環繞邊界具有排氣口部分的眼用鏡片模具的製作方法

2023-10-10 20:40:19 2

專利名稱：環繞邊界具有排氣口部分的眼用鏡片模具的製作方法
環繞邊界具有排氣口部分的眼用鏡片模具 發明領域
本發明涉及生產和包裝眼用鏡片(ophthalmic lenses )的方法。更具 體地，本發明涉及利用自由形式邊緣模具部件(free form edge mold part) 成型眼用鏡片的方法和裝置。
背景技術：
眾所周知，角膜接觸鏡片(contact lenses)可用於提高視力。多年 來，商業上已生產了各種角膜接觸鏡片。角膜接觸鏡片的早期設計流行 硬質材料。儘管這些鏡片目前仍在一些應用中使用，^f旦由於它們差的舒 適性和對氧氣的相對低滲透性而不適合所有患者。本領域中後來的發展 產生了基於水凝膠的軟角膜接觸鏡片。
水凝膠角膜接觸鏡片在今天非常流行。這些鏡片與硬質材料製成的 角膜接觸鏡片相比通常戴著更舒適。可通過在多部件式模具中形成鏡片 製造有延展性的軟角膜接觸鏡片，在多部件式模具中，組合起來的部件 形成與所需最終鏡片 一致的形貌。
通常通過鑄塑成型製造眼用鏡片，其中單體材料被沉積在相對模具 部件的光學表面之間限定的腔中。用於將水凝膠形成為有用製品如眼用 鏡片的多部件式模具可包括例如具有與眼用鏡片的後曲線對應的凸面 部分的第 一模具部件和具有與眼用鏡片的前曲線對應的凹面部分的第 二模具部件。為了使用這類模具部件製備鏡片，將未固化的水凝膠鏡片 製劑放在前曲線模具部件(front curve mold part)和後曲線衝莫具部件 (back curve mold part)之間。根據所需的鏡片參數將模具部件合在一 起以使鏡片製劑成形。傳統上，通過壓縮形成的邊緣到模具部件內以在 形成的鏡片周邊形成鏡片邊緣，其中所述邊緣穿透鏡片製劑並將其切成 鏡片部分和過量環部分。隨後固化鏡片製劑，例如通過暴露於熱和光， 藉此形成鏡片。
固化後，模具部分被分開，鏡片保持粘著到一個模具部分上。必須 分開鏡片和過量聚合物環，並丟棄過量聚合物環。過量環除去通常是在 脫模期間通過各種機理來完成。由於對模具部件的邊緣形成性周邊進行壓縮，模具部件被丟棄，並注射成型新的部件形成下一個鏡片。另外， 重要的是管理過量聚合物環的除去，使得它被正確丟棄，並且不會影響 其它製造步驟或不進入產品包裝和到最終用戶的運送中。
因此，提供能在不使用壓縮邊緣(compression edge)並優選不形成 過量聚合物環的情況下形成鏡片周邊(lens perimeter )的裝置和方法會 是有利的。

發明內容
因此，本發明提供在具有自由形式邊緣(free form edge)的可重複 使用模具中形成眼用鏡片的裝置和方法。自由形式邊緣消除了除去任何 過量聚合物環的需要，在一些實施方案中，允許重複使用用於形成眼用 鏡片的 一個或多個模具部件。本發明教導了利用精確定量給料鏡片形成 性混合物到用於形成眼用鏡片的^t具部件內，並可使用革新的模具設計 來有利於具有自由形式鏡片邊緣的模具部件的使用。


圖1圖示了用於經自由形式邊緣形成眼用鏡片的眼用鏡片模具組件。
圖2圖示了用於經自由形式邊緣形成眼用鏡片的眼用鏡片模具組件 一部分的特寫輪廓圖。
圖3圖示了根據本發明一些實施方案的模具組件的排氣口間隙和對 準錐形部分(alignment taper portion)的特寫圖。
圖4圖示了自由形式邊緣鏡片模具組件中精確定量鏡片製劑的沉積。
圖5圖示了自由形式邊緣鏡片模具組件中精確定量鏡片製劑的分散。
圖6圖示了為在眼用鏡片上形成自由邊緣所可以採用步驟的流程圖。
圖7圖示了可用於形成眼用鏡片的裝置站(apparatus station)。
具體實施例方式
本發明涉及能成型具有自由形式邊緣的眼用鏡片的模具組件的使用。基本上，將具體數量的鏡片形成性混合物精確定量給料到第一^t具 部件內，並將第二模具部件與笫一模具部件裝配，藉此形成排氣口間隙 和將鏡片形成性混合物成型為眼用鏡片。排氣口間隙有利於鏡片形成性 混合物在裝配第 一模具部件到第二模具部件期間的均勻分散。
定義
本文中使用的"從模具脫模，，是指鏡片完全與模具分離或僅僅鬆散 地被附著以便可利用輕微攪動移出或用拭子推開。
本文使用的"鏡片"或"眼用鏡片"是指存在於眼睛中、眼睛上或 緊靠眼睛的任何眼用器械。這些器械可提供光學矯正或可為裝飾品。例
如，術語鏡片可指角膜接觸鏡片、眼內鏡片、高嵌鏡片(overlay lens )、 眼用嵌入物(ocular insert)、光學嵌入物或矯正或改變視力的其它類似 器械，或在不妨礙視力情況下在美觀上增強眼生理學(例如虹膜顏色) 的其它類似器械。
本文使用的術語"鏡片形成性混合物"指可被固化形成眼用鏡片的 單體或預聚物材料。各種實施方案可包括與一種或多種添加劑如UV阻 斷劑、染色劑、光引發劑或催化劑以及能為眼用鏡片提供益處的其它添 加劑的混合物。下文中更充分地描述鏡片形成性混合物(lens forming mixture)的具體例子。
模具
現在參考圖1,圖示了用於眼用鏡片的示例性模具的示意圖。本文 使用的術語"模具"和"模具組件"指具有腔105的形式100,其中鏡 片形成性混合物可被分配到腔105內，從而當鏡片形成性混合物(未示 出)反應或固化時，產生具有所需形狀的眼用鏡片。本發明的模具和沖莫 具組件100由超過一個"模具部件"或"模具塊"101-102組成。模具 部件101-102可被合到一起使得可以於其中形成鏡片的腔105由模具部 件101-102的組合形成。模具部件101-102的這種組合優選為臨時性的。 當鏡片形成時，模具部件101-102可再次被分開以取出成形的鏡片(未 示出)。
