RU2080637C1 - Способ изготовления фасонных изделий из гидрогеля - Google Patents

Abstract

Использование: в производстве контактных линз. Сущность изобретения: способ изготовления фасонных изделий из гидрогеля путем смешения гидрофильных мономеров с инертным разбавителем с последующей полимеризацией с замещением разбавителя после полимеризации водой. Разбавители выбирают, исходя из показателей вязкости и параметров когезии Хансена по отношению к параметрам когезии полимерного компонента гидрогеля. 16 з.п. ф-лы, 2 ил., 5 табл.

Description

Изобретение относится к мягкой контактной линзе из гидрогеля, в частности к способу изготовления таких контактных линз путем полимеризации смеси гидрофильных мономеров и инертного разбавителя в форме для линз с последующей заменой разбавителя водой.

Мягкие контактные линзы из гидрогеля традиционно изготавливаются путем обточки на токарном станке или путем центробежного литья. В случае применения метода обточки на токарном станке заготовку линзы или диск из безводного гидрофильного полимера (ксерогеля) механически обтачивают и полируют до получения формы линзы на прецизионном токарном станке, а затем помещают в воду или соляной раствор с целью гидратирования полимера и образования желаемой линзы из гидрогеля. Механика процесса обточки на токарном станке аналогична процессам, применяемым при изготовлении обычных твердых контактных линз, за исключением того, что в данном случае делается допуск на набухание линзы во время гидратации полимера.

В случае метода центробежного литья небольшое количество гидрофильного мономера помещают в вогнутую оптически полированную форму, после чего форму подвергают вращению во время полимеризации мономеров с целью получения линзы из ксерогеля. Две оптические поверхности линзы образуются одновременно в процессе полимеризации, причем наружная поверхность образуется вогнутой поверхностью формы, а внутренняя поверхность образуется в результате совместного действия центробежной силы, возникающей вследствие вращения формы и поверхностного натяжения полимеризуемой смеси. Полученную таким образом линзу помещают в воду или соляной раствор для гидратирования полимера и образования линзы из гидрогеля так же, как в случае получения линз путем обточки на токарном станке.

При изготовлении мягких линз из гидрогеля методом обточки на токарном станке или методом центробежного литья возникает проблема, связанная с тем, что во время гидратирования гидрофильной линзы происходит значительное расширение линзы, при этом степень расширения не всегда является постоянной или предсказуемой у разных линз. В случае линз, полученных методом обточки на токарном станке, различные напряжения в диске из ксерогель-полимера могут привести к различиям в оптических свойствах в полученной линзе из гидрогеля. При применении метода центробежного литья свойства линз оказываются более однородными, но расхождение может быть вызвано различиями в скорости или в условиях полимеризации.

Для того, чтобы избежать трудностей, возникающих в процессе гидратирования линзы, первоначально созданной в виде безводного гидрофильного ксерогеля, были предприняты различные по степени успеха попытки получить линзы прямо в расширенном гелеобразном состоянии. Усилия, приложенные в этом направлении, обычно не позволяли получить высококачественные контактные линзы из гидрогеля, и этот метод не был внедрен в промышленность.

В патенте США N 3220960 (заменяющий патент N 27401) предлагается метод прямого формования контактных линз из гидрогеля путем сополимеризации гидрофильного мономера в водном растворе с веществом, образующим поперечные связи, с образованием эластичной, мягкой, прозрачной линзы из гидрогеля. Подходящие гидрофильные мономеры включают сложные эфиры акриловой кислоты и метакриловой кислоты со спиртами, имеющими гидрофильные группы.

В патенте США N 3660545 рассматриваются мягкие контактные линзы, полученные методом центробежного литья, в результате полимеризации смеси гидрофильного мономера с водой или смешивающимся с водой растворителем. Пригодными растворителями являются органические растворители, хорошо растворяющиеся в воде, такие как водорастворимый низший алифатический спирт или многовалентный спирт, такой как гликоль, глицерины и подобные спирты. Содержание растворителя в полимеризуемой смеси должно составлять от 5 до 50% и предпочтительно может равняться 15-40 мас. Включение растворителя является необходимым для того, чтобы полимеризуемая смесь представляла единую фазу на протяжении всего процесса полимеризации и чтобы полимеризованные линзы оставались достаточно набухшими после замены растворителя водой.

