DE60007934T2

DE60007934T2 - Verfahren für die Oberflächenbeschichtung von Materialien

Info

Publication number: DE60007934T2
Application number: DE60007934T
Authority: DE
Inventors: Peter Chabrecek; Dieter Lohmann
Original assignee: Novartis AG
Current assignee: Novartis AG
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 2000-10-25
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2020-10-26
Also published as: DE60007934D1; ATE258468T1; JP2001158813A; US6465056B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von beschichteten Gegenständen, wobei die Beschichtung ein Polymer mit erwünschten Eigenschaften bezüglich Anhaftung an dem Substrat, Dauerhaftigkeit, Hydrophilizität, Benetzbarkeit, Biokompatibilität und Permeabilität umfasst. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren für die Modifizierung der Oberfläche eines Gegenstands, wie ein biomedizinisches Material oder Gegenstand, insbesondere eine Kontaktlinse, einschließlich einer Kontaktlinse zum dauerhaften Tragen, wobei die Gegenstände mindestens teilweise mit einem Polymer mit einer „Flaschenbürstentypstruktur", zusammengesetzt aus zusammengehaltenen „haarigen" Ketten, beschichtet sind.
Eine Vielzahl von verschiedenen Typen von Verfahren zum Herstellen von Polymerbeschichtungen auf einem Substrat wurden im Stand der Technik offenbart. Beispielsweise beschreibt US-A-5527925 funktionalisierte Fotostarter und auch organische Substrate, wie beschichtete Kontaktlinsen, die die kovalent an ihrer Oberfläche gebundenen Fotostarter enthalten. In einer Ausführungsform der Offenbarung wird die so modifizierte Oberfläche der Kontaktlinse mit einem fotopolymerisierbaren ethylenisch ungesättigten Monomer, das dann durch Bestrahlung polymerisiert wird, weiter beschichtet, wodurch sich somit eine neue Substratoberfläche bildet. Bei diesem Verfahren ist es jedoch nicht immer möglich, die gewünschten Beschichtungseigenschaften, beispielsweise Benetzungseigenschaften, die für die Oberfläche von biomedizinischen Vorrichtungen einschließlich Kontaktlinsen notwendig sind, zu erhalten. Insbesondere die Fähigkeit von bekannten Materialien, an einer kontinuierlichen Schicht einer wässrigen Lö sung, beispielsweise menschlichen Körperflüssigkeiten, wie Tränen, oder Schleimhautschichten, für einen längeren Zeitraum zu halten oder zu stabilisieren, welches ein wichtiges Merkmal für viele biomedizinische Anwendungen ist, ist noch nicht befriedigend.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass Gegenstände, insbesondere biomedizinische Vorrichtungen, wie Kontaktlinsen, mit einer verbesserten Benetzbarkeit, Wasserzurückhaltungsfähigkeit und Biokompatibilität, zunächst durch Ausstatten der Oberfläche des Gegenstands mit einer primären Polymerbeschichtung vom Bürstentyp, die Polymerisationsstarterreste enthält, und anschließend Pfropfen von einem oder mehreren verschiedenen ethylenisch ungesättigten hydrophilen Monomeren auf die Starter-modifizierten Polymerketten, um die Bürstenstruktur aufzubauen, erhalten werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten einer Materialoberfläche, wie in beigefügtem Anspruch 1 definiert, umfassend die Hauptschritte:

(a) das Ausstatten der Materialoberfläche mit Polymerbürsten, umfassend Polymerisationsstarterradikale; und
(b) Pfropfpolymerisieren von einem oder mehreren verschiedenen ethylenisch ungesättigten hydrophilen Monomeren oder Makromonomeren auf die mit Polymerisationsstarter modifizierten Polymerbürsten.

Beispiele für Materialien, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtet werden können, sind Quarz, Keramik, Glas, Silikatmaterialien, Siliziumdioxidgele, Metalle, Metalloxide, Kohlenstoffmaterialien, wie Graphit oder glasartiger Kohlenstoff, natürliche oder synthetische organische Polymere oder Laminate, Verbundwerkstoffe oder Blends von den Materialien, insbesondere natürliche oder synthetische organische Polymere, die in einer größeren Vielzahl bekannt sind. Einige Beispiele für Polymere sind Polyadditions- und Polykondensationspolymere (Polyurethane, Epoxidharze, Polyether, Polyester, Polyamide und Polyimide); Vinylpolymere (Polyacrylate, Polymethacrylate, Polystyrol, Polyethylen und haloge nierte Derivate davon, Polyvinylacetat und Polyacrylnitril); Elastomere (Silikone, Polybutadien und Polyisopren); oder modifizierte oder unmodifizierte Biopolymere (Kollagen, Zellulose, Chitosan und dergleichen).
Eine bevorzugte Gruppe von zu beschichtenden Materialien sind jene, die herkömmlicherweise für die Herstellung von biomedizinischen Vorrichtungen, beispielsweise Kontaktlinsen, insbesondere Kontaktlinsen zum längeren Tragen, die an sich nicht hydrophil sind, verwendet werden. Solche Materialien sind dem Fachmann bekannt und können beispielsweise Polysiloxane, Perfluorpolyether, fluorierte Poly(meth)acrylate oder äquivalente fluorierte Polymere, abgeleitet beispielsweise von anderen polymerisierbaren Carbonsäuren, Polyalkyl(meth)acrylaten oder äquivalenten Alkylesterpolymeren, abgeleitet von anderen polymerisierbaren Carbonsäuren oder fluorierten Polyolefinen, wie fluoriertes Ethylenpropylen, oder Tetrafluorethylen, vorzugsweise in Kombination mit speziellen Dioxolen, wie Perfluor-2,2-dimethyl-1,3-dioxol, umfassen. Beispiele für geeignete Massematerialien sind z. B. Lotrafilcon A, Neofocon, Pasifocon, Telefocon, Silafocon, Fluorsilfocon, Paflufocon, Silafocon, Elastofilcon, Fluorfocon oder Teflon AF-Materialen, wie Teflon AF 1600 oder Teflon AF 2400, die Copolymere von etwa 63 bis 73 Mol-% von Perfluor-2,2-dimethyl-1,3-dioxol und etwa 37 bis 27 Mol-% Tetrafluorethylen oder von etwa 80 bis 90 Mol-% Perfluor-2,2-dimethyl-1,3-dioxol und etwa 20 bis 10 Mol-% Tetrafluorethylen darstellen.
Eine weitere bevorzugte Gruppe von zu beschichtenden Materialien sind jene, die herkömmlicherweise für die Herstellung von biomedizinischen Vorrichtungen, beispielsweise Kontaktlinsen, die an sich hydrophil sind, verwendet werden, da reaktive Gruppen, beispielsweise Carboxy-, Carbamoyl-, Sulfat-, Sulfonat-, Phosphat-, Amin-, Ammonium- oder Hydroxygruppen in dem Material inhärent und deshalb auch auf der Oberfläche der daraus hergestellten biomedizinischen Vorrichtung vorliegen. Solche Materialien sind dem Fachmann bekannt und umfassen beispielsweise Polyhydroxyethylacrylat, Polyhydroxyethylmethacrylat (HEMA), Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure, Polyacrylamid, Polydimethylacrylamid (DMA), Polyvinylalkohol oder Copolymere von beispielsweise zwei oder mehreren Monomeren aus der Gruppe Hydroxyethylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, N-Vinylpyrrolidon, Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylamid, Dimethylacrylamid, Vinylalkohol und dergleichen. Typische Beispiele sind beispielsweise Polymacon, Tefilcon, Methafilcon, Deltafilcon, Bufilcon, Phemfilcon, Ocufilcon, Focofilcon, Etafilcon, Hefilcon, Vifilcon, Tetrafilcon, Perfilcon, Droxifilcon, Dimefilcon, Isofilcon, Mafilcon, Nelfilcon oder Atlafilcon.
Eine noch weitere Gruppe von bevorzugten zu beschichtenden Materialien sind amphiphile segmentierte Copolymere, umfassend mindestens ein hydrophobes Segment und mindestens ein hydrophiles Segment, die durch eine Bindung oder ein Brückenglied verbunden sind. Beispiele sind Silikonhydrogele, zum Beispiel jene, die in den PCT-Anmeldungen WO 96/31792 und WO 97/49740 offenbart sind.
Das zu beschichtende Material kann ein beliebiges mit Blut in Kontakt stehendes Material sein, das üblicherweise zur Herstellung von Nierendialysemembranen, Blutlagerungsbeutel, Schrittmacheranschlüsse oder Blutgefäßimplantaten verwendet wird. Beispielsweise kann das auf seiner Oberfläche zu modifizierende Material ein Polyurethanpolydimethylsiloxan, Polytetrafluorethylen, Polyvinylchlorid, Dacron^TM oder ein daraus hergestellter Verbundwerkstoff sein.
Darüber hinaus kann das zu beschichtende Material ein anorganisches oder metallisches Grundmaterial mit oder ohne geeignete reaktive Gruppen, beispielsweise Keramik, Quarz oder Metalle, wie Silizium oder Gold, oder andere polymere oder nicht polymere Substrate sein. Beispielsweise sind für implantierbare biomedizinische Anwendungen Keramiken oder Kohlenhydrate, die Materialien, wie Polysaccharide, enthalten, sehr verwendbar. Zusätzlich werden beispielsweise für Biosensorzwecke Dextran-beschichtete Grundmaterialien als die unspezifischen Bindungseffekte zu vermindern erwartet, wenn die Struktur der Beschichtung gut gesteuert ist. Biosensoren können Polysaccharide auf Gold, Quarz oder anderen nicht polymeren Substraten erfordern.
Die Form des zu beschichtenden Materials kann innerhalb breiter Grenzen variieren. Beispiele sind Teilchen, Granulate, Kapseln, Fasern, Röhren, Filme oder Membranen, vorzugsweise Formlinge aller Arten, wie ophthalmische Formlinge, insbesondere Kontaktlinsen.
Die Polymerbürsten gemäß Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bereitgestellt durch

(a1) kovalentes Binden eines Polymerisationsstarters an die Oberfläche;
(a2) Pfropfpolymerisieren eines Vinylmonomers, das eine reaktive Gruppe auf der mit Starter modifizierten Materialoberfläche trägt, und dadurch Ausstatten der Oberfläche mit Polymerbürsten, die reaktive Gruppen umfassen, und
(a3) Umsetzen der reaktiven Gruppen der Polymerbürsten, mit einem Polymerisationsstarter mit einer funktionellen Gruppe, die mit den reaktiven Gruppen der Polymerbürsten coreaktiv ist.

Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung trägt in dem Anfangszustand das zu beschichtende Material Startereinheiten für die radikalische Polymerisation, die kovalent an ihre Oberfläche gebunden sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Startereinheiten kovalent an die Oberfläche des über Reaktion einer funktionellen Gruppe der Materialoberfläche mit einer reaktiven Gruppe des Startermoleküls auf seiner Oberfläche zu modifizierende Material gebunden.
Geeignete funktionelle Gruppen können inhärent (à priori) auf der Oberfläche des zu modifizierenden Materials auf seiner Oberfläche vorliegen. Wenn Substrate zu wenig oder keine reaktiven Gruppen enthalten, kann die Materialoberfläche durch an sich bekannte Verfahren modifiziert werden, beispielsweise chemische Plasmaverfahren (siehe z. B. WO 94/06485), oder herkömmliche Funktionalisierung mit Gruppen wie erzeugten -OH, -NH₂ oder -CO₂H. Geeignete funktionelle Gruppen können ausgewählt sein aus einer breiten Vielzahl von Gruppen, die dem Fachmann gut bekannt sind. Typische Beispiele sind z. B. Hydroxygruppen, Aminogruppen, Carboxygruppen, Carbonylgruppen, Aldehydgruppen, Sulfonsäuregruppen, Sulfonylchloridgruppen, Isocyanatgruppen, Carbonsäureanhydridgruppen, Lactongruppen, Azlactongruppen, Epoxidgruppen und Gruppen, die durch Amino- oder Hydroxygruppen ersetzbar sind, wie Halogengruppen, oder Gemische davon. Aminogruppen und Hydroxygruppen sind bevorzugt.
Polymerisationsstarter, die an die Oberfläche des zu beschichtenden Materials gebunden sind, sind typischerweise jene, die eine radikalische Polymerisation von ethylenisch ungesättigten Verbindungen starten. Die radikalische Polymerisation kann thermisch oder vorzugsweise durch Strahlung induziert werden.
Geeignete thermische Polymerisationsstarter sind dem Fachmann bekannt und umfassen beispielsweise Peroxide, Hydroperoxide, Azobis(alkyl- oder -cycloalkylnitrile), Persulfate, Percarbonate oder Gemische davon. Beispiele sind Benzoylperoxid, tert.-Butylperoxid, Di-tert.-butyldiperoxyphthalat, tert.-Butylhydroperoxid, Azobis(isobutyronitril), 1,1'-Azobis-(1-cyclohexancarbonitril), 2,2'-Azobis-(2,4-dimethylvaleronitril), 4,4'-Azobis-(4-cyanovaleriansäure, 4,4'-Azobis-(4-cyano-n-pentanol) und dergleichen. Die thermischen Starter können an die Oberfläche des Massematerials durch an sich bekannte Verfahren, beispielsweise wie in EP-A-0378511 offenbart, gebunden sein. Starter für die thermische Polymerisation sind insbesondere funktionelle Starter mit einem Starterteil, wie einer Peroxid-, Hydroperoxid-, Persulfat- oder Azogruppe und zusätzlich einer funktionellen Gruppe, die mit funktionellen Gruppen des Substrats coreaktiv ist, insbesondere mit -OH-, -SH-, -NH₂-, Epoxy-, Carboxyanhydrid-, Alkylamino-, -COOH- oder Isocyanatgruppen. Geeignete funktionelle Gruppen, die mit der Oberfläche des Massematerials coreaktiv sind, sind beispielsweise eine Carboxy-, Hydroxy-, Epoxid- oder Isocyanatgruppe. Eine besonders bevorzugte Gruppe von thermischen Startern sind Azobis(C₂-C₁₂-alkancarbonsäuren) oder Azobis(C₂-C₁₂-alkanole), wobei die Alkaneinheit in jedem Fall, beispielsweise mit Cyano, zusätzlich substituiert sein kann.