本說明書中使用的術語"模具部件，，指模具101-102的一部分，當 其與模具101-102的另一部分組合時，形成模具100 (也稱為模具組件100)。至少一個才莫具部件101-102使其表面103-104的至少一部分接觸 鏡片形成性混合物，從而在鏡片形成性混合物反應或固化時，表面 103-104為其接觸的鏡片部分提供所需的形狀和形式。對於至少一個其 它才莫具部件101-102，也是如此。
因此，例如，在優選實施方案中，才莫具組件100由兩個部件101-102, 即在它們之間形成有腔105的陰凹面塊(前曲線才莫具部件)102和陽凸 面塊(後曲線^t具部件)101，形成。接觸鏡片形成性混合物的凹面104 的部分具有要在^^莫具組件100中產生的眼用鏡片的前曲線的曲率，並且 充分光滑和被形成使得通過接觸凹面104的鏡片形成性混合物的聚合形 成的眼用鏡片的表面可光學接受。
後曲線模具部件101具有接觸鏡片形成性混合物並具有要在模具組 件100中產生的眼用鏡片的後曲線的曲率的凸面103。凸面103充分光 滑並被形成使得通過接觸背面103的鏡片形成性混合物的反應或固化形 成的眼用鏡片的表面可光學接受。因此，前曲線模具部件102的內凹面 104限定出眼用鏡片的外表面，而後才莫具塊101的外凸面103限定出眼 用鏡片的內表面。
在一些優選方法中，按照已知的技術將模具組件100注射成型，但 是，實施方案也可包括通過其它技術包括例如車削、金剛石車削或雷射 切割成型的一種或多種it具部件101-102。
本文使用的"鏡片成形表面"指用於成型鏡片的表面103-104。在 一些實施方案中，任何這類表面103-104都可具有光學質量表面精度， 其代表它充分光滑並且被形成使得通過接觸成型表面的鏡片形成性材 料的聚合形成的鏡片表面可光學接受。
另外，在一些實施方案中，鏡片成形表面103-104可具有賦予鏡片 表面所需光學特性而需要的幾何形狀。幾何形狀因此可包括圍繞質心6 的 一般球形。其它形狀可包括但不限於非球形焦度(aspherical power ) 和柱鏡頂焦度(cylinder power)、波前象差校正、角膜形貌校正等以及 它們的任意組合。
現在參考圖2,圖示了模具組件的排氣口部分201和模具組件202 的對準錐形部分202的特寫剖視圖。排氣口部分201包括位於模具腔105 和模具腔105外空間之間的狹窄通道。排氣口 201寬到足以允許大氣氣 體在^t具部件101-102裝配期間從才莫具腔105逸出，但不允許成形性混合物放出。大氣氣體可包括例如空氣或惰性氣體如氮氣。根據特定成型 應用需要，還可包括其它氣氛。
在一些優選實施方案中，排氣口可包括約0.001mm至0.20mm的空 間，在一些最優選的實施方案中，排氣口可包括約0.003mm至約0.10mm
的空間。
在一些實施方案中，排氣口 201可流體連接到前室203。可通過連 接鏡片成形表面103-104到模具組件100的對準錐形202的壁部分形成 前室203。在一些實施方案中，前室203可包括約.09mm至約0.20mm
寬的通道。
對準錐形202通常可朝著才莫具組件100的質心106向內逐漸變細。 在前曲線模具部件101和後曲線模具部件102裝配期間，對準錐形202 將引導後曲線模具部件101和前曲線模具部件102中的一個或多個直到 各才莫具部件101-102的質心106#皮對準形成一莫具組件106的質心。
在另一個方面中，模具組件100的肩部部分204可在後曲線模具部 件101被裝配到前曲線模具部件102上時為其提供支撐。肩204的嚙合 (其中後曲線101和前曲線102會合)可指定在後曲線模具部件101和 前曲線才莫具部件102之間形成的鏡片形成腔105的寬度。
現在參考圖3,圖示了本發明一些實施方案的另一個特寫圖，其中 已被給料在後曲線模具部件101和前曲線模具部件102之間的精確數量 的鏡片形成性混合物301將填充鏡片成形腔直到鏡片成形性混合物遇到 排氣口部分302。根據這類實施方案，排氣口部分302的寬度窄到足以 阻止鏡片形成性混合物301進入排氣口部分302,但允許鏡片腔內的任 何氣體逸出。阻止鏡片形成性混合物301進入排氣口部分302可用於幫 助鏡片形成性混合物在整個鏡片腔105內更均勻流動。
精確定量給料特定數量的鏡片形成性混合物301到鏡片腔內能使鏡 片形成性混合物被成形為眼用鏡片的形狀，不會溢流到排氣口區域302 內。在一些優選實施方案中，精確定量給料包括±5%的範圍，在一些更 優選實施方案中，包括±3%的範圍。因此，優選的範圍包括在30mg用 量時約加或減lmg的範圍。
現在參考圖4,在一些實施方案中，鏡片形成性混合物301的劑量 可能不會完全進入到鏡片模具內。但是，舊部件101-102的裝配力會擠 壓鏡片形成性混合物以鋪展到模具腔105內。現在參考圖5，當另外施加壓力以結合後曲線模具部件101與前曲 線模具部件102時，鏡片形成性混合物301將繼續鋪展。根據一些實施 方案，模具部件101-102的裝配可在力控制下使得當模具部件101-102 被更近地結合到一起時，腔就變得填滿鏡片形成性混合物301, —旦腔 105被填滿，需要引入鏡片形成性混合物到排氣口 302內的力就大大4皮 增加，代表裝配的停止點。在一些實施方案中，高粘性預聚物鏡片形成 性混合物301還有利於產生鏡片形成性混合物進入排氣口 302的阻力。
