Brevet FR2586690A1 — publié le 19870306

COPOLYMERES HYDROPHILES POUR LENTILLES DE CONTACT ET USAGE MEDICAL, ET PROCEDE D'OBTENTION DE CEUX-CI L'invention a trait à des copolymères hydrophiles pour lentilles de contact et usage médical et à un procédé d'obtention de ceux-ci. On connaît des élastomères gonflant à l'eau ayant des teneurs variées en eau à l'équilibre, et que l'on peut utiliser pour la production de lentilles de contact hydrophiles souples, et également pour des usages médi- caux variés. Le poly (2-hydroxyethyl méthacrylate) (poly- HEMA) se montre excellent dans des applications qui exigent de bonnes propriétés mécaniques, et sa teneur en eau d'environ 40 % en poids est suffisante. Cependant certaines applications nécessitent des matériaux gonflant fortement (par exemple des lentilles de contact pour usage permanent), souvent même avec un module de cisaillement plus faible mais une élongation suffisante. Néanmoins les polymères hydrophiles connus ayant une forte capacité de gonflement ont des propriétés mécaniques inadéquates à tel point qu'ils ne peuvent pas être utilisés à cette fin. C'est pourquoi il a été développé des copolymères légèrement réticulés à partir de la N-vinylpyrrolidinone hautement hydrophile avec des alkyls méthacrylate hydro- phobes (Brevet Britannique N' 1,514,810), et qui ont des propriétés mécaniques plus adaptées en addition à une forte capacité de gonflement, mais contiennent une partie extractible indésirable. Un homologue du 2hydroxyethyl méthacrylate, le diéthylène glycol méthacrylate (DEGMA; 2,2'oxydiéthanol monométhacrylate) donne des polymères fortement gonflant à cause de son atome d'oxygène éther dans la chaîne ester, mais qui cependant ne montre pas des propriétés mécaniques convenables même dans un état réticulé, et qui ne peut pas être utilisé dans certaines applications. On triomphe de ces désavantages ci-dessus par l'uti- lisation d'un copolymère hydrophile adapté surtout pour les lentilles de contact et les applications médicales, et qui peut être préparé selon l'invention par copolyméri- sation de 70 à 99,5 % en poids de diéthylène glycol méthacrylate (DEGMA; 2,2'-oxydiéthanol monométhacrylate) avec 0,5 à 30 % en poids de monomères vinyliques choisis dans le groupe comprenant des esters et des amides de l'acide méthacrylique et acrylique, et en présence d'initiateurs radicalaires. Les initiateurs radicalaires sont choisis dans le groupe comprenant les composés azo, les péroxides, les péroxocarbonates,les péroxosulfates,les photoinitiateurs à base d'éther de benzolne et leurs dérivés, et des systèmes d'initiation redox, tel qu'avantageusement le péroxosulfate - disulfite, le péroxosulfate - alkylamines, le benzoyl péroxide - alkylamines. Ces initiateurs de radicaux sont utilisés à la concentration de 0,01 à 3 % en poids. En temps que monomères vinyliques, on utilise avantageusement le méthyl méthacrylate, le n-butyl méthacrylate, le tert-butyl méthacrylate, le dodécyl méthacrylate, l'éthoxyethyl methacrylate, le n-butyl acrylate, le n-tert-butylacrylamide et le n-ethylacry- lamide. La copolymérisation peut être effectuée également en présence de solvants polaires, tels qu'avantageusement le glycérol, les glycols et leurs dérivés, l'eau, le diméthylformamide, le diméthylsulfoxide, le diméthylacé- tamide, la diacétine, l'isopropylalcool, ou leurs mélanges. On a préparé]. es copolymères de diéthylène glycol methacrylate avec un ester choisi ou un amide choisi de l'acide méthacrylique 011ou de l'acide acrylique en présence de diéthylène glycol diméthacrylate, de triéthylène glycol diméthacrylate et d'éthylène glycol diméthacrylate ou d'un diester arbitraire de l'acide méthacrylique ou de l'acide acrylique avec le glycol alkylène correspondant, du méthylène-bis-méthacrylamide, du éthylène-bis-méthacryla- mide, du hexamethylène-bis-méthacrylamide, et d'autres, toujours de telle façon qu'au moins trois composés entrent dans la polymérisation, deux de ceux-ci étant des monoesters et le troisième étant un agent réticulant, tandis que l'un des monoesters est le diéthylène glycol monométhacrylate. Le diéthylène glycol monométhacrylate contient le diester diéthylène glycol diméthacrylate résultant de sa synthèse; ce diester peut agir comme un composé réticulant seul ou devient une partie