В патенте США N 3699089 рассматриваются мягкие контактные линзы, полученные методом центробежного литья в результате полимеризации гидрофильных мономеров в присутствии смешивающегося с водой растворителя в безводных условиях. Предлагаемыми растворителями являются этиленгликоль, глицерин, формамид, диметилформамид, диметилсульфоксид, сложные гликолевые эфиры молочной кислоты и жидкие полиэтиленгликоли. Содержание растворителя в полимеризуемой смеси должно превышать конечный равновесный уровень воды в гидрогеле с тем, чтобы отлитая линза давала усадку при замене растворителя водой.

Патент США N 3780003 относится к полимерам алкокси- или оксиалкилакрилатов или метакрилатов, и хотя в нем специально не рассматривается изготовление контактных линз, в примере II говорится о получении прозрачного геля с поперечными связями в результате полимеризации смеси оксиэтилметакрилата и этиленэтилметакрилата с 40 об. тетрагидрофурана.

В патенте США N 4347198 рассматривается метод статического литья или формования контактных линз путем полимеризации смеси гидрофильных и гидрофобных мономеров с 5-95 мас. растворителя. Таким растворителем должен быть растворитель, не препятствующий реакции полимеризации или последующей реакции образования поперечных связей и позволяющий предпочтительно получить прозрачный продукт полимеризации. Если мономерами являются N-винилпирролидон и метилметакрилат, то растворителем предпочтительно является диметилсульфоксид и/или этиленкарбонат, вариантно с небольшим количеством диоксана. Другие предлагаемые растворители включают диметилформамид, N-метилпирролидон, диметилацетамид и смесь этиленгликоля и воды.

В заявке на патент Соединенного Королевства N 2097805 рассматривается метод статического литья или формования мягких контактных линз путем полимеризации безводной полимеризуемой смеси акриловых или метакриловых мономеров с водозамещаемым сложным эфиром, образованным борной кислотой, и соединения, содержащего 3 или большее число гидроксильных групп. Содержание разбавителя, представляющего сложный эфир борной кислоты в полимеризуемой смеси, предпочтительно регулируется таким образом, чтобы разбавитель замешался в количестве 1: 1, и размер и форма линзы не изменялись в процессе замещения сложного эфира водой.

Из приведенных выше ссылок на патенты является совершенно очевидным, что соответствующие растворители или разбавители для определенных полимеризуемых систем выбирают на основе проб и ошибок, ставя перед собой цель определить те материалы, которые не препятствуют реакции полимеризации и могут легко замещаться водой вслед за полимеризацией, позволяя получить контактные линзы из гидрогеля, которые являются оптически прозрачными и обладают хорошими механическими свойствами.

Мы обнаружили, что за исключением сложного эфира борной кислоты растворители или разбавители, предложенные в прототипах для применения в процессе полимеризации гидрофильных мономеров, не позволяют получить контактные линзы из гидрогеля на основе оксиэтилметакрилата, обладающие вышеуказанными желаемыми оптическими и механическими свойствами. Многие из этих известных ранее разбавителей приводят к получению линз, которые являются мутными или белесоватыми, почти непрозрачными или фактически белыми. Другие материалы позволяют получить линзы, которые являются оптически прозрачными, но не обладают механическими свойствами, на что указывают низкий модуль упругости полученных линз из гидрогеля.

Разбавитель в виде сложного эфира борной кислоты, о котором говорится в патенте Великобритании N 2097805, позволяет получить контактные линзы из гидрогеля на основе оксиэтилметакрилата с хорошими оптическими и механическими свойствами, но некоторые трудности могут возникнуть при формовании линз со сравнительно толстым поперечным сечением, то есть свыше 1 мм, в которых замещение разбавителя водой происходит не так быстро, как в случае линз с более тонким поперечным сечением. Когда формованную линзу, содержащую разбавитель в виде сложного эфира борной кислоты, помещают в воду или соляной раствор для замещения разбавителя водой, сложный эфир борной кислоты быстро гидролизуется с образованием многоатомного спирта и борной кислоты. Если поток воды является сильным, как это имеет место в случае очень тонких контактных линз, помещаемых в перемешиваемую воду, борная кислота сохранится в растворе во время процесса замещения. Если, с другой стороны, поток воды является слабым, как это имеет место в случае линз с большим поперечным сечением и/или неподвижной воде, борная кислота может кристаллизоваться в виде острых игл внутри линзы из гидрогеля и оказать вредное влияние на механические и оптические свойства.