現在參考圖6,流程示了可在本發明的一些實施方案中執行的 示例性步驟。應認識到，在本發明的不同實施方案中，可執行下面步驟 中的一些或全部。在601處，將鏡片形成性混合物(下文更詳細描述) 沉積到笫一模具部件102內，所述笫一才莫具部件102被用於成型眼用鏡 片。在優選實施方案中，鏡片形成性混合物為粘度在約10000cps至 5000000cps範圍內的預聚物。可利用精度公差為預定劑量數量加或減2 毫克的微劑量泵實現定量給料。在優選實施方案中，示例性劑量數量可 包括約20毫克和50毫克之間的鏡片形成性混合物。精確定量給料允許 鏡片成形腔105填充鏡片形成性混合物301,同時才莫具部件101-102 結合到一起而鏡片形成性混合物不進入排氣口區域302。以體積計，優 選實施方案包括以體積計在2.5微升到3.0微升之間的分配精度，和以 位置計在75微米或以下內的分配精度。
在602處，第一模具部件102可和至少一個其它模具部件(第二才莫 具部件)101裝配以將沉積的鏡片形成性混合物成型為所需的鏡片形狀。 在一些優選實施方案中，裝配;^莫具部件101-102具有在50微米內的對準 精度。在一些優選實施方案中，裝配力(有時稱為停止負荷)將在1千 克和10千克力之間。 一些更優選的實施方案可包括約2kg到6kg力的 停止力。根據本發明的一些實施方案，由於停止負荷觸發了裝配動作的 停止，模具部件101-102不會在鏡片邊緣相交處接觸，因此在裝配過程 中不會使彼此物理變形。因此，在一些實施方案中，隨後可再使用才莫具 部件101-102中的一個或二個來成形眼用鏡片。
在603處，通過模具部件101-102裝配力壓縮鏡片形成性混合物 301,同時周圍大氣氣體經^t具組件100周邊的排氣口部分302離開。 鏡片形成性混合物301被分散在模具組件100內，同時，在604處，鏡 片形成性混合物301被保留在二個模具部件101-102之間和排氣口 302周邊內。由於鏡片形成性混合物301隻被分散直到達到停止力，因此形 成的鏡片的邊緣未被模具部件101-102的邊緣切口所限定，而是通過4竟 片形成性混合物301的流動自由形成。
在605處，鏡片形成性混合物被固化。可例如通過本領域中已知的 各種手段如暴露鏡片形成性混合物301到光化輻射、暴露鏡片形成性混 合物301到升高的溫度(即，4(TC到75°C )或暴露於光化輻射和升高的 溫度兩者來實現固化。
在606處，可在脫模過程中使第一模具部件101與第二模具部件102 分離，從而可訪問在才莫具部件101-102之間形成的鏡片。
裝置
現在參考圖7,圖示了可在本發明實施中使用的加工站701-704中 包含的裝置的方框圖。在一些優選實施方案中，加工站701-704可經傳 送才幾構705訪問眼用鏡片。傳送才幾構305可包括例如下面中的一個或多 個機器人，傳送器和與移動裝置合在一起的軌道系統，所述移動裝置 可包括例如傳送帶、鏈、索或由變速電機或其它已知驅動機構(未示出) 驅動的液壓機構。
一些實施方案可包括放置在託臺上的背面模具部件101 (未示出)。 可通過傳送機構705在二個或更多個加工站701-704之間移動託臺。計 算才幾或其它控制器706可有效連接到加工站701-704以監測和控制每個 站701-704處的過程以及監測和控制傳送機構705來協調在加工站 701-704之間鏡片的移動。
加工站701-704可包括例如注射成型站701。在注射成型站701處， 注射成型裝置沉積一定數量的鏡片形成性混合物如上面所述的矽樹脂 水凝膠到前曲線才莫具部件102內並優選用鏡片形成性混合物完全覆蓋才莫 具表面104。
在一些實施方案中，可在受控暴露於氧的氣氛中進行鏡片形成性混 合物的聚合，在一些實施方案中，包括無氧環境，因為氧氣會進入副反 應，這可能影響所需的光學質量，以及聚合鏡片的透明度。在一些實施 方案中，還在具有有限氧或無氧的氣氛中製備鏡片半模。控制到氧的暴 露的方法和裝置在本領域中是眾所周知的。
固化站702可包括使鏡片形成性混合物聚合的裝置。優選通過暴露鏡片形成性混合物到聚合引發條件進行聚合。固化步驟可包括暴露鏡片
形成性混合物到下面中的一個或多個X射線形式的電磁輻射，紫外光， 可見光，粒子輻射，電子束輻射。輻射可包括約280nm至650nm的波 長，並可包括脈沖或連續輻射源。示例性輻射強度可在約lmW/cn^至 約1000mW/cm2之間。才莫具組件還可糹皮加熱到9(TC以上。在一些優選實 施方案中，固化時間可為不超過約120秒，但更長的固化時間也是可以 的。
固化站702因此包括提供沉積到前曲線模具102內的鏡片形成性混 合物的引發源的裝置。引發源可包括例如光化輻射和熱中的 一 個或多 個。在一些實施方案中，光化輻射可來源於模具組件在其下移動的燈泡。
在一些實施方案中，固化站302熱源可有效升高鏡片形成性混合物 的溫度到足以幫助聚合蔓延和阻止鏡片形成性混合物在暴露於光化輻 射期間收縮趨勢並因此促進改善的聚合的溫度。
在一些實施方案中，熱源可包括在模具組件於光化輻射燈泡下經過 時橫過模具組件以及在模具組件周圍吹熱氣體如N2或空氣的導管。導 管的端部可配有熱氣體通過的多個孔。按照這種方式分配氣體有助於實 現外殼下面整個區域內的溫度均勻性。模具組件周圍整個區域內的均勻 溫度能夠有利於更均勻的聚合。
模具分離站703可包括將後曲線模具部件101和前曲線模具部件 102分開的裝置。例如可利用機械手和撬開模具部件的高速機器人移動 實現分離。