d'un mélange d'agents réticulants, ou doit être enlevé ou diminué jusqu'à un minimum dans le diéthylène glycol méthacrylate si un autre système réticulant est utilisé. A la teneur spécifiée ci-dessus en monoesters et à la concentration adéquate en un diester ou en diesters de l'acide acrylique ou méthacrylique ou en un amide ou amides de l'acide acrylique ou méthacrylique, le terpolymère hydrophile de hauts copolymères qui en résulte atteint de telles propriétés mécaniques qu'il peut être utilisé dans la préparation de lentilles de contact ou pour des usages médicaux. La teneur en eau dans l'hydrogel tridimentionnel final augmente d'une manière continue avec l'augmentation de la teneur en composé DEGMA dans le mélange. Des hydrogels ayant des propriétés mécaniques appropriées à une teneur en eau à l'équilibre de 50 à 70 % en poids sont obtenues avec la proportion des composés selon l'invention. Les copolymères selon l'invention ont des propriétés mécaniques nettement meilleures que celles de homopolymère de DEGMA, souvent comparable avec les propriétés mécaniques des polymères HEMA et convenant toujours pour les applications selon la présente invention. Les copolymères selon l'invention sont virtuellement dépourvus de fractions extractibles solubles dans l'eau et ne A contiennent pas de groupe ionogène dans leur structure. C'est pourquoi on peut s'attendre à de plus faibles dépôts de protéines de l'oeil avec les lentilles de contact faites de ces copolymères en comparaison avec les copolymères qui contiennent par exemple de l'acide méthacrylique ou ses sels. Les copolymères selon l'invention assurent une teneur en eau à l'équilibre suffisamment élevée dans le gel résultant pour les propriétés mécaniques et optiques retenues,et ainsi peuvent être utilisés pour la production de lentilles de contact & usage permanent. L'invention est illustrée en détail par.les exemples suivants de réalisation sans que ceux-ci ne constituent en aucune manière une limitation de celle-ci. Exemple 1 Le mélange se composant de 90 % en poids d'éthylène glycol méthacrylate(DEGMA) et 10 % en poids de butyl méthacrylate qui contient 0, 5 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,2 % en poids d'azobisisobutyronitrile rapporté & la quantité totale des monomères, pendant 16 heures à 60-C. Le matériau résultant contient après gonflement 59 % en poids d'eau et a un G = 0,100 MPa, un allongement de 112 % et une résistance de 0,185 MPa. Exemple 2 Le mélange se composant de 95 % de DEGMA et 5 % en poids de butyl méthacrylate qui contient 0,5 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,2 % en poids d'azobisisobutyronitrile rapporté au poids total des monomères pendant 16 heures à 60C. Le matériau résultant contient après gonflement 68 % en poids d'eau et a un G = 0,1 MPa, un allongement de 129 % et une résistance de 0,215 MPa. Exemple 3 Le mélange se composant de 95 % en poids de DEGMA et % en poids de butyl méthacrylate qui contient 0,6 0 en poids de diéthylène glycol diméthacrylate et 0,15 % en poids d'éthylène glycol diméthacrylate est mélangé en quantité de 70 % avec 30 % en poids de 2-hydroxyethyl méthacrylate(HEMA). Ce mélange est polymérisé avec 0,2 % en poids d'azobisisobutyronitrile rapporté au poids total des monomères, pendant 16 heures à 60'C. le matériau résultant contient après gonflement 54 % en poids d'eau. et a un G = 0,139 MPa, un allongement de 165 %, une résistance de 0,320 MPa, et un Kv = 1,35 (Kv est le coefficient de l'expansion linéaire pendant le gonflement dans l'eau). Exemple 4 Le mélange se composant de 95 % en poids de DEGMA et de 5 % en poids de butyl méthacrylate qui contient 0,6 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate et 0,15 % en poids d'éthylène glycol diméthacrylate est mélangé en quantité de 60 % en poids avec 40 % en poids de HEMA. Ce mélange est polymérisé avec 0,2 % en poids d'azobisisobu- tyronitrile rapporté au poids total des monomères, pendant 16 heures à 60C. Le matériau résultant contient après gonflement 49 % en poids d'eau et a un G = 0,365 MPa, une résistance de 0,235 MPa, et un Kv = 1,31. Exemple 5 Le mélange se composant de 95 % de DEGMA et 5 % en poids de butyl méthacrylate qui contient 0,6 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate et 0,15 % en poids d'éthylène