DE69615393T2

DE69615393T2 - Monomere zur reduzierung des modulus von siloxynhydrogele

Info

Publication number: DE69615393T2
Application number: DE69615393T
Authority: DE
Inventors: F. Kunzler; M. Ozark
Original assignee: Bausch and Lomb Inc
Current assignee: Bausch and Lomb Inc
Priority date: 1995-12-07
Filing date: 1996-11-12
Publication date: 2002-07-04
Anticipated expiration: 2016-11-13
Also published as: CA2239901C; WO1997020852A1; KR100468803B1; MX9804471A; EP0865444A1; ES2164265T3; EP0865444B1; AU713509B2; US5908906A; BR9612119A; CN1084335C; KR19990071887A; CN1222155A; DE69615393D1; US5710302A; HK1016184A1; AU1076597A; JP2001518061A; CA2239901A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Klasse von fluorierten siloxanhaltigen monomeren Einheiten und ihre Verwendung bei der Verringerung des Moduls von Siliconhydrogelen. Solche Materialien werden insbesondere bei der Herstellung von Kontaktlinsen verwendet.
Hydrogele stellen eine begehrenswerte Klasse von Materialien für viele biomedizinische Anwendungen einschließlich der Herstellung von Kontaktlinsen dar. Hydrogele sind ein wasserhaltiges vernetztes polymeres System, welches Wasser in einem Gleichgewichtszustand enthält. Siliconhydrogele sind eine bekannte Klasse von Hydrogelen und sind durch den Einschluss von Silicon gekennzeichnet. Siliconhydrogele weisen im Allgemeinen einen Wassergehalt von mehr als ungefähr 5 Gewichtsprozent und noch üblicher zwischen ungefähr 10 und ungefähr 80 Gewichtsprozent auf. Solche Materialien werden gewöhnlich durch Polymerisieren einer Mischung hergestellt, die mindestens ein siliconhaltiges Monomer und mindestens ein hydrophiles Monomer enthält. Entweder das siliconhaltige Monomer oder das hydrophile Monomer kann als Vernetzungsmittel wirken (wobei ein Vernetzer als Monomer mit mehreren polymerisierbaren Funktionalitäten definiert ist) oder es kann ein separater Vernetzer eingesetzt werden. Anwendbare siliconhaltige monomere Einheiten zur Verwendung bei der Herstellung von Siliconhydrogelen sind im Fachgebiet wohlbekannt und es werden zahlreiche Beispiele in den US-Patenten Nr. 4,136,250; 4,153,641; 4,740,533; 5,034,461; 5,070,215; 5,260,000; 5,310,779 und 5,358,995 angegeben. Zu spezifischen Beispielen für anwendbare siliconhaltige monomere Einheiten gehören:
(a) sperrige Polysiloxanylalkyl(meth)acrylmonomere, die allgemein als "TRIS"- Monomere bezeichnet werden, wozu beispielsweise Methacryloxypropyltris(trimethylsiloxy)silan gehört;
(b) Poly(organosiloxan)-Monomereinheiten;
(c) siliconhaltige Monomere, welche siliconhaltige Vinylcarbonat- oder Vinylcarbamatmonomere wie beispielsweise 1,3-Bis[4-vinyloxycarbonyloxy)but-1-yl]tetramethyldisiloxan; 3-(Trimethylsilyl)propylvinylcarbonat; 3-(Vinyloxycarbonylthio)propyl- [tris(trimethylsiloxy)silan]; 3-[Tris(trimethylsiloxy)silyl]propylvinylcarbamat; 3-[Tris(trimethyisiloxy)silyl]propylallylcarbamat; 3-[Tris(trimethylsiloxy)silyl]- propylvinylcarbonat; t-Butyldimethylsiloxyethylvinylcarbonat; Trimethylsilylethylvinylcarbonat; Trimethylsilylmethylvinylcarbonat umfassen. Andere Beispiele für anwendbare siliconhaltige Monomere sind im Fachgebiet wohlbekannt.
Siliconhaltige Monomere können mit einer Vielzahl von hydrophilen Monomeren copolymerisiert werden, um eine Vielzahl von Siliconhydrogelprodukten herzustellen. Zum Beispiel sind Siliconhydrogele besonders nützlich bei einer Vielzahl von biomedizinischen Anwendungen, wozu die Herstellung von Formkörpern und Überzügen wie beispielsweise Membranen, Filmen, künstlichen Harnleitern, Scheidewänden, Intrauterinspiralen, Herzklappen, Gefäßersatzmaterialien, chirurgischen Vorrichtungen, Kathetern, Mundschutz, Zahnschutzlack (denture liners), intraokulären Vorrichtungen, prothetischen Vorrichtungen und insbesondere Kontaktlinsen gehört.
Zu geeigneten hydrophilen Monomeren zur Verwendung in Siliconhydrogelen gehören: ungesättigte Carbonsäuren wie beispielsweise Methacrylsäure und Acrylsäure; acrylsubstituierte Alkohole wie 2-Hydroxyethylmethacrylat und 2-Hydroxyethylacrylat; Vinyl- lactame wie N-Vinylpyrrolidon; und Acrylamide wie Methacrylamid und N,N-Dimethylacrylamid. Weitere Beispiele sind die hydrophilen Vinylcarbonat- oder Vinylcarbamatmonomere, die im US-Patent Nr. 5,070,215 offenbart sind, und die hydrophilen Oxazo- Ionmonomere, die im US-Patent Nr. 4,910,277 offenbart sind. Weitere geeignete hydrophile Monomere sind dem Fachmann bekannt.
Insbesondere im Hinblick auf Kontaktlinsen ist gezeigt worden, dass die Fluorierung von bestimmten Monomeren, die bei der Bildung von Siliconhydrogelen verwendet werden, die Ansammlung von Abscheidungen auf daraus hergestellten Kontaktlinsen verringert, wie in den US-Patenten Nr. 4,954,587, 5,079,319 und 5,010,141 beschrieben ist. Außerdem hat sich gezeigt, dass die Verwendung von siliconhaltigen Monomeren mit bestimmten fluorierten Seitengruppen, d. h. -(CF&sub2;)-H, die Verträglichkeit zwischen den hydrophilen und siliconhaltigen monomeren Einheiten verbessert, wie in den US- Patenten Nr. 5,387,662 und 5,321,108 beschrieben ist.
Viele Siliconhydrogele besitzen relative hohe Moduln (Young'scher Elastizitätsmodul), z. B. häufig über 300 g/mm², gemessen durch das ASTM-Testverfahren D1938. Für viele biomedizinische Anwendungen ist es erwünscht, Hydrogele mit verringerten Moduln, z. B. im Bereich von ungefähr 20 g/mm² bis ungefähr 150 g/mm² und mehr bevorzugt von ungefähr 30 g/mm² bis ungefähr 100 g/mm² bereitzustellen. Dies ist besonders wichtig bei der Herstellung von weichen Kontaktlinsen, da der Modul des Linsenmaterials einen erheblichen Einfluss auf die "angenehmen Trageeigenschaften" der Linse haben kann. Linsen mit flohen Moduln weisen häufig eine spürbare Steifheit und unerwünschte hohe elastische Rückstellung auf, dis zu einem unnatürlichen Empfinden führt, wenn sie auf dem Auge getragen werden.
Die Verwendung von sperrigen Polysiloxanylalkylmethacrylaten, z. B. Methacryloxypropyltris(trimethylsiloxy)silan, das vorstehend als "TRIS" bezeichnet wurde, verringert bekanntermaßen den Modul von einer Klasse von Siliconhydrogelen, d. h. Polyurethan- Polysiloxan-Hydrogelzusammensetzungen. Siehe z. B. Lai, Yu Chin, The Role of Bulky Polysiloxanylalkyl Methacrylates in Polyurethane-polysiloxane Hydrociels, Proceedings of the American Chemical Society Division of Polymeric Materials: Science and Engineering, Bd. 72, S. 118-119, (1995). Die Verwendung von TRIS-Verbindungen in Siliconhydrogelen ist auch im US-Patent Nr. 5,358,995 beschrieben. In den US-Patenten Nr. 5,321,108 und 5,387,662 ist eine Verbindung vom TRIS-Typ offenbart, welche mindestens eine fluorsubstituierte Endgruppe einschließlich eines endständigen Wasserstoffs einschließt. Von solchen Materialien heißt es, dass sie zu einer erhöhten Verträglichkeit zwischen siliconhaltigen und hydrophilen monomeren Einheiten führen.