在一些實施方案中，可在水合站704處通過暴露於水合溶液來處理 包括聚合物/稀釋劑混合物的固化的鏡片。形成最終尺寸和形狀非常類似 於原始成型聚合物/稀釋劑製品的尺寸和形狀的鏡片。
鏡片材料
適合本發明使用的眼用鏡片包括由預聚物製備的那些。 在本發明的 一 些示例性實施方案中，鏡片可由包括矽樹脂預聚物、 聚乙烯基矽酮或聚HEMA的預聚物組合物形成。示例性預聚物可具有分 別在約25000和約100000之間、優選25000和80000之間的最大分子 量和小於約2至小於約3.8的多分散性，並在其上有共價結合的至少一個可交聯官能團。
在本發明的一些示例性實施方案中，希望通過使用由具有相對低分 子量和低多分散性的可交聯預聚物形成的水凝膠來限制收縮、膨脹和相 關屬性。
本文使用的"聚HEMA"指包括2-羥基乙基曱基丙烯酸酯重複單元 的聚合物。本發明 一些實施方案中使用的聚HEMA具有多分散性小於約 2時約25000的最大分子量至多分散性小於約3.8時約100000的最大分 子量。優選地，可具有多分散性小於約2時約30000的最大分子量至多 分散性小於約3.5時約90000的最大分子量。更優選地，組合物可具有 多分散性小於約2時約30000的最大分子量至多分散性小於約3.2時約 80000的最大分子量。合適的聚HEMA還可具有低於約100000的最大 分子量和小於約2的多分散性，並優選在約45000和100000之間的最 大分子量和小於約2.5的多分散性。在一些實施方案中，多分散性小於 約2.5,優選小於約2，更優選小於約1.7,在一些實施方案中，小於約 1.5。上文以及整個說明書中使用的術語聚HEMA將包括由2-羥基乙基 曱基丙烯酸酯單獨製備的聚合物以及與如下文進一步所述的其它單體 或輔助反應物的共聚物。
可與HEMA單體聚合的合適共聚用單體包括親水單體如含乙烯基 的單體和疏水單體以及在不同波長下給出光吸收的有色單體。術語"乙
烯基型，，或"含乙烯基，，單體指包括乙烯基基團(-CR=CR，R，，，其中R、 R，和R，，為一價取代基)的單體，已知其相對容易聚合。合適的含乙烯 基單體包括N,N-二曱基丙烯醯胺(DMA )、曱基丙烯酸甘油酯(GMA )、 2-羥基乙基曱基丙烯醯胺、聚乙二醇單曱基丙烯酸酯、曱基丙烯酸 (MAA)、丙烯酸、N-乙烯基內醯胺(例如N-乙烯基吡咯烷酮或NVP )、 N畫乙烯基畫N畫甲基乙醯胺、N畫乙烯基-N-乙基乙醯胺、N國乙烯基隱N-乙基曱 醯胺、N-乙烯基曱醯胺、碳酸乙烯酯單體、氨基曱酸乙烯酯單體、惡唑 酮單體、它們的混合物等。
可被結合到一些實施方案中所用聚合物內的一些優選親水單體能 包括親水單體如DMA、 GMA、 2-羥基乙基甲基丙烯醯胺、NVP、聚乙 二醇單甲基丙烯酸酯、MAA、丙烯酸和它們的混合物。在某些實施方案 中，DMA、 GMA和MAA是最優選的。
合適的疏水單體包括具有可聚合乙烯基基團的含矽酮單體和大分子單體。優選乙烯基基團為曱基丙烯醯氧基。合適的含矽酮單體和大分
子單體的例子包括含有至少二個[-Si-O-]重複單元的mPDMS型單體、含 有平均分子量約小於2000道爾頓的可聚合基團、羥基和至少一個 "-Si-O-Si-"基團的SiGMA型單體和含有至少一個Si(OSi-)3基團的TRIS 型單體。合適TRIS單體的例子包括甲基丙烯醯氧基丙基三(三曱基曱矽 烷氧基)矽烷、甲基丙烯醯氧基丙基雙(三曱基曱矽烷氧基)甲基矽烷、甲 基丙烯醯氧基丙基五甲基二矽氧烷、它們的混合物等。
優選地，mPDMS型單體包括總數量大於含矽酮單體總分子量20wt% 和更優選大於30wt。/。的Si和連接的O。合適的mPDMS單體具有式
C4H9
合適直鏈單烷基封端的聚二甲基矽氧烷("mPDMS")的例子包
括
9
_R60
— 9
其中b=0-100，此時應認識到b為具有近似等於指定值的衝莫式的分布， 優選4-16,更優選8-10; R58包括含有至少一個烯4建式不飽和部分的可 聚合一價基團，優選含有苯乙烯基、乙烯基、(曱基)丙烯醯胺或(曱基) 丙烯酸酯部分的一價基團，更優選曱基丙烯酸酯部分；每個Rw獨立地 為一價烷基或芳基，其可進一步被醇、胺、酮、羧酸或醚基團取代，優 選未取代的一價烷基或芳基，更優選曱基；R6o為一價烷基或芳基，其 可進一步被醇、胺、酮、羧酸或醚基團取代，優選未取代的一價烷基或 芳基，優選可包括雜原子的Cwo脂肪族或芳族基團，更優選<:3.8烷基， 最優選丁基；和1161獨立地為烷基或芳基，優選乙基、甲基、苄基、苯 基或包括1-100個重複Si-O單元的一價矽氧烷鏈。
R_s—R
o
9 I 9
RISIR
o
R優選在SiGMA型單體中，矽和它相連的氧佔所述單體的約10wt%， 更優選超過約20wt%。 SiGMA型單體的例子包括式I的單體
其中取代基如US5998498中所限定，本文引入它作為參考。
合適的SiGMA型單體的具體例子包括2-丙烯酸、2-甲基-2-羥基 -3-[3-[1,3,3,3-四曱基-1-[(三曱基曱矽烷基)氧基]二矽氧烷基]丙氧基〗 丙基酯
formula see original document page 14
和(3-曱基丙烯醯氧基-2-羥基丙氧基)丙基三(三曱基甲矽烷氧基)矽烷
formula see original document page 14
SiGMA型單體的另一些例子包括但不限於(3-甲基丙烯醯氧基-2-羥 基丙氧基)丙基雙(三曱基甲矽烷氧基)甲基矽烷。
