KR20170054532A - 가수분해 저항성 카보실록산 연쇄를 포함하는 실론산 모노머들, 그 제조방법 및 그것들을 함유하는 콘텍트 렌즈용 박막 필름 - Google Patents

가수분해 저항성 카보실록산 연쇄를 포함하는 실론산 모노머들, 그 제조방법 및 그것들을 함유하는 콘텍트 렌즈용 박막 필름 Download PDF

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우마파티 센틸쿠마르
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Abstract

향상된 가수분해 저항성을 위하여 카보실록산 연쇄를 함유하는, 새로운 모노-(메트)아크릴레이트 관능화된 실리콘 모노머가 제공되며, 상기 모노머는 콘택트렌즈 용도를 위한 흡수성 실리콘-하이드로겔 필름의 제조에 유용하다. 본 발명은 또한 상기 모노-(메트)아크릴레이트 관능화된 실리콘 모노머로 제조된 호모폴리머 및 코폴리머를 제공한다. 또한 상기 모노머와 폴리머를 제조하는 방법과 그로부터 제조된 콘택트렌즈가 제공된다,

Description

가수분해 저항성 카보실록산 연쇄를 포함하는 실론산 모노머들, 그 제조방법 및 그것들을 함유하는 콘텍트 렌즈용 박막 필름{SILOXANE MONOMERS CONTAINING HYDROLYSIS RESISTANCE CARBOSILOXANE LINKAGE, PROCESS FOR THEIR PREPARATION AND THIN FILMS CONTAINING THE SAME FOR CONTACT LENS APPLICATION}
본 발명은 가수분해 안정성 카보실록산 연쇄(linkage)를 포함하여 구성되는 모노-아크릴레이트 관능성 실리콘 모노머 및 그 폴리머에 관한 것이다. 본 발명은 또한 바이오메디칼 디바이스(biomedical device)에 유용한 하이드로겔 조성물, 구체적으로는 일정 범위의 pH 및 온도 범위에 걸친 높은 산소투과성, 높은 함수율, 낮은 단백질 변성 거동(protein denaturation behavior) 및 강한 가수분해 저항성으로 특징이 있는 소프트 콘택트렌즈에 유용한 하이드로겔 조성물에 관한 것이다.
본 명세서에서 검토되는 임의의 공보들 및 참조문헌들은 본 발명의 배경기술을 설명하기 위하여, 그리고 본 발명의 실행에 관한 추가 세부 정보를 제공하기 위하여 제시되는 것이다. 이들 중 어느 것도 선행기술 공개에 앞설 자격이 본 발명자에 없다는 인정으로 해석되지 않아야 한다.
실리콘-하이드로겔 필름은 높은 산소투과성, 유연성, 편안함 및 감소된 각막 합병증으로 인하여 장기간 착용 소프트 콘택트렌즈를 제조하는데 사용된다. 총래의 하이드로겔 재료(예를 들어, HEMA)는 그 자체가 산소투과성이 불량하고, 흡수된 물 분자를 통해 산소를 전달한다. 물 자체는 낮은 Dk 값(80 barrer)을 갖는다. 1 barrer는 10-11 (cm3 O2) cm cm- 2 s- 1 mmHg-1이고, cm3 O2는 표준 온도 및 압력에서 산소량의 단위로서, 여기서 cm는 재료의 두께를 나타내고, cm-2 는 재료의 표면적의 역수이다. 렌즈가 종래의 하이드로겔 재료로 만들어지고 대기 중에 장기간 노출되면, 서서히 탈수되어 각막으로 전달되는 산소의 양이 감소되어, 안구 자극, 충혈 및 기타 각막 합병증을 초래하여, 장기간 착용하는 것이 제한된다.
소프트 콘택트렌즈의 편안함, 특히 보다 높은 산소투과성을 갖는 실리콘-하이드로겔은 장기 착용의 문제를 해소하므로, 눈 렌즈 분야에서 획기적인 것이 된다. 다음의 특허들은 장기 착용 콘택트렌즈용 실리콘-하이드로겔을 개시하고 있으며, 이들은 그 전체 내용이 본 명세서에 참조문헌으로 통합된다: 미국특허 제 4,954,587; 5,010,141; 5,079,319; 5,115,056; 5,260,000; 5,336,797; 5,358,995; 5,387,632; 5,451,617; 5,486,579 및 5,998,498호.
미국특허3,808,178호는 폴리-실록산일알킬 아크릴계 에스테르 및 알킬 아크릴계 에스테르의 공중합에 의해 제조되며, 증대된 산소투과성을 갖는 콘택트렌즈 생산용 조성물을 청구하고 있다. 상기 특허에 개시된 조성물은 트리실록산 (Si-O-Si-O-Si) 연쇄와 실록시카보 (Si-O-C) 연쇄를 가지며(참조: 컬럼 2 및 3), 실리콘에 부착된 입체장해기들(sterically hindered groups)의 존재에도 불구하고 가수분해에 민감하다.
미국특허 제5,358,995 및 5,387,632호(이들은 그 전체 내용이 본 명세서에 참조문헌으로 통합됨)에 3-[트리스(트리메틸실록시)실릴]프로필 메타크릴레이트 (보통 TRIS라 약칭함), [(CH3)3SiO]3Si(CH2)3OOCC(CH3)=CH2, 및 N,N-디메틸아크릴아미드, H2C=CHCON(CH3)2 ,를 공중합하는 것에 의해 얻어진 폴리머가 양호한 습윤성 및 산소투과성을 갖는 눈 렌즈를 제조하는데 유용한 하이드로겔 조성물로서 기술되어 있다. 그러나, 메타크릴산과 같은 카복실산이 생성물의 함수율을 향상시키기 위하여 공중합에 포함되면, 그 조성물은 점차 가수분해되어, 그것으로 만든 콘택트렌즈는 수성 매질에 저장될 때 품질이 저하된다. 미국특허 제3,377,371호와 미국특허출원공개 2008/0081894 A1 (이들은 그 전체 내용이 본 명세서에 참조문헌으로 통합됨)는 이러한 타입의 품질저하를 미연에 방지하기 위하여 TRIS의 입체장해 유도체의 사용을 개시하고 있다. 그러나, 그 조성물에 계속 존재하는 실록시카보 (Si-O-C-) 단위 및/또는 트리실록산 (Si-O-Si-O-Si) 단위가 가수분해에 민감하게 한다. 미국특허 제4,260,725 및 4,259,467호(이들은 그 전체 내용이 본 명세서에 참조문헌으로 통합됨)는 폴리실록산-함유 친수성 측쇄를 포함하는 가수분해 안정성 콘택트렌즈를 개시하고 있다. 개시된 폴리실록산 모노머들은 이관능성이고, 말단 위치에 -Si-O-C- 결합 대신에 -Si-C 연쇄를 갖는 것이다. 그러나, 렌즈 산업분야에서 일-관능성 모노머들이 최종 렌즈 재료의 모듈러스를 보다 잘 조절할 수 있기 때문에 다관능성 모노머들 보다 바람직하다.
본 발명은 카보실록산 연쇄 (예를 들어, Si-CH2CH2-Si 및 Si-CH2-CH2-Si-O-Si)를 포함하여 구성되어 가수분해에 수반되는 재료 품질 저하를 방지할 수 있는 일-관능성 모노머를 제시하며, 이와 동시에 보다 양호한 습윤성 및 산소투과성을 갖는 필름, 렌즈 및 기타 목적물을 제조할 수 있는 모노-관능성 모노머를 제시한다.
카보실록산들은 -Si(CHR)x-Si- 관능성과 -Si-O-Si- 관능성을 모두 포함한다. 여기서, R은 수소 또는 알킬, 사이클로알킬 또는 아릴 기와 같은 하이드로카빌 기이고, 첨자 x는 1 이거나 또는 그보다 큰 정수이다.
농업제제 및 기타 국소 제제 중의 계면활성제에 가수분해 저항성을 부여하기 위한 카보실록산의 사용이 미국특허 7,700,797 B2 및 7,507,775 B2(이들은 그 전체 내용이 본 명세서에 참조문헌으로 통합됨)에 개시되어 있다. 본 발명은 개선된 가수분해 저항성을 가지며, N-비닐 피롤리돈 및 N,N-디메틸아크릴아미드와 같은 불포화 친수성 모노머와 공중합되어 눈 렌즈(ophthalmic lenses)에 적합한 실리콘 하이드로겔을 산출할 수 있는 아크릴화 및 메타크릴화 카보실록산 모노머를 제시한다.
실리콘 폴리머 멤브레인의 기체투과성 연구와 관련하여, 스턴(Stern) 외의 연구논문 (J. Polymer Science Part B: Polymer Physics 25 (1987) 1263-1298)에는 실리콘 백본 상에서 벌키 기(예를 들어, 에틸, 이소프로필, 부틸, 헥실)에 의한 메틸 기의 치환, 또는 카보실란 (-Si(CH2)nSi-)에 의한 실록산 (-SiOSi-) 연쇄의 치환은 산소투과성을 감소시킨다는 것이 보고되어있다. 스턴 외의 상기 연구논문에 기초하여, 실록산 연쇄 (-Si-O-Si)가 백본 사슬내에서 카보실록산 연쇄 (-Si(CH2)nSi-)에 의해 치환되면 산소투과성이 감소하게 된다고 예상하게 된다.
놀랍게도, 본 발명의 카보실록산 모노머를 사용하여 생산된 실리콘 하이드로겔 필름은 종래의 실록산 연쇄를 가지는 대응하는 실록산 모노머에 비하여 개선된 산소투과성을 나타내는 것으로 판명되었다.
본 발명은 당 분야 제품 및 기술의 현 상태에서 존재하는 결함들을 충족하는 것으로부터 파생된 카보실록산 모노머들 및 폴리머들을 제공한다.