glycol diméthacrylate est mélangé en quantité de 50 %' en poids avec 50 % en poids de HEMA. Ce mélange est polymérisé avec 0,2 % en poids d'azobisisobutyro- nitrile rapporté à la quantité totale des monomères, pendant 16 heures à 60 C. Le matériau résultant contient après gonflement 48 % en poids d'eau et a un G = 0,548 MPa et un Kv = 1,38. Exemple 6 Le mélange se composant de 95 % en poids de DEGMA et 5 % en poids de 2éthoxyethyl méthacrylate qui contient 0,5 %O en poids de diéthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,2 % en poids d'azobisisobutyronitrile rapporté à la quantité totale des monomères, pendant 16 heures à 60'C. Le matériau résultant contient après gonflement 69 % en poids d'eau et a un G = 0,077 MPa et un Kv = 1,56. Exemple 7 Le mélange se composant de 90 % en poids de DEGMA et % en poids de 2éthoxyethyl méthacrylate qui contient 0,2 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate et 0,7 % en poids de triéthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,2 % en poids d'azobisisobutyronitrile rapporté à la quantité totale des monomères, pendant 16 --n-he-iurs 6à- C0. -Le- matéria-u résultant contient après gon- flement 67 % en poids d'eau et a un G = 0,087 MPa, un allongement de 146 % et une résistance de 0,194 MPa. Exemple 8 Le mélange se composant de 80 % en poids de DEGMA et % en poids de 2éthoxyethyl méthacrylate qui contient 0,4 % d'éthylène glycol diméthacrylate et 0,20 % en poids de triéthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,2 % en poids d'azobisisobutyronitrile rapporté au poids total des monomères, pendant 16 heures à 60'C. Le matériau résultant contient après gonflement 60 % en poids d'eau et a un G = 0,178 et un Kv = 1,41. Exemple 9 Le mélange se composant de 70 % en poids de DEGMA et 30 %' en poids de 2éthoxyethyl méthacrylate qui contient 0,5 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,2 % en poids d'azobisisobutyronitrile rapporté à la quantité totale des monomères, pendant 16 heures à 60 C. Le matériau résultant contient après gon- flement 49 % en poids d'eau et a un G = 0,181 MPa et un Kv = 1,28. Exemple 10 Le mélange se composant de 97 %à en poids de DEGMA et 3 % en poids de Ntert-butylacrylamide qui contient 0,6 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate et 0,15 % en poids d'éthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,2 % en poids d'azobisisobutyronitrile rapporté au poids total des monomères, pendant 16 heures à 60'C. Le matériau résultant contient après gonflement 62 % en poids d'eau et a un G = 0,170 MPa. Exemple 11 Le mélange se composant de 95 % en poids de DEGMA et % de N-tertbutylacrylamide qui contient 0,5 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,2 % en poids d'azobisisobutyronitrile rapporté au poids total des monoméres, pendant 16 heures à 60'C. Le matériau résultant contient après gonflement 68 % en poids d'eau et a un G = 0,108 MPa. Exemple 12 Le mélange se composant de 95 % en poids de DEGMA et % en poids de dodécyl méthacrylate qui contient 0,5 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,4 % en poids d'azobisisobutyronitrile rapporté au poids total des monomères, pendant 16 heures à 60'C. Le matériau résultant contient après gonflement 67 % en poids d'eau et a un G = 0,118 MPa et un K = 1,51. v Exemple 13 - Le mélange se composant de 95 % en poids de DEGMA et % de dodécyl méthacrylate qui contient 0,5 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,2 % en poids d'azobisisobutyronitrile rapporté au poids total des monomères, pendant 16 heures à 60'C. Le matériau résultant contient après gonflement 67 % en poids d'eau et a un G = 0,110 MPa et un K = 1,51. v Exemple 14 Le mélange se composant de 90 % en poids de DEGMA et 10 % en poids de dodécyl méthacrylate qui contient 0,6 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate et 0,15 % en poids d'éthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,2 % en poids d'azobisisobutyronitrile rapporté au poids total des monomères, pendant 16 heures à 60C. Le matériau résultant contient après gonflement 62 % en poids d'eau et a un G = 0,120 MPa et un K = 1,43. v Exemple 15 Le mélange se composant de 30 % en poids de DEGMA et % en poids de dodécyl méthacrylate qui contient 0,6 '% en poids de diéthylène glycol diméthacrylate et 