在一些示例性實施方案中，可引入疏水單體如曱基丙烯酸曱酯和甲 基丙烯酸乙酯到聚HEMA內以改變水吸收、氧滲透性或預定用途需要的 其它物理性質。共聚用單體的示例性數量可小於約50wt%,並優選在約 0.5和40wt。/。之間。具體範圍可取決於所得水凝膠的所需水含量、所選 單體的溶解度和所選稀釋劑。例如，在共聚用單體包括MMA的實施方 案中，可有益地包括數量小於約5wt。/。和優選在約0.5和約5wtn/o之間。在其它實施方案中，共聚用單體可包括數量不超過約50wt%、優選在約 25wt。/。和約45wt。/。之間的GMA。在另外一些其它實施方案中，共聚用 單體可包括數量不超過約50wt。/o並優選數量在約10和約40wtQ/o之間的 DMA。
一些實施方案還包括引發劑和鏈轉移劑的使用。各種實施方案因此 可包括使用任何所需的引發劑，包括但不限於熱活化引發劑、UV和/或 可見光光引發劑等以及它們的組合。合適的熱活化引發劑包括月桂基過 氧化物、過氧化苯曱醯、過碳酸異丙酯、偶氮二異丁腈、2,2-偶氮二異 丁腈、2,2-偶氮雙-2-甲基丁腈等。優選的引發劑包括2,2-偶氮雙-2-甲基 丁腈(AMBM)和/或2,2-偶氮二異丁腈(AIBN)。
在鏡片形成性混合物中使用有效數量的引發劑，例如，約0.1至約 5wt%,並優選每IOO份反應性單體有約0.1至約2重量份。
在一些示例性實施方案中，可通過自由基聚合使HEMA單體和任何 所需的共聚用單體聚合。聚合在能溶解HEMA單體和聚合期間所得聚 HEMA的任何溶劑中進行。用於HEMA單體聚合的合適溶劑包括醇、 二醇、多元醇、芳烴、醚、酯、酯醇、酮、亞石風、吡咯烷酮、醯胺、它 們的混合物等。具體溶劑包括曱醇、乙醇、異丙醇、l-丙醇、乳酸甲酯、 乳酸乙酯、乳酸異丙酯、二醇醚如Dowanol系列產品、乙氧基丙醇、DMF、 DMSO、 NMP、環己酮、它們的混合物等。優選的溶劑包括具有1至4 個碳原子的醇，更優選乙醇、甲醇和異丙醇。必須使用足夠的溶劑溶解 單體。通常，溶劑中約5-約25wt。/o的單體是合適的。
自由基聚合可在約40°C -約15(TC的溫度下進行。可通過設備可用 的壓力限制和處理聚合放熱的能力確定上限。可通過最大可接受反應時
間和/或引發劑的性質確定下限。對於在大約環境壓力下的聚合，對於提 供所需轉化程度所需的時間，優選的溫度範圍在約50°C -約ll(TC，更 優選約60°C -約90°C。自由基聚合反應在約1至約6小時內通常進行 單體反應的約90至約98% 。如果需要更完全的轉化，(大於約99% )， 則可進行反應約12至約30小時，更優選約16-約30小時。由於在聚 合步驟中製備的聚HEMA在許多情況下都要經過分餾除去低分子量物 種，因此在所有實施方案中可不需要使聚合過程達到高的轉化程度。
在一些實施方案中，可任選地包括鏈轉移劑。用於形成聚HEMA 的鏈轉移劑可具有大於約0.001的鏈轉移常數值，優選大於約0.2,更優選大於約0.5。示例性鏈轉移劑包括但不限於具有式R-SH且其中R為 d至C!2脂肪基、千基、環脂肪基的脂肪族硫醇或x為1-24的 CH3(CH2)X-SH、苯、正丁基氯、叔丁基氯、正丁基溴、2-巰基乙醇、1-十二烷基石克醇、2-氯丁烷、丙酮、乙酸、氯仿、丁胺、三乙胺、二正丁 基硫化物和二硫化物、四氯化碳和溴化物等，和它們的組合。通常，基 於單體製劑的總重量，使用約0至約7wt。/0。優選使用十二烷硫醇、癸 烷硫醇、辛基硫醇、巰基乙醇或它們的組合作為鏈轉移劑。
在一些實施方案中，優選在沒有鏈轉移劑時聚合聚HEMA。因此， 在一些實施方案中可使用醇作為溶劑，優選具有l至4個碳原子的醇， 並優選溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇和它們的混合物。
在一些示例性實施方案中，在自由基聚合中形成的聚HEMA可能具 有對於在根據本發明的模具中直接使用而言太高的多分散性。這可能是 過程的反應動力學引起，在該過程中，重要的終止反應是兩個生長聚合 物鏈的組合。因此，當使用自由基聚合形成聚HEMA時，在官能化前或 後純化聚HEMA以除去分子量在所需範圍以外的聚合物可以是有利的。 可使用任何能基於分子量分離材料的方法。
非溶劑必須降低至少 一個參數以確保最大分子量大於約90000的聚 HEMA的選擇性沉澱。如果非溶劑增加分離混合物的溶解度參數，則沉 澱更不是分子量的函數，在所需分子量範圍內的聚HEMA被損失。
在一些示例性實施方案中，可使用分子量小於約15000的聚合物分 子的數量少於約10%、優選少於約5%和更優選少於約2。/。的聚HEMA。 分餾方法是靈活的，並可根據具體聚合物的特性改變。可利用上面公開 內容通過簡單小型試驗容易地確定得到所需多分散性程度所需的條件。 合適的溫度範圍包括約5至約50°C。合適的持續時間為約1小時至約7 天。
在一些實施方案中，只有低分子量餾分從聚HEMA中被除去。這可 通過上述溶劑/非溶劑方法完成。在優選實施方案中，在聚HEMA被官 能化後在洗滌步驟中除去低分子量材料。
在一些實施方案中，還可通過陰離子聚合或受控自由基聚合如利用 TEMPO型聚合、ATRP(原子轉移自由基聚合)、GTP(基團轉移聚合) 和RAFT (可逆加成-斷裂鏈轉移聚合)直接形成聚HEMA。
例如，對於陰離子聚合，可在合適的溶劑如THF溶液中溶解所需的甲矽烷基保護單體。反應使用已知的引發劑如1,1-二苯基己基鋰作為引
發劑在約-60°C和約-90°C之間的降低的溫度下進行。可通過常規手段如 但不限於脫氣甲醇終止聚合。