본 발명의 한 목적은 하기 일반식 (I)을 가지는 실리콘 모노머를 제공하는 것이다:
Figure pat00001
여기서 a는 0 내지 약 100이고; Y1 는 1 내지 약 10 탄소원자의 치환된 또는 비치환된 2가의 알킬 연결기이고; Y2 는 1 내지 약 10 탄소원자의 치환된 또는 비치환된 2가의 알킬 연결기, 또는 2가의 헤테로원자이고; R1, R2, R3, R4, R5, R6, 및 R7 는 독립적으로 1 내지 약 10 탄소원자의 1가의 지방족, 지환지방족 또는 방향족 탄화수소 기, 1 내지 약 10 탄소원자의 할로겐화 탄화수소 기, -Y2-Si(R8R9R10) 및 A로 이루어진 군에서 선택되고, 여기서 R8 R9 R10 는 독립적으로 1 내지 약 10 탄소원자의 1가의 지방족, 지환지방족 및 방향족 탄화수소 기로 이루어진 군에서 선택되고; A 는 치환된 또는 비치환된, 포화 및 불포화 지방족, 지환지방족 또는 방향족 탄화수소와 헤테로원자를 함유하는 치환된 또는 비치환된, 포화 및 불포화 지방족, 지환지방족 또는 방향족 탄화수소로 이루어진 군에서 선택되는 1가의 친수성 또는 소수성 모이어티이고;
Z 는 하기 일반식(II)를 가지며
Figure pat00002
여기서, R11 은 0 내지 약 20 탄소원자를 가지는 선형 또는 분지형, 2가의 알킬 연결기이고; B는 치환된 또는 비치환된, 포화 및 불포화 지방족, 지환지방족 또는 방향족 탄화수소와 헤테로원자를 함유하는 치환된 또는 비치환된, 포화 및 불포화 지방족, 지환지방족 또는 방향족 탄화수소로 이루어진 군에서 선택되는 2가의 친수성 또는 소수성 모이어티이고; X 는 아크릴아미드 또는 하기 일반 식 (III) 을 가지는 중합성 기이고;
Figure pat00003
여기서 R12, R13, 및 R14 은 수소 또는 1 내지 약 20 탄소원자의 치환된 또는 비치환된 1가의 포화 탄화수소 기이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 상기한 모노머로부터 유도된 호모폴리머 및 코폴리머와, 이를 함유하는 실리콘 하이드로겔을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 또 하나의 목적은 본 발명의 실리콘-하이드로겔 필름을 포함하여 구성되는, 소프트하고, 유연하고, 투명하며, 흡수성이고, 본질적 습윤성이며, 보다 양호한 산소투과성을 갖는 콘택트렌즈를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 하나의 목적은 하기 일반식(IV)를 가지는 실리콘 모노머를 제조하는 방법을 제공하는 것이다:
Figure pat00004
여기서 a는 0 내지 100이고; Y1 는 1 내지 10 탄소원자의 치환된 또는 비치환된 2가의 알킬 연결기이고; Y2 는 1 내지 약 10 탄소원자의 치환된 또는 비치환된 2가의 알킬 연결기 또는 2가의 헤테로원자이고; R1, R2, R3, R4, R5, R6, 및 R7 은 독립적으로 1 내지 약 10 탄소원자의 1가의 지방족, 지환지방족 또는 방향족 탄화수소 기, 1 내지 약 10 탄소원자의 할로겐화 탄화수소 기, -Y2-Si(R8R9R10) 및 A로 이루어진 군에서 선택되고, 여기서 R8 R9 R10 는 독립적으로 1 내지 약 10 탄소원자의 1가의 지방족, 지환지방족 및 방향족 탄화수소 기로 이루어진 군에서 선택되고; A는 치환된 또는 비치환된, 포화 및 불포화 지방족, 지환지방족 또는 지환방향족 탄화수소와, 헤테로원자를 함유하는 치환된 또는 비치환된, 포화 및 불포화 지방족, 지환지방족 또는 방향족 탄화수소로 이루어진 군에서 선택되는 1가의 친수성 또는 소수성 모이어티이다. 이것은 하기 일반식 (V)을 가지는 말단 불포화 기와 반응되어, 관능화된 카보실록산을 생성한다:
Figure pat00005
여기서 R15 는 0 내지 약 20 탄소원자를 가지는 선형 또는 분지형 불포화 알킬 기들로 이루어진 군에서 선택되고, B 는 치환된 또는 비치환된, 포화 및 불포화 지방족, 지환지방족 또는 방향족 탄화수소와, 헤테로원자를 함유하는 치환된 또는 비치환된, 포화 및 불포화 지방족, 지환지방족 또는 방향족 탄화수소로 이루어진 군에서 선택되는 2가의 친수성 또는 소수성 모이어티이다. 상기 A 및 B는 알킬, 알코올, 에테르, 에스테르, 아미드, 아민, 산 및 그 염, 시아노, 티오, 우레탄, 우레아, 술포네이트, 설폰아미드, 포스페이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 관능기를 포함하여 구성된다. 식(V)에서 M은 하이드록실, 할로겐, 에폭시 및 카복실산 기로 이루어진 군에서 선택된다.
관능화된 카보실록산이 생성되면, 하기 식 (VI)을 가지는 알킬아크릴로일 화합물과 반응시켜 위에서 제시된 상기 실리콘 모노머를 생성한다:
Figure pat00006
여기서 G는 할로겐, 하이드록실 및 1 내지 약 10 탄소원자를 가지는 알킬옥시로 이루어진 군에서 선택되고; R12, R13 및 R14 는 독립적으로 수소, 1 내지 약 20 탄소원자의 치환된 1가의 포화탄화수소와, 1 내지 약 20 탄소원자의 비치환된 1가의 포화탄화수소로 이루어진 군에서 선택된다.
아래에 제시되는 실시예들을 포함하는 상세한 설명 항목에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에 의하면, 비-벌키이고, 개선된 가수분해 저항성을 나타내며, 콘택트렌즈용 실리콘-하이드로겔 필름의 제조에 유용한 모노- 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 관능화된 카보실록산 모노머들이 제시된다. 본 발명의 카보실록산 모노머는 이에 대응하는 종래의 실록산 모노머에 비해 산성 및 염기성 pH 조건에서 개선된 가수분해 저항성을 나타낸다. 본 발명의 모노머로 되는 실리콘 하이드로겔 필름은 또한 이에 대응하는 종래의 실록산 모노머로 되는 필름에 비해 보다 개선된 산소투과성, 표면 습윤성 및 낮은 모듈러스를 나타낸다.
본 발명에 따르는 모노머는 카보실란 연쇄, -Si-(CH2)n-Si-,를 가져서, 가수분해 안정성 (가수분해 저항성) 모노머 및 폴리머의 제조를 가능하게 한다. 또한 대응하는 종래의 실록산 모노머에 비해 개선된 산소투과성을 갖는 실리콘 하이드로겔 필름을 산출한다.
본 발명의 실리콘-하이드로겔 필름은 또한 플라즈마 산화 또는 코팅, 또는 내부 습윤제 처리 같은, 2차 표면처리 없이도 더 우수한 표면 습윤을 제공한다. 즉, 본 발명의 실리콘-하이드로겔 필름으로 제조된 콘택트렌즈는 2차 표면 처리 없이도 소프트하고, 유연하며, 본질적 습윤성이고, 높은 산소투과성을 갖는다. 본 발명의 모노머는 또한 용매를 필요로 함이 없이 친수성 유기 코모노머와의 혼화를 허용하며, 이에 의해 제조된 실리콘 하이드로겔은 구성 전체의 범위에서 투명하다.
본 명세서에서 사용된 용어, "호모폴리머"는 동일한 반복 모노머로 된 폴리머이고, 코폴리머는 구조적으로 다른 2개 이상의 모노머를 포함하는 폴리머이다. "(메트)아크릴레이트"와 같은 표기는 아크릴레이트나 메타크릴레이트 관능성을 갖는 모노머를 지칭한다.
또한 본 명세서 및 첨부하는 특허청구범위에서 사용된 단수형태의 부정관사(a 또는 an)와 정관사(the)는 복수를 포함하며, 특정 수치에 대한 참조는 문맥상 명백히 다르게 기재되지 않는 한, 적어도 그 특정 수치를 포함한다.
본 명세서에서 범위들은 "약" 또는 "대략" 한 특정 값으로부터 및/또는 "약" 또는 "대략" 다른 특정 값까지로 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때, 또 하나의 구체예는 한 특정 값으로부터 및/또는 다른 특정 값까지를 포함한다. 이와 마찬가지로, 값이 근사치로 표현될 때, 그 앞에 "약"을 사용하는 것에 의해 상기 특정 값은 또 하나의 구체예를 형성한다는 것을 이해하여야 한다.
본 명세서에서 기술되는 모든 방법들은 본 명세서에 다르게 표시되지 않는 한 또는 명확하게 상황에 모순되지 않는 한, 임의의 적절한 순서로 수행될 수도 있다. 일부 실시예들 및 모든 실시예들의 사용, 또는 범례 언어('예를 들면', '와 같은')의 사용은 본 발명을 보다 잘 이해시키고자 의도일 뿐인 것이지. 다르게 청구되지 않는 한 본 발명의 범위에 제한을 가하고자 한 것은 아니다. 본 명세서상의 언어는 임의의 비-주장 요소를 본 발명의 구현에 필수적인 것으로서 나타내는 것은 없다는 것을 이해하여야 한다.