Leider haben die vorstehend erwähnten fluorierten Verbindungen vom TRIS-Typ relativ hohe Siedepunkte und sind somit nicht durch herkömmliche Methoden destillierbar. Infolgedessen kann die Reinigung solcher Materialien schwierig sein. Aus dem gleichen Grund können diese Materialien auch schwer zu analysieren sein, z. B. durch Gaschromatographie.
Folglich werden Slliconhydrogele gesucht, welche eine annehmbare Sauerstoffdurchlässigkeit beibehalten, während sie verringerte Moduln besitzen, und welche leichter synthetisiert, gereinigt und analysiert werden. Außerdem müssen solche Hydrogele in vielen Anwendungen optisch klar sein, zu Produkten wie Kontaktlinsen verarbeitbar (z. B. zum Formpressen, für eine spanabhebende Bearbeitung usw. geeignet sein), bioverträglich und für die Bildung von Abscheidungen weniger anfällig sein.
EP-O-478 261 A beschreibt ein sauerstoffdurchlässiges Polymer, welches als ophthalmologisches Material für Kontaktlinsen verwendet werden kann.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf monomere Einheiten, die durch Formel I (nachstehend beschrieben) wiedergegeben werden, und die Verwendung von solchen monomeren Einheiten zum Verringern des Moduls von Siliconhydrogelen. Siliconhydrogele der vorliegenden Erfindung werden charakteristischerweise durch Polymerisieren einer Monomermischung gebildet, die ungefähr 10 bis ungefähr 89 Gewichtsprozent, vorzugsweise aber ungefähr 25 bis ungefähr 50 Gewichtsprozent siliconhaltige monomere Einheiten, ungefähr 10 bis ungefähr 70 Gewichtsprozent, vorzugsweise aber ungefähr 20 bis ungefähr 60 Gewichtsprozent hydrophile monomere Einheiten und ungefähr 1 bis ungefähr 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise aber ungefähr 5 bis ungefähr 20 Gewichtsprozent monomere Einheiten umfasst, die durch Formel 1 wiedergegeben werden:
worin
A eine ethylenisch ungesättigte Gruppe ist;
R und D unabhängig voneinander eine Alkylen- oder Halogenalkylengruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sind, worin die Kohlenstoffatome Etherbindungen dazwischen enthalten können;
R&sub1;, R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; unabhängig voneinander Alkyl- oder Halogenalkylgruppen (wozu sowohl unsubstituierte Alkylgruppen, z. B. Gruppen mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, als auch substituierte Alkylgruppen, z. B. halogensubstituiertes Alkyl und hydroxysubstituiertes Alkyl gehören), worin Etherbindungen zwischen Kohlenstoffatomen enthalten sein können; Siloxangruppen; und carbocyclische Ringgruppen mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen, z. B. Cyclohexyl oder Phenylgruppen, welche Alkylseitengruppen einschließen können, sind;
m eine ganze Zahl gleich 1 oder größer ist, aber vorzugsweise kleiner als 500 ist und mehr bevorzugt 1 bis ungefähr 10 und noch mehr bevorzugt 1 bis 3 ist;
n eine ganze Zahl von 1 bis 20 ist, aber vorzugsweise 1 bis 6 ist;
x und y 0 oder 1 sind;
z 1 oder 2 ist; und x + y + z = 3;
vorausgesetzt, dass mindestens einer der Reste R&sub1; oder R&sub2; eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen ist.
Diese monomeren Einheiten sind zum Verringern des Moduls von Siliconhydrogelen brauchbar.
Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem Hydrogelzusammensetzungen, welche die den Gegenstand der Erfindung darstellende monomere Einheit einschließen, Verfahren zum Verringern der Moduln von Hydrogelen, Verfahren zum Herstellen von Hydrogelen, und Kontaktlinsen, die aus solchen Hydrogelen hergestellt sind.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass die mit Bezug auf Formel I beschriebenen Monomereinheiten den Modul von Hydrogelen verringern, ohne die Sauerstoffdurchlässigkeit der resultierenden polymeren Zusammensetzung wesentlich zu verringern. Außerdem können die den Gegenstand der Erfindung darstellenden Monomereinheiten relativ leicht synthetisiert, gereinigt und analysiert werden und können in dem Hydrogel polymerisiert werden, ohne die optische Klarheit wesentlich zu beeinflussen.
Monomere Einheiten der durch Formel I wiedergegebenen Art können durch im Fachgebiet wohlbekannte Methoden synthetisiert werden. Spezielle Methodiken zum Herstellen bevorzugter monomerer Einheiten sind in dem nachstehenden Abschnitt der Beispiele angegeben.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist z 1 und R&sub1; bis R&sub4; sind unabhängig voneinander ausgewählt aus Alkylgruppen, z. B. niederen Alkylgruppen wie solchen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, z. B. Methyl, Ethyl, Propyl usw., und fluorsubstituierten niederen Alkylgruppen. Ein spezielles Beispiel für eine bevorzugte monomere Einheit schließt die durch Formel II wiedergegebene ein:
Anwendbare siliconhaltige monomere Einheiten zur Verwendung bei der Bildung von Siliconhydrogelen sind im Fachgebiet wohlbekannt und zahlreiche Beispiele sind in den US-Patenten Nr. 4,136,250; 4,153,641; 4,740,533; 5,034,461; 5,070,215; 5,260,000; 5,310,779 und 5,358,995 angegeben. Zu spezifischen Beispielen für anwendbare süiconhaltige monomere Einheiten gehören mit einem endständigen ethylenischen Rest versehene siloxanhaltige monomere Einheiten, die in der Zusammensetzung der Erfindung verwendet werden und durch Formel III wiedergegeben werden können:
worin:
A' und A" ethylenisch ungesättigte Gruppen sind;
R' und R" unabhängig voneinander eine Alkyl- oder Alkylengruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sind, worin die Kohlenstoffatome Etherbindungen dazwischen enthalten können;
R&sub8; bis R&sub1;&sub7; unabhängig voneinander ausgewählt sind aus einwertigen Kohlenwasserstoffresten oder halogensubstituierten einwertigen Kohlenwasserstoffresten mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, welche Etherbindungen dazwischen enthalten können, aber vorzugsweise aus den Gruppen ausgewählt sind, die mit Bezug auf R&sub1; bis R&sub4; beschrieben sind;
a eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist;
b und c ganze Zahlen gleich oder größer als 0 sind; und
a + b + c einer ganzen Zahl von 1 bis 1000 gleich ist.
Vorzugsweise werden R&sub8; bis R&sub1;&sub7; unabhängig voneinander ausgewählt aus Alkylgruppen, umfassend sowohl unsubstituierte Alkylgruppen als auch substituierte Alkylgruppen wie etwa fluorsubstituierte Alkylgruppen. Es ist außerdem bevorzugt, dass mindestens einer der Reste R&sub8; bis R&sub1;&sub7; eine fluorsubstituierte Alkylgruppe wie etwa die durch die folgende Formel wiedergegebene Gruppe einschließt:
-D-(CF&sub2;)s-M'
worin:
D' eine Alkyl- oder Alkylengruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen ist, worin die Kohlenstoffatome Etherbindungen dazwischen enthalten können;
M' Wasserstoff, Fluor oder eine Alkylgruppe (z. B. eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen), aber vorzugsweise Wasserstoff oder Fluor ist; und
s eine ganze Zahl von 1 bis 20, vorzugsweise 1 bis 6 ist.
