JPH0312104B2 - - Google Patents

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JPH0312104B2
JPH0312104B2 JP55171045A JP17104580A JPH0312104B2 JP H0312104 B2 JPH0312104 B2 JP H0312104B2 JP 55171045 A JP55171045 A JP 55171045A JP 17104580 A JP17104580 A JP 17104580A JP H0312104 B2 JPH0312104 B2 JP H0312104B2
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Japan
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mixture
insoluble
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Ramanraaru Shaa Kitsushoo
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Kendall Co
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

この発明は室温で溶解することなくヒドロゲル
を形成して、その重量の45%以上の水を吸収する
ことのできる組成物に関し、さらに詳細には水溶
性ポリー(ビニルラクタム)又は重合性エチレン
不飽和結合を有する共重合可能なモノマー1〜90
モル%とビニルラクタムとの水溶性共重合体と、
共重合体の総重量に対して、50〜90重量%の疎水
性の水に不溶なエチレン系不飽和モノマー、2〜
12重量%の酸基を含んだエチレン系不飽和モノマ
ー、および15〜45重量%の酸基を含まない親水性
エチレン系不飽和モノマーから誘導される水不溶
性共重合体との光学的に透明な混合物に関する。
好ましいビニルラクタムはN−ビニル−2−ピロ
リドンである。 従来、ポリ(ビニル−ピロリドン)のようなN
−ビニル・ラクタム重合体を、カルボキシ基を含
む水溶性重合体と反応させることによつて不溶化
することが提案されていたが、この反応生成物
は、ストナーの米国特許第2901457号明細書に記
載されているように、両者を混合したときに溶液
から沈澱してしまつた。ストナー等が第4欄第56
〜73行で指摘しているように、そこに記載された
反応生成物は常に実質的に同じ性質をもち、そし
て生成物を作るために使われた2種の共重合体の
割合にかかわらず、同じ割合で2種の重合体成分
を含んでいる。一方、この発明の組成物は出発原
料の割合に応じて性質と成分割合が変化する。ま
た、オドリスコール等の米国特許第3700761号明
細書、グルスザの米国特許第3807398号明細書、
およびブフ等の米国特許第4018853号明細書には、
親水性メタアクリレート・モノマーをポリ(ビニ
ル−ピロリドン)の存在下で重合させて、共有的
架橋結合をしたヒドロゲルを得ることが提案され
ている。 更に、Boyer−KawenokiはCompt.Rend.、
Sec.C、Vol.263、第278頁(Chem.Abs.Vol.65
20283d)1966年において、ポリ−(ビニルピロリ
ドン)とポリ−(アクリル酸)との付加生成物の
IRスペクトルはピロリドンのカルボニル基とポ
リ−(アクリル酸)のカルボキシル基との間に水
素結合のあることを示している。Ono等の米国特
許第3975570号には、アルキルアクリレートとア
クリル酸又はメタクリル酸との共重合体である通
常の感圧性接着剤の湿分浸誘性が、それにヒドロ
キシエチルセルロースを混合することによつて改
善されるとの提案がなされており、そのような接
着剤とポリ−(ビニルピロリドン)の混合物は改
善された湿分浸透性を示さなかつたと述べてい
る。ポリ−(ビニルラクタム)と種々の共重合体
とのその他の混合物がShahの1980年4月4日付
の米国特許出願(SherialNo.)第137297号及び
ShahとTeminの1980年4月23日付の米国特許出
願第142986号(共に係続中)に記載されている。 この発明は、室温で溶解することなくその重量
の45%以上の水を吸収して光学的に透明なヒドロ
ゲルを形成することのできる下記(1)及び(2)の光学
的に透明な混合物からなる組成物を提供するもの
である:即ち、 (1) 混合物の総重量に対して40〜98重量%の、次
の構造式 (式中、Xは炭素原子数3〜5のアルキレン基
である。)で示されるビニルラクタムの水溶性
重合体、又は重合性エチレン系不飽和結合を有
する共重合性モノマー1〜90モル%とこのラク
タムとの水溶性共重合体であつて、前記の重合
体又は共重合体の分子量が少なくとも10000で
あるもの; (2) 混合物の総重量に対して2〜60重量%の、メ
チルメタクリレート、n−ブチルメタクリレー
ト、スチレン及び2−エチルヘキシルアクリレ
ートの群から選択されるモノマー50〜90重量
%、アクリル酸2〜12重量%とメタアクリルア
ミド、p−スチレンスルフオンアミド及びヒド
ロキシエチルメタクリレートの群から選択され
るモノマー15〜45重量%から誘導される水不溶
性共重合体。 この発明の組成物は、室温で水に浸すとその重
量の45%以上の水を吸収することができるし、そ
の重量の10倍以上の水でさえ吸収することもあ
る。そのような大量の水を吸収したにもかかわら
ず、組成物は凝集性と形を保ち、溶解しない。こ
れらの特徴によつて、この発明の組成物は、ヒド
ロゲルが生体組織や体腔に密接に接触することが
必要ないくつかの生医学的目的に特に有用であ
る。 混合物中の水溶性ビニルラクタム(好ましくは
ビニルピロリドン)重合体又は共重合体と水に不
溶性の共重合体との間の相互作用のメカニズムは
十分に分からないが、この混合物はゲルパーミツ
シヨンクロマトグラフイーによつて2種の重合体
成分に分離することができる点で、化学反応生成
物というよりむしろ物理的混合物のようにふるま
う。混合物は光学的に透明で、実質的にくもつて
いないので、ビニルラクタム重合体又は共重合体
が水溶性で該(2)の共重合体が水不溶性であるにも
かかわらず、混合物が均質であることを示してい
る。電子顕微鏡を使つて高倍率で観察すると、水
溶性のビニルラクタム重合体又は共重合体の連続
相中に水不溶性物質の微小相区域(直径が4000Å
以下)が分散しているのが見られる。これらの水
不溶性共重合体の微小相区域の存在によつて、連
続相の重合体が水に溶解するのが防止できる。し
かし共有性架橋結合の重合体とは違つて、混合物
は非熱可塑性ではない。すなわち、この混合物は
ほどほどの加圧下で150℃位の温度、時にはそれ