0,15 % en poids d'éthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,2 % en poids d'azobisisobutyronitrile rapporté au poids total des monomères, pendant 16 heures à 60'C. Le matériau résultant contient après gonflement 55 % en poids d'eau et a un G = 0,125 MPa. Exemple 16 Le mélange se composant de 95 % en poids de DEGMA et % en poids de tert-butyl méthacrylate qui contient 0,3 % en poids d'éthylène glycol diméthacrylate, 0,20 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate et 0,3 % en poids de triéthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,2 % en poids d'azobisisobutyronitrile rapporté au poids total des monomères, pendant 16 heures à 60'C. Le matériau résultant contient après gonflement 66 % d'eau et a un G = 0,117 MPa et un K = 1,51. v Exemple 17 Le mélange se composant de 90 % en poids de DEGMA et 3 en poids de tert-butyl méthacrylate qui contient 0,5 % en poids d'éthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,2 % en poids d'azobisisobutyronitrile rapporté au poids total des monomères, pendant 16 heures à 'C. Le matériau résultant contient après gonflement 55 % en poids d'eau et a un G = 0,395 MPa et un Kv = 1,36. Exemple 18 Le mélange 'se composant de 95 % en poids de DEGMA et 5 % en poids de tert-butyl méthacrylate qui contient 0,20 % en poids d'éthylène glycol diméthacrylate et 0,15 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,2 % en poids de azobisisobutyronitrile rapporté au poids total des monomères, pendant 16 heures à 60'C. Le matériau résultant contient après gonflement 67 L en poids d'eau et a un G = 0,110 MPa. Exemple 19 Le mélange se composant de 95 % en poids de DEGMA et % en poids de tertbutyl méthacrylate qui contient 0,6 % en poids d'éthylène glycol diméthacrylate et 0,6 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,2 % en poids d'azobisisobutyronitrile rapporté au poids total des monomères, pendant 16 heures à 60 C. Le matériau résultant contient après gonflement 63 % en poids d'eau et a un G = 0,132 MPa. Exemple 20 Le mélange se composant de 95 % en poids de DEGMA et % en poids de dodecyl méthacrylate qui contient 0,15 % en poids d'éthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,2 % en poids d'azobisisobutyronitrile rapporté au poids total des monomères, pendant 16 heures à 60'C. Le matériau résultant contient après gonflement 68 % en poids d'eau et a un G = 0.095 MPa. Exemple 21 Le mélange se composant de 95 % en poids de DEGMA et 5 %- en poids de dodecyl méthacrylate qui contient 0,6 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,2 % en poids d'azobisisobutyronitrile rapporté au poids total des monomères, pendant 16 heures à 60'C. Le matériau résultant contient après gonflement 65 % en poids d'eau et a un G = 0,117 MPa. Exemple 22 Le mélange se composant de 90 %0 en poids de DEGMA et % en poids de tertbutyl méthacrylate qui contenant 0,5 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,1 % en poids de diisopropyl péroxocarbonate rapporté au poids total des monomères, pendant 16 heures à 60'C. Le matériau résultant contient après gonflement 55,3 ' en poids d'eau et a un G 0,390 MPa. Exemple 23 Le mélange se composant de 90 % en poids de DEGMA et % en poids de tert-butyl méthacrylate qui contient 0,5 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,2 % en poids d'ammonium péroxosulfate rapporté à la quantité totale des monomères, pendant une heure à 78'C. Le matériau résultant contient après gonflement 55,1 % en poids d'eau et a un G = 0,390 MPa. Exemple 24 Le mélange se composant de 90 % en poids de DEGMA et % en poids de tertbutyl méthacrylate qui contient 0,6 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate et 0,15 % en poids d'éthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,5 % en poids de benzolne éthyl éther rapportée au poids total des monomères, pendant 15 minutes sous irradiation UV. Le matériau résultant contient après gonflement 55 % en poids d'eau et a un G = 0,395 MPa. Exemple 25 Le mélange se composant de 90 % en poids de DEGMA et % en poids de tert-butyl méthacrylate qui contient 0,5 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,5 % en poids de benzoine méthyl éther rapportée au poids total des monomères, pendant 15 minutes sous irradiation UV. Le matériau résultant contient après