Vorzugsweise erleichtern die ethylenisch ungesättigten Gruppen A, A' und A" die Polymerisation unter milden Bedingungen, wie beispielsweise bei Umgebungstemperaturen. Wenngleich eine Vielzahl von solchen Gruppen verwendet werden kann, sind A, A' und A" vorzugsweise Ester oder Amide von einer Acrylsäure oder Methacrylsäure, die durch die folgende allgemeine Formel wiedergegeben ist:
worin X vorzugsweise Wasserstoff oder Methyl ist, aber andere Gruppen, z. B. Cyano einschließen kann, und Y -O-, -S- oder -NH- bedeutet, aber vorzugsweise -O- ist. Zu Beispielen für andere geeignete Gruppen gehören Vinylcarbonate, Vinylcarbamate, Acrylnitril und Styryl. Zu einem weiteren Beispiel für eine geeignete Gruppe gehört N-Vinyl-2-pyrrolidinon-(3,4 oder 5)yl, das in der folgenden Formel gezeigt ist:
D, R, R' und R" bedeuten zweiwertige Kohlenwasserstoffreste, vorzugsweise Alkyl- oder Alkylengruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, welche Etherbindungen zwischen Kohlenstoffatomen enthalten können. Vorzugsweise umfassen solche Alkyl- oder Alkylengruppen 1 bis 6 Kohlenstoffatome. Zu Beispielen für solche Gruppen gehören Methylen, Propylen, Butylen, Pentamethylen, Hexamethylen, usw., Arylenreste wie Phenylen und Biphenylen, und -O-(CH&sub2;)q-, worin q vorzugsweise 1 bis 6 ist.
Zu spezifischen Beispielen für bevorzugte monomere Einheiten gehören die durch die Formeln IV und V wiedergegebenen Einheiten:
worin:
d, e, f und g ganze Zahlen von 0 bis 1000 sind,
d + e einer ganzen Zahl von 2 bis 1000, vorzugsweise 2 bis 100 gleich ist,
f + g einer ganzen Zahl von 2 bis 1000, vorzugsweise 2 bis 100 gleich ist,
worin e und g vorzugsweise ganze Zahlen von ungefähr 20 bis ungefähr 50 sind, und
h eine ganze Zahl von 1 bis ungefähr 20 ist.
Die Synthese von monomeren Einheiten, wie sie durch Formel III, IV und V wiedergegeben werden, ist im Fachgebiet wohlbekannt. Spezifische Beispiele sind im nachstehenden Abschnitt der Beispiele angegeben.
Zu weiteren Beispielen für geeignete siliconhaltige Monomere gehören sperrige Polysiloxanylalkyl(meth)acryl-Monomere, die durch Formel VI wiedergegeben werden:
worin:
X -O- oder -NR- bedeutet;
R&sub1;&sub8; jeweils unabhängig Wasserstoff oder Methyl bedeutet;
R&sub1;&sub9; jeweils unabhängig einen niederen Alkylrest oder einen Phenylrest bedeutet; und h 1 bis 10 ist.
Zu solchen sperrigen Monomeren gehört Methacryloxypropyltris(trimethylsiloxy)silan.
Zu einer weiteren bevorzugten Klasse von siliconhaltigen Monomeren gehören siliconhaltige Vinylcarbonat- oder Vinylcarbamatmonomere der Formel VII:
worin:
Y' -O-, -S- oder -NH- bedeutet;
RSi einen siliconhaltigen organischen Rest bedeutet;
R&sub2;&sub0; Wasserstoff oder Methyl bedeutet;
d 1, 2, 3 oder 4 ist; und
q 0 oder 1 ist.
Zu geeigneten siliconhaltigen organischen Resten RSi gehören die folgenden:
-(CH&sub2;)n'Si[(CH&sub2;)m'CH&sub3;]&sub3;;
-(CH&sub2;)n'Si[OSi(CH&sub2;)m'CH&sub3;]&sub3;;
worin:
R&sub2;&sub1;
bedeutet, worin p' 1 bis 6 ist;
R&sub2;&sub2; einen Alkylrest oder einen Fluoralkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen bedeutet;
e 1 bis 200 ist;
n' 1, 2, 3 oder 4 ist; und
m' 0, 1, 2, 3, 4 oder 5 ist.
Zu den siliconhaltigen Vinylcarbonat- oder Vinylcarbamatmonomeren gehören speziell: 1,3-Bis[4-Vinyloxycarbonyloxy)but-1-yl]tetramethyldisiloxan; 3-(Trimethylsilyl)propylvinylcarbonat; 3-(Vinyloxycarbonylthio)propyl-[tris(trimethylsiloxy)silan]; 3-[Tris- (trimethylsiloxy)silyl]propylvinylcarbamat; 3-[Tris(trimethylsiloxy)silyl]propylallylcarbamat; 3-[Tris(trimethylsiloxy)silyl]propylvinylcarbonat; t-Butyldimethylsiloxyethylvinylcarbonat; Trimethylsilylethylvinylcarbonat; Trimethylsilylmethylvinylcarbonat; und "V&sub2;D&sub2;&sub5;", das durch Formel VIII wiedergegeben wird.
Zu einer weiteren bevorzugten Klasse von siliconhaltigen Monomeren gehören Monomere der Formeln IX und X:
(IX) E(*D*A*D*G)a*D*A*D*E'; oder
(X) E(*D*G*D*A)a*D*G*D*E';
worin:
D ein Alkyldiradikal, ein Alkylcycloalkyldiradikal, ein Cycloalkyldiradikal, ein Aryldiradikal oder ein Alkylaryldiradikal mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen bedeutet;
G ein Alkyldiradikal, ein Cycloalkyldiradikal, ein Alkylcycloalkyldiradikal, ein Aryldiradikal oder ein Alkylaryldiradikal mit 1 bis 40 Kohlenstoffatomen bedeutet, welches Ether-, Thio- oder Aminbindungen in der Hauptkette enthalten kann;
* eine Urethan- oder Ureidobindung bedeutet;
a mindestens 1 ist;
A einen zweiwertigen polymeren Rest der Formel XI bedeutet:
worin:
jedes Rs unabhängig eine alkyl- oder fluorsubstituierte Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen bedeutet, welche Etherbindungen zwischen Kohlenstoffatomen enthalten kann;
m' mindestens 1 ist; und
p eine Zahl ist, welche ein Komponentengewicht von 400 bis 10000 ergibt;
E und E' jeweils unabhängig voneinander einen polymerisierbaren ungesättigten organischen Rest bedeuten, der durch Formel XII wiedergegeben wird:
worin:
R&sub2;&sub3; Wasserstoff oder Methyl ist;
R&sub2;&sub4; Wasserstoff, ein Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, oder ein Rest -CO-Y-R&sub2;&sub6; ist, worin Y -O-, -S- oder -NH- ist;
R&sub2;&sub5; ein zweiwertiger Alkylenrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen ist;
R&sub2;&sub6; ein Alkylrest mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen ist;
X -CO- oder -OCO- bedeutet;
Z -O- oder -NH- bedeutet;
Ar einen aromatischen Rest mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen bedeutet;
w 0 bis 6 ist;
x 0 oder 1 ist;
y 0 oder 1 ist; und
z 0 oder 1 ist.
Ein bevorzugtes Urethanmonomer wird durch Formel (XIII) wiedergegeben:
worin m mindestens 1 und vorzugsweise 3 oder 4 ist, a mindestens 1 und vorzugsweise 1 ist, p eine Zahl ist, die ein Komponentengewicht von 400 bis 10000 ergibt und vorzugsweise mindestens 30 ist, R&sub2;&sub7; ein Diradikal eines Diisocyanats nach der Entfernung der Isocyanatgruppe ist, wie beispielsweise das Diradikal von Isophorondiisocyanat, und E" jeweils eine Gruppe ist, die wiedergegeben wird durch:
Die Monomermischung der vorliegenden Erfindung kann weitere Bestandteile wie Vernetzungsmittel, interne Netzmittel, hydrophile monomere Einheiten, zähmachende Mittel, und andere Bestandteile, die im Fachgebiet bekannt sind, enthalten.
Wenngleich einige der vorstehend beschriebenen siliconhaltigen monomeren Einheiten ein vernetztes dreidimensionales Netzwerk ausbilden, wenn sie polymerisiert sind, können zusätzliche Vernetzungsmittel der Monomermischung zugegeben werden. Zu Beispielen für geeignete Vernetzungsmittel gehören: Polyvinyl, in der Regel Di- oder Trivinylmonomere, am häufigsten Di- oder Tri(meth)acrylate von zweiwertigem (mit zwei Hydroxylgruppen versehenen) Ethylenglycol, Triethylenglycol, Butylenglycol, Hexan-1,6- diol, Thio-diethylenglycol-diacrylat und -methacrylat; Neopentylglycoldiacrylat; Trimethylolpropantriacrylat und dergleichen; N,N'-Dihydroxyethylen-bisacrylamid und -bimethacrylamide; desgleichen Diallylverbindungen wie Diallylphthalat und Triallylcyanurat; Divinylbenzol; Ethylenglycoldivinylether; und die (Meth)acrylatester von Polyolen wie Triethanolamin, Glycerol, Pentaerythritol, Butylenglycol, Mannitol und Sorbitol. Zu weiteren Beispielen gehören N,N-Methylen-bis(meth)acrylamid, sulfoniertes Divinylbenzol und Divinylsulfon. Brauchbar sind auch die Reaktionsprodukte von Hydroxyalkyl(meth)acrylaten mit ungesättigten Isocyanaten, z. B. das Reaktionsprodukt von 2-Hydroxyethylmethacrylat mit 2-Isocyanatoethylmethacrylat (IEM), wie es im US-Patent Nr. 4,954,587 offenbart ist.