Starter für die radikalisch induzierte Polymerisation sind insbesondere funktionelle Fotostarter mit einem Fotostarterteil und zusätzlich einer funktionellen Gruppe, die mit funktionellen Gruppen des Substrats, insbesondere mit -OH-, -SH-, -NH₂-, Epoxid-, Carboxanhydrid-, Alkylamino-, -COOH- oder Isocyanatgruppen reaktiv sind. Der Fotostarterteil kann zu verschiedenen Arten von beispielsweise dem Thioxanthontyp und vorzugsweise dem Benzoentyp gehören. Geeignete funktionelle Gruppen, die mit der Oberfläche des Massematerials coreaktiv sind, sind beispielsweise eine Carboxy-, Hydroxy-, Epoxid- oder Isocyanatgruppe.
Bevorzugte Polymerisationsstarter zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung sind die Fotostarter der Formeln (I) und (Ia), wie in US-A-5527925 offenbart, deren Formel (I) wie in der PCT-Anmeldung WO 96/20919 offenbart ist, oder jene der Formeln II und III einschließlich Formeln IIa–IIy und IIIg, wie in EP-A-0281941 offenbart, insbesondere Formeln IIb, IIi, IIm, IIn, IIp, IIr, IIs, IIx und IIIg darin.
Die Polymerisationsstartereinheiten sind vorzugsweise abgeleitet von einem funktionellen Fotostarter der Formel
worin Z zweiwertiges -O-, -NH- oder -NR₁₂- darstellt, Z₁ -O-, -O-(O)-O, -C(O)-O- oder -O-C(O)-O- darstellt, worin R₁₂ lineares oder verzweigtes C₁-C₆-Alkyl darstellt; R₃ H, C₁-C₁₂-Alkyl, C₁-C₁₂-Alkoxy, N-C₁-C₁₂-Alkylamino oder N,N-Di-C₁-C₁₂-alkylamino darstellt; R₄ und R₅ jeweils unabhängig voneinander H, lineares oder verzweigtes C₁-C₈-Alkyl, C₁-C₈-Hydroxyalkyl oder C₆-C₁₀-Aryl darstellen, oder die Gruppen R₄-(O)_b1- und R₄-(O)_b2- zusammen –(CH₂)_c- darstellen, worin c eine ganze Zahl von 3 bis 5 ist, oder die Gruppen R₄-(O)_b1-, R₄-(O)_b2- und R₅-(O₁)_b3- zusammen einen Rest der Formel
darstellen, R₂ eine direkte Bindung oder lineares oder verzweigtes C₁-C₈-Alkylen darstellt, das unsubstituiert oder mit -OH substituiert ist, und/oder nicht unterbrochen oder unterbrochen ist durch eine oder mehrere Gruppen -O-, -O-C(O)- oder -O-C(O)-O-; R₁ verzweigtes C₃-C₁₈-Alkylen, unsubstituiertes oder C₁-C₄-Alkyl- oder C₁-C₄-Alkoxy-substituiertes C₆-C₁₀-Arylen oder unsubstituiertes oder C₁-C₄-Alkyl- oder C₁-C₄-Alkoxy-substituiertes C₇-C₁₈-Aralkylen, unsubstituiertes oder C₁-C₄-Alkyl- oder C₁-C₄-Alkoxy-substituiertes C₃-C₈-Cycloalkylen, unsubstituiertes oder C₁-C₄-Alkyl- oder C₁-C₄-Alkoxy-substituiertes C₃-C₈-Cycloalkylen-C_yH_2y- oder unsubstituiertes oder C₁-C₄-Alkyl- oder C₁-C₄-Alkoxy-substituiertes -C_yH_2y-(C₃-C₈-Cycloalkylen) -C_yH_2y-, worin y eine ganze Zahl von 1 bis 6 ist, darstellt; R₆ unabhängig die gleiche Definition wie für R₁ aufweist oder lineares C₃-C₁₈-Alkylen darstellt; R₁₂ lineares oder verzweigtes C₁-C₆-Alkyl darstellt; T zweiwertiges -O-, -NH-, -S-, C₁-C₈-Alkylen oder
darstellt; Z₂ eine direkte Bindung oder -O-(CH₂)_d- darstellt, worin d ei- ne ganze Zahl von 1 bis 6 ist und die endständige Gruppe CH₂ davon an das benachbarte T in Formel (10c) gebunden ist; R₈ lineares oder verzweigtes C₁-C₈-Alkyl, C₂-C₈-Alkenyl oder C₆-C₁₀-Aryl-C₁-C₈-alkyl darstellt; R₉ unabhängig von R₈ die gleichen Definitionen wie R₈ aufweist oder C₆-C₁₀-Aryl darstellt oder R₈ und R₉ zusammen -(CH₂)_e- darstellen, worin e eine ganze Zahl von 2 bis 6 ist; R₁₀ und R₁₁ jeweils unabhängig voneinander lineares oder verzweigtes C₁-C₈-Alkyl darstellen, das mit C₁-C₄-Alkoxy oder C₆-C₁₀-Aryl-C₁-C₈-alkyl oder C₂-C₈-Alkenyl substituiert sein kann, oder R₁₀ und R₁₁ zusammen -(CH₂)_f1-Z₃-(CH₂)_f2- darstellen, worin Z₃ eine direkte Bindung -O-, -S- oder -NR₇- darstellt, und R₇ H oder C₁-C₈-Alkyl darstellt und f1 und f2 jeweils unabhängig voneinander eine ganze Zahl von 2 bis 4 sind; R₁₃ und R₁₃' jeweils unabhängig voneinander H, C₁-C₈-Alkyl, C₃-C₈-Cycloalkyl, Benzyl oder Phenyl darstellen; und a, a1, b1, b2 und b3 jeweils unabhängig voneinander 0 oder 1 ist, unter den Maßgaben, dass b1 und b2 jeweils 0 sind, wenn R₅ H darstellt, dass die Gesamtheit von (b1 + b2 + b3) 2 nicht übersteigt und dass a 0 ist, wenn R₂ eine direkte Bindung darstellt.
Eine bevorzugte Untergruppe von Verbindungen der Formel (1a) oder (1b) umfasst jene, worin b1 und b2 jeweils 0 sind, Z und Z₁ jeweils zweiwertiges -O- darstellen; b3 0 oder 1 ist; R₄ C₁-C₄-Alkyl oder Phenyl darstellt oder beide Gruppen R₄ zusammen Tetramethylen oder Pentamethylen darstellen; R₅ C₁-C₄-Alkyl oder H darstellt, R₃ Wasserstoff darstellt; a und a1 jeweils unabhängig 0 oder 1 sind; R₂ lineares oder verzweigtes C₂-C₄-Alkylen darstellt oder eine direkte Bindung darstellt, wobei in dem Fall a 0 ist; R₁ verzweigtes C₅-C₁₀-Alkylen, Phenylen oder Phenylen substituiert mit 1 bis 3 Methylgruppen, Benzylen oder Benzylen substituiert mit 1 bis 3 Methylgruppen, Cyclohexylen oder Cyclohexylen substituiert mit 1 bis 3 Methylgruppen, Cyclohexyl-C_yH_2y- oder -C_yH_2y-Cyclohexyl-C_yH_2y- oder Cyclohexyl-C_yH_2y- oder -C_yH_2y-Cyclohexyl-C_yH_2y- substituiert mit 1 bis 3 Methylgruppen darstellt; und y 1 oder 2 ist.
Eine besonders bevorzugte Untergruppe von Verbindungen der Formel (1a) oder (1b) umfasst jene, worin b1 und b2 jeweils 0 sind, Z und Z₁ jeweils zweiwertiges -O- darstellen, b3 0 oder 1 ist; R₄ Methyl oder Phenyl darstellt oder beide Gruppen R₄ zusammen Pentamethylen darstellen; R₅ Methyl oder H darstellt; R₃ Wasserstoff darstellt; a 1 ist und R₂ Ethylen darstellt oder a 0 ist und R₂ eine direkte Bindung darstellt; a1 0 oder 1 ist und R₁ verzweigtes C₆-C₁₀-Alkylen, Phenylen oder Phenylen substituiert mit 1 bis 3 Methylgruppen, Benzylen oder Benzylen substituiert mit 1 bis 3 Methylgruppen, Cyclohexylen oder Cyclohexylen substituiert mit 1 bis 3 Methylgruppen, Cyclohexyl-CH₂- oder Cyclohexyl-CH₂- substituiert mit 1 bis 3 Methylgruppen darstellt.
Eine bevorzugte Untergruppe von Verbindungen der Formel (1c) umfasst jene, worin T zweiwertiges -O-, -NH-, -S- oder –(CH₂)_y- darstellt, worin y eine ganze Zahl von 1 bis 6 ist; Z₂ eine direkte Bindung oder -O-(CH₂)_y- darstellt, worin y eine ganze Zahl von 1 bis 6 ist, und die endständige Gruppe CH₂ davon an das benachbarte T in Formel (10c) gebunden ist; R₃ H, C₁-C₁₂-Alkyl oder C₁-C₁₂-Alkoxy darstellt; R₈ lineares C₁-C₈-Alkyl, C₂-C₈-Alkenyl oder C₆-C₁₀-Aryl-C₁-C₈-alkyl darstellt; R₉ unabhängig von R₈ die gleichen Definitionen wie für R₈ aufweist oder C₆-C₁₀-Aryl darstellt, oder R₈ und R₉ zusammen -(CH₂)_e- darstellen, worin e eine ganze Zahl von 2 bis 6 ist; R₁₀ und R₁₁ jeweils unabhängig voneinander lineares oder verzweigtes C₁-C₈-Alkyl, das mit C₁-C₄-Alkoxy substituiert sein kann oder C₆-C₁₀-Aryl-C₁-C₈-alkyl oder C₂-C₈-Alkenyl darstellen; oder R₁₀ und R₁₁ zusammen –(CH₂)_f1-Z₃-(CH₂)_f2- darstellen, worin Z₃ eine direkte Bindung -O-, -S- oder -NR₇- darstellt, und R₇ H oder C₁-C₈-Alkyl darstellt und f1 und f2 jeweils unabhängig voneinander eine ganze Zahl von 2 bis 4 sind; und R₆ verzweigtes C₆-C₁₀-Alkylen, Phenylen oder Phenylen substituiert mit 1 bis 3 Methylgruppen, Benzylen oder Benzylen substituiert mit 1 bis 3 Methylgruppen, Cyclohexylen oder Cyclohexylen substituiert mit 1 bis 3 Methylgruppen, Cyclohexylen-CH₂- oder Cyclohexylen-CH₂- substituiert mit 1 bis 3 Methylgruppen darstellt.
Eine besonders bevorzugte Untergruppe von Verbindungen der Formel (1c) umfasst jene, worin T zweiwertiges -O- darstellt; Z₂ -O-(CH₂)_y- darstellt, worin y eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist, und die endständige Gruppe CH₂ davon an das benachbarte T in Formel (10c) gebunden ist; R₃ H darstellt; R₈ Methyl, Allyl, Tolylmethyl oder Benzyl darstellt, R₉ Methyl, Ethyl, Benzyl oder Phenyl darstellt oder R₈ und R₉ zusammen Pentamethylen darstellen, R₁₀ und R₁₁ jeweils unabhängig voneinander C₁-C₄-Alkyl darstellen oder R₁₀ und R₁₁ zusammen -CH₂CH₂OCH₂CH₂- darstellen und R₆ verzweigtes C₆-C₁₀-Alkylen, Phenylen oder Phenylen substituiert mit 1 bis 3 Methylgruppen, Benzylen oder Benzylen substituiert mit 1 bis 3 Methylgruppen, Cyclohexylen oder Cyclohexylen substituiert mit 1 bis 3 Methylgruppen, Cyclohexylen-CH₂- oder Cyclohexylen-CH₂- substituiert mit 1 bis 3 Methylgruppen darstellt.
Einige Beispiele von besonders bevorzugten funktionellen Fotostartern sind die Verbindungen der Formeln
oder OCN-CH₂-C(CH₃)₂-CH₂-CH(CH₃)-CH₂-CH₂-NH-C(O)-O-R₂₂ (11c),worin R₂₂ einen Rest
oder
darstellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung tritt kovalentes Binden zwischen der anorganischen oder vorzugsweise der Materialoberfläche und dem Fotostarter über Reaktion einer Hydroxy-, Amino-, Alkylamino-, Thiol- oder Carboxygruppe, insbesondere einer Hydroxy- oder Aminogruppe, der Substratoberfläche mit der Isocyanatgruppe des Fotostarters, beispielsweise unter Verwendung eines Fotostarters der vorstehenden Formel (1b), (1c), (11a), (11b) oder (11c) auf. Geeignete Verfahren dafür sind beispielsweise aus den vorstehend erwähnten Dokumenten bekannt. Die Reaktion kann beispielsweise bei erhöhter Temperatur, z. B. von 0° bis 100°C, und vorzugsweise bei Raumtemperatur und gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators ausgeführt werden. Nach der Reaktion können überschüssige Verbindungen, beispielsweise mit Lösungsmitteln, entfernt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das zu beschichtende Material ein organisches Polymer, das H-aktive Gruppen I, insbesondere -OH, -NH₂ und/oder -NH-, auf der Oberfläche enthält, die mit Isocyanatgruppen coreaktiv sind, wobei einige oder alle von ihnen ein H-Atom, substituiert mit einem Rest der Formel
aufweisen, wobei für die Variablen R₁–R₁₁, T, Z, Z₁, Z₂, a, b1, b2 und b3 die vorstehend angegebenen Bedeutungen und Bevorzugungen gelten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung tritt das kovalente Binden zwischen dem anorganischen und vorzugsweise organischen Substrat und dem Fotostarter über Reaktion einer Epoxid-, Carbonsäureanhydrid-, Lacton-, Azlacton- oder vorzugsweise Isocyanatgruppe der Substratoberfläche mit einer Hydroxy-, Amino-, Alkylamino-, Thiol- oder Carboxygruppe, insbesondere mit einer Carboxy-, Hydroxy- oder Aminogruppe des Fotostarters, beispielsweise unter Verwendung eines Fotostarters der vorstehenden Formel (1a) auf. Dies kann beispielsweise durch zuerst selektives Umsetzen eines vorstehend erwähnten Massematerials, das H-aktive Gruppen auf der Oberfläche, insbesondere -OH, -NH₂ und/oder -NH, aufweist, mit einer Isocyanatgruppe der eines Diisocyanats der Formel OCN-R₁-NCO, worin R₁ die vorstehend angegebenen Bedeutungen aufweist, und dann Umsetzen des modifizierten Massematerials mit einem Fotostarter der vorstehend erwähnten Formel (1a) ausgeführt werden.