Поэтому целью настоящего изобретения является определение способа выбора соответствующих разбавителей для различных композиций гидрофильных полимеров, используемых при изготовлении мягких контактных линз из гидрогеля. Еще одной целью этого изобретения является определение различных полимеризуемых систем, которые включают разбавитель и являются приемлемыми для получения мягких контактных линз из гидрогеля. Еще одной целью этого изобретения является определение параметров разбавителей, используемых для получения мягких контактных линз из гидрогеля на основе оксиэтилметакрилата, обладающих необходимыми оптическими и механическими свойствами. Эти и другие цели этого изобретения станут очевидными из описания изобретения и из формулы изобретения.

Изделия из гидрогеля, такие как мягкие гидрофильные контактные линзы, получают путем формования или литья полимеризуемой смеси, включающей один или большее число гидрофильных мономеров, вещество, образующее поперечные связи, и от 20 до 95 мас. разбавителя, который представляет водозамещаемую органическую композицию, имеющую вязкость и показатель R, расположенные в пределах зоны А на фиг.1, причем указанная вязкость составляет от 100 до 500000 Мн•с/м² при температуре 30^oC и указанный показатель R равняется от 0 до 16 в соответствии с определением параметров когезии Хансена для разбавителя и полимера с использованием следующего уравнения

,
где δ_p1 и δ_h1 соответственно представляют параметры полярной когезии и когезии водородных связей Хансена для полимерного компонента изделия из гидрогеля, и δ_p2 и δ_h2 представляют соответствующие параметры для разбавителя. Показатель R является соответственно мерой расстояния между местоположением параметров δ_p и δ_h для разбавителя и для полимерного компонента линзы.

Гидрофильные мономеры включают такие оксиакрилаты, как оксиэтилакрилат и оксиэтилметакрилат, N-виниллактамы, такие как N-винипирролидон и их смеси. Полимеризуемая смесь может дополнительно содержать один или большее число других гидрофильных или гидрофобных мономеров с целью сообщения желаемых физических свойств такому продукту, как метилметакрилат, метакриловая кислота, стирол и подобные вещества.

Разбавители, имеющие вязкость и показатель R, расположенные в зоне А на фиг.1, позволяют получить линзы из гидрогеля с хорошими оптическими и механическими свойствами. Разбавители, имеющие вязкость и показатели R, расположенные за пределами зоны A на фиг.1, приведут к получению линз с плохими оптическими и/или механическими свойствами. Разбавители, которые расположены в зоне B на фиг.1, характеризуются обычно нежелательно низкой физической прочностью. Разбавители, которые находятся в пределах зоны С, обычно имеют плохую оптическую прозрачность, которая может изменяться от белесоватой до белой.

Линзы получают с использованием разбавителей, выбираемых в соответствии с настоящим изобретением для применения в процессах статического или центробежного литья, в которых ранее использовались другие разбавители, рассматриваемые, например, в патенте Великобритании N 2097805 и в патенте США N 3660545, ссылки на которые включены в эту заявку в качестве противопоставленных материалов с описанием методов изготовления.

На фиг.1 изображен график зависимости вязкости разбавителя от показателя R в полулогарифмическом масштабе, на котором в замкнутой зоне A представлены разбавители, позволяющие получить приемлемые контактные линзы из гидрогеля; на фиг.2 график зависимости параметров когезии Хансена p и h для нескольких растворителей, указывающих степень набухания полимера полиоксиэтилметакрилата в каждом растворителе, на основании которой определяются данные соответствующих параметров когезии полимера.

Описание предпочтительных вариантов осуществляется изобретения.

Термины гидрогель и гидрогель-полимер используются здесь по отношению к нерастворимым в воде гидрофильным полимерным композициям, которые содержат впитанную воду в количестве от 20 до 95 мас. композиции. Термин гидрофильный мономер используется здесь по отношению к мономеру, который после полимеризации позволяет получить безводный гидрофильный полимер или ксерогель, способный образовывать гидрогель под воздействием воды. Среди таких мономеров предпочтение отдается оксиакрилатам, которые нашли широкое применение при получении мягких контактных линз.

Характерными оксиакрилатными мономерами, которые могут использоваться для образования гидрофильных полимерных композиций из гидрогеля, являются мономеры формулы

где R представляет водород или метил, наиболее предпочтительно метил, и R₂ представляет алкилен с 2-4 углеродными атомами, наиболее предпочтительно 2 углеродными атомами. Наиболее предпочтительным оксиакрилатным мономером и наиболее часто используемым при получении мягких контактных линз из гидрогеля является оксиэтилметакрилат /HEMA/. Другие такие мономеры включают оксиэтилакрилат /HEA/, оксипропилметакрилат, оксипропилакрилат и окситриметиленакрилат.