可使用具有指定分子量範圍和多分散性的聚HEMA組合物製備具 有明確定義的多分散性和分子量的可交聯預聚物。但作為一個例子，可 交聯預聚物能夠具有可在極短時間內通過UV來交聯的丙烯酸基團，以 形成迄今通過常規方法不能得到的具有非常理想性質的角膜接觸鏡片。
在一些示例性實施方案中，通過連接可交聯官能團到聚HEMA上來 使其官能化形成可交聯預聚物。通常，官能團可為預聚物提供交聯並形 成交聯的聚合物或水凝膠的能力。提供可交聯官能團的合適反應物具有 結構A-S-F,其中A為能與聚HEMA中的羥基形成共價鍵的連接基團； S為間隔基和F為包括烯鍵式不飽和部分的官能團。合適的連接基團A 可包括氯化物、異氰酸酯、酸、酸酐、醯基氯、環氧化物、氮雜內酯、 它們的組合等。優選的連接基團可包括酸酐。
間隔基可為直接鍵、具有1-8個碳原子並優選具有1-4個碳原子的 直鏈、支鏈或環狀烷基或芳基、或n在1和8之間並優選在1和4之間 的具有式-(CH2-CH2-0)n-的聚醚鏈。
合適的官能團包括可自由基聚合的烯鍵式不飽和部分。合適的烯鍵 式不飽和基團可具有式
陽C(Ro)《R"R12
其中R10、 R"和R"獨立地選自H、 d-6烷基、羰基、芳基和卣素。優 選R， R"和R"獨立地選自H、曱基、芳基和羰基，更優選在一些實 施方案中選自H和曱基。
優選的示例性反應物可包括甲基丙烯醯氯、2-異氰酸根合乙基丙烯 酸酯、曱基丙烯酸異氰酸根合乙酯(IEM)、曱基丙烯酸縮水甘油酯、 肉桂醯氯、曱基丙烯酸酐、丙烯酸酐和2-乙烯基-4-二曱基氮雜內酯。
以基於聚HEMA中可用羥基數量的化學計量基礎計，連接到聚 HEMA的可交聯官能團的合適數量可包括約1至約20%,優選約1.5-約10%,最優選約2至約5%。可通過已知的方法如測定不飽和基團或 通過水解官能化反應物和聚合物之間的鍵然後用HPLC測定釋放的酸來 測量官能化程度。
取決於選擇的連接基團，可在有或沒有常規催化劑時進行官能化。合適的示例性溶劑包括能在所選反應條件下溶解聚HEMA的極性、非質 子溶劑。合適溶劑的例子包括二甲基甲醯胺(DMF)、六曱基磷酸三醯 胺(HMPT) 、 二曱基亞碸(DMSO)、吡咬、硝基曱烷、乙腈、二嚅烷、 四氫呋喃(THF)和N-曱基吡咯烷酮(NMP)。優選的溶劑包括甲醯胺、 DMF、 DMSO、吡啶、NMP和THF。當使用IEM時，催化劑為錫催化 劑，並優選二月桂酸二丁錫。
官能化鏡片形成性混合物還可包含能與官能化產生的部分反應的 清除劑。例如，當使用酸酐作為連接基團時，包括至少一種叔胺、具有 非質子氮的雜環化合物或其它路易斯鹼與產生的羧基反應可以是有益 的。合適的^又胺包括吡啶、三乙二胺和三乙胺，優選三乙胺。如果包括 叔胺，可包括稍微摩爾過量(約10%)的叔胺。在優選實施方案中，溶 劑為NMP，反應物為曱基丙烯酸酐、丙烯酸酐或它們的混合物，並存在 三乙胺。最優選的反應物為曱基丙烯酸酐。
示例性反應可在約室溫下進行。每種官能團可要求特定的溫度範 圍，這可被本領域那些技術人員所理解。約0。C和50。C並優選約5'C和 約45。C的範圍通常是合適的。可使用環境壓力。例如，當可交聯官能團 為酸酐時，在約5°C -約45。C的溫度進行官能化約20至約80小時的時 間。本領域那些技術人員能認識到，通過平衡選擇的時間和溫度，可忍 受在這些指定值以外的範圍。可進行該反應以產生具有具有如上面所限 定的分子量和多分散性的聚HEMA骨架的可交聯預聚物。
除了連接可交聯側基外，其它側基可提供附加的功能，包括但不限 於用於交聯的光引發劑、藥物活性等。當在分析診斷應用中使用交聯的 凝膠時，還有其它官能團可包含能與指定化合物結合和/或反應的部分。
在一些示例性實施方案中，在形成可交聯預聚物後，除去基本上所 有未反應的反應物和副產物。"基本上所有"指在洗塗後小於約0.1wt% 保留。這可通過常規手段如超濾來完成。但是，在本發明中，可以通過 用水使預聚物溶脹並用水沖洗除去基本上所有不想要的成分來純化可 交聯預聚物，其中不想要的成分包括單體、低聚或聚合原料化合物和用 於製備聚HEMA的催化劑以及在可交聯預聚物製備過程中形成的副產 物。可用去離子水進行洗滌，並可選擇條件以提供可交聯預聚物顆粒的 大的表面對體積比。這可通過凍幹可交聯預聚物、由可交聯預聚物製備 薄膜、擠出可交聯預聚物成棒、霧化可交聯預聚物溶液到去離子水內和本領域那些技術人員已知的其它類似方法來進行。
示例性過程可包括在室溫下替換約3到約5次水間歇進行的洗滌， 可通過在低於約5(TC的升高溫度下洗滌(提取)來縮短水替換之間的平 衡時間。在一些示例性實施方案中，水除去會在儲存和使用過程中浸出 的雜質，提供了產生適合最終用途的純材料的信心。
在 一 些實施方案中，多分散性在優選範圍以外的未分餾的聚HEMA 或只有高分子量材料被除去的聚HEMA被官能化，用大量水反覆洗滌官 能化的材料以除去反應物和低分子量的聚HEMA。利用這種方法，可得 到具有低多分散性如低於2.0、優選低於1.7和更優選低於1.5的非常純 的官能化聚HEMA。通過這種方法得到的官能化可交聯聚HEMA包括 小於10%、優選小於5%和更優選小於2%的分子量小於約15000的聚 HEMA。
應除去小分子的程度取決於官能化程度和預定用途。優選地，在固 化期間，所有聚HEMA分子應通過至少二個共價鍵結合到聚合物網絡 上。由於官能化和固化的統計學特性，聚HEMA分子通過僅僅一個共價 鍵或不通過任何共價鍵結合到聚合物網絡的概率隨最大分子量減小和 官能化程度降低而增加。
對於較低的官能化，應除去較多的低分子量材料。通過比較除去和 機械性質的試驗可容易地確定恰當的數量。