Geeignete reaktive Gruppen des Vinylmonomers gemäß Schritt (a2) sind beispielsweise eine Hydroxy-, Amino-, Carboxy-, Carbonsäureester-, Carbonsäureanhydrid-, Epoxid-, Lacton-, Azlacton- oder Isocyanatgruppe. Eine Gruppe von bevorzugten reaktiven Gruppen umfasst Carboxy, Carbonsäureanhydrid, Azlacton oder Isocyanat, insbesondere Isocyanat. Eine weitere Gruppe von bevorzugten reaktiven Gruppen umfasst Amino oder insbesondere Hydroxy.
Das Vinylmonomer, das auf die startermodifizierte Oberfläche gemäß Schritt (a2) gepfropft wird, ist beispielsweise eine ethylenisch ungesättigte Verbindung mit 2 bis 18 C-Atomen und vorzugsweise 2 bis 10 C-Atomen, welche mit einer reaktiven Gruppe substituiert ist, wobei die vorstehend angegebenen Bedeutungen und Bevorzugungen gelten.
Geeignete Vinylmonomere mit einer reaktiven Gruppe sind beispielsweise eine Verbindung der Formel
worin R₁₄ Wasserstoff, unsubstituiertes oder Hydroxy-substituiertes C₁-C₆-Alkyl oder Phenyl darstellt, R₁₅ und R₁₆ jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, C₁-C₄-Alkyl, Phenyl, Carboxy oder Halogen darstellen,
R₁₇ Wasserstoff, C₁-C₄-Alkyl oder Halogen darstellt,
R₁₈ und R_18' jeweils unabhängig einen ethylenisch ungesättigten Rest mit 2 bis 6 C-Atomen darstellen, oder
R₁₈ und R_18' zusammen einen zweiwertigen Rest -C(R₁₅)=C(R₁₇)- bilden, worin R₁₅ und R₁₇ wie vorstehend definiert sind, und
(Alk*) C₁-C₆-Alkylen darstellt und (Alk**) C₂-C₁₂-Alkylen darstellt.
Die nachstehenden Bevorzugungen gelten für die in Formeln (2a)–(2e) enthaltenen Variablen:
R₁₄ ist vorzugsweise Wasserstoff oder Hydroxy-C₁-C₄-alkyl, insbesondere Wasserstoff oder β-Hydroxyethyl.
Eine der Variablen R₁₅ und R₁₆ ist vorzugsweise Wasserstoff und die andere ist Wasserstoff, Methyl oder Carboxy. Besonders bevorzugt sind R₁₅ und R₁₆ jeweils Wasserstoff.
R₁₇ ist vorzugsweise Wasserstoff oder Methyl.
R₁₈ und R_18' sind vorzugsweise Vinyl oder 1-Methylvinyl, oder R₁₈ und R_18' bilden zusammen einen Rest -C(R₁₅)=C(R₁₇)-, worin R₁₅ und R₁₇ jeweils unabhängig Wasserstoff oder Methyl darstellen.
(Alk*) ist vorzugsweise Methylen, Ethylen oder 1,1-Dimethylmethylen, insbesondere ein Rest -CH₂- oder -C(CH₃)₂-.
(Alk**) ist vorzugsweise C₂-C₄-Alkylen und insbesondere 1,2-Ethylen.
Besonders bevorzugte Vinylmonomere mit einer reaktiven Gruppe sind 2-Isocyanatethylmethacrylat (IEM), 2-Vinylazlacton, 2-Vinyl-4,4-dimethylazlacton, Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, 2-Hydroxyethylacrylat (HEA), 2-Hydroxymethacrylat (HEMA), Glycidylacrylat oder Glycidylmethacrylat.
Durch die Anmeldung schließen Begriffe, wie Carboxy, Carbonsäure, -COOH, Sulfo, -SO₃H, Amino, -NH₂ und dergleichen immer die freie Säure oder Amin sowie ein geeignetes Salz davon, beispielsweise ein biomedizinisch oder insbesondere Okular verträgliches Salz davon, wie z. B. ein Natrium-, Kalium-, Ammoniumsalz oder dergleichen (einer Säure), oder ein Hydrohalogenid, wie Hydrochlorid (von einem Amin), ein.
Das Vinylmonomer mit einer reaktiven Gruppe kann als solches oder in Anmischung mit einem geeigneten Vinylcomonomer, vorzugsweise einem hydrophilen Vinylcomonomer, auf die Materialoberfläche gepfropft sein.
Der Ausdruck „hydrophiles Vinylcomonomer" ist in der Bedeutung eines Monomers zu verstehen, das typischerweise als ein Homopolymer ein Polymer erzeugt, das in Wasser löslich ist oder mindestens 10 Gew.-% Wasser absorbieren kann.
Der Anteil an Vinylcomonomeren ist, falls verwendet, vorzugsweise 0,1 bis 3 Einheiten pro Vinylmonomer mit einer reaktiven Gruppe, insbesondere 0,25 bis 3 Einheiten Vinylcomonomer pro Vinylmonomer mit einer reaktiven Gruppe und besonders bevorzugt 0,5 bis 2 Einheiten pro Vinylmonomer mit einer reaktiven Gruppe.
Geeignete hydrophile Vinylcomonomere schließen, ohne dass die nachstehende Liste abschließend ist, C₁-C₂-Alkylacrylat und Methacrylat, Acrylamid, Methacrylamid, N-Mono- oder N,N-Di-C₁-C₂-alkylacrylamid und -methacrylamid, ethoxylierte Acrylate und Methacrylate, Natriumethylensulfonat, Natriumstyrolsulfonat, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, N-Vinylpyrrol, N-Vinylsuccinimid, fünf- bis siebengliedrige N-Vinyllactame, 2- oder 4-Vinylpyridin, Amino- (der Begriff „Amino" schließt auch quaternäres Ammonium ein), Mono-C₁-C₂-alkylamino- oder Di-C₁-C₂-alkylamino-C₁-C₂-alkylacrylate und -methacrylate, Allylalkohol und dergleichen ein. Bevorzugt sind Acrylamid, N,N-Di-C₁-C₂-alkyl(meth)acrylamide, wie N,N-Dimethylacrylamid, oder fünf- bis siebengliedrige N-Vinyllactame, wie N-Vinylpyrrolidon.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird das Vinylmonomer mit einer reaktiven Gruppe an die startermodifizierte Materialoberfläche in Abwesenheit eines Vinylcomonomers gepfropft.
Das Vinylmonomer mit einer reaktiven Gruppe, gegebenenfalls in Anmischung mit einem Vinylcomonomer, kann auf die startermodifizierte Materialoberfläche aufgetragen und gemäß an sich bekannter Verfahren polymerisiert werden. Beispielsweise wird das Material in eine Lösung des/der Vinylmonomer(e) eingetaucht oder eine Schicht von Vinylmonomer(en) wird zunächst auf der modifizierten Materialoberfläche, beispielsweise durch Tauchen, Sprühen, Verstreichen, Rakelbeschichten, Gießen, Walzen, Schleuderbeschichten oder Vakuumdampfabscheidung, abgeschieden. Geeignete Lösungsmittel sind, falls in dem Polymerisationsverfahren verwendet, beispielsweise Wasser, C₁-C₄-Alkanol, wie Methanol oder Ethanol, Gly col, wie Ethylenglycol oder dipolare aprotische Lösungsmittel, wie beispielsweise Acetonitril, N,N-Dimethylformamid (DMF), N-Methylpyrrolidon (NMP), Dimethylsulfoxid (DMSO), N,N-Dimethylacetamid oder Aceton. Die Polymerisation von dem/den Vinylmonomer(en) auf die Materialoberfläche kann dann, beispielsweise thermisch durch die Wirkung von Wärme oder vorzugsweise durch Strahlung, insbesondere durch UV-Strahlung, gestartet werden. Geeignete Lichtquellen für die Strahlung sind dem Fachmann bekannt und umfassen beispielsweise Quecksilberlampen, Hochdruckquecksilberlampen, Xenonlampen, Kohlebogenlampen oder Sonnenlicht. Der Zeitraum der Bestrahlung kann beispielsweise von den gewünschten Eigenschaften des erhaltenen Verbundwerkstoffmaterials abhängen, liegt jedoch gewöhnlich im Bereich von bis zu 30 Minuten, vorzugsweise 10 Sekunden bis 10 Minuten und besonders bevorzugt 0,5 bis 5 Minuten. Es ist vorteilhaft, die Bestrahlung in einer Inertgasatmosphäre auszuführen. Nach der Polymerisation können beliebige nicht kovalente, gebundene, gebildete Monomere, Oligomere oder Polymere, beispielsweise durch Behandlung mit geeigneten Lösungsmitteln, entfernt werden.
Im Fall einer thermisch gestarteten Polymerisation von dem/den Vinylmonomer(en) auf die Materialoberfläche kann die Polymerisation beispielsweise bei erhöhter Temperatur, beispielsweise bei einer Temperatur von 35–100°C und vorzugsweise 40–80°C, für einen Zeitraum von beispielsweise 10 Minuten bis 48 Stunden und vorzugsweise 30 Minuten bis 36 Stunden in Abwesenheit oder Gegenwart von einem der vorstehend erwähnten Lösungsmittel ausgeführt werden. Es ist vorteilhaft, die thermisch gestartete Polymerisation in einer Inertgasatmosphäre auszuführen.
Mithilfe des Polymerisationsschrittes (a2) kann/können das/die Vinylmonomer(e) an die Massematerialoberfläche unter Bildung einer primären Beschichtung, umfassend eine Vielzahl von Polymerketten, die an die Oberfläche gebunden sind, welche eine so genannte Struktur vom Bürstentyp bilden, gepfropft werden. Jede Polymerkette der Struktur vom Bürsten typ enthält reaktive Gruppen in regelmäßigen Intervallen (wenn das die reaktive Gruppe umfassende Vinylmonomer ohne ein Vinylcomonomer verwendet wird) oder statistisch verteilt (wenn das die reaktive Gruppe umfassende Vinylmonomer in Kombination mit einem Vinylcomonomer verwendet wird). Die reaktiven Gruppen, die in den Polymerketten vorliegen, sind jene, die vorstehend in der Beschreibung der eine reaktive Gruppe umfassenden Vinylmonomere erwähnt werden.
Der reaktive Polymerisationsstarter von Schritt (a3) ist beispielsweise einer von den thermischen Startern oder Fotostartern, wie in Schritt (a1) erwähnt, worin die vorstehend angegebenen Bedeutungen und Bevorzugungen gelten. Bevorzugte Polymerisationsstarter von Schritt (a3) sind im Fall der thermischen Starter Azobis(C₂-C₁₂-alkanole), die mit Cyano substituiert sind, und sind im Fall von Fotostartern Verbindungen der vorstehend angeführten Formel (1a), wobei die vorstehend angegebenen Bedeutungen und Bevorzugungen gelten.
Die Reaktionen der reaktiven Gruppen der gemäß Schritt (a2) mit dem Polymerisationsstarter mit coreaktiven Gruppen in Schritt (a3) erhaltenen Polymerbürsten sind auf dem Fachgebiet bekannt und können, wie in den Lehrbüchern der organischen Chemie beschrieben, ausgeführt werden. Wenn beispielsweise die primäre Beschichtung von einem Vinylmonomer der Formel (2e) oder dergleichen abgeleitet ist, kann die Reaktion ihrer Isocyanatgruppen mit einer Verbindung der Formel (1a) in einem inerten organischen Lösungsmittel, wie Acetonitril, einem gegebenenfalls halogenierten Kohlenwasserstoff, beispielsweise Petrolether, Methylcyclohexan, Toluol, Chloroform, Methylenchlorid und dergleichen, oder einem Ether, beispielsweise Diethylether, Tetrahydrofuran, Dioxan, oder einem polareren Lösungsmittel, wie DMSO, DMA, N-Methylpyrrolidon, oder auch einem Niederalkohol oder Wasser bei einer Temperatur von 0–100°C, vorzugsweise 0–50°C und besonders bevorzugt bei Raumtemperatur, gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators, beispielsweise ein tertiäres Amin, wie Triethylamin oder Tri-n-butylamin, 1,4-Diazabicyclooctan, oder eine Zinn verbindung, wie Dibutylzinndilaurat oder Zinndioctanoat, ausgeführt werden. Zusätzlich kann die Reaktion der Isocyanatgruppen der Polymerbürsten mit einer Verbindung der Formel (1a), worin HZ- eine Aminogruppe darstellt, und a1 0 ist, auch in einer wässrigen Lösung in Abwesenheit eines Katalysators ausgeführt werden. Es ist vorteilhaft, die vorstehenden Reaktionen unter einer Inertatmosphäre, beispielsweise unter einer Stickstoff- oder Argonatmosphäre, auszuführen.
Wenn die Polymerbürsten von einem Vinylmonomer der Formel (2d) oder dergleichen abgeleitet sind, kann die Reaktion der Azlactongruppen mit einer Verbindung der Formel (1a), worin HZ- eine Amino- oder Hydroxygruppe darstellt, und a1 0 ist, bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur, beispielsweise 20–75°C, in Wasser, in einem geeigneten organischen Lösungsmittel oder Gemischen davon, beispielsweise in einem wässrigen Medium, oder in einem aprotischen polaren Lösungsmittel, wie DMF, DMSO, Dioxan, Acetonitril und dergleichen, ausgeführt werden.