본 명세서에서 사용되는, "포함하여 구성되는(comprising)", "포함하는(including)", "함유하는(containing)", "특징으로 하는(characterized by)" 및 문법상 이와 균등한 기타 표현들은 추가적인, 기재안된 요소들 또는 방법단계들을 배제하지 않는, 포괄적이고 개방적인 용어이면서, 보다 제한적인 용어 "이루어진(consisting of)" 및 "본질적으로 이루어진(consisting essentially of)"을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 모노머는 물의 흡수 후에 소망하는 물리적 강도 및 내인열성을 갖는 경화된 엘라스토머 시트를 얻는데 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 (메트)아크릴레이트 관능화된 실리콘 모노머/폴리머 및 그 제조방법, 그리고 콘택트렌즈에의 용도를 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명은 또한 (메트)아크릴화 카보실록산 모노머와 HEMA 또는 기타 콘택트렌즈 모노머와 같은 통상의 모노머를 포함하여 구성되며, 소프트하고 유연한 흡수성 필름을 산출하기 위한 실리콘-하이드로겔 조성물을 제공한다.
본 발명의 호모폴리머 및 코폴리머는 물을 흡수하고 우수한 표면 습윤성을 가지는, 맑은 (불량한 혼화로 인한 흐림이 없는) 폴리머이며, 이러한 폴리머는 보다 편안하고 건강한 인간 각막을 위하여 필요하다. 본 발명은 또한 청구된 발명의 실리콘-하이드로겔 필름으로 제조된 콘택트렌즈를 제공한다. 이에 대한 예들이 이하에서 구체적으로 설명된다.
본 발명에서 제조되는, 카보실란 연쇄, -Si-(CH2)n-Si-,를 가지는 실리콘 모노머는 또한 가수분해 안정성 실리콘-하이드로겔 필름을 산출하는 호모폴리머/코폴리머를 형성하는데 사용될 수 있다. 그 필름은 내재적(inherent) 습윤성을 나타내고, 종래의 실록산 모노머로 된 필름보다 우수한 산소투과성을 나타낸다. 본 발명의 실리콘-하이드로겔 필름으로 제조된 콘택트렌즈는 습윤성을 향상시키기 위하여 비경제적인 이차 처리(예를 들어 플라즈마 산화 또는 플라즈마 코팅, 또는 내부 습윤제 처리)를 필요로 하지 않는다. 즉, 본 발명의 실리콘-하이드로겔 필름으로 제조된 콘택트렌즈는 이차 처리 없이도 소프트하고 유연하며 내재적 습윤성이고 산소투과성이 높다.
본 발명의 모노-아크릴레이트 관능성 카보실록산 모노머는 하기 식 (I)로 나타낸 일반 구조를 갖는다:
Figure pat00007
본 발명의 식 (I)에서 파생되는 바람직한 모노머들 중의 하나는 하기 일반식으르 가지는 모노-아크릴레이트 관능성 모노머이다:
Figure pat00008
여기서 a 는 0 내지 100이고; Y1 은 1 내지 10 탄소원자의 치환된 또는 비치환된 2가의 알킬 연결기이고, Y2 는 Y1 과 같거나 또는 질소, 산소 또는 황과 같은 헤테로원자일 수 있고, R1 내지 R7 은 독립적으로 1 내지 약 10 탄소원자의 1가의 지방족, 지환지방족 또는 방향족 탄화수소 기와 1 내지 약 10 탄소원자의 할로겐화 탄화수소 기로 이루어진 군에서 선택된다. R1 내지 R7 은 또한 독립적으로 -Y2-Si(R8R9R10) 및 A로부터 선택되며, 여기서 R8 내지 R10 은 독립적으로 1 내지 약 10 탄소원자의 1가의 지방족, 지환지방족 또는 방향족 탄화수소 기와 1 내지 약 10 탄소원자의 할로겐화 탄화수소 기로 이루어진 군에서 선택되고, A는 헤테로원자를 선택적으로 함유하는 치환된 또는 비치환된, 포화 및 불포화 지방족, 지환지방족 또는 방향족 탄화수소로 이루어진 군에서 선택되는 1가의 친수성 또는 소수성 모이어티일 수 있다. 바람직하게, A는 알킬, 알코올, 에테르, 에스테르, 아미드, 아민, 산 및 그 염, 시아노, 티오, 우레탄, 우레아, 카보네이트, 카바메이트, 술포네이트, 설폰아미드, 포스페이트 및 이들의 조합과 같은 관능성을 포함한다.
상기 구조에서 Z는 하기 일반식 (II)를 가질 수 있다:
Figure pat00009
여기서 R11 은 약 0 내지 약 20 탄소원자를 가지는 선형 또는 분지형, 2가의 알킬 연결기이다.
일반식 (II)에서 B는 치환된 또는 비치환된, 포화 및 불포화 지방족, 지환지방족 또는 방향족 탄화수소와, 헤테로원자를 함유하는 치환된 또는 비치환된, 포화 및 불포화 지방족, 지환지방족 또는 방향족 탄화수소로 이루어진 군에서 선택되는 2가의 모이어티이고; 바람직하게, B 는 알코올, 에테르, 에스테르, 아미드, 아민, 산 및 그 염, 시아노, 티오, 우레탄, 우레아, 카보네이트, 카바메이트, 술포네이트, 설폰아미드, 포스페이트 및 이들의 조합과 같은 관능성을 포함한다.
구체적으로, B를 위한 대표적인 관능기의 몇몇이 아래에 제시된다:
Figure pat00010
(여기서, p 및 q는 독립적으로 0 내지 약 100이고; r은 0 내지 약 50이며 (p +q + r)은 0 보다 큼),
Figure pat00011
,
Figure pat00012
,
Figure pat00013
,
Figure pat00014
,
Figure pat00015
,
Figure pat00016
, 및
Figure pat00017
.
X는 아크릴아미드 또는 하기 일반식 (III)을 가지는 중합성 기이다:
Figure pat00018
여기서 R12 내지R14 는 수소 또는 1 내지 약 20 탄소원자의 치환된 또는 비치환된 1가의 포화 탄화수소 기로부터 선택될 수 있다.
본 발명은 또한 본 발명에서 제공되는 모노머의 반응생성물에 의해 형성되는 폴리머에 관한 것이다. 본 발명의 이러한 폴리머는 본 발명의 모노머들 중 한 모노머의 호모폴리머, 본 발명의 구조적으로 서로 다른 두 실리콘 모노머의 코폴리머, 및/또는 본 발명의 실리콘 모노머 하나 이상과 실리콘 하이드로겔에 이용하기에 적합한 다른 친수성 불포화 유기 모노머 적어도 하나와의 코폴리머일 수 있으며, 상기 다른 친수성 불포화 유기 모노머의 바람직한, 그러나 비한정적인, 예로는 N,N-디메틸아크릴아미드, 2-하이드록시-에틸-메타크릴레이트 (HEMA), N-비닐피롤리돈, 및 메타크릴산이 있다. 이러한 코폴리머에 있어서, 본 발명의 실리콘 모노머 대 상기 다른 친수성 불포화 유기 모노머의 비는 약 1:100 내지 약 100:1, 바람직하게 약 20:80 내지 약 90:10, 보다 바람직하게 약 30:70 내지 약 80:20이다.
상기 불포화 유기 모노머와 본 발명의 카보실록산 모노머는 서로 혼화성이어서, 균질 혼합물을 형성한다. 따라서 상용화 용매의 사용이 필요하지 않다. 본 발명의 카보실록산 모노머는 수-가용성이거나 수-분산성이다. 수-가용성 카보실록산 모노머는 물과 혼화하여 균질 용액을 산출한다. 수-분산성 카보실록산 모노머는 물에 완전히 용해하지 않는다. 수성 혼합물에서 뿌연 안개 같은 콜로이드 형성 및 이와 유사한 기타 가시적인 불균질(heterogeneity) 징후들은 용액이 아니라 분산액이라는 표시이다. 수-가용성과 수-분산성은 모두 본 발명의 카보실록산 모노머의 바람직한 특성들이다. 상기 카보실록산 모노머들이 메타크릴화 에톡실화 폴리에테르 세그먼트를 함유할 경우, 수 분산성은 상기 폴리에테르 함량이 전체 분자량의 약 60 중량 퍼센트보다 적으면 관측되고, 수-가용성은 상기 폴리에테르 세그먼트가 60 중량 퍼센트보다 크면 관측된다.
본 발명의 모노머를 사용하여 폴리머를 형성하기 위하여. 원하는 모노머들을 혼합하고, 결과의 혼합물을 자유 라디칼 또는 양이온 또는 음이온 개시제를 사용하는 공지의 열중합기술 및 가교제의 존재하에 광개시제를 사용하는 공지의 UV중합기술로 중합하고 경화하여 투명한 얇은 필름을 형성한다. 상기 폴리머를 형성하기 위하여 반응혼합물에 첨가되는 모노머는 모노머일 수도 있고, 프리폴리머일 수도 있다. 프리폴리머는 중합성 기를 가지는 중간 분자량의 반응 중간체 폴리머이다. 따라서, 본 명세서에서 실리콘-함유 모노머, 카보실록산 모노머 및 친수성 모노머라는 용어는 프리폴리머를 포함하는 것임을 이해하여야 한다.
본 발명의 구조(I)에서 파생되는 바람직한 실리콘 모노머의 하나는 하기 식을 갖는 것이다:
Figure pat00019