Оксиакрилатные мономеры обычно сополимеризуются с незначительным количеством одного или нескольких других мономеров, которые могут быть гидрофильными или гидрофобными, и выбираются с таким расчетом, чтобы сообщать определенные химические или физические свойства полученному сополимеру из гидрогеля. Такие сомономеры, описанные в прототипах, включают изобутилметакрилат, метакриловую кислоту, стирол, этоксиэтилметакрилат, винилацетат, метилметакрилат, N-винилпирролидон, метокситриэтиленгликольметакрилат, оксиэтилакрилат, окситриметиленакрилат и метоксиэтилметакрилат. Альтернативно, основным компонентом, представляющим гидрофильный мономер, может быть N-виниллактам, предпочтительно N-винилпирролидон, в то время как второстепенным компонентом может быть оксиакрилатный мономер, предпочтительно оксиэтилметакрилат, и/или один или несколько других перечисленных выше сомономеров.

Характерные основные полимерные составы для типичных гидрофильных композиций, то есть составы основных мономеров, не включающие веществ, образующих поперечные связи, катализаторов или инициаторов полимеризации, и содержание воды в полученном продукте приведены в табл. 1, наряду с источником для справки, в котором описывается композиция полимера и его использование в процессе получения мягких контактных линз из гидрогеля.

В гидрофильных полимерах предпочтительно образуются некоторые поперечные связи с целью создания трехмерной структуры. В полимеризуемую смесь включают небольшое количество вещества, образующего поперечные связи, обычно от 0,05 до 2% и наиболее часто от 0,05 до 1,0% сложного диэфира или сложного триэфира. Примерами типичных веществ, образующих поперечные связи, являются: этиленгликольдиакрилат, этиленгликольдиметакрилат, 1,2-бутилендиметакрилат, 1,3-бутилендиметакрилат, 1,4-бутилендиметакрилат, пропиленгликольдиакрилат, пропиленгликольдиметакрилат, диэтиленгликольдиметакрилат, дипропиленгликольдиметакрилат, диэтиленгликольдиакрилат, дипропиленгликольдиакрилат, глицеринтриметакрилат, триметилолпропантриакрилат, триметилолпропантриметакрилат и подобные вещества. Типичные вещества, образующие поперечные связи, обычно, но необязательно, имеют по крайней мере две ненасыщенные этиленом двойные связи.

Реакция полимеризации обычно осуществляется с использованием катализатора, представляющего от 0,05 до 1% катализатора со свободным радикалом. Типичными примерами таких катализаторов являются лауроилпероксид, бензоилпероксид, изопропилперкарбонат, азобисизобутиронитрил и известные окислительно-восстановительные системы, такие как комбинации персульфата аммония и метабисульфата натрия и подобные системы. Для катализации реакции полимеризации также может применяться облучение ультрафиолетовым светом, пучком электронов или радиоактивным источником, вариантно с добавлением инициатора полимеризации.

Полимеризация происходит в смеси с инертным водозамещаемым разбавителем и в соответствующей форме для линзы, так что продукт полимеризации представляет формованный полимерный гель, содержащий разбавитель в промежутках полимерной структуры. Этот способ полимеризации детально описан в патенте Великобритании N 2097805 в связи с использованием разбавителя в виде эфира борной кислоты. Разбавители по настоящему изобретению не образуют кристаллических соединений во время замещения разбавителей водой, даже если поток воды является слабым, как это имеет место в случае разбавителя, представляющего эфир борной кислоты. Если разбавитель отличается ограниченной растворимостью в воде, может оказаться необходимым сначала заместить этот разбавитель водорастворимым растворителем, таким как этанол, а затем заместить этанол водой. Необходимость такой промежуточной стадии промывки легко определяется для любой данной композиции разбавителя.

В соответствии с настоящим изобретением разбавитель, предназначенный для использования в реакции полимеризации, выбирают для любой данной полимерной композиции на основе параметра растворимости Хансена для этого полимера. Параметр растворимости Хансена δ обычно выражается в виде трех компонентов (δ_h, δ_p, δ_d) где δ_h представляет параметр когезии водородной связи, δ_p представляет параметр полярной когезии и δ_d представляет параметр дисперсионной когезии. Однако, мы установили, что для достижения целей настоящего изобретения параметр δ_d разбавителей остается в основном постоянным, поэтому этот параметр оказывает незначительное воздействие на определение пригодности любого определенного разбавителя для определенной полимерной системы. Рассмотрение параметров когезии Хансена для разбавителя поэтому можно свести к двухмерной функции на основе δ_p и δ_h, что значительно упрощает процесс характеристики разбавителя.