Wenn die Polymerbürsten von einem Vinylmonomer der Formel (2c) oder dergleichen abgeleitet sind, kann die Reaktion der Epoxygruppen mit einer Verbindung der Formel (1a), worin HZ- eine Aminogruppe darstellt und a1 0 ist, beispielsweise bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur, beispielsweise etwa 20–100°C, in Wasser, in einem geeigneten organischen Lösungsmittel oder in Gemischen davon ausgeführt werden.
Wenn die Polymerbürsten von einem Vinylmonomer der Formel (2c) oder dergleichen abgeleitet sind, kann die Reaktion der Epoxygruppen mit einer Verbindung der Formel (1a), worin HZ- eine Hydroxygruppe darstellt und a1 0 ist, beispielsweise bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur, beispielsweise bei etwa 20–100°C, in einem aprotischen Medium unter Verwendung eines Basenkatalysators, zum Beispiel Al(O-C₁-C₆-Alkyl)₃ oder Ti(O-C₁-C₆-Alkyl)₃, ausgeführt werden.
Wenn die Polymerbürsten von einem Vinylmonomer der Formel (2b) oder dergleichen abgeleitet sind, kann die Reak tion des Carbonsäureanhydrids mit einer Verbindung der Formel (1a), worin X eine Amino- oder Hydroxygruppe darstellt und a1 0 ist, wie in organischen Lehrbüchern beschrieben, beispielsweise in einem aprotischen Lösungsmittel, z. B. einem der vorstehend erwähnten Lösungsmittel, bei einer Temperatur von Raumtemperatur bis etwa 100°C ausgeführt werden.
Wenn die Polymerbürsten von einem Vinylmonomer der Formel (2a) oder dergleichen abgeleitet sind, kann die Reaktion ihrer Carboxy- oder Hydroxygruppen mit einer Verbindung der Formel (1a), worin HZ-[C(O)_a1]- Amino, Hydroxy oder Carboxy darstellt, unter den Bedingungen, die für Ester- oder Amidbildung üblich sind, ausgeführt werden.
Wenn die primäre Beschichtung von einem Vinylmonomer der Formel (2a) oder dergleichen abgeleitet ist, kann die Reaktion ihrer Carboxygruppen mit einer Verbindung der Formel (1a), worin HZ-[C(O)_a1]- Amino oder Hydroxy darstellt, oder die Reaktion ihrer Amino- oder Hydroxygruppen mit einer Verbindung der Formel (1a), worin HZ-[C(O)_a1]- Carboxy darstellt, unter den Bedingungen ausgeführt werden, die für eine Ester- oder Amidbildung üblich sind, beispielsweise in einem aprotischen Medium, bei einer Temperatur von etwa Raumtemperatur bis etwa 100°C. Im Fall einer Carboxy enthaltenden Verbindung der Formel (2a) ist es bevorzugt, die Veresterungs- oder Amidierungsreaktion in Gegenwart eines Aktivierungsmittels, beispielsweise N-Ethyl-N'-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimid (EDC), N-Hydroxysuccinimid (NHS) oder N,N'-Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) auszuführen.
Mithilfe des vorstehend beschriebenen Reaktionsschritts (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Materialoberfläche mit einer Vielzahl von Polymerbürsten, umfassend Polymerisationsstarterradikale, ausgestattet. Jede Polymerkette der Struktur vom Bürstentyp enthält Polymerisationsstarterradikale in regelmäßigen Intervallen (wenn das die reaktive Gruppe umfassende Vinylmonomer ohne ein Vinylcomonomer verwendet wird oder wenn ein ethylenisch ungesättigter Polymerisationsstarter verwendet wird) oder statistisch verteilt (wenn das die reaktive Gruppe umfassende Vinylmonomer in Kombination mit einem Vinylcomonomer verwendet wird).
Ein hydrophiles Monomer in Schritt (b) der Erfindung ist in der Bedeutung eines Monomers zu verstehen, das typischerweise als Homopolymer ein Polymer erzeugt, das in Wasser löslich ist oder mindestens 10 Gew.-% Wasser absorbieren kann.
Geeignete hydrophile Vinylcomonomere schließen, ohne dass das Nachstehende eine abschließende Liste darstellt, Hydroxy-substituierte C₁-C₄-Alkylacrylate und -methacrylate, Acrylamid, Methacrylamid, Mono- oder Di-C₁-C₄-alkylacrylamide und -methacrylamide, ethoxylierte Acrylate und Methacrylate, Hydroxy-substituierte C₁-C₄-Alkylacrylamide und -methacrylamide, Hydroxy-substituierten C₁-C₄-Alkylvinylether, Natriumethylensulfonat, Natriumstyrolsulfonat, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, N-Vinylpyrrol, N-Vinylsuccinimid, N-Vinylpyrrolidon, 2- oder 4-Vinylpyridin, vinylisch ungesättigte Carbonsäuren mit insgesamt 3 bis 5 Kohlenstoffatomen, Amino (der Begriff „Amino" schließt auch quaternäres Ammonium ein), Mono-C₁-C₄-alkylamino- oder Di-C₁-C₄-alkylamino-C₁-C₄-alkylacrylate und -methacrylate, Vinylacetat, Allylalkohol und dergleichen ein. Bevorzugt sind beispielsweise Hydroxy-substituierte C₂-C₄-Alkyl(meth)acrylate, fünf- bis siebengliedrige N-Vinyllactame, N,N-Di-C₁-C₄-alkyl(meth)acrylamide, Acrylsäure und Methacrylsäure.
Beispiele für geeignete hydrophile Vinylcomonomere schließen Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxyethylacrylat, Acrylamid, Methacrylamid, N,N-Dimethylacrylamid, Allylalkohol, Vinylpyridin, N-Vinylpyrrolidin, Glycerinmethacrylat, N-(1,1-Dimethyl-3-oxobutyl)acrylamid und dergleichen ein. Bevorzugte hydrophile Vinylcomonomere sind 2-Hydroxyethylmethacrylat, N-Vinylpyrrolidon, N,N-Dimethylacrylamid und Acrylamid.
Ein geeignetes Makromonomer gemäß Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens hat beispielsweise die Formel
worin R₃₂ Wasserstoff, C₁-C₆-Alkyl oder einen Rest -COOR' darstellt;
R, R' und R_32' jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder C₁-C₆-Alkyl darstellen;
A eine direkte Bindung darstellt oder einen Rest der Formel -C(O)-(A₁)n-X- (5a) oder-(A₂)_m-NH-C(O)-X- (5b) oder-(A₂)_m-X-C(O)- (5c) oder-C(O)-NH-C(O)-X- (5d) oder-C(O)-X₁-(alk*)-X-C(O)- (5e) darstellt;
oder A und R₃₂, zusammen mit der benachbarten Doppelbindung, einen Rest der Formel
darstellen;
A₁ -O-C₂-C₁₂-Alkylen darstellt, das unsubstituiert oder mit Hydroxy substituiert ist, oder -O-C₂-C₁₂-Alkylen-NH-C(O)- oder -O-C₂-C₁₂-Alkylen-O-C(O)-NH-R₃₃-NH-C(O)- oder -NH-(Alk*)-C(O) darstellt, worin (Alk*) wie vorstehend definiert ist und R₃₃ lineares oder verzweigtes C₁-C₁₈-Alkylen oder unsubstituiertes oder C₁-C₄-Alkyl- oder C₁-C₄-Alkoxy-substituiertes C₆-C₁₀-Arylen, C₇-C₁₈-Aralkylen, C₆-C₁₀-Arylen-C₁-C₂-alkylen-C₆-C₁₀-arylen, C₃-C₈-Cycloalkylen, C₃-C₈-Cycloalkylen-C₁-C₆-alkylen, C₃-C₈-Cycloalkylen-C₁-C₂-alkylen-C₃-C₈-cycloalkylen oder C₁-C₆-Alkylen-C₃-C₆-cycloalkylen-C₁-C₆-alkylen darstellt;
A₂ C₁-C₈-Alkylen, Phenylen oder Benzylen darstellt;
m und n jeweils unabhängig voneinander die Zahl 0 oder 1 sind;
X, X₁ und X' jeweils unabhängig voneinander eine zweiwertige Gruppe -O- oder -NR'' darstellen, worin R'' Wasserstoff oder C₁-C₆-Alkyl darstellt;
(alk*) C₂-C₁₂-Alkylen darstellt;
und (Oligomer) bedeutet

(i) den Rest eines Telomers der Formel -(alk)-S-[-B-]_p-[-B'-]_q-Q (6a)worin (alk) C₂-C₁₂-Alkylen darstellt, Q eine einwertige Gruppe darstellt, die geeignet ist, um als ein Polymerisationskettenreaktionsstopper zu wirken, p und q jeweils unabhängig voneinander eine ganze Zahl von 0 bis 350 sind, worin die Gesamtheit von (p + q) eine ganze Zahl von 2 bis 350 ist, und B und B' jeweils unabhängig voneinander einen 1,2-Ethylen-Rest darstellen, der von einem copolymerisierbaren Vinylmonomer ableitbar ist, durch Ersetzen der vinylischen Doppelbindung durch eine Einfachbindung, wobei mindestens einer der Reste B und B' mit einem hydrophilen Substituenten substituiert ist oder
(ii) den Rest eines Oligomers der Formel
worin R₁₉ Wasserstoff oder unsubstituiertes oder Hydroxy-substituiertes C₁-C₁₂-Alkyl darstellt, u eine ganze Zahl von 2 bis 250 ist und Q' einen Rest eines Polymerisationsstarters darstellt, oder
(iii) den Rest der Formel
worin R₁₉, X und u wie vorstehend definiert sind, oder
(iv) den Rest eines Oligomers der Formel
worin R₂₀ und R_20' jeweils unabhängig C₁-C₄-Alkyl darstellen, An^– ein Anion darstellt, v eine ganze Zahl von 2 bis 250 ist und Q'' eine einwertige Gruppe darstellt, die geeignet ist, als ein Polymerisationskettenreaktionsstopper zu wirken, oder
(v) den Rest eines Oligopeptids der Formel -(CHR₂₁-C(O)-NH)_t-CHR₂₁-COOH (6d) oder-CHR₂₁-(NH-C(O)-CHR₂₁)_t-NH₂ (6d'),worin R₂₁ Wasserstoff oder C₁-C₄-Alkyl darstellt, das unsubstituiert oder mit Hydroxy, Carboxy, Carbamoyl, Amino, Phenyl, o-, m- oder p-Hydroxyphenyl, Imidazolyl, Indolyl oder einem Rest -NH-C(=NH)-NH₂ substituiert ist, und t eine ganze Zahl von 2 bis 250 ist, oder den Rest eines auf Prolin- oder Hydroxyprolin basierenden Oligopeptids darstellt, oder
(vi) den Rest eines Polyalkylenoxids der Formel -(alk**-O)_z-[CH₂-CH₂-O]_r-[CH₂-CH(CH₃)-O]_s-R₃₄ (6e),worin R₃₄ Wasserstoff oder C₁-C₂₄-Alkyl darstellt, (alk**) C₂-C₄-Alkylen darstellt, z 0 oder 1 ist, r und s jeweils unabhängig voneinander eine ganze Zahl von 0 bis 250 sind und die Gesamtheit von (r + s) 2 bis 250 ist; oder
(vii) den Rest eines Oligosaccarids, unter den Maßgaben, dass A keine direkte Bindung darstellt, wenn (Oligomer) einen Rest der Formel (6a) darstellt; A einen Rest der Formel (5a), (5b) oder (5d) darstellt, oder A und R₃₂, zusammen mit der benachbarten Doppelbindung, einen Rest der Formel (5f) darstellen, wenn (Oligomer) einen Rest der Formel (6b), (6c), (6d) oder (6e) darstellt, oder den Rest eines Oligosaccarids darstellt; A eine direkte Bindung darstellt, wenn (Oligomer) einen Rest der Formel (6b') darstellt, und A einen Rest der Formel (5c) oder (5e) darstellt, wenn (Oligomer) ein Rest der Formel (6d') darstellt.

Die nachstehenden Bevorzugungen gelten für die in der Definition des Makromonomers der Formel (4) enthaltenen Variablen:
R' ist vorzugsweise Wasserstoff oder C₁-C₄-Alkyl, bevorzugter Wasserstoff oder C₁-C₂-Alkyl und besonders bevorzugt Wasserstoff.
R₃₂ ist vorzugsweise Wasserstoff, Methyl oder Carboxyl und besonders bevorzugt Wasserstoff.
R ist vorzugsweise Wasserstoff oder Methyl.
X ist vorzugsweise eine zweiwertige Gruppe -O- oder -NH-. X ist besonders bevorzugt die Gruppe -NH-, wenn (Oligomer) einen Rest der Formel (6a), (6c) oder (6d) darstellt, und ist besonders bevorzugt die Gruppe -O-, wenn (Oligomer) einen Rest der Formel (6b) oder (6e) darstellt, oder ist der Rest eines Oligosaccharids. X' ist vorzugsweise -O- oder -NH- und bevorzugter -NH-. X₁ ist vorzugsweise -O- oder -NH-.
R₃₃ als Alkylen ist vorzugsweise ein linearer oder verzweigter C₃-C₁₄-Alkylenrest, bevorzugter ein linearer oder verzweigter C₄-C₁₂-Alkylenrest und besonders bevorzugt ein linearer oder verzweigter C₆-C₁₀-Alkylenrest. Einige bevorzugte Alkylenreste sind 1,4-Butylen, 2,2-Dimethyl-1,4-butylen, 1,5-Pentylen, 2,2-Dimethyl-1,5-pentylen, 1,6-Hexylen, 2,2,3- oder 2,2,4-Trimethyl-1,5-pentylen, 2,2-Dimethyl-1,6-hexylen, 2,2,3- oder 2,2,4- oder 2,2,5-Trimethyl-1,6-hexylen, 2,2-Dimethyl-1,7-heptylen, 2,2,3- oder 2,2,4- oder 2,2,5- oder 2,2,6-Trimethyl-1,7-heptylen, 1,8-Octylen, 2,2-Dimethyl-1,8- octylen und 2,2,3- oder 2,2,4- oder 2,2,5- oder 2,2,6- oder 2,2,7-Trimethyl-1,8-octylen.