より低温での反復成形性を有している。成形され
た組成物は水で膨張したとき彎曲して室温でその
形を保持する。半顕微鏡的分散粒子(微小相区
域)が親水性連続相(それ自体が水溶性である)
の溶解を防止するための多重架橋として作用して
いる、この発明の組成物は新しい種類のヒドロゲ
ルを形成し、弱い凝集力、水素結合、イオン結
合、あるいは共有結合によつて得られる架橋を有
するものとは区別される。 本発明において、その水溶性重合体及び水溶性
共重合体を使用することのできるN−ビニルラク
タムは次の構造式 (式中、Xは炭素原子数3〜5のアルキレン基を
表わす。)を持つものがあげられ、例えば1−ビ
ニル−2−ピロリドン、1−ビニル−5−メチル
−2−ピロリドン、1−ビニル−2−ピペリドン
及びN−ビニル−ε−カプロラクタムがある。N
−ビニルラクタムが共重合してN−ビニルラクタ
ムを1〜99、好ましくは25〜99モル%と、従つて
共重合体1〜90、好ましくは1〜75モル%とを含
む共重合体を形成することのできる共重合性モノ
マーには、N,N−ジメチルアクリルアミド、グ
リセリルメタクリレート、ジエチレン若しくはト
リエチレングリコールモノメタクリレート又はそ
の他の親水性モノマー類、並びにビニルアセテー
ト、アルキルアクリレート若しくはメタクリレー
ト、ビニルアルキルエーテル、アクリロニトリ
ル、ビニルクロリド、又は他の疎水性モノマーが
ある。 それ自体で水不溶性の単独重合体を形成するビ
ニルアセテートのようなモノマーの場合には、所
望の水溶性重合体を作るのに用いることのできる
そのようなモノマーの上限値は、水溶性単独重合
体を形成するN,N−ジメチルアクリルアミドの
ようなモノマーの場合よりも低い。これら重合体
及び共重合体は分子量が10000〜1000000以上を有
するが、分子量100000〜1000000のものが好まし
い。1−ビニル−2−ピロリドンの重合体及び共
重合体が好ましい。 この発明の組成物において、ビニルラクタム重
合体又は共重合体と混合して使用できる水不溶性
共重合体は、3タイプのモノマーの共重合体であ
り、第1番目のモノマーは、50〜90重量%含有さ
れ、メチルメタクリレート、n−ブチルメタクリ
レート、スチレン及び2−エチルヘキシルアクリ
レートの群から選択される疎水性の水に不溶なエ
チレン系不飽和モノマーであり、第2番目のモノ
マーは、2〜12重量%含有され、カルボキシル基
を有するアクリル酸であり、第3番目のモノマー
は、15〜45重量%含有され、11〔カロリ/cm21/2
上の溶解係数を有し、酸基を含まない、メタアク
リルアミド、p−スチレンスルフオンアミド及び
ヒドロキシエチルメタクリレートの群から選択さ
れる親水性のエチレン系不飽和モノマーである。 3つのタイプのモノマーのそれぞれについて、
同じタイプのモノマーを2種類あるいはそれ以上
の別々のモノマーを混合して使うことができる。 混合物の水和した形態での、水不溶性共重合体
の水溶性ビニルラクタム重合体又は共重合体に対
する調和性あるいは非調和性、すなわち、この発
明で使用するためのその安定性は、それぞれの場
合に室温で水中で平衡させた後の2種類の重合体
の混合物を肉眼観察することによつて、容易に調
べることができる。もしも混合物が透明で光学的
に澄んでおり、20℃で水に浸した後も水に溶解す
ることなく、光学的に透明であるままならば、満
足できるヒドロゲルが生成している。もし混合物
が水中で平衡化した後くもつていたり半透明であ
るならば、また20℃で水に溶解する場合には、そ
のような共重合体から作られた混合物は満足すべ
きものではないし、機械的性質が弱い。混合組成
物が水和した形で満足すべき機械的性質を持つた
めには、ヒドロゲル中の水不溶性重合体の微小相
区域の大きさが4000Å以上であつてはならない、
好ましくは約1000Å以下でなければならない。 水不溶性重合体中の異なるモノマーの相対的割
合は広く変えうる。3つのタイプのモノマーの正
確な割合は各場合に必要とされる疎水性−親水性
バランスによつて決定される。 したがつて好適な水不溶性共重合体の例として
は、共重合体の総重量に対して、メチルメタクリ
レート(またはスチレン、あるいは2−エチルヘ
キシルアクリレート)が55〜70重量%、アクリル
酸が2〜12重量%、そしてメタクリルアミドが25
〜45重量%のものである。 他の好適な水不溶性共重合体の例は、n−ブチ
ルメタクリレートが共重合体の総重量に対して55
〜80重量%、アクリル酸が2〜12重量%、そして
メタクリルアミドが15〜35重量%のものである。 他の好適な水不溶性共重合体の例は、n−ブチ
ルメタクリレートが共重合体の総量に対して50〜
78重量%、アクリル酸が2〜12重量%、親水性p
−スチレンスルホンアミドが20〜35重量%のもの
である。もうひとつの好適な水不溶性共重合体
は、n−ブチルメタクリレートが共重合体の総量
の55〜70重量%、アクリル酸が2〜12重量%、そ
してヒドロキシエチル−メタアクリレートが25〜
43重量%のものである。 混合物における水溶性ビニルラクタム重合体又
は共重合体と水不溶性共重合体の相対的割合は、
広範囲で変化し、混合物の総重量に対して、前者
が40〜98重量%、好ましくは50〜98重量%、そし
て水不溶性共重合体が2〜60重量%、好ましくは
2〜50重量%のものである。その範囲内での各成
分の最適割合は、混合物中に存在する重合体又は
共重合体の性質と同様に、混合物において所望さ
れる特性に応じて変化する。混合物の水不溶性共
重合体の割合が大きくなればなるほど、得られる
ヒドロゲルの平衡水分含有量が小さくなる。 この発明の配合ヒドロゲルの水分含有量は、水
溶性及び水不溶性の重合体並びに共重合体、及び
その混合物における割合を、特にポリ−(N−ビ
ニル−2−ピロリドン)が混合物の水溶性成分で
ある場合に、適当に選択することによつて、ほぼ
30〜90%またはそれ以上に変化させることができ
る。 一般に、ヒドロゲルの水分含有量が高ければ高
いほど、その機械的性質は弱くなる。 混合物は相互に混和しやすい適当なビヒクルま
たは溶剤を使つた、水溶性重合体又は共重合体と
水不溶性と共重合体の溶液または分散体を一緒に
混合し、次いでビヒクルまたは溶剤を蒸発などに
より除去することによつて作ることができる。こ
の成分をホツトロールミル上で、あるいは押出し
機内で、または他の適当な混合機中で混合するこ
ともまた可能である。混合物の成形品は適当な溶
剤を使つて流し込むか、あるいは加熱・加圧下に
型に入れて作ることができる。 これらのヒドロゲル形成混合物の熱可塑性は、
混合物に共有性架橋結合合成ヒドロゲルより特に
優れた加工性を与える。ヒドロゲルの機械的およ
び物理的性質(たとえば水分含有量、溶質−水浸
透性、やわらかさ、可撓性、引張り強度)は、水
不溶性共重合体の物理化学的性質および混合物に
おける割合を調整することによつて、容易に設定