gonflement 55,6 % en poids d'eau et a un G = 0,385 MPa. Exemple 26 Le mélange se composant de 95 % en poids de DEGMA et 5 % en poids de 2éthoxyethyl méthacrylate qui contient 0,45 % en poids d'éthylène glycol diméthacrylate et 0,2 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,1 % en poids de diisopropyl péroxocarbonate rapporté au poids total des monomères, pendant 16 heures à 60'C. Le matériau résultant contient après gonflement 69,1 %- en poids d'eau et a un G = 0, 077 MPa. Exemple 27 Le mélange se composant de 95 % en poids de DEGMA et 5 % en poids de 2éthoxyethyl méthacrylate qui contient 0,2 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate et 0,7 % en poids de triéthylène glycol diméthacrylate est 1 1 polymérisé avec 0,2 % en poids d'ammonium péroxosulfate rapporté au poids total des monomères, pendant 1 heure à 78'C. Le matériau résultant contient après gonflement 68,8 % en poids d'eau et a un G = 0,079 MPa. Exemple 28 Le mélange se composant de 95 % en poids de DEGMA et % en poids de 2-éthoxyethyl méthacrylate qui contient 0,5 % de diéthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,5 % de benzoine éthyl éther rapportée au poids total des monomères, pendant 15 minutes sous irradiation UV. Le matériau résultant contient après gonflement 69 % en poids d'eau et a un G = 0,077 MPa. Exemple 29 Le mélange se composant de 95 % en poids de DEGMA et 5 % en poids de 2éthoxyethyl méthacrylate qui contient 0,6 % en poids de diéthylène glycol diméthacrylate et 0,15 % en poids d'éthylène glycol diméthacrylate est polymérisé avec 0,5 % en poids de benzoine méthyl éther rapportée au poids total des monomères, pendant 15 minutes sous irradiation UV. Le matériau résultant contient après gonflement 69 % d'eau et a un G = 0,078 MPa. 12- REVENDICATIONS 1) Copolymère hydrophile pour lentilles de contact et usage médical, caractérisé en ce qu'il est préparé par copolymérisation de 70 à 99,5 % en poids de diéthylène glycol monométhacrylate avec 0,5 à 30 % en poids de monomères vinyliques choisis dans le groupe comprenant des esters et des amides de l'acide méthacrylique et de l'acide acrylique en présence de 0,01 à 2 % en poids d'un agent réticulant ayant au moins deux doubles liaisons oléfiniques dans sa molécule, et en présence d'initiateurs 1O radicalaires. 2) Copolymère hydrophile selon la revendication 1, caractérisé en ce que les monomères vinyliques choisis dans le groupe comprenant des esters et des amides de l'acide méthacrylique et de l'acide acrylique, sont le méthyl méthacrylate, le n-butyl méthacrylate, le tert- butyl méthacrylate, le dodecyl méthacrylate, l'éthoxyethyl méthacrylate, le n-butyl acrylate,le N-tert- butylacrylamide, et le N-éthylacrylamide. 3) Copolymère hydrophile selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'agent réticulant est choisi dans le groupe comprenant des esters ou amides multi- fonctionnels de l'acide acrylique et de l'acide méthacry- lique. 4) Copolymère hydrophile selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les initia- teurs radicalaires sont choisis dans le groupe comprenant les composés azo, les peroxydes, les péroxocarbonates, les péroxosulfates, les photoinitiateurs basés sur les éthers de benzoine et leurs dérivés, et les systèmes d'initiation 0 rédox. ) Copolymère hydrophile selon l'une quelconque des revendications 1 & 4, caractérisé en ce que la copolymé- risation est effectuée en présence de solvants polaires d'une manière avantageuse en présence de glycérol, glycols et leurs dérivés, d'eau, de diméthylformamide, de dimé- thylsulfoxide, de diméthylacétamide, de diacétine, d'isopropylalcool, ou de leurs mélanges. 6) Procédé d'obtention de copolymère hydrophile de l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que au moins 70 % en poids de diéthylène glycol monométhacrylate est copolymérisé avec au plus 30 % en poids de monomères vinyliques choisis dans le groupe comprenant des esters et des amides de l'acide méthacrylique et de l'acide acrylique en présence de 0,01 à 2 % en poids d'un agent réticulant ayant au moins deux doubles liaisons oléfiniques et en présence d'initiateurs radicalaires. 7) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la copolymérisation est effectuée en présence d'un solvant polaire ou d'un mélange de solvants polaires.