Wenn R₃₃ Arylen darstellt, ist es beispielsweise Naphthylen oder insbesondere Phenylen, wobei jeder davon mit beispielsweise C₁-C₄-Alkyl oder C₁-C₄-Alkoxy substituiert sein kann. Vorzugsweise ist R₃₃ als Arylen 1,3- oder 1,4-Phenylen, das unsubstituiert oder mit C₁-C₄-Alkyl oder mit C₁-C₄-Alkoxy in der Orthoposition an mindestens einer Bindungsstelle substituiert ist.
R₃₃ als Aralkylen ist vorzugsweise Naphthylalkylen und besonders bevorzugt Phenylalkylen. Die Alkylengruppe in dem Aralkylen enthält vorzugsweise 1 bis 12, bevorzugter 1 bis 6 und besonders bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatome. Besonders bevorzugt ist die Alkylengruppe in Aralkylen Methylen oder Ethylen.
Wenn R₃₃ Cycloalkylen darstellt, ist es vorzugsweise C₅-C₆-Cycloalkylen und besonders bevorzugt Cyclohexylen, das unsubstituiert oder mit Methyl substituiert ist.
Wenn R₃₃ Cycloalkylenalkylen darstellt, ist es vorzugsweise Cyclopentylen-C₁-C₄-alkylen und insbesondere Cyclohexylen-C₁-C₄-alkylen, jeweils unsubstituiert oder mono- oder polysubstituiert mit C₁-C₄-Alkyl, insbesondere Methyl. Bevorzugter ist die Gruppe Cycloalkylenalkylen Cyclohexylenethylen und, besonders bevorzugt, Cyclohexylenmethylen, jeweils unsubstituiert oder substituiert in dem Cyclohexylenrest mit 1 bis 3 Methylgruppen.
Wenn R₃₃ Alkylencycloalkylenalkylen darstellt, ist es vorzugsweise C₁-C₄-Alkylencyclopentylen-C₁-C₄-alkylen und insbesondere C₁-C₄-Alkylencyclohexylen-C₁-C₄-alkylen, jeweils unsubstituiert oder mono- oder polysubstituiert mit C₁-C₄-Alkyl, insbesondere Methyl. Bevorzugter ist die Gruppe Alkylencycloalkylenalkylen Ethylencyclohexylenethylen und besonders bevorzugt ist Methylencyclohexylenmethylen jeweils unsubstituiert oder substituiert in dem Cyclohexylenrest mit 1 bis 3 Methylgruppen.
R₃₃ als C₃-C₈-Cycloalkylen-C₁-C₂-alkylen-C₃-C₈-cycloalkylen oder C₆-C₁₀-Arylen-C₁-C₂-alkylen-C₆-C₁₀-aryl ist vorzugsweise C₅-C₆-Cycloalkylenmethylen-C₅-C₆-cycloalkylen oder Phenylenmethylenphenylen, wobei jeder davon unsubstituiert oder im Cycloalkyl- oder Phenylring mit einer oder mehreren Methylgruppen substituiert sein kann.
Der Rest R₃₃ hat eine symmetrische oder vorzugsweise eine asymmetrische Struktur. Eine bevorzugte Gruppe von Resten R₁₁ umfasst jene, worin R₃₃ lineares oder verzweigtes C₆-C₁₀-Alkylen, Cyclohexylenmethylen oder Cyclohexylenmethylencyclohexylen, jeweils unsubstituiert oder substituiert in der Cyclohexyleinheit mit 1 bis 3 Methylgruppen, oder Phenylen oder Phenylenmethylenphenylen, jeweils unsubstituiert oder substituiert in der Phenyleinheit mit Methyl, darstellt. Der zweiwertige Rest R₃₃ ist vorzugsweise von einem Diisocyanat und besonders bevorzugt einem Diisocyanat, ausgewählt aus der Gruppe Isophorondiisocyanat (IPDI), Toluylen-2,4-diisocyanat (TDI), 4,4'-Methylenbis(cyclohexylisocyanat), 1,6-Diisocyanato-2,2,4-trimethyl-n-hexan (TMDI), Methylenbis(phenylisocyanat), Methylenbis(cyclohexyl-4-isocyanat) und Hexamethylendiisocyanat (HMDI), ausgewählt.
Bevorzugte Bedeutungen für A₁ sind unsubstituiertes oder Hydroxy-substituiertes -O-C₂-C₈-Alkylen oder ein Rest -O-C₂-C₆-Alkylen-NH-C(O)- und insbesondere -O-(CH₂)_2-4-, -O-CH₂-CH(OH)-CH₂- oder ein Rest -O-(CH₂)_2-4-NH-C(O)-. Eine besonders bevorzugte Bedeutung für A₁ ist der Rest -O-(CH₂)₂-NH-C(O)-.
A₂ ist vorzugsweise C₁-C₆-Alkylen, Phenylen oder Benzylen, bevorzugter C₁-C₄-Alkylen und vor allem C₁-C₂-Alkylen.
n ist eine ganze Zahl von 0 oder vorzugsweise 1. m ist vorzugsweise eine ganze Zahl von 1.
R_32' ist vorzugsweise Wasserstoff oder Methyl und besonders bevorzugt Wasserstoff.
Im Fall, dass (Oligomer) einen Rest der Formel (6a), (6b), (6c), (6d) oder (6e) darstellt oder den Rest eines Oligosaccharids darstellt, ist A vorzugsweise ein Rest der For mel (5a) oder (5b) und besonders bevorzugt ein Rest der Formel (5a), worin die vorstehend angegebenen Bedeutungen und Bevorzugungen für die hierin enthaltenen Variablen anwendbar sind.
Eine bevorzugte Gruppe von hydrophilen Makromonomeren gemäß der Erfindung umfasst Verbindungen der vorstehenden Formel (4), worin R Wasserstoff oder Methyl darstellt, R₃₂ Wasserstoff, Methyl oder Carboxyl darstellt, R_32' Wasserstoff darstellt, A einen Rest der Formel (5a) oder (5b) darstellt und (Oligomer) einen Rest der Formel (6a), (6b), (6c), (6d) oder (6e) darstellt oder den Rest eines Oligosaccharids darstellt. Eine bevorzugtere Gruppe von hydrophilen Makromonomeren umfasst Verbindungen der vorstehenden Formel (4), worin R Wasserstoff oder Methyl darstellt, R₃₂ und R_32' jeweils Wasserstoff darstellen, A einen Rest der Formel (5a) darstellt und (Oligomer) einen Rest der Formel (6a) darstellt. Eine weitere Gruppe von bevorzugten Makromonomeren umfasst Verbindungen der Formel (4), worin A einen Rest der vorstehenden Formel (5e) darstellt und (Oligomer) einen Rest der Formel (6a) darstellt.
(alk) und (alk*) sind jeweils unabhängig vorzugsweise C₂-C₈-Alkylen, bevorzugter C₂-C₆-Alkylen, vor allem C₂-C₄-Alkylen und besonders bevorzugt 1,2-Ethylen. Die Alkylenreste (alk) und (alk*) können verzweigte oder vorzugsweise lineare Alkylenreste sein.
Q ist beispielsweise Wasserstoff.
Die Gesamtheit von (p + q) ist vorzugsweise eine ganze Zahl von 2 bis 150, bevorzugter 5 bis 100, vor allem 5 bis 75 und besonders bevorzugt 10 bis 50. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist q 0 und p ist eine ganze Zahl von 2 bis 250, vorzugsweise 2 bis 150, bevorzugter 5 bis 100, vor allem 5 bis 75 und besonders bevorzugt 10 bis 50.
Geeignete hydrophile Substituenten der Reste B oder B' können nichtionische, anionische, kationische oder zwitterionische Substituenten sein. Folglich kann die Telomerkette der Formel (5a), die Monomereinheiten B und/oder B' ent hält, eine geladene Kette sein, die anionische, kationische oder zwitterionische Gruppen enthält, oder kann eine ungeladene Kette sein. Außerdem kann die Telomerkette ein Copolymergemisch von ungeladenen und geladenen Einheiten umfassen. Die Verteilung der Ladungen innerhalb des Telomers, falls erwünscht, kann statistisch oder blockweise sein.
In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Telomerrest Formel (6a) nur aus nichtionischen Monomereinheiten B und/oder B' zusammengesetzt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Telomerrest der Formel (6a) nur aus ionischen Monomereinheiten B und/oder B', beispielsweise nur aus kationischen Monomereinheiten oder nur aus anionischen Monomereinheiten, zusammengesetzt. Eine noch weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist auf Telomerreste der Formel (6a), die nichtionische Einheiten B und ionische Einheiten B' umfassen, gerichtet.
Geeignete nichtionische Substituenten von B oder B' umfassen beispielsweise einen C₁-C₆-Alkylrest, der mit einem oder mehreren gleichen oder verschiedenen Substituenten substituiert ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus -OH, C₁-C₄-Alkoxy und -NR₂₃R_23', worin R₂₃ und R_23' jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder unsubstituiertes oder Hydroxy-substituiertes C₁-C₆-Alkyl oder Phenyl darstellen; Phenyl, das substituiert ist mit Hydroxy, C₁-C₄-Alkoxy oder -NR₂₃R₂₃', worin R₂₃ und R_23' wie vorstehend definiert sind, Rest -COOY, worin Y C₁-C₂₄-Alkyl darstellt, das unsubstituiert oder beispielsweise substituiert ist mit Hydroxy, C₁-C₄-Alkoxy, -O-Si(CH₃)₃, -NR₂₃R_23', worin R₂₃ und R_23' wie vorstehend definiert sind; Rest -O-(CH₂CH₂O)_1-24-E, worin E Wasserstoff oder C₁-C₆-Alkyl darstellt, oder einem Rest, worin -NH-C(O)-O-G, worin -O-G den Rest eines Saccharids mit 1 bis 8 Zuckereinheiten darstellt, oder Rest -O-(CH₂CH₂O)_1-24-E, worin E wie vorstehend definiert ist, oder Y ist C₅-C₈-Cycloalkyl, das unsubstituiert oder substituiert ist mit C₁-C₄-Alkyl oder C₁-C₄-Alkoxy, oder unsubstituiertes oder C₁-C₄-Alkyl- oder C₁-C₄-Alkoxy- substituiertes Phenyl oder C₇-C₁₂-Aralkyl darstellt; -CONY₁Y₂, worin Y₁ und Y₂ jeweils unabhängig Wasserstoff, C₁-C₁₂-Alkyl, das unsubstituiert oder substituiert ist mit beispielsweise Hydroxy, C₁-C₄-Alkoxy oder Rest -O-(CH₂CH₂O)_1-24-E, worin E wie vorstehend definiert ist, oder Y₁ und Y₂ zusammen mit dem benachbarten N-Atom einen fünf- oder sechsgliedrigen heterocyclischen Ring mit keinem zusätzlichen Heteroatom oder einem zusätzlichen Sauerstoff- oder Stickstoffatom bilden; Rest -OY₃, worin Y₃ Wasserstoff darstellt; oder C₁-C₁₂-Alkyl, das unsubstituiert oder mit -NR₂₃R_23' substituiert ist; oder Rest -C(O)-C₁-C₄-Alkyl darstellt; und worin R₂₃ und R_23' wie vorstehend definiert sind; oder einen fünf- bis siebengliedrigen heterocyclischen Rest mit mindestens einem N-Atom darstellen und in jedem Fall über das Stickstoffatom gebunden sind.
Geeignete anionische Substituenten von B oder B' schließen beispielsweise C₁-C₆-Alkyl, das substituiert ist mit -SO₃H, -OSO₃H, -OPO₃H₂ und -COOH; Phenyl, das substituiert ist mit einem oder mehreren gleichen oder verschiedenen Substituenten, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus -SO₃H, -COOH, -OH und -CH₂-SO₃H; -COOH; Rest -COOY₄, worin Y₄ C₁-C₂₄-Alkyl darstellt, das beispielsweise substituiert ist mit -COOH, -SO₃H, -OSO₃H, -OPO₃H₂ oder Rest -NH-C(O)-O-G, worin G' den Rest eines anionischen Kohlenhydrats darstellt; Rest -CONY₅Y₆, worin Y₅ C₁-C₂₄-Alkyl darstellt, das substituiert ist mit -COOH, -SO₃H, -OSO₃H, oder -OPO₃H₂ und Y₆ unabhängig die Bedeutung von Y₅ aufweist oder Wasserstoff oder ist C₁-C₁₂-Alkyl; oder -SO₃H; oder einem Salz davon, beispielsweise ein Natrium-, Kalium-, Ammonium- oder dergleichen Salz davon, ein.
Geeignete kationische Substituenten von B oder B' schließen C₁-C₁₂-Alkyl, das substituiert ist mit einem R-NR₂₃R₂₃ ^'R₂₃ ^''+An^–, worin R₂₃, R_23' und R_23'' jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder unsubstituiertes oder Hydroxy-substituiertes C₁-C₆-Alkyl oder Phenyl darstellen, und An^– ein Anion darstellt oder Rest -C(O)OY₇, worin Y₇ C₁-C₂₄-Alkyl dar stellt, das substituiert ist mit NR₂₃R₂₃'R₂₃''⁺An^–, und weiterhin unsubstituiert ist oder beispielsweise substituiert ist mit Hydroxy, worin R₂₃R₂₃'R₂₃'' und An^– wie vorstehend definiert sind, ein.