Параметр растворимости Хансена и отдельные параметры когезии можно определить теоретически для любого данного полимера с помощью метода группового участия или экспериментально путем определения степени растворимости или набухания полимера в ряде растворителей, для которых известны параметры когезии. Экспериментальный метод считается более точным, поэтому ему отдается предпочтение. Пример этого метода, служащего для определения параметра растворимости у двух ацетилцеллюлозных полимеров в трех измерениях (δ_d, δ_p, δ_h), приводится на с. 243 в журнале "Инд. индж. кем. прод. рес. дев", т. 23, N 2, 1984, с. 240-245. Параметры когезии для большого числа обычных растворителей, которые могут использоваться в экспериментальном методе, опубликованы в табл. 5 и 6 на с. 153-161 справочника параметров растворимости и других параметров когезии Научно-исследовательского совета по коррозии, Аллан Ф. Бартон, издательство "CRC пресс инк.", 1983 (справочник Научно-исследовательского совета по коррозии). Необходимо обратиться к тексту справочника Научно-исследовательского совета по коррозии с целью определения параметров растворимости и когезии для любой данной полимерной композиции по методу группового участия.

С использованием экспериментального метода параметры когезии Хансена (δ_p, δ_h, δ_d) для полимера, включающего 98% оксиэтилметакрилата и 2% метакриловой кислоты с поперечными связями, определяются равными 16,2, 15,3, 16,6. Была определена степень набухания полимера в двадцати шести растворителях, имеющих известные параметры когезии, при этом с помощью разрешающей способности вычислительной машины, исходя из значения сферического контура был установлен центр области растворимости, который определяет параметр растворимости для полимера. Менее точное и более трудное определение центра области растворимости также можно произвести визуально с помощью трехмерной модели данных.

Двухмерный график растворимости полимера, включающего оксиэтилметакрилат и метакриловую кислоту в соответствии с параметрами когезии δ_p и δ_h растворителя, представлен на фиг.2. Поскольку параметр δ_d растворителей не изменяется в значительной степени, то центр окружности на фиг.2 дает хорошее приближение центра сферического контура, образуемого трехмерными данными. Растворители, соответствующие пронумерованным точкам данных на фиг.2, представлены в табл. 2.

Параметры когезии Хансена для фенилэтилметакрилата и других гидрофильных полимерных композиций были определены в виде следующих величин (табл. 3).

Параметры для поливинилпирролидона были высчитаны, исходя из данных набуханий, приведенных в статье "Универсальность параметра растворимости", опубликованной в журнале "И. и Е.К. продакт ресерч энд девелопмент", К.М. Хансен, т. 8, с. 1-6, 1969. Данные для полиоксиэтилакрилата были высчитаны с помощью метода группового участия с использованием групповых значений, приведенных на страницах 85-87 справочника Научно-исследовательского совета по коррозии. Данные для полиоксиэтилметакрилата были также высчитаны с помощью метода группового участия для сравнения с результатами, полученными экспериментально по методу набухания растворителей, описанному выше. Высчитанные значения считаются приближением более точных значений, высчитанных экспериментально.

Координаты δ_p, δ_h для представленных выше полимерных композиций включены в фиг. 2 с целью иллюстрации расположения каждого полимера по отношению к полиоксиэтилметакрилату, определенному экспериментальным путем. Композиции, включающие сополимер оксиэтилметакрилата с одним или несколькими другими мономерами, будут иметь параметры когезии, равные взвешенному среднему значению отдельных параметров когезии полимерных компонентов. В случае сополимера оксиэтилметакрилата и оксиэтилакрилата параметры δ_p и δ_h отдельных полимеров являются относительно близкими, как показано на фиг.2, и разбавители, приемлемые для фенилтилметакрилата, будут приемлемыми для фенилэтилакрилата и для сополимеров оксиэтилметакрилата и оксиэтилакрилата во всех соотношениях. Однако, в случае сополимеров оксиэтилметакрилата и N-винилпирролидона более высокое значение δ_h поливинилпирролидона показывает, что разбавители, имеющие соответственно более высокие значения δ_h, будут предпочтительными для сополимеров, содержащих более 20% N-винилпирролидона.