여기서 B는 p가 0 내지 약 100, 바람직하게 2 내지 약 15, 보다 바람직하게 약 8이고, q 및 r이 0인 상기 대표 예에 제시된 2가의 폴리에테르이고; Y1 는 약 1 내지 10 탄소원자, 바람직하게 1 내지 약 5 탄소원자, 보다 바람직하게 약 2 탄소원자의 2가의 알킬-연결기이고. Y2 는 2가의 헤데로원자와 2가의 알킬 기의 조합이고, X 는 중합성 메타크릴레이트 기이다. 여기서 a는 0 내지 약 100, 보다 바람직하게 0에서 20까지, 보다 더 바람직하게 1이다. 일반식 모노머 구조(I)의 각각의 R 기는 1가의 알킬-연결기, 바람직하게 메틸기이다. R1 내지 R7 은 또한 -Y2-Si(R8R9R10) 및 A에서 선택된다.
구조(I)로부터 파생되는 바람직한 또 하나의 실리콘 모노머는 하기 식을 갖는 것이다:
Figure pat00020
여기서 B는 지환지방족 링을 포함하는 2가의 하이드록실이고; X는 중합성 메타크릴레이트 기이고, a는 0 내지 약 100, 보다 바람직하게 0 에서 약 20 까지, 보다 더 바람직하게 1이다. Y1 은 약 1 내지 10 탄소원자, 바람직하게 1 내지 약 5 탄소원자, 보다 바람직하게 약 2 탄소원자의 2가의 알킬-연결기이다. Y2 는 2가의 헤테로원자와 2가 알킬 기의 조합이다. 일반식 모노머 구조(I)의 각각의 R 기는 1가의 알킬-연결기, 바람직하게 메틸 기이다. R1 내지 R7 는 또한 -Y2-Si(R8R9R10) 및 A에서 선택된다.
구조(I)로부터 파생되는 바람직한 또 하나의 실리콘 모노머는 하기 식을 갖는 것이다:
Figure pat00021
여기서 B는 2가의 알킬 기이고; X는 중합성 메타크릴레이트 기이고, a는 0 내지 약 100, 보다 바람직하게 0에서 약 20 까지, 보다 더 바람직하게 1이다. Y1 은 약 1 내지 10 탄소원자, 바람직하게 1 내지 약 5 탄소원자, 보다 바람직하게 약 2 탄소원자의 2가의 알킬-연결기이다. Y2 는 2가의 헤테로원자와 2가 알킬 기의 조합이다. 일반식 모노머 구조(I)의 각각의 R 기는 1가의 알킬-연결기, 바람직하게 메틸 기이다. R1 내지 R7 은 또한 -Y2-Si(R8R9R10) 및 A에서 선택된다.
본 발명의 또 하나의 실시구현은 하기 일반식(I)을 가지는 실리콘-함유 화합물을 화학반응시키는 것을 포함하여 구성되는 상기한 실리콘 모노머의 제조방법이다:
Figure pat00022
여기서 a는 0 내지100이고; Y1 은 1 내지 10 탄소원자의 치환된 또는 비치환된 2가의 알킬 연결기이고, Y2 는 Y1 이거나 또는 2가의 헤테로원자일 수 있고. R1 내지 R7 은 독립적으로 1 내지 약 10 탄소원자의 1가의 지방족, 지환지방족 또는 방향족 탄화수소 기와 1 내지 약 10 탄소원자의 할로겐화 탄화수소 기로 이루어진 군에서 선택된다. 또한, R1 내지 R7 은 -Y2-Si(R8R9R10) 및 A에서 선택될 수 있고, 여기서 R8 내지 R10 은 독립적으로 1 내지 약 10 탄소원자의 1가의 지방족, 지환지방족 또는 방향족 탄화수소 기와 1 내지 약 10 탄소원자의 할로겐화 탄화수소 기로 이루어진 군에서 선택된다. A는 헤테로원자를 선택적으로 함유하는, 치환된 또는 비치환된, 포화 및 불포화 지방족, 지환지방족 또는 방향족 탄화수소로 이루어진 군에서 선택되는 1가의 친수성 또는 소수성 모이어티이다. 일단 상기 화합물이 생성되면 하기 일반식(II)을 가지는 말단 불포화 기와 반응시킨다:
R15 - B -M (II)
여기서 R15 는 약 0 내지 약 20 탄소원자를 가지는 선형 또는 분지형 불포화 알킬 기이고, B는 치환된 또는 비치환된, 포화 및 불포화 지방족, 지환지방족 또는 방향족 탄화수소와, 헤테로원자를 함유하는 치환된 또는 비치환된, 포화 및 불포화 지방족, 지환지방족 또는 방향족 탄화수소로 이루어진 군에서 선택되는 2가의 모이어티이고; 바람직하게, B 는 알코올, 에테르, 에스테르, 아미드, 아민, 산 및 그 염, 시아노, 티오, 우레탄, 우레아, 카보네이트, 카바메이트, 술포네이트, 설폰아미드, 포스페이트 및 이들의 조합과 같은 관능성을 포함한다. M은 하이드록실또는 할로겐 또는 에폭시 또는 카복실산 기일 수 있다.
*관능화된 카보실록산이 생성되면, 하기 일반식 (VI)를 가지는 알킬아크릴로일 화합물과 반응시켜 상기 실리콘 모노머를 생성한다:
Figure pat00023
여기서 G는 할로겐 또는 하이드록실 또는 1 내지 10 탄소원자를 가지는 알킬옥시이다. R12 내지 R14 는 수소 또는 1 내지 약 20 탄소원자의 치환된 또는 비치환된 포화 1가의 탄화수소 기로부터 선택된다.
관능화된 카보실록산과 일반식 (VI)를 가지는 알킬아크릴로일 화합물의 반응은 3급 아민 염기 또는 염기성 이온교환수지 (IER) 또는 공비혼합물 형성 용매 또는 반응물질의 존재하에 수행될 수 있다. 상기 공비혼합물 형성 용매는 헥산, 헵탄, 톨루엔 등으로부터 선택될 수 있고. 상기 반응물질로는 불활성 반응 조건하의 메틸메타크릴레이트와 같은 것이 있다.
또 하나의 구체예에서, 본 발명의 모노머는 콘택트렌즈 용도를 위한 실리콘-하이드로겔을 당 분야에 잘 알려진 방법으로 형성하는데 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 또한 본 발명의 호모폴리머나 또는 코폴리머로 제조되는 콘택트렌즈에 관한 것이다. 본 발명의 모노머/폴리머는 미국특허 제3,408,429 및 3,496,254호에 기재된 스핀 캐스팅 방법(spin casting processes)에 의해, 미국특허 제4,084,459 및 4,197,266호에 기재된 캐스트 몰딩 방법(cast molding processes)에 의해, 상기 방법들의 조합에 의해, 또는 기타 공지의 콘택트렌즈 제조방법에 의해 콘택트렌즈로 형성될 수 있다. 상기한 특허들 모두는 그 전체내용이 본 명세서에 참조문헌으로 통합된다. 중합은 소망하는 콘택트렌즈 형상 및 두께에 대응하는 스피닝 몰드(spinning mold) 또는 고정 몰드(stationary mold)에서 수행될 수 있다. 렌즈는 원할 경우 추가로 기계적 마무리가공처리될 수도 있다. 중합은 버튼(buttons), 플레이트(plates) 또는 로드(rods)를 형성하는데 사용되는 적당한 몰드 또는 용기에서 수행한 다음, 후속 가공공정{예를 들어, 레스(lathe) 또는 레이저에 의한 커트 또는 광택 가공}에서 소망하는 형상을 가지는 콘텍트렌즈로 가공할 수 있다.
또 하나의 구체예에서, 본 발명의 실리콘 하이드로겔 조성물은 여하한 상용화 용매를 사용함이 없이 직접 경화될 수 있는 맑고, 투명한 균질의 단일-상 용액을 형성한다. 종래의 실리콘-하이드로겔 필름은 일반적으로 소수성 실리콘 모노머와 친수성 하이드로겔 모노머와의 혼합물을 약 10 내지 40 중량%의 용매 존재 하에 경화하는 것에 의해 제조되는데, 그 이유는 상기 모노머들이 비상용성이기 때문이다. 그러나, 본 발명에 있어서, 본 발명의 메타크릴화 카보실록산 모노머는 종래의 친수성 하이드로겔 모노머와 혼화성이 있어서 용매를 사용하지 않아도 실리콘-하이드로겔 필름을 생산하기에 적합한 균질 용액을 형성할 수 있는 것으로 판명되었다.
또 하나의 구체예에서, 본 발명의 실리콘 하이드로겔 조성물은 친수성표면을 가지거나 또는 소수성 표면을 가지거나 또는 친수성 표면과 소수성 표면을 가지는 몰드를 사용하여 콘택트렌즈 용도를 위한 실리콘-하이드로겔을 형성하기 위하여 경화될 수 있다. 본 발명의 모노머로 제조한 실리콘 하이드로겔 필름은 몰드에서 꺼내, 물이나 또는 이소프로필알코올과 같은 유기용매, 또는 물과 유기용매의 조합을 사용하여 용출성 물질을 제거할 수 있다.
본 발명의 또 하나의 구체예에서, 본 발명의 실리콘-하이드로겔 필름은 소프트하고, 유연하며, 고도로 투명하고 흡수성이다. 본 발명의 모노머로 제조한 실리콘-하이드로겔 필름은 종래의 실리콘 모노머를 사용하여 제조한 것에 비해 보다 우수한 가수분해 안정성을 나타내고, 보다 우수한 산소투과성을 나타낸다. 본 발명의 실리콘 하이드로겔 필름은 물과 동적 접촉 각(dynamic contact angles with water)이 80°보다 적고, 그 실리콘 하이드로겔 조성물에 따라 약 10 내지 약 70 중량%의 물을 흡수하는 것으로 판명되었다. 제조된 실리콘 하이드로겔은 또한 콘택트렌즈 용도에 요구되는 기계적 특성들이 양호한 것으로 판명되었다.