することができる。 更に、混合物の物理的性質は、融和性で水溶性
の液状可塑剤、例えばエチレングリコール、ジエ
チレングリコール、グリセリン、又はCarbowax
の商品名で市販されている分子量が約600までの
液状ポリエチレングリコール(オキサイド)を含
有せしめることによつて変えることができる。 この長所によつてこの発明の新規なヒドロゲル
組成物は、火傷や傷用包帯、カテーテルや外科用
縫い糸の被覆剤、ソフトコンタクトレンズ・調節
された速度で薬を送る挿入管、その他の生体組織
や体腔と密接に接触することになる部材(たとえ
ばガラス体および角膜の補てつ)のようないくつ
かの用途に供される。 これらの新しいヒドロゲル形成物質はまた、水
にあまり溶解しない薬を調節供給するものを製造
するのに使うことができる。薬(水不溶性共重合
体に可溶)はこれらのヒドロゲルに加えられる
と、水不溶性区域の何十万もの「貯蔵所」に分散
する。その結果薬の供給速度は水相と非水相にお
ける薬の分配係数、薄膜幾何特性、分散区域の大
きさと数によつて左右される。このような方法
は、機械的強度が不足したりピンホールがあつて
も、薬の供給速度を増加させることがないので有
利である。 この発明の新規組成物の非医学的用途には、自
動車や航空機の窓の内部のようなガラス表面をく
もらないようにコーテングすることがある。被覆
は、適当な溶剤を使つた流し込みによつて、例19
に記載するような混合組成物の薄い被覆剤がガラ
ス表面に付与されて行なわれる。重合体混合物の
被覆は適当な溶剤中の希薄溶液を噴霧することに
よつても行なうことができる。被覆剤はガラスに
対して良好な粘着性があり、無色で、光学的に透
明で、熱い湿つた空気にさらしてもくもらない。 次の具体例はこの発明の性質をより十分に説明
するものであるが、その範囲を限定するものでは
ない。 例 1−13 これらの例の共重合体(以下、単に、共重合体
と言う場合、特に断らない限り水不溶性共重合体
を意味する。)はそれぞれ、適当な溶剤に所望の
割合のモノマーを溶解し、重合反応開始剤として
少量(モノマーの0.2−0.4重量%)の、アゾビス
イソブチルニトリルまたは2−t−ブチルアゾ−
2−シアノプロパンのようなフリーラジカル発生
剤を使うことによつて製造した。重合反応は80〜
95℃で行ない、高率に転化した。水不溶性共重合
体形成のための混合物の組成は表1に示す。例1
〜3の共重合体は反応混合物からメタノール中に
沈澱させ単離し、過で集めて、真空下、100℃
で乾燥した。一方、例5の共重合体は真空下、
100℃で加熱して揮発物を除去して単離した。
This invention relates to compositions capable of forming hydrogels at room temperature without dissolving and absorbing more than 45% of their weight in water, and more particularly to water-soluble poly(vinyl lactams) or polymerizable ethylenically unsaturated Copolymerizable monomer with bond 1-90
a water-soluble copolymer of mol% and vinyllactam;
50-90% by weight of hydrophobic water-insoluble ethylenically unsaturated monomers, based on the total weight of the copolymer;
Optically transparent copolymers derived from ethylenically unsaturated monomers containing 12% by weight of acid groups and from 15 to 45% by weight of hydrophilic ethylenically unsaturated monomers free of acid groups. Concerning mixtures.
A preferred vinyl lactam is N-vinyl-2-pyrrolidone. Traditionally, N such as poly(vinyl-pyrrolidone)
- It has been proposed to insolubilize vinyl lactam polymers by reacting them with water-soluble polymers containing carboxyl groups; this reaction product is described in Stoner, US Pat. No. 2,901,457. As shown, when the two were mixed, they precipitated out of solution. Stoner, etc. is 56th in the 4th column.
As pointed out in lines ~73, the reaction products described therein always have substantially the same properties, and regardless of the proportions of the two copolymers used to make the product. , containing two types of polymer components in equal proportions. On the other hand, the properties and component ratios of the composition of the present invention vary depending on the ratio of starting materials. Also, U.S. Patent No. 3700761 to O'Driscoll et al., U.S. Patent No. 3807398 to Grusza,
and Buch et al., U.S. Pat. No. 4,018,853,
It has been proposed to polymerize hydrophilic methacrylate monomers in the presence of poly(vinyl-pyrrolidone) to obtain covalently crosslinked hydrogels. Furthermore, Boyer-Kawenoki Compt.Rend.