Weitere bekannte Vernetzungsmittel sind Polyether-Bisurethan-Dimethacrylate, die im US-Patent Nr. 4,192,827 beschrieben sind, und die Vernetzer, die erhalten werden durch Reaktion von Polyethylenglycol, Polypropylenglycol und Polytetramethylenglycol mit 2-Isocyanatoethylmethacrylat (IEM) oder m-Isopropenyl-γ,γ-dimethylbenzylisocyanaten (m-TMI), und Polysiloxan-Bisurethan-Dimethacrylate, die in den US-Patenten Nr. 4,486,577 und 4,605,712 beschrieben sind. Weitere bekannte Vernetzungsmittel sind die Reaktionsprodukte von Polyvinylalkohol, ethoxyliertem Polyvinylalkohol oder von Polyvinylalkohol-co-ethylen mit 0,1 bis 10 mol% Vinylisocyanaten wie IEM oder m-TMI.
Wenngleich es nicht gefordert wird, können Zusammensetzungen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung zähmachende Mittel enthalten, vorzugsweise in Mengen von weniger als ungefähr 80 Gewichtsprozent, z. B. von ungefähr 5 bis ungefähr 80 Gewichtsprozent und üblicherweise von ungefähr 20 bis ungefähr 60 Gewichtsprozent. Beispiele für geeignete zähmachende Mittel sind im US-Patent Nr. 4,327,203 beschrieben. Zu diesen Mitteln gehören Cycloalkylacrylate oder -methacrylate wie beispielsweise: Methylacrylat und -methacrylat, Tertiärbutylcyclohexylmethacrylat, Isopropylcyclopentylacrylat, Tertiärpentylcycloheptylmethacrylat, Tertiärbutylcyclohexylacrylat, Isohexylcyclopentylacrylat und Methylisopentylcyclooctylacrylat. Weitere Beispiele für geeignete zähmachende Mittel sind im US-Patent Nr. 4,355,147 beschrieben. Diese Literaturstelle beschreibt polycyclische Acrylate oder Methacrylate wie beispielsweise: Isobornylacrylat und -methacrylat, Dicyclopentadienylacrylat und -methacrylat, Adamantylacrylat und -methacrylat und Isopinocamphylacrylat und -methacrylat. Weitere Beispiele für zähmachende Mittel sind im US-Patent Nr. 5,270,418 angegeben. Diese Literaturstelle beschreibt verzweigte Alkylhydroxylcycloalkylacrylate, -methacrylate, -acrylamide und -methacrylamide. Zu repräsentativen Beispielen gehören: 4-t-Butyl, 2-hydroxycyclohexylmethacrylat (TBE); : 4-t-Butyl, 2-hydroxycyclopentylmethacrylat; Methacryloxyamino-4-t-butyl-2-hydroxycyclohexan; 6-Isopentyl, 3-hydroxycyclohexylmethacrylat; und Methacryloxyamino, 2-isohexyl, 5-hydroxycyclopentan.
Interne Netzmittel können ebenfalls zum Erhöhen der Benetzbarkeit solcher Hydrogelzusammensetzungen verwendet werden. Zu Beispielen für geeignete interne Netzmittel gehören N-Alkyenoyltrialkylsilylaminate, die im US-Patent Nr. 4,652,622 beschrieben sind. Diese Mittel können durch die allgemeine Formel wiedergegeben werden:
CH&sub2;=C(E)C(O)N(H)CH(G)CH&sub2;)qC(O)OSi(V)&sub3;
worin:
E Wasserstoff oder Methyl ist,
G (CH&sub2;)rC(O)OSi(V)&sub3; oder Wasserstoff ist,
V Methyl, Ethyl oder Propyl ist,
q eine ganze Zahl von 1 bis 15 ist,
r eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist,
q + r eine ganze Zahl von 1 bis 15 ist, wobei dieses Mittel nachstehend als NATA bezeichnet wird.
Acryloxy- und Methacryloxy-, Amino-mono- und dicarbonsäuren, nachstehend NAA, verleihen Polysiloxanpolymeren erwünschte Oberflächenbenetzungseigenschaften, fallen jedoch aus Siloxanmonomermischungen aus, bevor die Polymerisation beendet ist. NAA kann so abgewandelt werden, dass es Trialkylsilylester bildet, welche leichter in Polysiloxanpolymere eingearbeitet werden. Die bevorzugten NATAs sind Trimethylsilyl- N-methacryloxyglutamat, Triethylsilyl-N-methacryloxyglutamat, Trimethyl-N-methacryloxy-6-aminohexanoat, Trimethylsilyl-N-methacryloxy-aminododecanoat und Bis-trimethylsilyl-N-methacryloxyaspartat.
Zu bevorzugten Netzmitteln gehören auch Acryl- und Methacrylsäuren und Derivate davon. In der Regel machen solche Netzmittel weniger als 5 Gewichtsprozent der Zusammensetzung aus.
Zu weiteren bevorzugten internen Netzmitteln gehören Oxazolone, die im US-Patent Nr. 4,810,764 von Friends et al., erteilt am 7. März 1989, beschrieben sind. Diese Materialien können durch die folgende Formel wiedergegeben werden:
worin:
R&sub2;&sub8; und R&sub2;&sub9; unabhängig voneinander aus Wasserstoff oder Methyl ausgewählt sind, und R&sub3;&sub0; und R&sub3;&sub1; unabhängig voneinander aus Methyl- oder Cyclohexylresten ausgewählt sind.
Zu diesen bevorzugten internen Netzmitteln gehören speziell 2-Isopropenyl-4,4- dimethyl-2-oxazolin-5-on (IPDMO), 2-Vinyl-4,4-dimethyl-2-oxazolin-5-on (VDMO), Gyclohexan-spiro-4'-(2'-isopropenyl-2'-oxazol-5'-on) (IPCO), Cyclohexan-spiro-4'-(2'- vinyl-2'-oxazol-5'-on) (VCO) und 2-(-1-Propenyl)-4,4-dimethyl-oxazol-5-on (PDMO). Die Herstellung solcher Oxazolone ist im Fachgebiet bekannt und ist im US-Patent Nr. 4,810,764 beschrieben.
Diese bevorzugten internen Netzmittel weisen zwei wichtige Merkmale auf, welche sie zu besonders begehrenswerten Netzmitteln machen: (1) sie sind relativ unpolar und mit den hydrophoben Monomeren (den Polysiloxanen und den zähmachenden Mitteln) verträglich, und (2) sie werden bei einer milden Hydrolyse in hochpolare Aminosäuren umgewandelt, welche wesentliche benetzende Eigenschaften verleihen. Wenn sie in Gegenwart von anderen Komponenten polymerisiert werden, wird ein Copolymer gebildet. Diese internen Netzmittel polymerisieren über die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung mit den endständigen Gruppen der Polysiloxanmonomere und mit den zähmachenden Mitteln unter Bildung von copolymeren Materialien, die insbesondere in biomedizinischen Vorrichtungen, speziell in Kontaktlinsen brauchbar sind.
Wie bereits erwähnt umfassen die Hydrogelzusammensetzungen, die Gegenstand der Erfindung sind, hydrophile monomere Einheiten. Zu Beispielen für geeignete hydrophile monomere Einheiten gehören die in den US-Patenten Nr. 4,259,467; 4,260,725; 4,440,918; 4,910,277; 4,954,587; 4,990,582; 5,010,141; 5,079,319; 5,310,779; 5,321,108; 5,358,995; 5,387,662, welche alle durch Bezugnahme hier aufgenommen sind, beschriebenen Einheiten. Zu Beispielen für bevorzugte hydrophile Monomere gehören sowohl acryl- als auch vinylhaltige Monomere.
Bevorzugte hydrophile Monomere können entweder acryl- oder vinylhaltig sein. Solche hydrophilen Monomere können selbst als Vernetzungsmittel verwendet werden. Der Begriff "vinyl-artige" oder "vinylhaltige" Monomere bezieht sich auf Monomere, welche die Vinylgruppierung (CH&sub2;=CQH) enthalten und im Allgemeinen hochreaktiv sind. Solche hydrophilen vinylhaltigen Monomere polymerisieren bekannt relativ leicht. "Acrylartige" oder "acryl-haltige" Monomere sind die Monomere, welche die Acrylgruppe enthalten, die durch die folgende Formel wiedergegeben wird:
worin X vorzugsweise Wasserstoff oder Methyl ist und Y vorzugsweise -O-, -OQ-, -NH-, -NQ- und -NH(Q)- ist, worin Q charakteristischerweise eine Alkyl- oder substituierte Alkylgruppe ist. Solche Monomere polymerisieren bekanntlich leicht.
Zu bevorzugten hydrophilen vinylhaltigen Monomeren, welche in die Hydrogele der vorliegenden Erfindung eingebaut werden können, gehören Monomere wie N-Vinyllactame (z. B. N-Vinylpyrrolidon (NVP)), N-Vinyl-N-methylacetamid, N-Vinyl-N-ethylacetamid, N-Vinyl-N-ethylformamid, N-Vinylformamid, wobei NVP am meisten bevorzugt ist.
Zu bevorzugten hydrophilen acrylhaltigen Monomeren, welche in das Hydrogel der vorliegenden Erfindung eingebaut werden können, gehören hydrophile Monomere wie N,N-Dimethylacrylamid (DMA), 2-Hydroxyethylmethacrylat, Glycerolmethacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylamid, Methacrylsäure und Acrylsäure, wobei DMA am meisten bevorzugt ist.
Wenn sowohl ein acrylhaltiges Monomer als auch ein vinylhaltiges Monomer in der Erfindung eingebaut werden, kann ein weiteres Vernetzungsmittel, das sowohl eine polymerisierbare Vinylgruppe als auch eine polymerisierbare Acrylgruppe aufweist, verwendet werden, Wie beispielsweise die Vernetzer, die der Gegenstand von US-Patent Nr. 5,310,779, erteilt am 10. Mai 1994, sind, wobei der gesamte Inhalt dieses Patents durch Bezugnahme hier aufgenommen ist. Solche Vernetzer tragen dazu bei, das resultierende Copolymer vollständig UV-härtbar zu machen. Das Copolymer könnte jedoch auch allein durch Erwärmen oder mit einer kombinierten UV- und Wärmebehandlung gehärtet werden. Fotoinitiatoren und/oder thermische Initiatoren, die zum Härten des Copolymers erforderlich sind, sind in der Monomermischung enthalten, wie Fachleuten wohlbekannt ist. Zu weiteren Vernetzungsmitteln, welche in das siliconhaltige Hydrogel eingearbeitet werden können, gehören die vorstehend beschriebenen Vernetzungsmittel.
Es können auch weitere Methoden zum Erhöhen der Benetzbarkeit von Zusammensetzungen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung verwendet werden, z. B. Plasmaoberflächenbehandlungsmethoden, die im Fachgebiet wohlbekannt sind.
Besonders bevorzugte Hydrogelzusammensetzungen umfassen ungefähr 5 bis ungefähr 20 Gewichtsprozent monomere Einheiten, die durch Formel I wiedergegeben werden, 5 bis 60 Gewichtsprozent der monomeren Einheiten, die durch Formel IV wiedergegeben werden, und 20 bis 60 Gewichtsprozent hydrophile monomere Einheiten.
Die in dieser Erfindung eingesetzten Monomermischungen können durch herkömmliche Verfahren wie eine UV-Polymerisation oder thermische Polymerisation oder Kombinationen davon, welche üblicherweise beim Polymerisieren von ethylenisch ungesättigten Verbindungen verwendet werden, leicht zu gegossenen Formteilen ausgehärtet werden. Repräsentative thermische Radikalkettenpolymerisationsinitiatoren sind organische Peroxide, wie beispielsweise Acetalperoxid, Lauroylperoxid, Decanoylperoxid, Stearoylperoxid, Benzoylperoxid, Tertiärbutylperoxypivalat, Peroxydicarbonat und dergleichen, die in einer Konzentration von ungefähr 0,01 bis 1 Gewichtsprozent der gesamten Monomermischung eingesetzt werden. Repräsentative UV-Initiatoren sind die im Fachgebiet bekannten, wie z. B. Benzoinmethylether, Benzoinethylether, Darocur 1173, 1164, 2273, 1116, 2959, 3331 (EM Industries) und Igracur 651 und 184 (Ciba-Geigy).
Die Polymerisation der monomeren Einheiten dieser Erfindung mit anderen Comonomeren erfolgt im Allgemeinen (mit Vernetzungsmitteln) in Gegenwart eines Verdünnungsmittels. Das Polymerisationsprodukt liegt dann in Form eines Gels vor. Wenn das Verdünnungsmittel nichtwässrig ist, muss das Verdünnungsmittel aus dem Gel entfernt und durch Wasser ersetzt werden, wobei Arbeitsvorschriften für die Extraktion und Hydratisierung verwendet werden, die Fachleuten wohlbekannt sind. Es ist auch möglich, die Polymerisation in Abwesenheit eines Verdünnungsmittels durchzuführen, um ein Xerogel herzustellen. Diese Xerogele können anschließend hydratisiert werden, um die Hydrogele zu bilden, wie im Fachgebiet wohlbekannt ist.
Außer den vorstehend erwähnten Polymerisationsinitiatoren kann das Copolymer der vorliegenden Erfindung auch andere Monomere enthalten, wie dem Fachmann bekannt ist. Zum Beispiel kann die Monomermischung Farbmittel oder UV-absorbierende Mittel wie beispielsweise die auf dem Gebiet der Kontaktlinsen bekannten Mittel enthalten.
Die vorliegende Erfindung stellt Materialien bereit, welche für den Einsatz zur Herstellung von Prothesen wie Herzklappen und intraokulären Linsen, Filmen, chirurgischen Vorrichtungen, Herzklappen, Gefäßersatzmaterialien, Intrauterinspiralen, Membranen und anderen Filmen, Scheidewänden, chirurgischen Implantaten, Blutgefäßen, künstlichen Harnleitern, künstlichem Brustgewebe und Membranen, die dazu bestimmt sind, mit Körperflüssigkeiten außerhalb des Körpers in Kontakt zu kommen, z. B. Membranen für eine Nierendialyse und Herzlungenmaschinen und dergleichen, Kathetern, Mundschutzvorrichtungen, Zahnschutzlack, intraokulären Vorrichtungen und insbesondere Kontaktlinsen brauchbar sind.
Die Polymere dieser Erfindung können durch Schleudergussverfahren (wie beispielsweise die in den US-Patenten Nr. 3,408,429 und 3,496,254 offenbarten Verfahren), Gießen oder ein beliebiges anderes bekanntes Verfahren zum Herstellen von Kontaktlinsen zu Kontaktlinsen verarbeitet werden. Die Polymerisation kann entweder in einer rotierenden Form oder in einer stationären Form, die einer erwünschten Kontaktlinsengestalt entspricht, erfolgen. Die Linse kann ferner einer mechanischen Nachbearbeitung unterzogen werden, sofern ein Anlass dazu besteht. Die Polymerisation kann auch in einer passenden Form oder einem Gefäß erfolgen, um Knöpfe, Platten oder Stangen zu bilden, welche anschließend weiterverarbeitet (z. B. mit Hilfe einer Drehbank oder eines Lasers geschnitten oder poliert) werden können, um eine Kontaktlinse mit einer gewünschten Gestalt zu ergeben.
Wenn sie zur Herstellung von Kontaktlinsen verwendet werden, ist es bevorzugt, dass die Hydrogele, die der Gegenstand der Erfindung sind, Wassergehalte von ungefähr 20 bis ungefähr 70 Gewichtsprozent aufweisen. Außerdem ist es bevorzugt, dass solche Hydrogele einen Modul von ungefähr 20 g/mm² bis ungefähr 150 g/mm² und mehr bevorzugt von ungefähr 30 g/mm² bis ungefähr 100 g/mm² aufweisen.
Zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung werden nachstehend verschiedene Beispiele angegeben. Diese Beispiele dienen nur dazu, Aspekte der Erfindung weiter zu erläutern und sollten nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden.