Geeignete zwitterionische Substituenten für B oder B' schließen einen Rest -R₂₄-Zw ein, worin R₂₄ eine direkte Bindung oder eine funktionelle Gruppe, beispielsweise eine Carbonyl-, Carbonat-, Amid-, Ester-, Dicarboanhydrid-, Dicarboimid-, Harnstoff- oder Urethangruppe darstellt; und Zw eine aliphatische Einheit darstellt, die jeweils eine anionische und eine kationische Gruppe umfasst.
Die nachstehenden Bevorzugungen gelten für die hydrophilen Substituenten B und B':
(i) nichtionische Substituenten:
Bevorzugte Alkylsubstituenten für B oder B' sind C₁-C₄-Alkyl, insbesondere C₁-C₂-Alkyl, das mit einem oder mehreren Substituenten substituiert ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus -OH und -NR₂₃R_23', worin R₂₃ und R_23' jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder C₁-C₄-Alkyl sind, vorzugsweise Wasserstoff, Methyl oder Ethyl und besonders bevorzugt Wasserstoff oder Methyl darstellen, beispielsweise -CH₂-NH₂, -CH₂-N(CH₃)₂. Bevorzugte Phenylsubstituenten für B oder B' sind Phenyl, das mit -NH₂ oder N(C₁-C₂-Alkyl)₂ substituiert ist, beispielsweise o-, m- oder p-Aminophenyl. Wenn der hydrophile Substituent für B oder B' einen Rest -COOY darstellt, ist Y als gegebenenfalls substituiertes Alkyl vorzugsweise C₁-C₁₂-Alkyl, bevorzugter C₁-C₆-Alkyl, vor allem C₁-C₄-Alkyl und besonders bevorzugter C₁-C₂-Alkyl, wobei jedes wie vorstehend erwähnt unsubstituiert oder substituiert ist. Wenn der Alkylrest Y mit -NR₂₃R_23' substituiert ist, gelten die vorstehend angegebenen Bedeutungen und Bevorzugungen für R₂₃ und R_23'. Beispiele für geeignete Saccharidsubstituenten -O-G des Alkylrests Y, der mit -NH-C(O)-O-G substituiert ist, sind der Rest eines Mono- oder Disaccharids, beispielsweise Glucose, Acetylglucose, Methylglucose, Glucosamin, N-Acetylglucosamin, Gluconolacton, Mannose, Galactose, Galactosamin, N-Acetylgalactosamin, Fructose, Maltose, Lactose, Fucose, Saccharose oder Trehalose, wobei der Rest ein Anhydrosaccharid, wie Levoglucosan, der Rest eines Glucosids, wie Octylglucosid, der Rest eines Zuckeralkohols, wie Sorbit, der Rest eines Zuckersäurederivats, wie Lactobionsäureamid, oder der Rest eines Oligosaccharids mit maximal 8 Zuckereinheiten, beispielsweise Fragmenten eines Cyclodextrins, Stärke, Chitosan, Maltotriose oder Maltohexaose, darstellt. Der Rest -O-G bedeutet vorzugsweise den Rest eines Mono- oder Disaccharids oder den Rest eines Cyclodextrinfragments mit maximal 8 Zuckereinheiten. Besonders bevorzugte Saccharidreste -O-G sind der Rest von Trehalose oder der Rest eines Cyclodextrinfragments. Wenn der Alkylrest Y mit einem Rest -O-(CH₂CH₂O)_1-24-E oder -NH-C(O)-O-G, worin -O-G -O-(CH₂CH₂O)_1-24-E darstellt, substituiert ist, ist die Anzahl an (CH₂CH₂O)-Einheiten vorzugsweise 1 bis 12 in jedem Fall und bevorzugter 2 bis 8. E ist vorzugsweise Wasserstoff oder C₁-C₂-Alkyl.
Y als C₅-C₈-Cycloalkyl ist beispielsweise Cyclopentyl oder vorzugsweise Cyclohexyl, wobei jedes davon unsubstituiert oder mit beispielsweise 1 bis 3 C₁-C₂-Alkylgruppen substituiert ist. Y als C₇-C₁₂-Aralkyl ist beispielsweise Benzyl.
Bevorzugte nichtionische Reste -COOY sind jene, worin Y C₁-C₆-Alkyl oder C₂-C₆-Alkyl, das substituiert ist mit einem oder zwei Substituenten, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Hydroxy, C₁-C₂-Alkoxy, -O-Si(CH₃)₃ und -NR₂₃R_23', worin R₂₃ und R_23' jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder C₁-C₄-Alkyl darstellen, darstellt; oder Y einen Rest -CH₂CH₂-O-(CH₂CH₂O)_1-12-E, worin E Wasserstoff oder C₁-C₂-Alkyl darstellt, bedeutet, oder einen Rest -C₂-C₄-Alkylen-NH-C(O)-O-G, worin -O-G den Rest eines Saccharids darstellt, bedeutet.
Bevorzugtere nichtionische Reste -COOY sind jene, worin Y C₁-C₄-Alkyl oder C₂-C₄-Alkyl, das substituiert ist mit einem oder zwei Substituenten, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus -OH und -NR₂₃R_23', worin R₂₃ und R_23' jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder C₁-C₂-Alkyl darstellen, oder einen Rest -CH₂CH₂-O-(CH₂CH₂O)_1-12-E, worin E Wasserstoff oder C₁-C₂-Alkyl darstellt; oder einen Rest -C₂-C₄-Alkylen-NH-C(O)-O-G, worin -O-G den Rest eines Saccharids darstellt, bedeutet.
Besonders bevorzugte Reste -COOY umfassen jene, worin Y C₁-C₂-Alkyl, insbesondere Methyl, oder C₂-C₃-Alkyl, das unsubstituiert oder mit Hydroxy oder N,N-Di-C₁-C₂-alkylamino substituiert ist, darstellt; oder einen Rest -C₂-C₃-Alkylen-NH-C(O)-O-G, worin -O-G den Rest von Trehalose oder den Rest eines Cyclodextrinfragments mit einem Maximum von 8 Zuckereinheiten bedeutet, darstellt.
Bevorzugte nichtionische Substituenten -C(O)-NY₁Y₂ von B oder B' sind jene, worin Y₁ und Y₂ jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder C₁-C₆-Alkyl, das unsubstituiert oder mit Hydroxy substituiert ist, bedeuten; oder Y₁ und Y₂ zusammen mit dem benachbarten N-Atom einen heterocyclischen 6-gliedrigen Ring mit keinem weiteren Heteroatom oder mit einem weiteren N- oder O-Atom darstellen. Bevorzugtere Bedeutungen von Y₁ und Y₂ sind unabhängig voneinander Wasserstoff oder C₁-C₄-Alkyl, das unsubstituiert oder mit Hydroxy substituiert ist, oder Y₁ und Y₂ zusammen mit dem benachbarten N-Atom einen N-C₁-C₂-Alkylpiperazin- oder Morpholinring bilden. Besonders bevorzugte nichtionische Reste -C(O)-NY₁Y₂ sind jene, worin Y₁ und Y₂ jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder C₁-C₂-Alkyl darstellen, oder Y₁ und Y₂ zusammen mit dem benachbarten N-Atom einen Morpholinring bilden.
Bevorzugte nichtionische Substituenten -OY₃ von B oder B' sind jene, worin Y₃ Wasserstoff, C₁-C₄-Alkyl, das unsubstituiert oder mit -NH₂ oder -N(C₁-C₂-Alkyl)₂ substituiert ist, darstellt oder eine Gruppe -C(O)C₁-C₂-Alkyl darstellt. Y₃ ist besonders bevorzugt Wasserstoff oder Acetyl.
Bevorzugte nichtionische heterocyclische Substituenten von B oder B' sind ein 5- oder 6-gliedriger heteroaromatischer oder heteroaliphatischer Rest mit einem N-Atom und zusätzlich keinem weiteren Heteroatom oder einem zusätzlichen N- oder O-Heteroatom, oder ist ein 5- bis 7-gliedriges Lactam. Beispiele für solche heterocyclischen Reste sind N- Pyrrolidonyl, 2- oder 4-Pyridinyl, 2-Methylpyridin-5-yl, 2-, 3- oder 4-Hydroxypyridinyl, N-ε-Caprolactamyl, N-Imidazolyl, 2-Methylimidazol-1-yl, N-Morpholinyl oder 4-N-Methylpiperazin-1-yl, insbesondere N-Morpholinyl oder N-Pyrrolidonyl.
Eine Gruppe von bevorzugten nichtionischen Substituenten von B oder B' umfasst C₁-C₂-Alkyl, das unsubstituiert oder substituiert ist mit -OH oder -NR₂₃R_23', worin R₂₃ und R_23' jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder C₁-C₂-Alkyl bedeuten; Rest -COOY, worin Y ist C₁-C₄-Alkyl bedeutet; C₂-C₄-Alkyl, das substituiert ist mit -OH, -NR₂₃R_23', worin R₂₃ und R_23' jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder C₁-C₂-Alkyl bedeuten, oder Y ist ein Rest -C₂-C₄-Alkylen-NH-C(O)-O-G, worin -O-G den Rest eines Saccharids darstellt; Rest -C(O)-NY₁Y₂, worin Y₁ und Y₂ jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder C₁-C₆-Alkyl bedeuten, das unsubstituiert oder mit Hydroxy substituiert ist, oder Y₁ und Y₂ zusammen mit dem benachbarten N-Atom einen heterocyclischen 6-gliedrigen Ring mit keinem weiteren Heteroatom oder mit einem weiteren N- oder O-Atom bedeuten, Rest -OY₃, worin Y₃ Wasserstoff, C₁-C₄-Alkyl, das unsubstituiert oder mit -NH₂ oder -N(C₁-C₂-Alkyl)₂ substituiert ist, oder Gruppe -C(O)C₁-C₂-Alkyl darstellt oder einem 5- oder 6-gliedrigen heteroaromatischen oder heteroaliphatischen Rest mit einem N-Atom und zusätzlich keinem weiteren Heteroatom oder einem zusätzlichen N-, O- oder S-Heteroatom oder einem 5- bis 7-gliedrigen Lactam.
Eine Gruppe von bevorzugteren nichtionischen Substituenten von B oder B' umfasst einen Rest -COOY, worin Y C₁-C₂-Alkyl, C₂-C₃-Alkyl, das substituiert ist mit Hydroxy, Amino oder N,N-Di-C₁-C₂-alkylamino darstellt oder einen Rest -C₂-C₄-Alkylen-NH-C(O)-O-G, worin -O-G den Rest von Trehalose oder einem Cyclodextrinfragment mit maximal 8 Zuckereinheiten darstellt, einen Rest -CO-NY₁Y₂, worin Y₁ und Y₂ jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder C₁-C₄-Alkyl darstellen, das unsubstituiert oder mit Hydroxy substituiert ist, bedeutet, oder Y₁ und Y₂ zusammen mit dem benachbarten N-Atom einen N- C₁-C₂-Alkylpiperazin- oder Morpholinring bilden; oder einen heterocyclischen Rest, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus N-Pyrrolidonyl, 2- oder 4-Pyridinyl, 2-Methylpyridin-5-yl, 2-, 3- oder 4-Hydroxypyridinyl, N-ε-Caprolactamyl, N-Imidazolyl, 2-Methylimidazol-1-yl, N-Morpholinyl und 4-N-Methylpiperazin-1-yl.
Eine besonders bevorzugte Gruppe von nichtionischen Substituenten von B oder B' umfasst die Reste -CONH₂, -CON(CH₃)₂,
-CONH-(CH₂)₂-OH, -COO-(CH₂)₂-N(CH₃)₂ und -COO(CH₂)_2-4-NHC(O)-O-G, worin -O-G den Rest von Trehalose darstellt.
(ii) anionische Substituenten:
Bevorzugte anionische Substituenten von B oder B' sind C₁-C₄-Alkyl, insbesondere C₁-C₂-Alkyl, das substituiert ist mit einem oder mehreren Substituenten, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus -SO₃H und -OPO₃H₂, beispielsweise -CH₂-SO₃H; Phenyl, das substituiert ist mit -SO₃H oder Sulfomethyl, beispielsweise o-, m- oder p-Sulfophenyl oder o-, m- oder p-Sulfomethylphenyl; -COOH; Rest -COOY₄, worin Y₄ ist C₂-C₆-Alkyl, das mit -COOH, -SO₃H, -OSO₃H, -OPO₃H₂ substituiert ist, oder mit einem Rest -NH-C(O)-O-G', worin G' den Rest von Lactobionsäure, Hyaluronsäure oder Sialsäure darstellt, insbesondere C₂-C₄-Alkyl, das substituiert ist mit -SO₃H oder -OSO₃H; Rest -CONY₅Y₆, worin Y₅ ist C₁-C₆-Alkyl, substituiert mit Sulfo, insbesondere C₂-C₄-Alkyl, substituiert mit Sulfo, und Y₆ ist Wasserstoff, beispielsweise Rest -C(O)-NH-C(CH₃)₂-CH₂-SO₃H; oder -SO₃H; oder ein geeignetes Salz davon. Besonders bevorzugte anionische Substituenten von B oder B' sind -COOH, -SO₃H, o-, m- oder p-Sulfophenyl, o-, m- oder p-Sulfomethylphenyl oder Rest -CONY₅Y₆, worin Y₅ C₂-C₄-Alkyl substituiert mit Sulfo darstellt, und Y₆ Wasserstoff darstellt.