또 하나의 구쳬예에서, 본 발명의 카보실록산 모노머는 대응하는 실록산에 비해 산성 및 염기성 조건하에서 보다 우수한 가수분해 안정성을 나타낸다.
본 발명의 폴리머는 또한 자외선 흡수제, 항미생물제, 안료, 착색제, 바이오활성 분자를 첨가제 형태 또는 코모노머 형태로 함유할 수도 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 본 발명의 실리콘-하이드로겔은 벌키 알킬 기를 가지는 실리콘 모노머로 된 것에 비해 개선된 표면 습윤 특성을 가져서 산소 전달 특성이 우수하다.
본 발명에 따라 사용되는 모노머 및 프리폴리머는 용이하게 중합되어, 향상된 습윤성으로 향상된 산소 전달성을 가지며 또한 물성 및 광학적 선명성이 우수한 3차원 네트워크를 형성한다.
본 발명 필름의 특수 용도로는 안구내(intraocular) 콘택트렌즈, 인공 각막, 일회용 및 장기착용 콘택트렌즈 또는 바이오메디칼 디바이스용 코팅 등이 있다.
실시예들
하기 실시예들은 예시를 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 본 발명은 첨부하는 청구범위에 적절히 기재되어 있다.
중합성 관능이 있는 다양한 친수성 모이어티들을 가진 카보실록산 모노머들을 제조하였다. 이들 신규한 모노머들의 가수분해 안정성은 염기성, 중성 및 산성 pH 조건하에 측정되었고, 동일한 관능을 갖는 종래의 실리콘 모노머에 비해 향상된 가수분해 안정성을 나타내었다.
본 발명의 카보실록산 모노머는 또한 통상적인 하이드로겔 모노머 또는 그 혼합 모노머와 여러 중량비로 공중합하여 실리콘 하이드로겔 필름을 제조하였다. 본 발명의 모노머로 제조된 필름은 보다 우수한 산소투과성, 내재적 습윤성 및 낮은 모듈러스를 가지는 것으로 판명되었다. 이러한 특성들은 콘택트렌즈 용도에서 중요한 특성들이다. 제조된 실리콘-하이드로겔 필름의 렌즈 특성들은 아래 제시하는 방법들로 평가되었다.
(1) 평형 함수율
필름을 탈이온수에 48시간 동안 침지한 후 표면에 묻은 물을 보무라기 없는 티슈지로 부드럽게 닦아내었다. 수화된 필름을 정밀하게 무게측정하고 나서, 오븐에서 48시간 동안 건조한 후 다시 건조중량을 측정하였다. 함수율은 하기 수학식을 사용하여 중량 변화율에 기초하여 계산되었다.
Figure pat00024
(2) 수분 습윤성
필름 표면의 수분 습윤성은 기포포획법(captive air bubble method )을 이용하여 접촉각을 각도계(Rame Hart NRL C.A.)로 측정하는 것에 의해 평가되었다. 기포포획법에서, 눈 위(on eye) 조건을 보다 잘 시뮬레이션하기 위하여 주사기로 주입된 기포를 밀리-큐 워터(milli-Q water)에 침지한 필름과 접촉시킨 다음 그 접촉각을 측정하였다. 접촉각 값이 낮을수록 필름의 친수도(degree of hydorphilicity)가 높고, 표면 습윤성이 우수함을 나타낸다.
(3) 산소투과성 (Dk 값)
산소투과성은 콘택트렌즈의 중요 인자들 중 하나이며, 일반적으로 상기 투과성이 높을수록 보다 바람직한 렌즈이다. 샘플의 산소투과성 (Dk)은 ISO 9913 표준법(standard method)에 따르는 폴라로그래픽 기법(polarographic technique)를 사용하여 측정되었다. 필름은 침투성 셀(permeation cell) 내에 클램프되고, 도너 챔버(donor chamber)는 산소포화 PBS(포스페이트 완충 식염수)로 충전되었다. 리셉터 셀(receptor cell) 내의 산소 농도는 경시적으로 모니터되었으며, 투과성은 농도 대 시간 플로트(concentration vs time plot)의 기울기로 측정하였다.
(4) 모듈러스
수화 필름의 영 모듈러스(Young's modulus)는 인스트론 인장강도 테스터를 사용하여 측정되었다. 습윤된 샘플은 6cm × 0.8cm로 절단한 스트립이었으며, 기계적 특성들은 50N의 로드셀(load cell) 10mm/분의 크로스헤드 속도(crosshead speed)로 측정되었다. 모듈러스는 스트레스-스트레인 곡선(stress-strain curve)의 초기 기울기로 측정되었다. 모듈러스는 재료의 소프트니스(softness)와 직접적으로 연관된다. 모듈러스가 낮을수록 재료는 보다 소프트하다.
모노머 제조
실시예 1 (Ex. 1): 하기 식으로 표시되는 화합물의 합성
Figure pat00025
이 모노머는 2단계 프로세스로 제조되었다. 제1단계에서, 하이드로실릴화 반응(hydrosilylation reaction)이 하이드록실 말단 메타알릴 폴리에테르와 모노-하이드라이드 관능성 카보실록산과의 사이에서 발생한다. 제2단계에서, 상기 하이드록실 기는 메타크릴화 반응을 통해 중합성 메타크릴레이트 기로 전환된다. 상기 모노-하이드라이드 관능성 카보실록산은 미국특허 7,259,220 B1에 기재된 프로세스로 제조되었으며, 상기 특허는 그 전부가 본 명세서에 참조문헌으로 통합된다.
구체적인 프로세스에 있어서, 1-(2-트리메틸실릴에틸)-1,1,3,3-테트라메틸디실록산 (25 g), 하이드라이드 관능성 카보실록산, 및 사슬에 평균 8개의 에틸렌 옥사이드(EO) 단위를 가지는 메타알릴-말단 폴리에틸렌 글리콜(46 g)을 환류 응축기(reflux condenser), 기계식 교반기, 써모커플을 갖는 온도조절기 및 질소 유입구가 장치된 250 mL 삼목 둥근 바닥 (RB) 플라스크에 투입하였다. 이 내용물을 카스테드(Karstedt) 촉매 (반응물 투입량에 대하여 50 내지 100 ppm의 Pt) 및 디하이드로커플링 반응(dehydrocoupling reaction)과 같은 부반응들의 발생을 방지하기 위한 버퍼(buffer) (미국특허 5,986,122)의 존재 하에 80℃ 내지 90℃로 가열하였다. 하이드로실릴화의 완료후에, 휘발성 화합물들을 감압조건하에 반응 생성물로부터 제거하였다. 최종 생성물, 하이드록실 말단 카보실록산 폴리에테르는 무색, 투명 액체로서 정량적인 수율로 얻어졌으며, 원하지 않은 어떠한 부반응생성물도 산출되지 않았다. 결과의 순수한 생성물은 다핵 NMR 분광법(multinuclear NMR spectroscopy)으로 잘 특성분석되었다. 본 발명의 실리콘 폴리에테르의 합성은 용매의 존재 또는 부재하게 발생할 수 있다. 용매가 사용되는 경우, 바람직한 용매의 예로 톨루엔, 이소프로필 알코올 또는 메틸 에틸 케톤이 있다.
H-NMR (ppm) : 0.02 (Si(CH3), 0.3 및 0.6 (SiCH2CH), 0.4 (SiCH2CH2Si), 1.0 (Si(CH3), 1.9 (-CH<), 3.2 및 3.3 (>CH-CH2-O-), 3.6 (-CH2CH2O-).
Si-NMR (ppm) : 3.4 (Si(CH3)3CH2), 7.2 (O-Si(CH3)2(CH2)), 8.5 (O-Si(CH3)2(CH2CH2).
다음, 위의 단계에서 합성된 카보실록산 폴리에테르, 트리에틸아민 (11.3 g) 및 메틸에틸케톤 (100 ml)을 적하 깔때기 및 교반 블레이드가 장치된 1 리터 삼목 RB 플라스크에 투입하였다. 상기 플라스크를 아이스 배스(ice bath)에 침지하고, 메타크릴로일 클로라이드 (11.2 g)를 적하 깔대기를 사용하여 대략 1시간에 걸쳐 적하하여 첨가하였다. 상기 첨가를 완료한 후에, 실온에서 3시간 더 교반하였다. 반응 중에 석출한 트리에틸아민 하이드로클로라이드 염을 여과하여 제거하였다. 용매는 회전진공증발기(rotary vacuum evaporator)로 제거하였고, 최종 모노머는 무색 내지 옅은 황색의 투명한 액체로 얻어졌다. 사용된 용매의 낮은 비점은 진공(즉, 약 10 mmHg 이하) 하에 약 30℃ 내지 40℃의 온도에서 용매의 완전한 제거를 가능하게 한다. 결과의 모노머는 적외선 분광법(infrared spectroscopy), 다핵 NMR분광법으로 잘 특성분석되었다.
H-NMR (ppm): 0.02 (Si(CH3), 0.3 및 0.6 (SiCH2CH), 0.4 (SiCH2CH2Si), 0.98 (Si(CH3), 1.98 (CH3), 3.1 및 3.3 (>CH-CH2-O-), 3.64 (-CH2CH2O-), 4.2 (CH2COO), 5.6 및 6.15 (CH2=).
Si-NMR (ppm) : 3.5 (Si(CH3)3CH2), 7.2 (O-Si(CH3)2(CH2)), 8.4 (O-Si(CH3)2(CH2CH2).
실시예 2 (Ex. 2): 하기 식으로 표시되는 화합물의 합성
Figure pat00026