BEISPIEL I

Es wurden verschiedene Hydrogel-polysiloxan-zusammensetzungen hergestellt, die variierende Anteile der mit ethylenischen Endgruppen versehenen siloxanhaltigen monomeren Einheiten, die durch Formel V wiedergegeben werden (RD542), hydrophile monomere Einheiten, N,N-Dimethylacrylamid (DMA) und die monomere Einheit, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist und durch Formel II wiedergegeben wird (MO), enthalten. Der spezifische Anteil der jeweiligen monomeren Einheiten ist in Tabelle I nachstehend angegeben. Verschiedene mechanische Eigenschaften der beispielhaften Zusammensetzungen wurden geprüft, die Ergebnisse davon sind ebenfalls in Tabelle I angegeben.
Die allgemein durch Formel V wiedergegebene monomere Einheit, d. h. Poly (25 mol% Octafluorpentyloxypropylmethylsiloxan)-co-(75 mol% Dimethylsiloxan), die nachstehend als "RD542" bezeichnet wird, wurde wie folgt hergestellt.

(a) Herstellung eines Poly 75 mol% Dimethylsiloxan-co-25 mol% Methylsiloxanhydrid-Vorpolymers mit endständigen Methacrylatgruppen DP 100

In einen 1000 ml-Rundkolben werden unter trockenem Stickstoff Octamethylcyclotetrasiloxan (371,9 g, 1,25 mol), Tetramethylcyclotetrasiloxan (100,4 g, 0,42 mol) und 1,3-Bis-methacryloxybutyltetramethyldisiloxan (27,7 g, 0,7 mol) gegeben. Trifluormethansulfonsäure (0,25%, 1,25 g) wird als Initiator zugegeben. Die Reaktionsmischung wird über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend werden zehn Gramm Natriumbicarbonat zugegeben und die Reaktionsmischung wird erneut über Nacht gerührt. Die resultierende Lösung wird filtriert und bei 50ºC in ein Hochvakuum gebracht, um die nichtumgesetzten cyclischen Verbindungen zu entfernen. Die Vorpolymerstruktur wird durch NMR-Spektroskopie bestätigt.

(b) Herstellung eines Poly 75 mol% Dimethylsiloxan-co-25 mol% (Methyloctafluorpentyloxypropyl)siloxan-Vorpolymers mit endständigen Methacrylatgruppen DP 100

In einen 500 ml-Rundkolben, der mit einem Magnetrührer und einem Wasserkühler ausgestattet ist, werden 15 g (0,002 mol) des Siliconhydridvorpolymers (vorstehend hergestellt), 27,2 g (0,1 mol) Allyloxyoctafluorpentan, 60 ul eines Tetramethyldisiloxanplatinkomplexes (erhältlich von Huels) und 80 ml wasserfreies Tetrahydrofuran und 80 ml Dioxan unter trockenem Stickstoff gegeben. Die Reaktionsmischung wird auf 75ºC erwärmt und die Reaktion wird durch IR-Spektroskopie im Hinblick auf die Abnahme des Siliconhydrids überwacht. Wenn das Siliconhydrid umgesetzt ist, wird die Reaktionsmischung gekühlt und das nichtumgesetzte Allyloxyoctafluorpentan wird durch Erwärmen des Produkts unter Hochvakuum auf 50ºC für eine Stunde entfernt. Die Struktur des resultierenden Octafluor-substituierten Vorpolymers wird durch NMR-Spektroskopie bestätigt.
Die durch Formel II wiedergegebene monomere Einheit, d. h. 1-(Methacryloxypropyl)-3- (3-(2,2,3,3,4,4,5,5-octafluorpentoxy)-propyl)tetramethyldisiloxan, das nachstehend als "MO" bezeichnet wird, wurde wie folgt hergestellt:
In einen 1 l-Rundkolben werden 1,3-Tetramethyldisiloxan (100 g, 0,774 mol), Allyloxytrimethylsilan (97,0 g, 0,779 mol), 0,008 g (TRIS(triphenylphosphin)rhodium)chlorid und 400 ml Toluol gegeben. Die Lösung wird zwei Stunden auf 80ºC erwärmt, wobei nach diesem Zeitraum das Siliconhydrid umgesetzt ist, wie durch ¹H-NMR Spektroskopie gezeigt wird. Das Toluol wird unter Verwendung eines Rotationsverdampfers entfernt und das resultierende Öl wird im Vakuum destilliert (65ºC/1,5 mmHg), um 127,5 g (64,8% Ausbeute) trimethylsilyl-geschütztes Hydroxypropyltetramethyldisiloxan zu erhalten.

(b) Herstellung von 1-(3-Trimethylsilyloxypropyl)-3-(3-(2,2,3,3,4,4,5,5- octafluorpentoxy)-propyl)tetramethyldisiloxan

in einen 1 l-Rundkolben werden trimethylsilyl-geschütztes Hydroxypropyltetramethyldi- siloxan (60 g, 0,227 mol), Allyloxyoctafluorpentan (74,1 g, 0,272 mol), ein Platindivinyltetramethyldisiloxankomplex (113 ul, 0,002 mol/ul Katalysator), 200 ml THF und 200 ml 1,4-Dioxan gegeben. Die Lösung wird drei Stunden auf 80ºC erwärmt, wobei nach diesem Zeitraum das Lösungsmittel unter Verwendung eines Rotationsverdampfers entfernt wird. Das resultierende Öl wird durch 50 g Silicagel geleitet, wobei eine 10/1- Mischung aus Pentan und Methylenchlorid verwendet wird. Das Lösungsmittel wird unter Verwendung eines Rotationsverdampfers entfernt und das resultierende Öl wird im Vakuum destilliert (120ºC/0,2 mmHg), um 103 Gramm eines zu 97% reinen 1-(3-Trimethylsilyloxypropyl)-3-(3-(2,2,3,3,4,4,5,5-octafluor-pentoxypropyl)tetramethyldisiloxans zu erhalten.

(c) 1-(Methacryloxypropyl)-3-(3-(2,2,3,3,4,4,5,5-octafluorpentoxy)-propyl)tetramethyldisiloxan