На фиг. 1 показан график результатов, полученных при изготовлении контактных линз из гидрогеля путем полимеризации вышеуказанного состава мономеров оксиэтилметакрилата и метакриловой кислоты с соотношением 98/2 с рядом разбавителей, характеризующихся большим диапазоном параметров когезии. Смеси мономеров и разбавителя отливали в линзы с применением обычных процедур и форм, описанных в патенте Великобритании N 2097805. Поскольку было установлено, что полимерная композиция гидратирует примерно до 58% воды, то растворы, предназначенные для литья, готовили с использованием 60 об. разбавителя. Таким образом, когда разбавитель замещался водой, наблюдалась весьма незначительная усадка физических размеров отлитых линз.

Полимеризуемую смесь, включающую мономеры, 0,4% вещества, образующего поперечные связи, в виде этиленгликольдиметакрилата, разбавитель и небольшое количество фотоинициатора, помещали в вогнутую форму для линз, после чего эту форму закрывали выпуклой крышкой, образующей полость формы в виде плоской линзы, заполненную полимеризуемой смесью. Формы изготавливаются из прозрачного полистирола, а полимеризация инициируется под воздействием ультрафиолетового света, направляемого на форму в течение 10 мин.

После завершения полимеризации формы погружали в теплую воду и оставляли для пропитки в течение примерно 20 мин. За это время достаточное количество воды проникало в форму и в полимерный гель. После этого удаляли крышку с формы и полимерный гель отделяли от полоски формы. Линзу тщательно промывали 2 или 3 раза умягченной водой, что необходимо для удаления разбавителя, а затем пропитывали 0,9%-ным нормальным соляным раствором NaCl в течение примерно 2 ч. Полученные линзы визуально оценивались в отношении оптической прозрачности, и если она считалась приемлемой, линзы подвергали испытанию на физическую прочность.

Обратимся теперь к табл. 4, в которой перечислена двадцать одна композиция разбавителей, позволяющих получить оптически прозрачные линзы, обладающие приемлемым модулем /E/, равным 0,12 Мн/м² или больше. Параметры когезии δ_p и δ_h для разбавителей, не перечисленных в справочнике Научно-исследовательского совета по коррозии, определяли с помощью метода группового участия, описанного в справочнике Научно-исследовательского совета по коррозии. Показатель R для каждого разбавителя высчитывали на основании параметров полимера δ_p и δ_h, соответственно равных 16,2 и 15,3, как экспериментально определялось для полиоксиэтилметакрилата.

Вязкость разбавителя при температуре 30^oC (η₃₀) определяли вискозиметром Брукфилда модели LVF в соответствии со стандартной рабочей процедурой для этого прибора. Значения модуля упругости полученных линз, указанные в табл. 3, определялись микродинамометром при погружении образца в нормальный соляной раствор в соответствии со следующей процедурой.

Пробный образец линзы шириной 3 мм и длиной во весь диаметр вырезали из линзы из гидрогеля при помощи инструмента с двумя лезвиями. Пробный образец приклеивали цианоакрилатным клеем к концам двух алюминиевых растягивающих полос, расположенных на расстоянии 10 мм друг от друга.

Образец линзы и алюминиевые растягивающие полосы погружали в нормальной соляной раствор (0,9%-ный раствор NaCl, доведенный буфером до pH 7,2) и оставляли для достижения равновесного состояния. Толщину образца линзы t измеряли оптическим микроскопом с точностью до 1 мкм. На поверхности образца линзы были сделаны две отметки на расстоянии 1-2 мм друг от друга в точке, расположенной примерно посередине между концами алюминиевых полос.

Пробный образец с приклеенными алюминиевыми полосами затем помещали в микродинамометр, который позволял растягивать образец линзы при нахождении его в вертикально подвешенном положении и погруженным в соляной раствор. Образец был туго натянут при нулевой нагрузке, и расстояние между метками на образце линзы измеряли и отмечали в качестве нулевой длины l_o. Образец линзы затем растягивали примерно на 50% при этом нагрузку m и конечную длину l между метками на линзе измеряли через 30 с после прекращения испытания. Модуль Юнга Е высчитывали в соответствии со следующим уравнением:

где t толщина образца линзы;
b ширина образца линзы;
m измеренная нагрузка при 50% удлинении;
λ = l/l_o
Обратимся теперь к табл. 5, где перечислены разбавители, пронумерованные с 22 по 36, которые не позволяли получить линзы из гидрогеля с приемлемыми оптическими и/или физическими свойствами. Многие линзы были прозрачными, но имели низкую прочность, на что указывает значение модуля E, равное 0,10 или меньше. Несколько других линз были белыми или непрозрачными, указывая на несовместимость разбавителя и полимера. Во всех случаях разбавители, приведенные в табл. 4, были отклонены для использования с сополимером оксиэтилметакрилата и метакриловой кислоты, подвергаемым испытанию.