一旦可交聯預聚物被純化，就能夠將它溶解在可水置換的稀釋劑中 形成粘性溶液。稀釋劑可用作能夠溶解可交聯官能化的聚HEMA預聚物 並能夠發生交聯反應或固化的介質。在所有其它方面中，稀釋劑都應為 非反應性的。合適的稀釋劑包括能在65。C或低於65。C下基於粘性溶液 總重量溶解約30wt。/。至約60wt。/。可交聯預聚物的那些。具體例子包括具 有1至4個石友原子的醇，並優選甲醇、乙醇、丙醇和它們的混合物。可 使用少量如少於全部稀釋劑約50 %的水作為輔助稀釋劑。對於水凝膠而 言，應向可交聯預聚物中加入數量接近或等於最終水凝膠中存在的水量 的稀釋劑。在所得粘性溶液的約40wt。/o和約70wt。/。之間的稀釋劑數量是 可接受的。
粘性溶液可具有25。C約50000cps至約lxl07cps的粘度，優選25°C 約100000cps至約1000000cps,更優選25。C約100000cps至約500000cps。 優選，稀釋劑對於製品預定最終用途也是安全的。因而，例如，當溶劑應優選對眼睛接觸安全並且眼用 相容。不能從所得製品中蒸發的稀釋劑應具有使粘性溶液的Tg低於約
室溫(優選Tg小於約-50。C )和達到低蒸汽壓(沸點超過約180°C )的 能力。可生物相容稀釋劑的例子包括聚乙二醇、甘油、丙二醇、二丙二 醇、它們的混合物等。優選的聚乙二醇具有約200和600之間的分子量。 可生物相容稀釋劑的使用允許取消單獨的用於除去稀釋劑的洗滌/蒸發 步驟。
還可使用低沸點稀釋劑，但可能需要針對與預定使用環境不相容的 稀釋劑的蒸發步驟。低沸點稀釋劑為極性的，並通常具有低沸點(小於 約150°C ),這使得通過蒸發除去很方便。合適的低沸點稀釋劑包括醇、 醚、酯、二醇、它們的混合物等。優選的低沸點稀釋劑包括醇、醚醇、 它們的混合物等。低沸點稀釋劑的具體例子包括3-曱氧基-l-丁醇、乳酸 甲酯、l-曱氧基-2-丙醇、l-乙氧基-2-丙醇、乳酸乙酯、乳酸異丙酯、它 們的混合物等。
還可加入聚合引發劑。引發劑可為在加工條件下有活性的任何引發 劑。合適的引發劑包括熱活化引發劑、光引發劑(包括UV和可見光引 發劑)等。合適的熱活化引發劑包括月桂基過氧化物、過氧化苯曱醯、 過碳酸異丙酯、偶氮二異丁腈、2,2-偶氮二異丁腈、2,2-偶氮雙-2-曱基丁 腈等。合適的光引發劑包括芳族a羥基酮或叔胺加上二酮。光引發劑體 系的示例性例子是1-羥基環己基苯基酮、2-羥基-甲基-l-苯基-丙-l-酮、 二苯曱酮、噻噸-9-酮、樟腦醌和乙基-4-(N,N-二曱基氨基)苯曱酸酯或 N-曱基二乙醇胺的組合、羥基環己基苯基酮、雙(2,4,6-三甲基苯曱醯基)-苯基氧化膦和雙(2,6-二曱氧基苯甲醯基)-2,4,4-三甲基戊基氧化膦、 (2,4,6-三曱基苯甲醯基)二苯基氧化膦和它們的組合等。光引發是優選的 方法，雙(2,6-二曱氧基苯曱醯基)-2，4,4-三甲基戊基氧化膦、雙(2,4,6-三 甲基苯曱醯基)-苯基氧化膦和2-幾基-甲基-l-苯基-丙-l-酮是優選的光引 發劑。其它引發劑在本領域中是已知的，如US5849841中在16欄公開 的那些，其通過引用結合進來。
可被結合到預聚物或粘性溶液內的其它添加劑包括但不限於紫外 光吸收化合物、活性染料、有機和無機顏料、染料、光致變色化合物、 脫模劑、抗菌化合物、藥物、模具潤滑劑、潤溼劑、保持一致產品規格 所需要的其它添加劑(如但不限於TMPTMA)、它們的組合等。這些組合物可在幾乎任何階段添加，並可為共聚物，以附著的、締合的或分 散的形式。
粘性溶液應該優選不包含如下化合物比如自由單體其在固化期間 能夠導致形成不結合到網絡中和/或導致形成殘餘的可提取材料的聚合 物材料。
示例性粘性溶液可具有有利地短的鬆弛時間。鬆弛時間優選小於約 10秒，優選小於約5秒，和更優選小於約l秒。短的鬆弛時間能夠是有 益的，因為具有短鬆弛時間的預聚物能在固化前緩解流動引發的應力， 因而固化的聚合物網絡沒有牢固的應力。這有利於本發明的粘性溶液在 關閉模具和固化粘性溶液之間沒有長的"停留"時間的情況下就被處理。
在一些實施方案中，為了限制鏡片上不想要的應力，使粘性溶液能 夠在閉合模具中擱置是粘性溶液鬆弛時間的2到3倍長的時間是有益 的。在一些實施方案中，本發明的粘性溶液在室溫下可具有有益地短的 鬆弛時間(少於約10秒，優選少於約5秒，更優選少於約1秒)，其 允許停留時間通常少於約30秒，優選少於約10秒，更優選少於約5秒。
短停留時間的附加益處可包括從衝莫具部件到可交聯預聚物內的氧 擴散最小。氧的擴散可損害製品表面處的固化過程。應認識到，粘性溶 液可被停留比在低氧含量模具中指定時間更長的時間，除了較慢生產時 間外，負面影響最小或沒有。
包含粘性溶液的模具可被暴露於電離或光化輻射，例如電子束、X-射線、UV或可見光，即波長在約280至約650nm範圍內的電^f茲輻射或 粒子輻射。其它合適的有UV燈、HE/Cd、氬離子或氮氣或金屬蒸氣或 具有多重頻率的NdYAG雷射束。輻射源和引發劑的選擇對於本領域那 些技術人員來說是已知的。本領域那些技術人員也認識到，輻射到粘性 溶液中的滲透深度和交聯速度與所選光引發劑的分子吸收係數和濃度 直接關聯。在優選實施方案中，輻射源選自UVA (約315-約400nm)、 UVB (約280-約315)或可見光(約400-約450nm )，都在高強度下。 本文使用的術語"高強度，，指在約100mW/cm2至約10000 mW/cm2之間 的那些。固化時間短，通常小於約30秒，優選小於約10秒。固化溫度 可為從約環境溫度到約9(TC的升高的溫度。為了方便和簡化，固化優選 在約環境溫度進行。精確條件將依賴於所選鏡片材料的組分，並在本領 域那些普通技術人員確定的技能內。固化條件必須足以由可交聯預聚物形成聚合物網絡。得到的聚合物