(iii) kationische Substituenten:
Bevorzugte kationische Substituenten von B oder B' sind C₁-C₄-Alkyl, insbesondere C₁-C₂-Alkyl, das in jedem Fall mit -NR₂₃R₂₃ ^'R₂₃ ^''+An^– substituiert ist; oder ein Rest -C(O)OY₇, worin Y₇ C₂-C₆-Alkyl, insbesondere C₂-C₄-Alkyl, darstellt, welches in jedem Fall substituiert ist mit -NR₂₃R₂₃ ^'R₂₃''⁺An^–, und weiterhin unsubstituiert oder mit Hydroxy substituiert ist. R₂₃, R₂₃ ^' und R₂₃ ^'' sind jeweils unabhängig voneinander vorzugsweise Wasserstoff oder C₁-C₄-Alkyl, bevorzugter Methyl oder Ethyl und besonders bevorzugt Methyl. Beispiele für geeignete Anionen An^– sind Hal^–, worin Hal Halogen, beispielsweise Br^–, F^–, I^– oder insbesondere Cl^– darstellt, außerdem HCO₃ ^–, CO₃ ^2–, H₂PO₃ ^–, HPO₃ ^2–, PO₃ ^3–, HSO₄ ^–, SO₄ ^2– oder der Rest einer organischen Säure, wie OCOCH₃ und dergleichen. Ein besonders bevorzugter kationischer Substituent für B oder B' ist ein Rest -C(O)OY₇, worin Y₇ C₂-C₄-Alkyl darstellt, das mit -N(C₁-C₂-Alkyl)₃An^– substituiert ist und weiterhin mit Hydroxy substituiert ist, und An^– ein Anion, beispielsweise den Rest -C(O)O-CH₂-CH(OH)-CH₂-N(CH₃)₃An^–, darstellt.
(iv) zwitterionische Substituenten -R₂₄-Zw:
R₂₄ ist vorzugsweise eine funktionelle Carbonyl-, Ester- oder Amidgruppe und bevorzugter eine Estergruppe -C(O)-O-.
Geeignete anionische Gruppen für die Einheit Zw sind beispielsweise -COO^–, -SO₃ ^–, -OSO₃ ^–, -OPO₃H^– oder zweiwertiges -O-PO₂ ^–- oder -O-PO₂ ^–-O-, vorzugsweise -COO^– oder -SO₃ ^– oder eine zweiwertige Gruppe -O-PO₂ ^–-, und insbesondere eine Gruppe -SO₃ ^–.
Geeignete kationische Gruppen der Einheit Zw sind beispielsweise eine Gruppe -R₂₃R₂₃ ^'R₂₃ ^''+ oder eine zweiwertige Gruppe -NR₂₃R₂₃ ^'+-, worin R₂₃, R₂₃' und R23'' wie vorstehend definiert sind und jeweils unabhängig voneinander vorzugsweise Wasserstoff oder C₁-C₆-Alkyl, vorzugsweise Wasserstoff oder C₁-C₄-Alkyl und besonders bevorzugt jeweils Methyl oder Ethyl darstellen.
Die Einheit Zw ist beispielsweise C₂-C₃₀-Alkyl, vorzugsweise C₂-C₁₂-Alkyl und bevorzugter C₃-C₈-Alkyl, welche in jedem Fall nicht unterbrochen oder durch -O- unterbrochen oder substituiert oder unterbrochen durch eine der vorstehend erwähnten anionischen oder kationischen Gruppen ist, und außerdem weiterhin unsubstituiert oder mit einem Rest -OY₈ substituiert ist, worin Y₈ Wasserstoff oder den Acylrest einer Carbonsäure darstellt.
Y₈ ist vorzugsweise Wasserstoff oder der Acylrest einer höheren Fettsäure.
Zw ist vorzugsweise C₂-C₁₂-Alkyl und vor allem C₃-C₈-Alkyl, das substituiert oder durch eine der vorstehend erwähnten anionischen oder kationischen Gruppen jeweils unterbrochen ist und zusätzlich weiterhin mit einem Rest -OY₈ substituiert sein kann.
Eine bevorzugte Gruppe von zwitterionischen Substituenten -R₂₄-Zw entspricht der Formel -C(O)O-(alk''')-N(R₂₃)₂ ⁺-(alk')-An^– oder-C(O)O-(alk'')-O-PO₂-(O)_0-1-(alk''')-N(R₂₃)₃ ⁺ worin R₂₃ Wasserstoff oder C₁-C₆-Alkyl darstellt; An^– eine anionische Gruppe -COO^–, -SO₃ ^–, -OSO₃ ^– oder -OPO₃H^–, vorzugsweise -COO^– oder -SO₃ ^– und besonders bevorzugt -SO₃ ^– darstellt, alk' C₁-C₁₂-Alkylen, (alk'') C₂-C₂₄-Alkylen darstellt, das unsubstituiert oder mit einem Rest -OY₈ substituiert ist, Y₈ Wasserstoff oder den Acylrest von Carbonsäure darstellt und (alk''') C₂-C₈-Alkylen darstellt.
(alk') vorzugsweise C₂-C₈-Alkylen, bevorzugter C₂-C₆-Alkylen und besonders bevorzugt C₂-C₄-Alkylen darstellt. (alk'') vorzugsweise C₂-C₁₂-Alkylen, bevorzugter C₂-C₆-Alkylen und besonders bevorzugt C₂-C₃-Alkylen darstellt, welches in jedem Fall unsubstituiert oder mit Hydroxy oder mit einem Rest -OY₈ substituiert ist. (alk''') vorzugsweise C₂-C₄-Alkylen und bevorzugter C₂-C₃-Alkylen darstellt. R₉ Wasserstoff oder C₁-C₄-Alkyl, bevorzugter Methyl oder Ethyl und besonders bevorzugt Methyl darstellt. Ein bevorzugter zwitterionischer Substituent von B oder B' weist die Formel -C(O)O-CH₂-CH(OY₈)-CH₂-O-PO₂ ^–-(CH₂)₂-N(CH₃)₃ ⁺ auf, worin Y₈ Wasserstoff oder den Acylrest einer höheren Fettsäure darstellt.
B bedeutet beispielsweise einen Rest der Formel
worin R₂₅ Wasserstoff oder C₁-C₄-Alkyl, vorzugsweise Wasserstoff oder Methyl darstellt; R₂₆ einen hydrophilen Substituenten darstellt, worin die vorstehend angegebenen Bedeutungen und Bevorzugungen gelten; R₂₇ C₁-C₄-Alkyl, Phenyl oder einen Rest -C(O)OY₉ darstellt, worin Y₉ Wasserstoff oder unsubstituiertes oder Hydroxy-substituiertes C₁-C₄-Alkyl darstellt; und R₂₈ einen Rest -C(O)Y₉ ^'. oder -CH₂-C(O)OY₉ ^' darstellt, worin Y₉ ^' unabhängig die Bedeutung von Y₉ aufweist.
R₂₇ ist vorzugsweise C₁-C₂-Alkyl, Phenyl oder eine Gruppe -C(O)OY₉. R₂₈ ist vorzugsweise eine Gruppe -C(O)OY₉ ^' oder -CH₂-C(O)OY₉ ^', worin Y₉ und Y₉ ^'. jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, C₁-C₂-Alkyl oder Hydroxy-C₁-C₂-alkyl darstellen. Besonders bevorzugte Einheiten -CHR₂₇-CHR₂₈- gemäß der Erfindung sind jene, worin R₂₇ Methyl oder eine Gruppe -C(O)OY₉ darstellt und R₂₈ eine Gruppe -C(O)OY₉ oder -CH₂-C(O)OY₉ ^' darstellt, worin Y₉ und Y₉ ^'. jeweils Wasserstoff, C₁-C₂-Alkyl oder Hydroxy-C₁-C₂-alkyl darstellen.
B' kann unabhängig eine von den vorstehend für B angegebenen Bedeutungen aufweisen.
Wenn (Oligomer) einen Rest der Formel (6a) darstellt, bedeutet der Rest -(alk)-S-[B]_p-[B']_q-Q vorzugsweise einen Rest der Formel
und vor allem der Formel
worin für R₂₅, R₂₆, Q, p und q die vorstehend angegebenen Bedeutungen und Bevorzugungen gelten, für R₂₅ ^' unabhängig die Bedeutungen und Bevorzugungen, die vorstehend für R₂₅ angegeben wurden, gelten, und für R₂₆ ^' unabhängig die Bedeutungen und Bevorzugungen, die vorstehend für R₂₆ angegeben worden sind, gelten.
Eine bevorzugte Gruppe von geeigneten hydrophilen Makromonomeren gemäß Schritt (b) der Erfindung umfasst Verbindungen der Formel
worin R Wasserstoff oder Methyl darstellt, A₁ -O-(CH₂)_2-4-, -O-CH₂-CH(OH)-CH₂- oder einen Rest -O-(CH₂)_2-4-NH-C(O)- darstellt, X -O- oder -NH- darstellt, (alk) C₂-C₄-Alkylen darstellt, Q eine einwertige Gruppe darstellt, die geeignet ist, um als ein Polymerisationskettenreaktionsstopper zu wirken, p eine ganze Zahl von 5 bis 50 ist, R₂₅ und R₂₅' jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl darstellen und für R₂₆ und R₂₆' jeweils unabhängig die vorstehend angegebenen Bedeutungen und Bevorzugungen gelten.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft hydrophile Makromonomere der Formel
worin für R, R₂₅, R₂₆, Q, (alk) und p die vorstehend angegebenen Bedeutungen und Bevorzugungen anzuwenden sind. Eine besonders bevorzugte Gruppe von hydrophilen Makromonomeren sind Verbindungen der vorstehenden Formel (4b), worin R Wasserstoff oder Methyl darstellt, (alk) C₂-C₄-Alkylen dar stellt, R₂₅ Wasserstoff oder Methyl darstellt, p eine ganze Zahl von 5 bis 50 ist, Q wie vorstehend definiert ist und für R₂₆ die vorstehend angegebenen Bedeutungen und Bevorzugungen anzuwenden sind. Insbesondere ist R₂₆ von dieser Ausführungsform ein Rest -CONH₂, -CON(CH₃)₂ oder
Wenn (Oligomer) einen Rest (ii) der Formel (6b) darstellt, bedeutet Q' in Formel (6b) beispielsweise C₁-C₁₂-Alkyl, Phenyl oder Benzyl, vorzugsweise C₁-C₂-Alkyl oder Benzyl und insbesondere Methyl. R₁₉ ist vorzugsweise unsubstituiertes oder Hydroxy-substituiertes C₁-C₄-Alkyl und insbesondere Methyl. u ist vorzugsweise eine ganze Zahl von 2 bis 150, bevorzugter 5 bis 100, vor allem 5 bis 75 und besonders bevorzugt 10 bis 50.
Wenn (Oligomer) einen Rest der Formel (6b') darstellt, gelten die vorstehend angegebenen Bedeutungen und Bevorzugungen für die Variablen R₁₉ und u, die hierin enthalten sind. X in Formel (6b') ist vorzugsweise Hydroxy oder Amino.
Wenn (Oligomer) einen Rest (iv) der Formel (6c) bedeutet, sind R₂₀ und R_20' jeweils vorzugsweise Ethyl oder insbesondere Methyl; v ist vorzugsweise eine ganze Zahl von 2 bis 150, bevorzugter 5 bis 100, vor allem 5 bis 75 und besonders bevorzugt 10 bis 50. Q'' ist beispielsweise Wasserstoff und An^– ist wie vorstehend definiert.
Wenn (Oligomer) einen Oligopeptidrest (v) der Formel (6d) oder (6d') darstellt, ist R₂₁ beispielsweise Wasserstoff, Methyl, Hydroxymethyl, Carboxymethyl, 1-Hydroxyethyl, 2-Carboxyethyl, Isopropyl, n-, sec- oder iso-Butyl, 4-Amino-n-butyl, Benzyl, p-Hydroxybenzyl, Imidazolylmethyl, Indolylmethyl oder ein Rest -(CH₂)₃-NH-C(=NH)-NH₂. t ist vorzugsweise eine ganze Zahl von 2 bis 150, bevorzugter 5 bis 100, vor allem von 5 bis 75 und besonders bevorzugt 10 bis 50.
Wenn (Oligomer) einen Polyoxyalkylenrest (vi) der Formel (6e) bedeutet, ist R₃₄ vorzugsweise Wasserstoff oder C_l-C₁₈-Alkyl, bevorzugter Wasserstoff oder C₁-C₁₂-Alkyl, vor allem Wasserstoff, Methyl oder Ethyl, und besonders bevorzugt Wasserstoff oder Methyl. (alk**) ist vorzugsweise ein C₂-C₃-Alkylenrest. z ist vorzugsweise 0. r und s sind jeweils unabhängig vorzugsweise eine ganze Zahl von 0 bis 100, worin die Gesamtheit von (r + s) 5 bis 100 ist. r und s sind jeweils unabhängig, bevorzugter eine ganze Zahl von 0 bis 50, worin die Gesamtheit von (r + s) 8 bis 50. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Polyoxyalkylenreste (Oligomer), ist r eine ganze Zahl von 8 bis 50 und insbesondere 9 bis 25, und s ist 0.
(Oligomer) als der Rest eines Oligosaccharids (vii) kann beispielsweise ein Di- oder Polysaccharid einschließlich Kohlenhydrat, das das Fragment eines Bipolymers enthält, sein. Beispiele sind der Rest eines Cyclodextrins, Trehalose, Cellobiose, Maltotriose, Maltohexaose, Chitohexaose oder einer Stärke, Hyaluronsäure, entacetylierten Hyaluronsäure, Chitosan, Agarose, Chitin 50, Amylose, Glucan, Heparin, Xylan, Pektin, Galactan, Glycosaminglycan, Mucin, Dextran, amyliertes Dextran, Zellulose, Hydroxyalkylzellulose oder Carboxyalkylzelluloseoligomer, wobei jedes davon ein Molekulargewicht von beispielsweise bis zu 25000, vorzugsweise bis 10000, aufweist. Vorzugsweise ist das Oligosaccharid gemäß (vii) der Rest eines Cyclodextrins mit einer Anzahl von 8 Zuckereinheiten.
Formeln (6a), (6a') oder (6e) sind als eine statistische Beschreibung der entsprechenden Oligomerenreste zu verstehen, d. h., die Orientierung der Monomere und die Folge der Monomere (im Fall von Copolymeren) ist nicht in irgendeiner Weise durch die Formeln festgelegt. Die Anordnung von B und B' in Formel (6a) oder von den Ethylenoxid- und Propylenoxideinheiten in Formel (6e) kann somit in jedem Fall statistisch oder blockweise sein.