Sec.C, Vol. 263 , page 278 (Chem.Abs.Vol. 65 ,
20283d) In 1966, the addition product of poly(vinylpyrrolidone) and poly(acrylic acid)
The IR spectrum shows the presence of hydrogen bonds between the carbonyl groups of pyrrolidone and the carboxyl groups of poly(acrylic acid). Ono et al., U.S. Pat. No. 3,975,570, discloses that the moisture infiltration properties of conventional pressure sensitive adhesives, which are copolymers of alkyl acrylates and acrylic or methacrylic acids, can be improved by incorporating hydroxyethyl cellulose therein. Suggestions for improvement have been made, stating that mixtures of such adhesives and poly-(vinylpyrrolidone) did not exhibit improved moisture permeability. Other mixtures of poly(vinyl lactam) and various copolymers are disclosed in U.S. Patent Application No. 137,297, filed April 4, 1980 by Shah;
Shah and Temin, U.S. Patent Application No. 142,986, filed April 23, 1980 (co-pending). This invention is made from an optically transparent mixture of (1) and (2) below that can absorb 45% or more of its weight in water without dissolving at room temperature to form an optically transparent hydrogel. (1) 40 to 98% by weight, based on the total weight of the mixture, of the following structural formula: (wherein, X is an alkylene group having 3 to 5 carbon atoms) or a copolymerizable monomer having a polymerizable ethylenically unsaturated bond in an amount of 1 to 90 mol%. a water-soluble copolymer with this lactam, in which the molecular weight of said polymer or copolymer is at least 10,000; (2) methyl methacrylate, in an amount of 2 to 60% by weight, based on the total weight of the mixture; 50-90% by weight of monomers selected from the group of n-butyl methacrylate, styrene and 2-ethylhexyl acrylate, 2-12% by weight of acrylic acid and selected from the group of methacrylamide, p-styrene sulfonamide and hydroxyethyl methacrylate. A water-insoluble copolymer derived from 15 to 45% by weight of monomers. The compositions of this invention can absorb more than 45% of their weight in water when soaked in water at room temperature, and may even absorb more than 10 times their weight in water. Despite absorbing such large amounts of water, the composition remains cohesive and shaped and does not dissolve. These characteristics make the compositions of the invention particularly useful for several biomedical purposes where the hydrogel is required to be in intimate contact with living tissues or body cavities. Although the mechanism of interaction between the water-soluble vinyl lactam (preferably vinyl pyrrolidone) polymer or copolymer and the water-insoluble copolymer in the mixture is not fully understood, this mixture is suitable for gel permeation chromatography. It behaves more like a physical mixture than a chemical reaction product in that it can be separated graphically into two polymeric components. The mixture is optically clear and substantially non-hazy, so even though the vinyl lactam polymer or copolymer is water-soluble and the (2) copolymer is water-insoluble, the mixture is homogeneous. It shows that. When observed under high magnification using an electron microscope, microphase zones (4000 Å in diameter) of water-insoluble substances in the continuous phase of the water-soluble vinyllactam polymer or copolymer can be seen.
(below) can be seen dispersed. The presence of these water-insoluble copolymer microphase zones prevents the continuous phase polymer from dissolving in water. However, unlike covalently crosslinked polymers, the mixture is not non-thermoplastic. That is, this mixture has the ability to be repeatedly molded at a temperature of about 150° C., sometimes even lower, under moderate pressure. The molded composition bends when expanded with water and retains its shape at room temperature. Semi-microscopically dispersed particles (microphase zone) form a hydrophilic continuous phase (itself water-soluble)
Acting as multiple crosslinks to prevent dissolution of distinguished from things. In the present invention, N-vinyl lactam, which can be used as a water-soluble polymer and a water-soluble copolymer, has the following structural formula: (In the formula, X represents an alkylene group having 3 to 5 carbon atoms.) For example, 1-vinyl-2-pyrrolidone, 1-vinyl-5-methyl-2-pyrrolidone, 1-vinyl -2-piperidone and N-vinyl-ε-caprolactam. N
- the vinyl lactam is copolymerized to form a copolymer containing 1 to 99, preferably 25 to 99 mol % of N-vinyl lactam and thus 1 to 90, preferably 1 to 75 mol % of the copolymer; Copolymerizable monomers that can be used include N,N-dimethylacrylamide, glyceryl methacrylate, diethylene or triethylene glycol monomethacrylate or other hydrophilic monomers, as well as vinyl acetate, alkyl acrylate or methacrylate, vinyl alkyl ether, acrylonitrile. , vinyl chloride, or other hydrophobic monomers. In the case of monomers such as vinyl acetate which themselves form water-insoluble homopolymers, the upper limit of such monomers that can be used to make the desired water-soluble polymer is the water-soluble homopolymer. lower than for monomers such as N,N-dimethylacrylamide, which form coalescence. These polymers and copolymers have a molecular weight of 10,000 to 1,000,000 or more, but those with a molecular weight of 100,000 to 1,000,000 are preferred. Polymers and copolymers of 1-vinyl-2-pyrrolidone are preferred. In the composition of this invention, the water-insoluble copolymer that can be used in combination with the vinyl lactam polymer or copolymer is a copolymer of three types of monomers, the first monomer having a weight of 50 to 90% by weight. % of a hydrophobic, water-insoluble ethylenically unsaturated monomer selected from the group of methyl methacrylate, n-butyl methacrylate, styrene and 2-ethylhexyl acrylate, the second monomer containing 2 to 12% by weight % and has a carboxyl group, and the third monomer is 15 to 45% by weight, has a solubility coefficient of 11 [calories/cm 2 ] 1/2 or more, and contains acid groups. A hydrophilic, ethylenically unsaturated monomer selected from the group of methacrylamide, p-styrene sulfonamide and hydroxyethyl methacrylate. For each of the three types of monomers,
The same type of monomer can be used as a mixture of two or more separate monomers. The compatibility or incompatibility of the water-insoluble copolymer with the water-soluble vinyllactam polymer or copolymer in the hydrated form of the mixture, i.e. its stability for use in this invention, in each case This can be easily determined by visual observation of a mixture of the two polymers after equilibration in water at room temperature. If the mixture is transparent and optically clear and remains optically clear after immersion in water at 20° C. without dissolving in water, a satisfactory hydrogel has been formed. Mixtures made from such copolymers are not satisfactory if the mixture is cloudy or translucent after equilibration in water, and if it dissolves in water at 20°C. Weak mechanical properties. In order for the mixed composition to have satisfactory mechanical properties in hydrated form, the size of the microphase area of the water-insoluble polymer in the hydrogel should not be more than 4000 Å.