Разбавители, указанные в табл. 4 и 5 в качестве сложных эфиров кислоты или ангидрида с полиолом, не являются чистыми сложными эфирами, а представляют скорее продукт реакции, содержащий сложный эфир в совокупности с избытком реагентов. Весовое соотношение отдельных реагентов, использованных в реакции этерификации, приведено в скобках вслед за указанным сложным эфиром. Предпочтительные композиции в этом классе разбавителей включают продукты реакции ди- или трикарбоновой кислоты или ангидрида с С₃-C₄ алкандиолом или триолом, и их смеси с глицерином, триэтиленгликолем, пропиленгликолем и гексан-1,2, 6-триолом.

В качестве отдельного класса полезных разбавителей можно назвать композиции, включающие смеси глицерина с полигидроксильным соединением, имеющим по крайней мере две гидроксильные группы и параметр когезии Хансена δ_h менее 25, в то время как параметры когезии Хансена δ_p, δ_h этой смеси находятся в пределах зоны А на фиг.1. Примерами таких разбавителей являются смеси глицерина с гексан-1,2,6-триолом, пропиленгликолем, триэтиленгликолем или моноацетатом глицерина и их смеси.

Данные табл. 4 и 5, представленные в виде графика на фиг.1, определяют зону А в основном приемлемых разбавителей для литья оптически прозрачных изделий из гидрогеля, обладающих хорошими механическими свойствами. Эта зона представляет функцию вязкости и показателя R разбавителя, которая в свою очередь является функцией параметров когезии Хансена (δ_p, δ_h) разбавителя по отношению к параметрам полимерного компонента гидрогеля.

Как видно из графика, одна точка данных, соответствующая разбавителю N 22 в табл. 5, относится к неприемлемому разбавителю, попавшему в зону A на фиг. 1. Было установлено, что этот разбавитель позволил получить оптически прозрачную линзу, которая была отвергнута из-за плохих механических свойств, то есть ее модуль упругости равнялся 0,09. Хотя нельзя дать обоснованного объяснения подобному отклонению данных, вполне возможно, что это произошло из-за наличия каких-то неизвестных загрязняющих примесей в молочной кислоте.

Как видно из графика, зона A занимает широкую область в пределах диапазона, в котором показатель R равняется 0-16, а вязкость составляет от 100 до 500000 мн•с/м². Особенно предпочтительный диапазон в зоне A включает показатели R от 5 до 14 и значения вязкости от 1000 до 100000.

Хотя данные, приведенные в табл. 4 и 5, были получены при использовании полимера полиоксиэтилметакрилата и, в частности, полимера оксиэтилметакрилата и метакриловой кислоты с соотношением 98/2, описанного выше, этот метод испытания применим к ряду других гидрофильных полимерных композиций. Таким образом, например, полимеры, включающие оксиэтилметакрилат, оксиэтилакрилат, N-винилпирролидон или другой гидрофильный мономер, применяемый в отдельности или сополимеризованный с одним или несколькими другими гидрофильными или гидрофобными мономерами, которые являются полезными при изготовлении фасонных изделий из гидрогеля, таких как мягкие контактные линзы, могут полимеризоваться в присутствии описанного выше разбавителя.

Количество разбавителя, смешиваемого с мономерами до полимеризации, выбирается на основе конечного равновесного содержания воды в гидрогеле, и, в соответствии с тем, требуется ли достичь расширения или усадки формованных линз во время замещения растворителя водой. Типичные полимеризуемые смеси включают:
А. От 10 до 60 об. мономеров, содержащих 90-99,8% оксиэтилметакрилата и 0,2-10% метакриловаой кислоты, и от 40 до 90 об. разбавителя, которые позволяют получить гидрогель с содержанием воды, равным 40-90%
Б. От 30 до 60 об. мономеров, содержащих 10-80% оксиэтилметакрилата и 20-90% N-винилпирролидона, и от 40 до 90 об. разбавителя, которые позволяют получить гидрогель с содержанием воды, равным 40-70%
В. От 10 до 40 об. мономеров, содержащих 90-95% оксиэтилакрилата и 5-20% винилацетата, и от 60 до 90 об. разбавителя, которые позволяют получить гидрогель с содержанием воды, равным 60-95%
Предлагаемое изобретение делает возможным литье фасонных изделий из гидрогеля с использованием всех гидрофильных полимерных композиций и предусматривает способ, в соответствии с которым можно легко определить и охарактеризовать разбавители, позволяющие с наибольшей вероятностью получить приемлемые прдукты при применении таких полимерных композиций, что позволяет избежать больших затрат времени и применения метода проб и ошибок.