이 모노머는 2단계 프로세스로 제조되었다. 제1단계에서, 하이드로실릴화 반응이 하이드라이드 관능성 카보실록산과 비닐 관능성 사이클로헥센 에폭사이드와의 사이에서 발생한다. 제2단계에서, 에폭사이드 기가 불포화산과 반응되어 그 자리에 중합성기가 도입된다.
구체적인 프로세스에 있어서, 1-(2-트리메틸실릴에틸)-1,1,3,3-테트라메틸디실록산 (25 g) 및 비닐 사이클로헥센 에폭사이드 (13.2 g)를 환류 응축기, 기계식 교반기, 써모커플을 갖는 온도조절기 및 질소 유입구가 장치된 250 mL 삼목 둥근 바닥 (RB) 플라스크에 투입하였다. 내용물을 카스테드 촉매 (반응물 투입량에 대하여 10 내지 50 ppm Pt) 및 디하이드로커플링 반응과 같은 부반응들의 발생을 방지하기 위한 버퍼 (미국특허 5,986,122)의 존재 하에 80℃ 내지 90℃로 가열하였다.
하이드로실릴화의 완료 후에, 원하지 않는 휘발성 화합물을 감압하에 증발제거하여 반응생성물을 정제하였다. 최종 생성물, 에폭시 관능성 카보실록산이 무색, 투명 액체로서 정량적인 수율로 얻어졌으며, 원하지 않은 어떠한 부반응생성물도 산출되지 않았다. 결과의 순수한 생성물은 프로톤 NMR 분광법으로 잘 특성분석되었다. 본 발명의 에폭시 관능성 카보실록산 의 합성은 용매의 존재 또는 부재하게 발생할 수 있다. 용매가 사용되는 경우, 바람직한 용매의 예로 톨루엔, 이소프로필 알코올 또는 메틸 에틸 케톤이 있다.
H-NMR (ppm) : 0.02 (Si(CH3), 0.4 (SiCH2CH2Si), 0.5 (SiCH2), 1.2 내지 2 (CH2).
다음, 위에서 합성된 에폭시 관능성 카보실록산, 티타늄 이소프로폭사이드 (카보실록산에 대하여 0.4 wt%) 및 하이드로퀴논 (카보실록산에 대하여 0.0025 wt%)을 적하 깔대기 및 교반 블레이드가 장치된 1리터 삼목 RB 플라스크에 투입하였다. 플라스크를 오일 배스에서 90℃로 가열한 다음, 교반 하의 상기 플라스크내로 아크릴산(7.68 g)을 적하하여 첨가하였다. 상기 첨가를 완료한 후에, 90℃에서 5시간 더 교반하였다. 용매 (톨루엔)와 기타 휘발성 불순물들을 회전진공증발기로 제거하여, 최종생성물을 무색의 투명한 액체로 수득하였다. 결과의 모노-아크릴화 카보실록산 모노머는 적외선 분광법, 프로톤 NMR 분광법으로 잘 특성분석되었다.
H-NMR (ppm) : 0.02 (Si(CH3), 0.4 (SiCH2CH2Si), 0.5 (SiCH2), 1.2 내지 2 (CH2), 3.8 및 4.8 (CH2), 5.8, 6.2 및 6.4 (CH2=CH-).
실리콘-하이드로겔 필름의 형성
실시예 3 (Ex. 3)
실시예 1에서 수득한 화합물 (49 중량부), 2-하이드록시 에틸 메타크릴레이트 (49 중량부), 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트 (EGDMA) (1 중량부), 및 벤조일 퍼옥사이드 (1 중량부)를 혼합, 교반하였다. 얻어진 맑고 균질하면서 투명한 반응혼합물을 질소 가스로 밀어서 폴리에틸렌테레프탈레이트 몰드에 주입하여, 상기 반응혼합물의 얇은 필름을 성형하고, 상기 필름을 열풍오븐을 사용하여 85℃에서 8시간 동안 열경화하였다. 경화 후, 탈형한 필름을 10% 이소프로필 알코올 (IPA) 내에서, 탈이온(DI)수 내에서 가열하여 용출성 물질을 제거하였다. 상기 필름을 또한 뜨거운 탈이온수로 수세하였다. 위와 같이 하여 제조된 최종 실리콘 하이드로겔 필름은 소프트하고, 유연하며, 투명하였다. 상기 필름을 탈이온수에 저장하였고, 콘텍트렌즈의 일부 특성들을 측정하였다. 제조된 실리콘 하이드로겔 필름의 구체적인 조성 및 특성들은 표 1에 제시된다.
실시예 4 (Ex. 4)
실시예 1에서 수득한 화합물 대신에 실시예 2에서 수득한 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 실리콘-하이드로겔 필름을 제조하였다. 최종 샘플은 맑고 투명한 얇은 필름이었으며, 순수에 저장하였다.
비교 실시예 1 (CEx. 1)
Figure pat00027
이 모노머는 1-(2-트리메틸실릴에틸)-1,1,3,3-테트라메틸디실록산 대신에 1,1,1,3,5,5,5-헵타메틸트리실록산이 사용된 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조되었다. 제조된 모노-아크릴화 실록산 모노머는 적외선 분광법, 다핵 NMR 분광법으로 잘 특성분석되었다.
H-NMR (ppm) : 0.02 (Si(CH3), 0.3 및 0.6 (SiCH2CH), 0.98 (Si(CH3), 1.98 (CH3), 3.1 및 3.3 (>CH-CH2-O-), 3.64 (-CH2CH2O-), 4.3 (CH2COO), 5.6 및 6.15 (CH2=).
Si-NMR (ppm) : 8 (-Si(CH3)3), -22 (O-Si(CH3)2-).
비교 실시예 2 (CEx. 2)
실시예 1에서 얻어진 화합물 대신에 비교실시예 1에서 얻어진 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 실리콘-하이드로겔 필름을 수득하였다. 제조된 맑고 투명한 얇은 필름을 순수에 저장하였고, 그 특성들을 측정하였다.
본 발명 모노머의 가수분해 안정성은 HPLC를 사용하여 측정하였다 (미국특허출원 공개 20100069279). 실시예 1에서 수득한 모노머 0.5중량%를 6.5, 7 및 7.5 pH 용액이 수용된 세 개의 서로 다른 비알(vial)에 투입하였다. 상기 비알들을 누출방지 시일로 밀봉하고 85℃로 가열하였다. 가열로 가속된 가수분해 열화 조성 변화들을 HPLC를 사용하여 경시적으로 모니터하였다. 이와 동일한 방법으로, 비교실시예 1에서 얻어진 모노머의 가수분해안정성을 측정하였다. 본 발명의 모노머(Ex. 1)은 종래의 실록산 모노머 (CEx. 1)에 비해 산성, 염기성 및 중성 조건에서 향상된 가수분해 안정성을 나타내었다 (도 1).
실리콘 하이드로겔 Ex. 3 CEx. 2
*조성 (중량%)
실리콘 모노머 (Ex 1) 49 -
실리콘 모노머 (CEx 1) - 49
HEMA 49 49
EGDMA 1 1
벤조일 퍼옥사이드 1 1
*특성들
평형 함수율 (%) 27 30
동적 접촉각 (2분에서) 36°± 4° 42°± 4°
포획기포 접촉각 43°± 4° 40°± 3°
영 모듈러스 [MPa] 0.5 ±0.1 0.8±0.3
산소투과성 (Dk) [Barrer] 347±10 305±10
표 1은 카보실록산 연쇄를 갖는 본 발명의 모노머(Ex.1)를 사용하여 제조한 실리콘-하이드로겔 필름과 카보실록산 연쇄가 없는 모노머(CEx. 1)를 사용하여 제조한 실리콘-하이드로겔 필름을 비교한 것이다. 종래의 실리콘 모노머를 사용하여 제조한 실리콘-하이드로겔 필름에 비해, 본 발명의 모노머는 다양한 pH 조건하에 향상된 가수분해 안정성을 나타낼 뿐만 아니라, 산소투과성도 향상되었고 모듈러스도 보다 낮았다.
스턴(Stern) 외의 연구논문 (J. Polymer Science Part B: Polymer Physics 25 (1987) 1263 - 1298)에는 실리콘 백본 상에서 벌키 기(예를 들어, 에틸, 이소프로필, 부틸, 헥실)에 의한 메틸 기의 치환, 또는 카보실란 (-Si(CH2)nSi-)에 의한 실록산 (-SiOSi-) 연쇄의 치환은 산소투과성 감소를 초래한다는 것이 보고되어있다. 스턴 외의 상기 연구논문에 기초하여, 실록산 연쇄 (-Si-O-Si)가 백본 사슬내에서 카보실록산 연쇄 (-Si(CH2)nSi-)에 의해 치환되면 산소투과성이 감소하게 된다고 예상하게 된다. 놀랍게도, 본 발명의 카보실록산 모노머를 사용하여 생산된 실리콘 하이드로겔 필름은 종래의 실록산 연쇄를 가지는 대응하는 실록산 모노머에 비하여 개선된 산소투과성을 나타내는 것으로 판명되었다.
본 발명이 바람직한 구체예에 관하여 기술되어 있지만, 당 분야의 기술자라면 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 다양한 변화가 만들어질 수 있고, 그 구성요소들이 등가물로 치환될 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태로서 기술된 특정 구체예로 본 발명이 제한되는 것이 아니며, 본 발명은 첨부하는 청구범위의 영역에 속하는 모든 구현들을 포함하는 것으로 의도된 것이다. 본 명세서에서 인용된 모든 참고문헌들은 분명히 본 명세서에 참조문헌으로 통합되는 것이다.