Preferably it should be about 1000 Å or less. The relative proportions of different monomers in the water-insoluble polymer can vary widely. The exact proportions of the three types of monomers are determined by the hydrophobic-hydrophilic balance required in each case. Therefore, examples of suitable water-insoluble copolymers include 55 to 70% by weight of methyl methacrylate (or styrene, or 2-ethylhexyl acrylate) and 2 to 12% by weight of acrylic acid, based on the total weight of the copolymer. % by weight, and methacrylamide is 25
~45% by weight. An example of another suitable water-insoluble copolymer is that n-butyl methacrylate is 55% by weight based on the total weight of the copolymer.
-80% by weight, 2-12% by weight of acrylic acid, and 15-35% by weight of methacrylamide. Examples of other suitable water-insoluble copolymers include n-butyl methacrylate ranging from 50% to 50% based on the total amount of copolymer.
78% by weight, 2-12% by weight of acrylic acid, hydrophilic p
- 20-35% by weight of styrene sulfonamide. Another suitable water-insoluble copolymer contains n-butyl methacrylate at 55-70% by weight of the total copolymer, acrylic acid at 2-12% by weight, and hydroxyethyl-methacrylate at 25-70% by weight of the total copolymer.
It is 43% by weight. The relative proportions of the water-soluble vinyl lactam polymer or copolymer and the water-insoluble copolymer in the mixture are:
The former may vary within a wide range, with the former amounting to 40 to 98%, preferably 50 to 98%, and the water-insoluble copolymer ranging from 2 to 60%, preferably 2 to 50% by weight, relative to the total weight of the mixture. It is something. The optimum proportions of each component within that range will vary depending on the properties desired in the mixture, as well as the nature of the polymers or copolymers present in the mixture. The higher the proportion of water-insoluble copolymer in the mixture, the lower the equilibrium water content of the resulting hydrogel. The water content of the formulated hydrogels of this invention is determined by the proportion of water-soluble and water-insoluble polymers and copolymers and their mixtures, particularly poly-(N-vinyl-2-pyrrolidone), which is the water-soluble component of the mixture. In some cases, by making appropriate selections, approximately
It can vary from 30 to 90% or more. Generally, the higher the water content of a hydrogel, the weaker its mechanical properties. The mixture is prepared by mixing together solutions or dispersions of the water-soluble polymer or copolymer and the water-insoluble copolymer using a suitable mutually miscible vehicle or solvent, and then removing the vehicle or solvent, such as by evaporation. It can be made by removing. It is also possible to mix the components on a hot roll mill or in an extruder or in other suitable mixers. A molded article of the mixture can be made by pouring it using a suitable solvent or by putting it into a mold under heat and pressure. The thermoplasticity of these hydrogel-forming mixtures is
Gives the mixture particularly superior processability over covalently crosslinked synthetic hydrogels. The mechanical and physical properties of the hydrogel (e.g. water content, solute-water permeability, softness, flexibility, tensile strength) can be controlled by adjusting the physicochemical properties of the water-insoluble copolymer and its proportion in the mixture. It can be easily set. Additionally, the physical properties of the mixture may be influenced by the presence of compatible, water-soluble liquid plasticizers such as ethylene glycol, diethylene glycol, glycerin, or Carbowax.
This can be changed by incorporating liquid polyethylene glycol (oxide) with a molecular weight of up to about 600, which is commercially available under the trade name . This advantage makes the novel hydrogel compositions of the present invention useful for use in burn and wound dressings, catheter and surgical suture coatings, soft contact lenses, controlled rate drug delivery tubes, and other biological applications. It serves several applications, such as components that come into close contact with body cavities (eg, vitreous and corneal prostheses). These new hydrogel-forming materials can also be used to produce controlled delivery of drugs that are poorly soluble in water. When drugs (soluble in water-insoluble copolymers) are added to these hydrogels, they are dispersed into hundreds of thousands of "reservoirs" of water-insoluble areas. Consequently, the drug delivery rate depends on the partition coefficient of the drug in the aqueous and non-aqueous phases, the film geometry, and the size and number of dispersion zones. Such a method is advantageous because lack of mechanical strength or pinholes do not increase the drug delivery rate. Non-medical applications of the novel compositions of this invention include anti-fog coatings on glass surfaces, such as the interior of automobile and aircraft windows. The coating is applied by pouring with a suitable solvent as shown in Example 19.
This is done by applying a thin coating of a mixed composition, such as that described in , to the glass surface. Coating of the polymer mixture can also be carried out by spraying dilute solutions in suitable solvents. The coating has good adhesion to glass, is colorless, optically clear, and does not fog when exposed to hot, humid air. The following specific examples will more fully explain the nature of the invention, but are not intended to limit its scope. Example 1-13 Each of the copolymers in these examples (hereinafter simply referred to as a copolymer means a water-insoluble copolymer unless otherwise specified) is prepared by adding monomers in a desired proportion in a suitable solvent. A small amount (0.2-0.4% by weight of monomer) of azobisisobutylnitrile or 2-tert-butylazo-
It was prepared by using a free radical generator such as 2-cyanopropane. Polymerization reaction is 80~
It was carried out at 95°C with high conversion. The composition of the mixture for forming the water-insoluble copolymer is shown in Table 1. Example 1
The copolymer of ~3 was isolated from the reaction mixture by precipitation in methanol, collected by filtration, and incubated under vacuum at 100°C.
It was dried. On the other hand, the copolymer of Example 5 was
It was isolated by heating at 100°C to remove volatiles.

【表】 これらの例の混合組成物はそれぞれ、所望の割
合の水不溶性共重合体とポリ(ビニル・ピロリド
ン)(等級K−90、分子量360000)をN,N−ジ
メチルホルムアミドに溶解して、混合組成物を10
〜15重量%含む溶解を得て製造された。次いで混
合物の溶液を真空下100℃で加熱され、溶剤が蒸
発し、固形物が混合された光学的に透明な固まり
が残つた。混合物は熱可塑性であるので、型内で
150℃に加熱され円盤に加圧成形された。成形円
盤は非イオン水中に72時間置かれ、その間に水を
吸収して膨張し、ヒドロゲルを形成した。混合物
の成分、その物理的外観、そしてそのヒドロゲル
の平衡水分含有量は表に示されている。
[Table] Each of these example mixture compositions was prepared by dissolving the desired proportions of the water-insoluble copolymer and poly(vinyl pyrrolidone) (grade K-90, molecular weight 360,000) in N,N-dimethylformamide. Mixed composition 10
A solution containing ~15% by weight was obtained. The solution of the mixture was then heated under vacuum at 100° C. to evaporate the solvent and leave an optically clear mass with mixed solids. Since the mixture is thermoplastic, in the mold
It was heated to 150℃ and press-molded into a disk. The molded disks were placed in deionized water for 72 hours, during which time they absorbed water and swelled to form a hydrogel. The components of the mixture, its physical appearance, and the equilibrium water content of the hydrogel are shown in the table.