1-(3-Trimethylsilyloxypropyl)-3-(3-(2,2,3,3,4,4,5,5-octafluorpentoxypropyl)tetramethyldisiloxan (53,7 g, 0,1 mol) wird in 540 ml Methanol gelöst. Zu dieser Lösung werden 8,8 ml einer 10%igen Lösung von Essigsäure bei Raumtemperatur zugegeben. Die Mischung wird eine Stunde gerührt und das Lösungsmittel wird bei 40ºC an einem Rotationsverdampfer entfernt. Das resultierende Öl wird in 300 ml Hexan gelöst und viermal mit destilliertem Wasser gewaschen. Die organische Lösung wird gesammelt, über Magnesiumsulfat getrocknet und filtriert.
Das filtrierte Reaktionsprodukt von oben (1-(3-Hydroxypropyl)-3-(3-(2,2,3,3,4,4,5,5- octafluorpentoxypropyl)tetramethyldisiloxan), (46,3 g, 0,1 mol) wird in einen 1 l-Rundkolben zusammen mit Triethylamin (11,1 g, 0,110 mol) gegeben. Die Lösung wird auf 0ºC gekühlt und Methacryloxychlorid (11,5 g, 0,11 mol) wird langsam zugegeben. Im Anschluss an die Zugabe von Methacryloxychlorid wird die Lösung auf Raumtemperatur gebracht und über Nacht rühren gelassen. Am nächsten Tag wird die resultierende Lösung zweimal mit 1N HCl, zweimal mit 2N NaOH und zweimal mit destilliertem Wasser extrahiert. Die organische Schicht wird gesammelt und über Magnesiumsulfat getrocknet. Die Lösung wird filtriert und das Lösungsmittel wird entfernt, wobei ein Rotationsverdampfer verwendet wird. Das resultierende Öl wird durch 50 g Silicagel geleitet, wobei eine 10/1-Mischung aus Pentan und Methylenchlorid verwendet wird. Das Lösungsmittel wird unter Verwendung eines Rotationsverdampfers entfernt und das resultierende Öl wird im Vakuum destilliert (120ºC/0,1 mmHg), um 34,1 Gramm (64% Ausbeute) von zu 95% reinem 1-(3-Methacryloxypropyl)-3-(3-(2,2,3,3,4,4,5,5- octafluorpentoxypropyl)tetramethyldisiloxan zu erhalten.
Einen Überblick über diese Synthese gibt das folgende Reaktionsschema:
Syntheseschema, das zum Herstellen von MO verwendet wird Die jeweiligen Bestandteile von jeder Probe wurden in den in Tabelle I angegebenen Verhältnissen zusammen mit einem UV-Initiator vereinigt und annähernd 20 Minuten lang vermischt. Jede der Zusammensetzungen würde einzeln als Film gegossen und im Hinblick auf verschiedene mechanische Eigenschaften bewertet, wobei die folgende Arbeitsweise verwendet wurde. Filme für jede Zusammensetzung wurden zwischen silanisierte Glasplatten mit einem 0,3 mm-Abstandshalter aus Teflon gegossen, wobei die folgenden Härtungsbedingungen verwendet wurden: 2 Stunden UV mit einer Intensität von 3500 uW/cm². Der UV-Inititator war Darocur 1173 (Konzentration 0,5%). Die resultierenden Filme wurden 16 Stunden in 2-Propanol und zwei Stunden in destilliertem Wasser extrahiert, gefolgt von einer 16-stündigen Hydratisierung in phosphat-gepufferter Salzlösung (pH 7,3). Die mechanischen Eigenschaften der Filme wurden an einem Instron Model 4500 bestimmt, wobei die ASTM-Verfahren 1708 und 1938 verwendet wurden. Die Sauerstoffdurchlässigkeit (DK) wurde unter Verwendung des polarographischen Untersuchungsverfahrens bestimmt (I. Fatt, J.E. Rasson und J.B. Melpolder ICLC J., 14, 38 (1987). Die Prüfung der hydrolytischen Stabilität bestand darin, die zu prüfenden Filme in phosphat-gepufferter Salzlösung 3, 5, 7 und 14 Tage bei 80ºC zu erwärmen und die Änderungen des Gewichts und des Wassergehaltes zu beobachten. Die Ergebnisse der Bewertung der mechanischen Eigenschaften für jede Zusammensetzung sind in Tabelle I angegeben. Tabelle I
Tabelle I gibt den Modul, die Reißfestigkeit, die Sauerstoffdurchlässigkeit (DK) und den Wassergehalt für drei Hydrogelzusammensetzungen an. Die erste Zusammensetzung war eine Kontrolle und enthielt keine durch Formel II wiedergegebene monomere Einheit. Die zweiten und dritten Hydrogelzusammensetzungen enthielten 20 bzw. 40 Gewichtsprozent der durch Formel II wiedergegebenen monomeren Einheit (MO). Wie aus den Moduldaten der Tabelle I hervorgeht, wies die Kontrollzusammensetzung einen erheblich höheren Modul auf als die anderen Zusammensetzungen, welche MO enthielten.

BEISPIEL II

Es wurden verschiedene Hydrogel-polysiloxan-zusammensetzungen wie in Beispiel I hergestellt, mit der Ausnahme, dass die siloxanhaltigen monomeren Einheiten durch eine Urethan-Siloxan-haltige monomere Einheit ersetzt wurden, die durch Formel XIII wiedergegeben wird. Genauer gesagt ist die Urethanmonomereinheit die gleiche wie die von Beispiel 11 im US-Patent Nr. 5,034,461. Die Herstellung der monomeren Einheit ist im Fachgebiet bekannt und ist ebenfalls im US-Patent Nr. 5,034,461 angegeben. Wie bei Beispiel I wurden die Beispielzusammensetzungen im Hinblick auf verschiedene mechanischen Eigenschaften getestet, wie in Tabelle II angegeben ist. Tabelle II
Tabelle II gibt den Modul, die Reißfestigkeit, die Sauerdurchlässigkeit (DK), die Dehnung und den Wassergehalt für vier Hydrogelzusammensetzungen an. Die erste Zusammensetzung war eine Kontrolle und enthielt keine durch Formel II wiedergegebene monomere Einheit. Die zweiten, dritten und vierten Hydrogelzusammensetzungen enthielten 10, 20 bzw. 30 Gewichtsprozent der durch Formel II wiedergegebenen monomeren Einheit (MO). Wie aus den Moduldaten von Tabelle II hervorgeht, wies die Kontrollzusammensetzung einen signifikant höheren Modul auf als die anderen Zusammensetzungen, welche MO enthielten.

BEISPIEL III

Wenngleich die Synthese von monomeren Einheiten, die durch Formel III wiedergegeben werden, im Fachgebiet bekannt ist, wird eine zusätzliche repräsentative Synthese für das spezielle Material angegeben, das durch Formel IV wiedergegeben wird. Genauer gesagt kann Poly (65 mol Trifluorpropylmethylsiloxan)-co-(35 mol% Dimethylsiloxan) wie folgt synthetisiert werden.
Octamethylcyclotetrasiloxan (39,4 g, 0,133 mol), Trifluorpropylcyclotrisiloxan (154,3 g, 0,33 mol) und Methacryloxybutyltetramethyldisiloxan (6,3 g, 0,015 mol) wurden bei Raumtemperatur unter trockenem Stickstoff in einen Rundkolben gegeben. Trifluormethansulfonsäure (0,54 g, 3,6 mmol) wurde zugegeben und die Reaktionsmischung wurde 24 Stunden gerührt. Anschließend wurde Natriumbicarbonat zu dem viskosen Reaktionsprodukt zugegeben und das Rühren 16 Stunden lang fortgesetzt. Im Anschluss an den Neutralisationsvorgang wurde Chlorform (500 ml) zugegeben und die Lösung wurde über Magnesiumsulfat getrocknet und filtriert, wobei ein 5 u Millipore- Teflonfilter verwendet wurde. Das Filtrat wurde in einen Rotationsverdampfer gegeben und das Chlorform wurde entfernt. Das resultierende Vorpolymer wurde tropfenweise mit schnellem Rühren zu 500 ml Methanol zugegeben, um die nichtumgesetzten cyclischen Verbindungen zu entfernen. Die Polymerschicht wurde gesammelt und der Vorgang wurde zweimal wiederholt. Im Anschluss an die dritte Fraktionierung wurde das Polymer gesammelt, in Diethylether gelöst, über Magnesiumsulfat getrocknet und erneut durch einen 5 u Filter filtriert. Die resultierende Lösung wurde in den Rotationsverdampfer gegeben und der Diethylether wurde entfernt. Die Molekülstruktur des gereinigten Materials (150 g, 75%) wurde durch NMR-Spektroskopie bestätigt.

BEISPIEL IV

Wenngleich die Synthese der durch Formel I wiedergegebenen monomeren Einheiten im Fachgebiet bekannt ist, wird eine weitere repräsentative Synthese angegeben. Genauer gesagt wird die Herstellung von Methacrylpropyldi(octafluorpentyloxypropyldimethylsilyloxy)methylsilan nachstehend angegeben.

