 대 BUDGE를 1 : 1비율로 사용하면 가장 우수한 결과가 수득된다는 것을 알았다.

가교결합된 폴리비닐 알코올을 주위온도에서 2시간 내지 12시간 동안 금형내에 방치시키면, 예상외로 인장강도가 증가되며 팽윤 및 비등시에 치수변화가 가소한다는 것을 알았다.

[실시예 8]

본 실시예는 세 종류의 가장 강한 물질에 대한 기계적 시험 결과를 나타내는 것이다 필름으로부터 절단된 1"×3"스트립의 인장강도는 비스코-테크(Visco-Teck) 장치상에서 측정한 것이다.이동상, 단독 스프링 및 미터기로 이뤄진 비스코-테크는 인장 시험용으로 통상적으로 사용되는 인스트론(Istron)과 유사하지만, 비스코-테크내에서는 훨신 더 작은 힘을 정확하게 측정할 수 있다. 음력 변형이 0인 경우와 파단되는 것 사이의 음력 변형점을 얻기 위하여, 페이퍼 스트립에 여러 힘, 예를 들면, 25g 및 50g의 힘을 가한다음, 이러한 스트립위에 잉크 한방울을 떨어뜨려 상응하는 신도를 기록한다.

시이트 제조법 : 15% 폴리비닐 알코올 용액을 온수에서 제조한 후 실온으로 냉각시킨다. 폴리비닐 알코올 24g의 용액을 BUDGE(1 : 1 비율) 3.6g 및 10% HaOH 4.0g과 배합한 후 완전히 혼합시킨다. 이러한 점성 용액을 원심분리하여 기포를 제거한 후 금형에 붓고 55℃에서 1시간동안 가열한다. 금형을 오븐에서 꺼내고 약 30분 동안 방치하여 실온으로 냉각시킨다. 이러한 시점에서 겔을 금형으로부터 꺼내거나 꺼내기 전에 16시간 내지 수 일동안 금형내에 방치시켜 둔다. 모든 샘플을 비등시킨 후 시험하기 전에 수중에서 평형화시킨다.

상기에서 알 수 있는 바와 같이, 인장강도는 비등시키기 전에 실온하에 금형에 방치함으로써 상당히 증가된다. 엘바놀 71-30의 경우, 파단응력은 금형에서 밤새 방치한 수에 2배로 된다. 인장강도가 증가함에 따라 파단신도가 상당히 감소된다. 금형으로부터 신속히 꺼낸 후의 통상적인 치수 변화율(%)은 약 37%이며 하루 이상 지난 후에는 약 30%이다.

[실시예 9]

본 실시예는 폴리비닐 알코올 11.4%, BUDGE 11.4% 및 NaOH 1.3%로 이루어져 있으며 반응을 55℃에서 1시간동안 수행한 후 금형에서 1일동안 방치하여 제조한 BUDGE 가교결합된 폴리비닐 알코올의 치수재생성을 나타낸다. 이러한 샘플은 최종 중심 폭이 0.4mm가 되도록 깍여진 별도의 10개의 TPX콘택트 렌즈 금형에서 성형시킨 것이다.

상기에서 알수 있는 바와 같이, 재생성은 1%이내의 측정 오차를 가지고 있다.

[실시예 10]

본 실시예는 기타 통상적인 폴리옥시란을 사용한 결과를 나타내는 것이다. 반응조건 : 15% PVA(듀퐁제품인 엘바놀 71-30) 수용액 12g을 폴리옥시란 1.8g과 합한 후, 실온에서 잘 혼합한다. 10% 수성 NaOH 2.0g을 완전히 혼합시킨후 혼합물을 원심분리시켜 샌드위치 금형내로 붓는다. 금형을 오븐에 넣고 혼합물을 55℃에서 1시간 동안 가교결합시킨다. 금형을 오븐으로부터 꺼낸 후 실온에서 밤새 방치시킨다. 이어서, 코르크 보러를 사용하여 시이트로부터 디스크를 절단한다.

Claims (13)

1. 91몰% 이상이 가수분해되고 중량평균 분자량이 10,000 이상인 폴리비닐 알코올을 치수 안정화 유효량의 유기 다작용성 옥시란과 가교결합시킴으로써 수득되고, 이로써 가교결합된 렌즈의 수분 함량이 렌즈의 전체 중량을 기준으로 하여 약 70 내지 98중량%이며, 비등수중에서의 치수 안정성이 거의 유지되고 결정화도가 어닐(anneling)단계에 의해 증가되지 않는 렌즈를 제조함을 포함하여, 광학적으로 투명한 소프트 콘택트 렌즈를 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 수득된 렌즈의 수분 함량이 약 85 내지 96중량%인 방법.
3. 제1항에 있어서, 옥시란이 하기 일반식(Ⅰ)의 폴리글리시딜 화합물인 방법.

   

   상기 식에서, m은 2 내지 4 이고, D는 유기 2가 내지 4가 라디칼이며, 이의 원자가는 m에 상응하고, 글리시딜옥시 그룹은 각각 D의 탄소원자에 직접 공유결합되어 있다.
4. 제3항에 있어서, D가 지방족, 헤테로 사이클릭, 방향족 또는 아르지방족 라디칼이며, 글리시딜옥시 그룹이 직접 결합되어 있거나 카보닐 그룹을 통해 결합되어 상응하는 폴리글리시딜 에테르 또는 카복실레이트 에스테르를 형성하는 방법.
5. 제3항에 있어서, m이 2이고 D가 지방족 라디칼인 방법.
6. 제5항에 있어서, D가 탄소수 25 이하의 알킬렌이거나, 하나 이상의 산소원자 또는 사이클로헥실렌이 삽입된 탄소수 25 이하의 알킬렌인 방법.
7. 제6항에 있어서, D가 탄소수 2 내지 6의 알킬렌이거나, -C_2-4-알킬렌

   

   그룹(여기서, x는 1 내지 5이다)인 방법.
8. 제4항에 있어서, D가 방향족 라디칼인 방법.
9. 제1항에 있어서, 옥시란이 하기 일반식(Ⅱ)의 폴리글리시딜 화합물인 방법.

   

   상기식에서, n은 2 내지 4이고, D'는 유기 2가 4가 라디칼이며, 이의 원자가는 n에 상응하고, 글리시딜 라디칼은 각각 D'의 질소원자 또는 탄소원자에 공유결합되어 있다.
10. 제9항에 있어서, n이 2이고, D'가 2가 히단토인 라디칼인 방법.
11. 제9항에 있어서, n이 2이고, D'가 탄소수 6이하인 아킬렌인 방법.
12. 제1항에 있어서, 옥시란이 하기 일반식(Ⅲ)의 폴리옥시란 화합물인 방법.

    

    상기 식에서, p는 0, 1 또는 2이고, R'는 가각 독립적으로 수소 또는 저급 알킬이다.
13. 제1항에 있어서, 폴리비닐 알코올이 93몰% 이상 가수분해된 방법.