Claims (22)

  1. 하기 일반식(I)을 가지는 카보실록산 연쇄를 적어도 하나 포함하여 구성되는 실리콘 모노머:
    Figure pat00028

    {여기서 a는 1 내지 100이고; Y1 은 치환되거나 치환되지 않은 1 내지 10 탄소원자의 2가의 알킬 연결기이고; Y2 는 산소원자이고; R1, R2, R3, R4, R5, R6, 및 R7 은 독립적으로 1 내지 10 탄소원자의 1가의 지방족 탄화수소 기, 3 내지 10 탄소원자의 1가의 지환지방족 탄화수소 기, 6 내지 10 탄소원자의 1가의 방향족 탄화수소 기 또는 1 내지 10 탄소원자의 1가의 할로겐화 탄화수소 기이고;
    Z 는 하기 일반식 (II)을 가지며
    Figure pat00029

    여기서 R11 은 3 내지 20 탄소원자를 가지는 분지형의(branched), 2가의 알킬 연결기이고; B는 헤테로 원자로 치환된 지방족 틴화수소를 포함하는 2가의 친수성 모이어티, 헤테로 원자로 치환된 지환지방족 탄화수소를 포함하는 2가의 친수성 모이어티 또는 헤테로 원자로 치환된 방향족 탄화수소를 포함하는 2가의 친수성 모이어티이고, X는 아크릴아미드, 치환되거나 치환되지 않은 불포화 지방족 또는 방향족 탄화수소, 아크릴레이트 및 메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 중합가능한 기임}.
  2. 제1항에 있어서, R1, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7 은 각각 독립적으로 1 내지 9 탄소원자의 포화된 1가의 탄화수소 기, 플루오르화 탄화수소, 아랄킬 또는 아릴알킬 기를 포함하는, 실리콘 모노머.
  3. 제1항에 있어서, B는 알킬, 알코올, 에테르, 에스테르, 아미드, 아민, 산 및 그 염, 시아노, 티오, 우레탄, 우레아, 카보네이트, 카바메이트, 술포네이트, 설폰아미드, 및 포스페이트로 이루어진 군에서 선택되는 관능기를 적어도 하나 포함하는, 실리콘 모노머.
  4. 제1항에 있어서, B가 다음의 2가 모이어티들로 이루어진 군에서 선택되는, 실리콘 모노머:
    Figure pat00030