【表】 例 14−15 20.8g(0.10モル)のホスホラスペンタクロリ
ドが500mlの丸底フラスコに入れられ、17.4g
(0.084モル)の粉砕されたp−ナトリウム・スチ
レンスルホン酸塩が氷浴冷却をしながらゆつくり
と添加された、混合物はマグネチツクスターラー
で注意深く混合された。30分後、50〜60℃で2時
間還流により加熱された。混合物は冷却され、砕
いた氷100g中に注ぎ込まれて、100mlのクロロホ
ルムで抽出された。p−スチレンスルホニルクロ
ライドを含む有機相が分離され、数回蒸留水で洗
浄され、硫酸マグネシウム上で乾燥された。 p−スチレンスルホニルクロライドを含むクロ
ロホルム溶液(100ml)は機械的攪拌をうけなが
ら30%水酸化アンモニウム(比重0.90)340mlに
添加され、約30分間氷で冷却された。混合物は5
時間還流コンデンサーで50℃に加熱され、次いで
室温に冷却された。 有機相を分離し、無水硫酸マグネシウム上で乾
燥した。それから蒸発させ、粗p−スチレンスル
ホンアミドの固形白色粉末を得た。これはエタノ
ール−水混合物を使つて再結晶法により精製し、
約6.0gの融点130〜132℃のスルホンアミドを得
た。 スルホンアミドの赤外スペクトルは3350と3260
cm-1(NH枝)、1600cm-1(芳香族C=C)、1305と
1160cm-1(S=O枝)、そして840cm-1(p−ジ飽和
ベンゼン、2つの隣接したCH未端基)で吸収を
示した。 62%n−ブチルメタクリレート、前述のように
調製された30%p−スチレンスルホンアミド、お
よび8%アクリル酸の共重合体が、例1−13に述
べたように、エチルアルコールとジオキサンの混
合物中で33%濃度のモノマーを使用する通常の方
法で製造された。共重合体はクロロホルム中で反
応混合物を沈澱させることにより精製され、次い
で過により単離され、真空下100℃で乾燥され
た。 この共重合体のポリ(ビニル−ピロリドン)
(PVP、等級K−90、分子量360000)との混合物
は、例1〜13で述べたように、ジメチルホルムア
ミドに共重合体とPVPを溶解し、次いで溶剤を
100℃で真空下に蒸発させることによつて製造さ
れる。共重合体を10重量%および30重量%を含
み、残りはそれぞれポリ(ビニル−ピロリドン)
である混合物は、光学的に透明な固体であること
がわかつた。例1〜13に記載したような方法で製
造された、この2種類の混合物の成形円盤は、室
温で72時間非イオン水と平衡させると、水を吸収
し、84.6重量%および62.5重量%の水分を含む透
明なヒドロゲルを形成することがわかつた。 例 16−19 ヒドロキシエチル・メタアクリレート
(HEMA)は、モノマー対水の1:1水溶液を石
油エーテルで抽出し(4〜6回)、それからモノ
マー水溶液を塩化ナトリウムで飽和させ、モノマ
ーをクロロホルムで抽出することによつて精製し
た。クロロホルム抽出物は無水硫酸マグネシウム
上で乾燥され、抑制剤として塩化銅を使つて溶液
は真空蒸留(〜1.0mmHg)された。モノマー部分
は70〜82℃で蒸留された。 52%ブチルメタクリレート、40%HEMA、お
よび8%アクリル酸の共重合体は、例1〜13に記
載したように、エチルアルコールとジオキサンの
混合物中の25%濃度のモノマーを使つて、通常の
方法で製造された。 ポリ(ビニル・ピロリドン)(PVP、等級K−
90、分子量360000)との割合を変化させた共重合
体の光学的に透明な混合物は、例1〜13に記載し
たように、共重合体とPVPをメチルホルムアミ
ドに溶解し、次いで溶剤を100℃で真空下に蒸発
させて製造された。混合物から約8〜12×10-3
ンチの厚さのシートを加圧成形した後、それを室
温で72時間非イオン水中で平衡させた。それぞ
れ、70、80、90重量%のPVPを含む混合物は、
75.8重量%、82.3重量%、88.9重量%の水を含む
ヒドロゲルを形成した。 例 20−26 62%ブチルメタクリレート、8%アクリル酸お
よび30%メタクリルアミドの共重合体が例1−13
に記載されたと同じ一般的方法で製造された。そ
して得られた共重合体から同じポリ(ビニル−ピ
ロリドン)、等級K−90の量を変化させて、例16
〜19に記載したように光学的に透明な混合物を製
造した。 混合物中における共重合体の割合(10〜40%)
とヒドロゲルの平衡水分含有量の間には、下記表
のA欄にみられるように、線形関係が存在する
ことがわかつた。 共重合体の添加による混合物中のPVPの性質
の変化を考慮に入れるために、PVP部分だけの
水和を、水中での共重合体の膨張は無視できると
仮定して、表の最後の欄に示すように計算し
た。PVP部分の平衡水分吸収が混合物中の共重
合体の量に反比例するということが再度みとめら
れた。
[Table] Example 14-15 20.8 g (0.10 mol) of phosphorus pentachloride is placed in a 500 ml round bottom flask, and 17.4 g
(0.084 mol) of ground p-sodium styrene sulfonate was added slowly with ice bath cooling and the mixture was carefully mixed with a magnetic stirrer. After 30 minutes, it was heated at reflux for 2 hours at 50-60°C. The mixture was cooled, poured into 100 g of crushed ice and extracted with 100 ml of chloroform. The organic phase containing p-styrenesulfonyl chloride was separated, washed several times with distilled water and dried over magnesium sulfate. A chloroform solution (100 ml) containing p-styrenesulfonyl chloride was added to 340 ml of 30% ammonium hydroxide (specific gravity 0.90) under mechanical stirring and cooled on ice for about 30 minutes. The mixture is 5
It was heated to 50° C. in a reflux condenser for an hour and then cooled to room temperature. The organic phase was separated and dried over anhydrous magnesium sulfate. It was then evaporated to give a solid white powder of crude p-styrene sulfonamide. This was purified by recrystallization using an ethanol-water mixture,
Approximately 6.0 g of sulfonamide with a melting point of 130-132°C was obtained. The infrared spectrum of sulfonamide is 3350 and 3260
cm -1 (NH branch), 1600 cm -1 (aromatic C=C), 1305 and
It exhibited absorptions at 1160 cm -1 (S=O branch) and 840 cm -1 (p-disaturated benzene, two adjacent CH end groups). A copolymer of 62% n-butyl methacrylate, 30% p-styrene sulfonamide prepared as described above, and 8% acrylic acid was prepared in a mixture of ethyl alcohol and dioxane as described in Example 1-13. was produced in the usual way using monomers at a concentration of 33%. The copolymer was purified by precipitating the reaction mixture in chloroform, then isolated by filtration and dried under vacuum at 100°C. This copolymer poly(vinyl-pyrrolidone)
(PVP, grade K-90, molecular weight 360,000) was prepared by dissolving the copolymer and PVP in dimethylformamide and then removing the solvent as described in Examples 1-13.