網絡用稀釋劑來溶脹並具有模具腔105的形式。
一旦固化完成，就打開模具。成型後用於除去未反應組分或副產物 的純化步驟與常規成型方法相比簡化了，或者在本發明中不需要。如果 使用生物相容稀釋劑，則在這個階段也不需要洗滌或蒸發步驟。本發明 的一個優點是當使用生物相容稀釋劑時，成型後提取和稀釋劑交換步驟 都不需要。如果使用低沸點稀釋劑，則應蒸發出稀釋劑並用水來水合鏡 片。
一些示例性的所得鏡片包括聚合物網絡，當用水溶脹時，其變成水 凝膠。水凝膠可包括約20至約75wtQ/o的水，優選約20至約65wt。/o的水。 水凝膠可具有優異的機械性質，包括模量和斷裂伸長率。模量可為約 20psi或更高，優選約20 -約90psi，更優選約20 -約70psi。
儘管在上面和附圖中具體描述了本發明，但本領域那些技術人員能 認識到，在不脫離本發明精神和範圍的情況下，可在其中作出形式和細 節上的上述和其它變化，本發明的精神和範圍僅僅由附加權利要求的範 圍限定。
權利要求
1、形成眼用鏡片的方法，所述方法包括步驟定量給料一定數量的包括預聚物的鏡片形成性混合物到第一模具部件內，其中所述第一模具部件包括鏡片成形表面和排氣口成形部分；裝配第二模具部件到第一模具部件上；施加結合第一模具部件和第二模具部件的預定壓力並在於第一模具部件和第二模具部件之間形成的腔內將所述預聚物成型為所述眼用鏡片的所需形狀以及在所述鏡片成形表面周邊周圍形成排氣口部分；通過所述排氣口部分排出大氣氣體；和固化所述預聚物以形成所述眼用鏡片。
2、 權利要求l的方法，其中所述預聚物包括最高分子量約25000、多分散性小於約2至最高分子量約100000、多分散性小於約3.8的聚HEMA或》圭樹脂。
3、 權利要求l的方法，其中定量給料預聚物的步驟包括以預定劑量數量加或減2亳克的精度公差定量給料。
4、 權利要求l的方法，其中所述預定劑量數量為約25至35毫克。
5、 權利要求1的方法，其中第一模具部件和第二模具部件中的至少 一個由包括聚烯烴的材料形成。
6、 權利要求1的方法，其中結合第一模具部件和第二模具部件的預定壓力包括比足以使第一模具部件和第二模具部件中的一個或多個變形的力小的力。
7、 權利要求1的方法，其中結合第一模具部件和第二模具部件的預定壓力包括在約1千克和10千克力之間的力。
8、 權利要求1的方法，其中第一模具部件和第二模具部件中的至少 一 個包括能傳遞足以固化所述預聚物的光能的區域。
9、 權利要求8的方法，其中足以固化所述預聚物的光包括約350- 600納米的頻率。
10、 權利要求l的方法，其中第一模具部件和第二模具部件中的一個或二個包括能成型多個眼用鏡片的可重複使用模具部件。
11、 權利要求10的方法，其中第一模具部件和笫二模具部件中的一個或二個包括金屬材料。
12、 權利要求10的方法，其中第一模具部件和第二模具部件中的一個或二個包括玻璃和石英中的一種或多種。
13、 權利要求l的方法，其中第一模具部件和第二模具部件中的至 少一個包括能傳遞足以對形成的眼用鏡片殺菌的光能的區域。
14、 權利要求l的方法，其中所述眼用鏡片包括矽樹脂水凝膠角膜 接觸鏡片。
15、 用於由預聚物形成眼用鏡片的成型裝置，所述成型裝置包括 第一模具部件，包括a)凹鏡片表面區域，其能接受預聚物並包括要被給予在所述凹鏡片表面區域內形成的鏡片的光學質量，b)第一 排氣口成形部分，和c)對準錐形部分；和第二模具部件，包括a)凸鏡片表面區域，其當靠近所述凹鏡片 表面區域定位時，形成眼用鏡片成形腔，b)第二排氣口形成部分，其 當靠近所述第 一 排氣口形成部分定位時限定出將所述鏡片形成腔流體 連接到環境區域的排氣口，和c)對準錐形部分；能透過有效固化所述預聚物的光能的區域。
16、 權利要求15的成型裝置，還包括在第一模具部件和第二模具 部件的一個或二個中透過有效固化所述預聚物的光能的區域。
17、 權利要求15的成型裝置，其中第一模具部件和第二模具部件 的至少一個包括環烯烴，所述環烯烴的模量足以承受約千克-10千克力 之間的停止負荷且沒有足以使在鏡片形成腔中形成的鏡片變形的形變。
18、 權利要求15的成型裝置，其中第一模具部件和第二模具部件 的至少一個包括適合用於形成多個眼用鏡片的金屬模具部件。
19、 權利要求15的成型裝置，其中所述排氣口部分包括約0.001mm 至約0.20mm寬的通道。
20、 權利要求15的成型裝置，其中所述排氣口部分包括約0.003mm 至約O.lOmm寬的通道。
全文摘要
本發明包括用於形成具有自由形式邊緣的眼用鏡片的方法和系統。特別地，本發明提供模具組件(101，102)，其在鏡片形成部分(105)邊界周圍包括排氣口部分(201)。精確用量的鏡片形成性混合物(301)可以被放在模具組件內填充模具組件的鏡片形成部分(105)。大氣氣體可在鏡片裝配期間透過排氣口部分(201)選出。
文檔編號B29D11/00GK101594971SQ200880003405
公開日2009年12月2日 申請日期2008年1月22日 優先權日2007年1月31日
發明者D·A·卡特亨利, G·J·霍夫曼, S·F·安塞爾, T·R·魯尼, T·金德特-拉森 申請人:莊臣及莊臣視力保護公司