    (여기서, p 및 q는 독립적으로 0 내지 100이고; r은 0 내지 50이며, (p +q + r)은 0보다 큼),
    Figure pat00031
    ,
    Figure pat00032
    ,
    Figure pat00033
    ,
    Figure pat00034
    ,
    Figure pat00035
    ,
    Figure pat00036
    , 및
    Figure pat00037
    .
  5. 제1항에 있어서, X 가 아크릴아미드 또는 하기 일반식(III)을 가지는 중합성 모이어티인, 실리콘 모노머:
    Figure pat00038

    여기서 R12, R13, 및 R14 는 수소, 치환되거나 치환되지 않은 1 내지 20 탄소원자의 포화된 1가의 탄화수소 기, 또는 치환되거나 치환되지 않은 1 내지 20 탄소원자의 포화된 1가의 할로겐화 탄화수소 기임).
  6. 제1항에 있어서, B가 친수성 폴리에틸렌글리콜 모이어티이고, 하기 일반식으로 표시되는, 수용성이고 수분산성인, 실리콘 모노머:
    Figure pat00039

    (여기서 p는 5 보다 큼).
  7. 적어도 하나의 제1항 실리콘 모노머와 적어도 하나의 하이드로겔 코모노머를 포함하여 구성되는 실리콘-하이드로겔 코폴리머.
  8. 제1항의 실리콘 모노머를 적어도 2종 이상 포함하여 구성되며, 여기서 적어도 하나의 한 실리콘 모노머는 적어도 하나의 다른 실리콘 모노머와 상이한 것인, 실리콘-하이드로겔 코폴리머.
  9. 적어도 하나의 제1항의 실리콘 모노머와; 비닐계 모노머 및 아크릴계 모노머로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 하이드로겔 모노머를 포함하여 구성되는, 실리콘-하이드로겔 코폴리머.
  10. 제9항에 있어서, 상기 아크릴계 모노머는 2-하이드록시-에틸-메타크릴레이트 (HEMA), 2-하이드록시-에틸-아크릴레이트 (HEA), 하이드록실프로필 메타크릴레이트, 트리메틸암모늄 2-하이드록시 프로필 메타크릴레이트 하이드로클로라이드, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트, 글리세롤 메타크릴레이트, N,N-디메틸 아크릴아미드, N-이소프로필아크릴아미드, 아크릴아미드, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산, 메타크릴아미드, 아타크릴산, 메타크릴산, 양이온 및 쯔비터이온 모이어티를 함유하는 기타 아크릴계 모노머, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 코폴리머.
  11. 제9항에 있어서, 상기 비닐계 모노머는 N-비닐-피롤리돈, N-비닐-카프로락탐, N-비닐-아세트아미드, N-비닐-포름아미드, N-비닐-이소프로필아미드, 비닐 벤젠, 비닐 나프탈렌, 비닐 피리딘, 및 비닐 알코올로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 코폴리머.
  12. 제9항에 있어서, 상기 실리콘 모노머 대 상기 하이드로겔 모노머의 비가 1:100 내지 100:1인, 실리콘-하이드로겔 코폴리머.
  13. 제6항의 실리콘 모노머와; 친수성 아크릴계 코모노머 및 친수성 비닐계 코모노머로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 성분; 그리고 임의선택적으로 가교제, 라디칼 개시제, 항미생물제, UV-흡수제, 바이오활성제 및 가시성 조색제(visibility tinting agent)를 포함하여 구성되는. 실리콘-하이드로겔 코폴리머 조성물.
  14. 제13항에 있어서, 상기 가교제는 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 트리메틸로일프로판 트리메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 비스페놀 A 디메타크릴레이트, 디글리시딜 비스페놀 A 디메타크릴레이트, 디메타크릴레이트-말단 폴리에틸렌 글리콜 및 반응성 선형 폴리에테르 개질 실리콘으로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 코폴리머 조성물.
  15. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항의 코폴리머를 포함하여 구성되는 실리콘-하이드로겔 필름.
  16. 제13항 또는 제14항의 코폴리머 조성물을 포함하여 구성되는 실리콘-하이드로겔 필름.
  17. 제15항의 실리콘-하이드로겔 필름으로부터 형성된, 콘택트렌즈.
  18. 제16항의 실리콘-하이드로겔 필름으로부터 형성된, 콘택트렌즈.
  19. 제17항에 있어서, 상기 실리콘-하이드로겔 필름이 모노머를 용매 또는 상용화제의 부재 하에 열 또는 광 경화법으로 중합하여 제조한 투명하고 균질한 실리콘-하이드로겔 필름인, 콘텍트렌즈.
  20. 제18항에 있어서, 상기 실리콘-하이드로겔 필름이 모노머를 용매 또는 상용화제의 부재 하에 열 또는 광 경화법으로 중합하여 제조한 투명하고 균질한 필름인, 콘텍트렌즈.
  21. (i) 하기 일반 식(IV)를 가지는 실리콘-함유 화합물을 하기 일반식(V)을 가지는 말단불포화기와 반응시켜 관능화된 카보실록산을 생성하는 단계
    Figure pat00040

    {여기서 a는 1 내지 100이고; Y1 는 치환되거나 치환되지 않은 1 내지 10 탄소원자의 2가의 알킬 연결기이고; Y2 는 산소원자이고; R1, R2, R3, R4, R5, R6, 및 R7 은 독립적으로 1 내지 10 탄소원자의 1가의 지방족 탄화수소 기, 3 내지 10 탄소원자의 1가의 지환지방족 탄화수소 기, 6 내지 10 탄소원자의 1가의 방향족 탄화수소 기 또는 1 내지 10 탄소원자의 1가의 할로겐화 탄화수소 기임},
    -R11-B-M (V)
    {여기서 R11 은 3 내지 20 탄소원자를 가지는 분지형의, 2가의 알킬기로 이루어진 군에서 선택되고; B는 헤테로 원자로 치환된 지방족 틴화수소를 포함하는 2가의 친수성 모이어티, 헤테로 원자로 치환된 지환지방족 탄화수소를 포함하는 2가의 친수성 모이어티, 또는 헤테로 원자로 치환된 방향족 탄화수소를 포함하는 2가의 친수성 모이어티로서, 여기서 B는 알킬, 알코올, 에테르, 에스테르, 아미드, 아민, 산 및 그 염, 시아노, 티오, 우레탄, 우레아, 카보네이트, 카바메이트, 술포네이트, 설폰아미드, 및 포스페이트로 이루어진 군에서 선택되는 관능기를 포함하며; M은 하이드록실, 할로겐, 에폭시 및 카복실산 기로 이루어진 군에서 선택됨}; 및
    (ii) 상기 관능화된 카보실록산을 하기 식 (VI)을 가지는 알킬아크릴로일 화합물과 반응시켜 제1항의 일반식(I)을 가지는 실리콘 모노머를 생성하는 단계
    Figure pat00041

    {여기서 G는 할로겐, 하이드록실 및 1 내지 10 탄소원자를 가지는 알킬옥시로 이루어진 군에서 선택되고, R12, R13 및 R14 는 각각 독립적으로 수소, 치환되거나 치환되지 않은 1 내지 20 탄소원자를 가지는 1가의 포화 탄화수소 기로 이루어진 군에서 선택됨}
    를 포함하여 구성되는, 실리콘 모노머의 제조방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 관능화된 카보실록산과 상기 알킬아크릴로일 화합물과의 반응은, 적어도 하나의 3급 아민 염기 또는 적어도 하나의 이온 교환 수지 (IER)와, 헥산, 헵탄, 톨루엔, 이소프로필알코올 또는 메틸에틸케톤 용매의 존재하에 수행되는 것인, 실리콘 모노머의 제조방법.
KR1020177011773A 2011-03-21 2011-03-21 가수분해 저항성 카보실록산 연쇄를 포함하는 실론산 모노머들, 그 제조방법 및 그것들을 함유하는 콘텍트 렌즈용 박막 필름 Ceased KR20170054532A (ko)

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