Предлагаемое изобретение не ограничивается полимерами на основе оксиэтилметакрилата или представленными здесь типичными примерами, а охватывает улучшенный способ получения фасонных изделий из гидрогеля, рассматриваемый в приводимой ниже формуле изобретения.

Claims (17)

1. Способ изготовления фасонных изделий из гидрогеля путем смешения гидрофильных мономеров, сшивающего агента и инертного водозамещаемого разбавителя с последующей радикальной полимеризацией смеси в форме, имеющей конфигурацию фасонного изделия, с последующим замещением разбавителя водой, отличающийся тем, что в качестве разбавителя используют 20 95 об. органического соединения или смеси соединений, имеющих вязкость 100 500000 МН•с/м² при 30^oС и показатель R, определяемый параметрами когезии Хансена для разбавителя и полимера в соответствии с уравнением

где

параметры полярной когезии и когезии водородной связи полимера;

параметры полярной когезии и когезии водородной связи разбавителя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве гидрофильного мономера используют оксиакрилатный мономер или его смесь с другим сомономером.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что оксиакрилатный мономер выбирают из группы, включающей оксиэтилметакрилат, оксиэтилакрилат, оксипропилметакрилат, оксипропилакрилат и окситриметиленакрилат.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что сомономер выбирают из группы, включающей метилметакрилат, метакриловую кислоту, акриловую кислоту, метокситриэтиленгликольметакрилат, 2-этоксиэтилметакрилат, акриламид, стирол, N-винилпирролидон и винилацетат.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве гидрофильного мономера используют N-винилпирролидон в смеси с сомономером, выбранным из группы, включающей оксиакрилатные мономеры, метакриловую кислоту, акриловую кислоту, метилметакрилат, стирол и акриламид.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве разбавителя используют продукт этерификации ди- и трикарбоновой кислоты или ее ангидрида с ди- или триолом, имеющим алкильный радикал с числом атомов углерода от 3 до 4.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что разбавитель выбирают из группы продуктов этерификации янтарной кислоты и глицерина, лимонной кислоты и пропиленгликоля, фталевого ангидрида и глицерина, винной кислоты и пропиленгликоля, адипиновой кислоты и глицерина, фталевого ангидрида и 1,3-бутандиола или их смесей с глицерином, триэтиленгликолем, пропиленгликолем и гексан-1,2,6-триолом.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве разбавителя используют полиол, выбранный из группы, включающей гексан-1,2,6-триол и диглицерин.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве разбавителя используют смесь глицерина с гидроксильным соединением, имеющим по крайней мере две гидроксильные группы и параметр когезии δ_h менее 25.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что гидроксильное соединение выбирают из группы, включающей пропиленгликоль, триэтиленгликоль, гексан-1,2,6-триол и моноацетат глицерина.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве изделия изготавливают мягкую контактную линзу.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что изделие содержит 40 95 мас. воды.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что мягкую контактную линзу получают из смеси, включающей 10 60 об. смеси мономеров, содержащей 90 - 99,8 мас. оксиэтилметакрилата и 0,2 10% метакриловой кислоты, и 40 90 об. разбавителя.

14. Способ по п. 12, отличающийся тем, что мягкую контактную линзу получают из смеси, включающей 40 90 об. разбавителя и 10 60 об. смеси мономеров, состоящей из 10 80 мас. оксиэтилметакрилата и 20 90 мас. N-винилпирролидона.

15. Способ по п. 12, отличающийся тем, что мягкую контактную линзу получают из смеси, включающей 60 90 об. разбавителя и 10 40 об. смеси сомономеров, состоящей из 80 95 мас. оксиэтилакрилата и 5 20 мас. винилацетата.

16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют 0,05 2 мас. сшивающего агента.

17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что замещение разбавителя водой в изделии с толщиной не менее 1 мм осуществляют без кристаллообразования.

Images