Produced by evaporation under vacuum at 100°C. 10% and 30% by weight of copolymer, the remainder being poly(vinyl-pyrrolidone), respectively.
The mixture was found to be an optically transparent solid. Molded discs of the two mixtures, prepared in the manner described in Examples 1-13, absorbed water when equilibrated with deionized water for 72 hours at room temperature, with concentrations of 84.6% and 62.5% by weight. It was found that a transparent hydrogel containing water was formed. Example 16-19 Hydroxyethyl methacrylate (HEMA) is prepared by extracting a 1:1 aqueous solution of monomer to water with petroleum ether (4 to 6 times), then saturating the aqueous monomer solution with sodium chloride, and extracting the monomer with chloroform. It was purified by The chloroform extract was dried over anhydrous magnesium sulfate, and the solution was vacuum distilled (~1.0 mmHg) using copper chloride as an inhibitor. The monomer portion was distilled at 70-82°C. A copolymer of 52% butyl methacrylate, 40% HEMA, and 8% acrylic acid was prepared in a conventional manner using a 25% concentration of the monomers in a mixture of ethyl alcohol and dioxane, as described in Examples 1-13. Manufactured in Poly(vinyl pyrrolidone) (PVP, grade K-
Optically clear mixtures of copolymers with varying proportions of 90% and 360,000 molecular weights were prepared by dissolving the copolymers and PVP in methylformamide and then removing the solvent from 100% Prepared by evaporation under vacuum at °C. After pressing a sheet approximately 8-12 x 10 -3 inches thick from the mixture, it was equilibrated in deionized water for 72 hours at room temperature. Mixtures containing 70, 80 and 90% by weight of PVP, respectively,
Hydrogels containing 75.8%, 82.3%, and 88.9% water by weight were formed. Example 20-26 A copolymer of 62% butyl methacrylate, 8% acrylic acid and 30% methacrylamide is Example 1-13
Manufactured using the same general method as described. The same poly(vinyl-pyrrolidone), grade K-90, was then used in Example 16 with varying amounts of the resulting copolymer.
An optically clear mixture was prepared as described in ~19. Proportion of copolymer in the mixture (10-40%)
It was found that a linear relationship exists between the equilibrium water content of the hydrogel and the equilibrium water content of the hydrogel, as seen in column A of the table below. In order to take into account the change in the properties of PVP in the mixture due to the addition of the copolymer, the hydration of only the PVP portion and the expansion of the copolymer in water are assumed to be negligible, and the last column of the table Calculated as shown in It was again observed that the equilibrium water absorption of the PVP moiety is inversely proportional to the amount of copolymer in the mixture.

【表】 例 27−34 ビニルアセテート、N,N−ジメチルアクリル
アミド及びこの混合物を種々の割合で含む水溶性
1−ビニル−2−ピロリドン共重合体を一系列、
所望の割合のモノマーを等容量のメタノールに溶
かし、2,2′−アゾビスイソブチロニトリルのよ
うなフリーラジカル発生剤を約0.15重量%(モノ
マーをベースとして)開始剤として用いて調製し
た。重合は溶媒の還流条件下で、変換率約90〜95
%まで行つた。この水溶性共重合体は、溶媒及び
残留モノマーを真空下で100℃に反応混合物を加
熱して蒸発させた後得られた。 n−ブチルメタクリレート62重量部、メタクリ
ルアミド30部及びアクリル酸8部からなる水不溶
性共重合体の混合物は例1−13に記載した操作に
よつて調製した。 水溶性及び水不溶性共重合体の混合物は例16−
19に記載したようにして調製した。 ビニルピロリドン共重合体の組成、混合物中の
水不溶性共重合体の共重合体量、及び室温で72時
間後の、脱イオン水中で混合した各々のヒドロゲ
ルの平衡水含量を表に示す。各例において、混
合物は光学的に透明な固体であり、水と平衡にあ
る時光学的に透明なヒドロゲルを形成した。
[Table] Example 27-34 A series of water-soluble 1-vinyl-2-pyrrolidone copolymers containing vinyl acetate, N,N-dimethylacrylamide and mixtures thereof in various proportions,
The desired proportions of monomers were dissolved in an equal volume of methanol and prepared using about 0.15% by weight (based on monomer) of a free radical generator such as 2,2'-azobisisobutyronitrile as an initiator. Polymerization is carried out under refluxing conditions of the solvent, with a conversion rate of approximately 90-95
It went up to %. This water-soluble copolymer was obtained after evaporating the solvent and residual monomers by heating the reaction mixture to 100° C. under vacuum. A water-insoluble copolymer mixture consisting of 62 parts by weight of n-butyl methacrylate, 30 parts of methacrylamide and 8 parts of acrylic acid was prepared by the procedure described in Example 1-13. A mixture of water-soluble and water-insoluble copolymers is Example 16-
Prepared as described in 19. The composition of the vinylpyrrolidone copolymer, the amount of copolymer of the water-insoluble copolymer in the mixture, and the equilibrium water content of each hydrogel mixed in deionized water after 72 hours at room temperature are shown in the table. In each example, the mixture was an optically clear solid and formed an optically clear hydrogel when in equilibrium with water.