(a) Herstellung von Methacryloxypropylmethyldi-(methylsiloxy)silan

In einen Dreihalsrundkolben, der mit einem Thermometer und einem Magnetrührer ausgestattet ist, werden Methacryloxypropyldichlormethylsilan (25 g, 0,104 mol), Dimethylchlorsilan (39,2, 0,415 mol), Triethylamin (45,5, 0,450 mol) und 250 ml wasserfreier Diethylether gegeben. Die Reaktionsmischung wird auf -15ºC gekühlt und destilliertes Wasser (14,9, 0,830 mol) wird langsam zugegeben. Die Reaktion wird langsam auf Raumtemperatur gebracht und die Reaktion wird über Nacht gerührt. Die resultierende Lösung wird dreimal mit destilliertem Wasser gewaschen. Die Etherschicht wird gesammelt, über Magnesiumsulfat getrocknet, filtriert und der Diethylether wird unter Verwendung eines Rotationsverdampfers entfernt. Das resultierende Öl wird im Vakuum destilliert (105ºC/0,15 mm), wobei eine 50%ige Ausbeute von zu 94% reinem (bestimmt durch GC) Methacryloxypropyltris(dimethylsilyloxy)silan erhalten wird.

(b) Herstellung von Methacrylpropyldi(octafluorpentyloxypropyldimethylsilyloxy)- methylsilan

In einen 200 ml Rundkolben werden Methacryloxypropyltris(dimethylsilyloxy)silan (8,0 g, 0,0249 mol), Allyloxyoctafluorpentan (15 g, 0,055 mol), 0,030 ml eines Platindivinylkomplexes (Huels) und 80 ml Tetrahydrofuran gegeben. Die Lösung wird eine Stunde refluxiert, wobei nach diesem Zeitraum das Siliconhydrid umgesetzt ist, wie durch ¹H-NMR Spektroskopie gezeigt wird. Das THF und das nichtumgesetzte Allyloxyoctafluorpentan wird entfernt, wobei ein Rotationsverdampfer verwendet wird (50ºC/30 mm), was zu einer quantitativen Ausbeute an Methacrylpropyldi(octafluorpentyloxypropyldimethylsilyloxy)methylsilan führt.

Claims

1. Monomere Einheit, die durch Formel I wiedergegeben wird:

worin:

A eine ethylenisch ungesättigte Gruppe ist,

R und D unabhängig voneinander Alkylen- oder Halogenalkylengruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sind, worin die Kohlenstoffatome Etherbindungen dazwischen enthalten können;

R&sub1;, R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; unabhängig voneinander Alkyl- oder Halogenalkylgruppen, worin Etherbindungen zwischen Kohlenstoffatomen enthalten sein können; Siloxangruppen; und carbocyclische Ringgruppen mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen sind;

m eine ganze Zahl von 1 bis 500 ist; n eine ganze Zahl von 1 bis 20 ist;

x und y 0 oder 1 sind; z 1 oder 2 ist; und x + y + z = 3;

vorausgesetzt, dass mindestens einer der Reste R&sub1; oder R&sub2; eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen ist.

2. Monomere Einheit nach Anspruch 1, worin z 1 ist und R&sub1; und R&sub2; unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Alkylgruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen.

3. Monomere Einheit nach einem der Ansprüche, worin mindestens eine der Halogenalkylengruppen fluorsubstituiert ist.

4. Monomere Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin A ein Ester oder ein Amid von Acrylsäure oder Methacrylsäure ist.

5. Monomere Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin R und D- Alkylengruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen sind, worin die Kohlenstoffatome Etherbindungen dazwischen enthalten können.

6. Monomere Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin R&sub1;, R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; unabhängig voneinander Alkylgruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sind.

7. Monomere Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin n 1 bis 6 beträgt; und m 1 bis 10 beträgt.

8. Monomere Einheit nach Anspruch 1, die durch Formel II wiedergegeben wird:

9. Hydrogelzusammensetzung, die durch Polymerisieren einer Monomermischung gebildet wird, die monomere Einheiten umfasst, die durch Formel I wiedergegeben werden:

worin:

A eine ethylenisch ungesättigte Gruppe ist;

m eine ganze Zahl von 1 bis 500 ist; n eine ganze Zahl von 1 bis 20 ist;

x und y 0 oder 1 sind; z 1 oder 2 ist; und x + y + z = 3;

10. Zusammensetzung nach Anspruch 9, worin z ist und R&sub1;, R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; unabhängig voneinander Alkylgruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sind.

11. Zusammensetzung nach Anspruch 9, die durch Polymerisieren einer Monomermischung gebildet wird, umfassend:

(a) ungefähr 10 bis ungefähr 89 Gew.-% siliconhaltige monomere Einheiten, die sich von den Einheiten der Formel I unterscheiden,

(b) ungefähr 10 bis ungefähr 70 Gew.-% hydrophile monomere Einheiten; und

(c) ungefähr 1 bis ungefähr 50 Gew.-% der monomeren Einheiten, die durch Formel I wiedergegeben werden.

12. Kontaktlinse, umfassend eine Hydrogelzusammensetzung, die durch Polymerisieren einer Monomermischung gebildet wird, die monomere Einheiten umfasst, die durch Formel I wiedergegeben werden:

worin:

A eine ethylenisch ungesättigte Gruppe ist;

R&sub1;, R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; unabhängig voneinander ausgewählt sind aus: Alkyl- oder Halogenalkylgruppen, worin Etherbindungen zwischen Kohlenstoffatomen enthalten sein können; Siloxangruppen; und carbocyclischen Ringgruppen mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen;

m eine ganze Zahl von 1 bis 500 ist; n eine ganze Zahl von 1 bis 20 ist;

x und y 0 oder 1 sind; z 1 oder 2 ist; und x + y + z = 3; vorausgesetzt, dass mindestens einer der Reste R&sub1; oder R&sub2; eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen ist.

13. Kontaktlinse nach Anspruch 12, worin z 1 ist: R&sub1;, R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; unabhängig voneinander ausgewählt sind aus Alkylgruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen; A eine Gruppe ist, die ausgewählt ist aus: einem Ester oder Amid von Acrylsäure oder Methacrylsäure; R und D Alkylgruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen sind, worin die Kohlenstoffatome Etherbindungen dazwischen enthalten können; m 1 bis 10 beträgt; und n 1 bis 6 beträgt.

14. Kontaktlinse nach Anspruch 13, worin die monomeren Einheiten, die durch Formel I wiedergegeben werden, monomere Einheiten umfassen, die durch Formel II wiedergegeben werden:

15. Kontaktlinse nach einem der Ansprüche 12 bis 14, worin das Siliconhydrogel aus einer Monomermischung polymerisiert wird, umfassend:

(a) ungefähr 10 bis ungefähr 89 Gew.-% siliconhaltige monomere Einheiten, die sich von den monomeren Einheiten der Formel 1 unterscheiden;

(b) ungefähr 10 bis ungefähr 70 Gew.-% hydrophile monomere Einheiten; und

16. Kontaktlinse nach Anspruch 15, worin die siliconhaltigen monomeren Einheiten monomere Einheiten umfassen, die durch Formel III wiedergegeben werden:

worin:

A' und A" ethylenisch ungesättigte Gruppen sind;

R' und R" unabhängig voneinander eine Alkylengruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sind, worin die Kohlenstoffatome Etherbindungen dazwischen enthalten können;

R&sub8; bis R&sub1;&sub7; unabhängig voneinander ausgewählt sind aus den Gruppen, die mit Bezug auf R&sub1; bis R&sub4; beschrieben sind;

a eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist;

b und c ganze Zahlen gleich oder größer als 0 sind; und

a + b + c einer ganzen Zahl von 1 bis 1000 gleich ist.

17. Kontaktlinse nach Anspruch 16, worin A' und A" ein Ester oder Amid von Acrylsäure oder Methacrylsäure sind; R' und R" Alkylengruppen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen sind, worin die Kohlenstoffatome Etherbindungen dazwischen enthalten können; und R&sub8; bis R&sub1;&sub7; unabhängig voneinander Alkylgruppen mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen sind.

18. Kontaktlinse nach einem der Ansprüche 13 bis 17, worin die Zusammensetzung einen Young'schen Elastizitätsmodul von ungefähr 20 g/mm² bis ungefähr 150 g/mm² aufweist.

19. Verfahren zum Herstellen einer Hydrogelzusammensetzung, umfassend den Schritt des Polymerisierens einer Monomermischung, die monomere Einheiten umfasst, die durch Formel I wiedergegeben werden:

worin:

A eine ethylenisch ungesättigte Gruppe ist;

m eine ganze Zahl von 1 bis 500 ist; n eine ganze Zahl von 1 bis 20 ist;

x und y 0 oder 1 sind; z 1 oder 2 ist; und x + y + z = 3;