【表】 この発明の混合物は熱可塑性、溶融性、および
水和性と同様に有機溶媒への溶解性を備えてい
る。しかし混合物は、その中の水溶性重合体又は
水溶性共重合体部分の熱可塑性、溶融性および有
機溶剤への溶解性を保留している一方、存在する
該水不溶性共重合体の量に応じて該水溶性重合体
又は水溶性共重合体部分の水和性が変化すること
を示している。
Table: The mixtures of the invention are thermoplastic, meltable, and hydratable, as well as soluble in organic solvents. However, while the mixture retains the thermoplasticity, meltability and solubility in organic solvents of the water-soluble polymer or water-soluble copolymer portion therein, it is possible to This indicates that the hydration properties of the water-soluble polymer or water-soluble copolymer portion change.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 室温で溶解することなくその重量の45%以上
の水を吸収して光学的に透明なヒドロゲルを形成
することのできる下記(1)及び(2)の光学的に透明な
混合物からなる組成物: (1) 混合物の総重量に対して40〜98重量%の、次
の構造式 (式中、Xは炭素原子数3〜5のアルキレン基
である。)で示されるビニルラクタムの水溶性
重合体、又は重合性エチレン系不飽和結合を有
する共重合性モノマー1〜90モル%とこのラク
タムとの水溶性共重合体であつて、前記の重合
体又は共重合体の分子量が少なくとも10000で
あるもの; (2) 混合物の総重量に対して2〜60重量%の、メ
チルメタクリレート、n−ブチルメタクリレー
ト、スチレン及び2−エチルヘキシルアクリレ
ートの群から選択されるモノマー50〜90重量
%、アクリル酸2〜12重量%とメタアクリルア
ミド、p−スチレンスルフオンアミド及びヒド
ロキシエチルメタクリレートの群から選択され
るモノマー15〜45重量%から誘導される水不溶
性共重合体。 2 ビニルラクタムがN−ビニル−2−ピロリド
ンである特許請求の範囲第1項記載の組成物。 3 水不溶性共重合体が、共重合体の総重量に対
して、メチルメタクリレート、スチレン及び2−
エチルヘキシルアクリレートから選択されるモノ
マー55〜70重量%とアクリル酸2〜12重量%とメ
タアクリルアミド25〜43重量%から誘導される特
許請求の範囲第1項又は第2項に記載の組成物。 4 水不溶性共重合体が、共重合体の総重量に対
して、n−ブチルメタクリレート55〜80重量%、
アクリル酸2〜12重量%及びメタアクリルアミド
15〜35重量%から誘導される特許請求の範囲第1
項又は第2項に記載の組成物。 5 水不溶性共重合体が、共重合体の総重量に対
して、n−ブチルメタクリレート50〜78重量%、
アクリル酸2〜12重量%及びp−スチレンスルフ
オンアミド20〜35重量%から誘導される特許請求
の範囲第1項又は第2項に記載の組成物。 6 水不溶性共重合体が、共重合体の総重量に対
して、n−ブチルメタクリレート55〜70重量%、
アクリル酸2〜12重量%及びヒドロキシエチルメ
タクリレート25〜43重量%から誘導される特許請
求の範囲第1項又は第2項に記載の組成物。 7 水溶性共重合体又は水溶性共重合体の分子量
が10000〜1000000である特許請求の範囲第1項乃
至第6項の何れか1項に記載の組成物。
[Scope of Claims] 1. The optically transparent material according to (1) and (2) below, which can absorb 45% or more of its weight in water without dissolving at room temperature to form an optically transparent hydrogel. (1) 40 to 98% by weight, based on the total weight of the mixture, of the following structural formula: (wherein, X is an alkylene group having 3 to 5 carbon atoms) or a copolymerizable monomer having a polymerizable ethylenically unsaturated bond in an amount of 1 to 90 mol%. a water-soluble copolymer with this lactam, in which the molecular weight of said polymer or copolymer is at least 10,000; (2) methyl methacrylate, in an amount of 2 to 60% by weight, based on the total weight of the mixture; 50-90% by weight of monomers selected from the group of n-butyl methacrylate, styrene and 2-ethylhexyl acrylate, 2-12% by weight of acrylic acid and selected from the group of methacrylamide, p-styrene sulfonamide and hydroxyethyl methacrylate. A water-insoluble copolymer derived from 15 to 45% by weight of monomers. 2. The composition according to claim 1, wherein the vinyl lactam is N-vinyl-2-pyrrolidone. 3 The water-insoluble copolymer contains methyl methacrylate, styrene and 2-
A composition according to claim 1 or 2, which is derived from 55-70% by weight of monomers selected from ethylhexyl acrylate, 2-12% by weight of acrylic acid and 25-43% by weight of methacrylamide. 4. The water-insoluble copolymer contains 55 to 80% by weight of n-butyl methacrylate, based on the total weight of the copolymer.
2-12% by weight of acrylic acid and methacrylamide
Claim 1 derived from 15-35% by weight
The composition according to item 1 or 2. 5 The water-insoluble copolymer contains 50 to 78% by weight of n-butyl methacrylate, based on the total weight of the copolymer.
3. A composition according to claim 1 or 2, which is derived from 2 to 12% by weight of acrylic acid and 20 to 35% by weight of p-styrene sulfonamide. 6. The water-insoluble copolymer contains 55 to 70% by weight of n-butyl methacrylate, based on the total weight of the copolymer.
A composition according to claim 1 or 2, which is derived from 2 to 12% by weight of acrylic acid and 25 to 43% by weight of hydroxyethyl methacrylate. 7. The composition according to any one of claims 1 to 6, wherein the water-soluble copolymer or the water-soluble copolymer has a molecular weight of 10,000 to 1,000,000.
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