Das gewichtsmittlere Molekulargewicht des hydrophilen Makromonomers gemäß Schritt (b) hängt prinzipiell von den gewünschten Eigenschaften ab und ist beispielsweise 300 bis 25000, vorzugsweise 300 bis 12000, bevorzugter 300 bis 8000, vor allem 300 bis 5000 und besonders bevorzugt 500 bis 4000.
Die Makromonomere der Formel (4) können durch an sich bekannte Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise sind die Verbindungen der Formel (4), worin A einen Rest der Formel (5a), (5b) oder (5d) darstellt, durch Umsetzen einer Verbindung der Formel
erhältlich, worin R, R₃₂ und R₃₂ ^' jeweils die vorstehend angegebene Bedeutung aufweisen und A* beispielsweise eine Gruppe -C(O)-A** darstellt, worin A** Halogen, insbesondere Chlor, eine Estergruppe, einen Oxyalkylenrest, umfassend eine Epoxygruppe, beispielsweise den Rest
darstellt, oder einen Rest -O-C₂-C₁₂-alkylen-N=C=O darstellt; oder A* einen Rest -(A₂)_m-N=C=O darstellt, worin A₂ und m die vorstehend angegebene Bedeutung aufweisen, mit einer Verbindung der Formel HX-Oligomer (9)worin X die vorstehend angegebene Bedeutung aufweist.
Die Reaktionen einer Verbindung der Formel (8) mit einer Carbonsäurehalogenidgruppe, einer Epoxygruppe oder einer Isocyanatgruppe mit einer Amino- oder Hydroxyverbindung der Formel (9) sind auf dem Fachgebiet gut bekannt und können, wie in den Lehrbüchern der organischen Chemie beschrieben, ausgeführt werden. Beispielsweise kann die Reaktion eines Isocyanatderivats der Formel (8) mit einer Verbindung der Formel (9) in einem inerten organischen Lösungsmittel, wie einem gegebenenfalls halogenierten Kohlenwasserstoff, beispielsweise Petrolether, Methylcyclohexan, Toluol, Chloroform, Methylenchlorid und dergleichen, oder einem Ether, beispielsweise Diethylether, Tetrahydrofuran, Dioxan, oder einem polareren Lösungsmittel, wie DMSO, DMA, N-Methylpyrrolidon, oder auch einem Niederalkohol, bei einer Temperatur von 0– 100°C, vorzugsweise 0–50°C und besonders bevorzugt bei Raumtemperatur, gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators, beispielsweise eines tertiärem Amins, wie Triethylamin oder Tri-n-butylamin, 1,4-Diazabicyclooctan, oder einer Zinnverbindung, wie Dibutylzinndilaurat oder Zinndioctanoat, ausgeführt werden. Zusätzlich kann die Reaktion eines Isocyanatderivats der Formel (8) mit einer Verbindung der Formel (9), worin -XH eine Aminogruppe darstellt, auch in einer wässrigen Lösung in Abwesenheit eines Katalysators ausgeführt werden. Es ist vorteilhaft, die vorstehenden Reaktionen unter einer Inertatmosphäre, beispielsweise unter einer Stickstoff- oder Argonatmosphäre, auszuführen.
Darüber hinaus können die Makromonomere der Formel (4), worin A einen Rest der Formel (5c) oder (5e) darstellt, durch Umsetzen einer Verbindung der Formel
worin R, R₃₂, R₃₂', A₂, X, X₁, (alk*) und m jeweils die vorstehend angegebene Bedeutung aufweisen, mit einer Verbindung der Formel -X₁'(O)C-(Oligomer) (9a),worin (Oligomer) die vorstehend angegebene Bedeutung aufweist und X₁' beispielsweise -OH oder Halogen, insbesondere Chlor darstellt, und zusammen mit -(O)C- eine Anhydridgruppe bildet, in einer an sich bekannten Weise erhalten werden.
Die Makromonomere der Formel (4), worin A eine direkte Bindung darstellt und (Oligomer) einen Rest der Formel (6c') darstellt, sind bekannt oder können gemäß auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren, beispielsweise wie in S. Kobayashi et al., Polymer Bulletin 13, S. 447–451 (1985), beschrieben, hergestellt werden.
Gleichfalls können die Makromonomere der Formel
worin (alk*), X', X und (Oligomer) jeweils die vorstehend angegebene Bedeutung aufweisen, in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch Umsetzen einer Verbindung der Formel
worin (alk*) die vorstehend angegebene Bedeutung aufweist, mit einer Verbindung der vorstehend angegebenen Formel (6) oder durch Umsetzen einer Verbindung der Formel
mit einer Verbindung der vorstehenden Formel (9), worin (alk*) und X₁ die vorstehend angegebene Bedeutung aufweisen, erhalten werden.
Die Verbindungen der Formel (8), (9), (9a), (10a), (10b), (12) und (12a) können Verbindungen sein, die kommerziell erhältlich sind oder gemäß bekannten Verfahren hergestellt werden können. Beispielsweise können Verbindungen der Formel (9) und (9a), worin (Oligomer) einen Rest der Formel (6a) bedeutet, gemäß PCT-Anmeldung WO 92/09639 durch Copolymerisieren von einem oder mehreren hydrophilen ethylenisch ungesättigten Monomeren in Gegenwart eines funktionellen Ket tenübertragungsmittels, wie Cysteaminhydrochlorid, Thioglycolsäure oder dergleichen, hergestellt werden.
Die hydrophilen Monomere oder Makromonomere können auf die startermodifizierte primäre Polymerbeschichtung aufgetragen und gemäß an sich bekannten Verfahren polymerisiert werden. Beispielsweise wird das die primäre Polymerbeschichtung umfassende Material in eine Lösung des Monomers oder Makromonomers getaucht oder eine Schicht von Monomer oder Makromonomer wird zuerst auf der modifizierten Materialoberfläche, beispielsweise durch Tauchen, Sprühen, Streichen, Rakelbeschichten, Gießen, Walzen, Schleuderbeschichten oder Vakuumdampfabscheidung, abgeschieden. Geeignete Lösungsmittel, falls in dem Polymerisationsverfahren verwendet, sind beispielsweise Wasser oder dipolare aprotische Lösungsmittel, wie z. B. Acetonitril. Die Polymerisation des hydrophilen Monomers oder Makromonomers auf das Material, das die primäre Polymerbeschichtung umfasst, kann dann gestartet werden, beispielsweise thermisch durch die Wirkung von Wärme oder vorzugsweise durch Bestrahlung, insbesondere durch UV-Strahlung. Geeignete Lichtquellen für die Bestrahlung sind dem Fachmann bekannt und umfassen beispielsweise Quecksilberlampen, Hochdruckquecksilberlampen, Xenonlampen, Kohlebogenlampen oder Sonnenlicht. Der Zeitraum der Bestrahlung kann beispielsweise von den gewünschten Eigenschaften des erhaltenen Verbundwerkstoffmaterials abhängen, liegt jedoch gewöhnlich im Bereich von bis zu 30 Minuten, vorzugsweise 10 Sekunden bis 10 Minuten und besonders bevorzugt 0,5 bis 5 Minuten. Es ist vorteilhaft, die Bestrahlung in einer Inertgasatmosphäre auszuführen. Nach der Polymerisation können beliebige nicht kovalent gebundene Monomere, Polymere oder Oligomere oder nicht umgesetzte gebildete Makromonomere, beispielsweise durch Behandlung mit geeigneten Lösungsmitteln, entfernt werden.
Das gemäß der Erfindung erhaltene beschichtete Material kann anschließend in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch Waschen oder Extraktion, mit einem geeigneten Lösungsmittel, wie Wasser, gereinigt werden.
Gemäß Schritt (b) des vorstehend beschriebenen Beschichtungsverfahrens werden die Bürsten der gemäß Schritt (a) erhaltenen Primärbeschichtung mit Seitenketten durch Pfropfen eines hydrophilen Monomers oder Makromonomers auf die primäre Polymerbeschichtung ausgestattet. Die Endbeschichtung hat typischerweise eine so genannte Struktur vom Flaschenbürstentyp (BBT), zusammengesetzt aus zusammengehaltenen „haarigen" Ketten. Die BBT-Struktur der Beschichtungen der Erfindung kann innerhalb breiter Grenzen variiert werden, beispielsweise durch geeignete Auswahl an reaktivem Monomer, Fotostarter und Kettenlänge in Schritt (a) oder durch eine geeignete Auswahl von hydrophilem Monomer oder Makromonomer und Kettenlänge in Schritt (b). Solche BBT-Strukturen in einer Ausführungsform umfassen ein langes hydrophiles oder hydrophobes Gerüst, das relativ dicht gepackte vergleichsweise kurze hydrophile Seitenketten trägt (genannt primäre Flaschenbürsten). Eine weitere Ausführungsform betrifft sekundäre Flaschenbürsten, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die hydrophilen Seitenketten selbst dicht gepackte hydrophile „sekundäre" Seitenketten tragen. Polymere Beschichtungen der primären und sekundären BBT-Strukturen ahmen zu einem bestimmen Ausmaß stark wasserzurückhaltende Strukturen, die im menschlichen Körper vorkommen, beispielsweise im Knorpel oder Schleimhautgewebe, nach.
Die Beschichtungsdicke der Makromonomere hängt prinzipiell von den gewünschten Eigenschaften ab. Sie kann beispielsweise 0,001 bis 1000 μm, vorzugsweise 0,005 bis 100 μm, bevorzugter 0,01 bis 50 μm, vor allem 0,01 bis 5 μm, besonders bevorzugt 0,01 bis 1 μm und besonders bevorzugt 0,01 bis 0,5 μm sein.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Material, das durch das erfindungsgemäße Verfahren beschichtet ist.
Das Material, das durch das erfindungsgemäße Verfahren beschichtet ist, ist beispielsweise ein organisches Massematerial, vorzugsweise eine biomedizinische Vorrichtung, beispielsweise eine ophthalmische Vorrichtung, vorzugsweise eine Kontaktlinse, einschließlich sowohl harte als auch besonders weiche Kontaktlinsen, eine Intraokularlinse oder künstliche Cornea. Weitere Beispiele sind Materialien, die z. B. als Wundheilverbände, Augenbandagenmaterialien zur verzögerten Freisetzung des Wirkstoffs, wie ein Arzneimittelfreisetzungspflaster, Formlinge, die in der Chirurgie verwendet werden können, wie Herzventile, vaskuläre Implantate, Katheter, künstliche Organe, eingekapselte biologische Implantate, beispielsweise Pankreasinselchen, Materialien für Prothesen, wie Knochensubstitute, oder Formlinge für Diagnostika, Membranen oder biomedizinische Instrumente oder Apparate.
Die biomedizinischen Vorrichtungen, beispielsweise ophthalmische Vorrichtungen, die gemäß der Erfindung erhalten wurden, haben eine Vielzahl von unerwarteten Vorteilen gegenüber jenen des Standes der Technik, die jene Vorrichtungen für praktische Zwecke, beispielsweise als Kontaktlinse zum längeren Tragen oder Intraokularlinse, sehr geeignet machen. Beispielsweise haben sie eine hohe Oberflächenbenetzbarkeit, die durch ihre Kontaktwinkel ihre Wasserzurückhaltung und ihre Wasserfilmzerfallszeit oder Tränenfilmzerfallszeit (TBUT) gezeigt werden kann.
Die TBUT spielt eine besonders wichtige Rolle auf dem Gebiet von ophthalmischen Vorrichtungen, wie Kontaktlinsen. Somit hat sich die leichte Beweglichkeit eines Augenlids über einer Kontaktlinse als wichtig für den Tragekomfort erwiesen; diese gleitende Bewegung wird erleichtert durch das Vorliegen einer kontinuierlichen Schicht von Tränenflüssigkeit auf der Kontaktlinse, eine Schicht, die die Gewebe/Linsengrenzfläche schmiert. Jedoch haben klinische Tests gezeigt, dass gegenwärtig verfügbare Kontaktlinsen zwischen dem Blinzeln teilweise austrocknen, wodurch somit die Reibung zwischen Augenlid und der Linse erhöht wird. Die erhöhte Reibung führt zu einer Entzündung der Augen und verminderten Bewegung der Kontaktlinsen. Es wurde nun möglich, die TBUT von kommerziellen Kontaktlinsen, wie beispielsweise Focus Dailies^TM, Focus New Vues^® oder Lotrafilcon-A-Linsen, durch Anwenden einer Oberflächenbeschichtung gemäß der Erfindung stark zu erhöhen. Auf der Grundkrümmung einer Kontaktlinse erleichtert die ausgeprägte Gleitfähigkeit der Beschichtung die Linsenbeweglichkeit auf dem Auge, was für das längere Tragen von Kontaktlinsen wesentlich ist. Darüber hinaus stellen die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltenen Materialien zusätzliche Wirkungen bereit, die für Linsen zum längeren Tragen wesentlich sind, wie eine erhöhte Dicke des Vorlinsentränenfilms, was zu im Wesentlichen niedriger mikrobieller Anhaftung und Resistenz gegenüber Ablagerungsbildung beiträgt. Aufgrund des extrem weichen und gleitfähigen Charakters der neuen Oberflächenbeschichtungen zeigen biomedizinische Gegenstände, wie insbesondere Kontaktlinsen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren beschichtet wurden, einen überlegenen Tragekomfort einschließlich Verbesserungen bezüglich der Trockenheit am späten Tag oder Langzeittragen (über Nacht). Die neuen Oberflächenbeschichtungen treten darüber hinaus in einer reversiblen Weise mit der Okularen Schleimhaut in Wechselwirkung, welche zu dem verbesserten Tragekomfort beiträgt.
Zusätzlich haben biomedizinische Vorrichtungen, beispielsweise ophthalmische Vorrichtungen, wie Kontaktlinsen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren beschichtet wurden, eine sehr ausgeprägte Kompatibilität kombiniert mit guten mechanischen Eigenschaften. Beispielsweise sind die Vorrichtungen mit Blut kompatibel und haben eine gute Gewebsintegration. Zusätzlich werden im Allgemeinen keine negativen Augeneffekte beobachtet, während die Adsorption von Proteinen oder Lipiden niedrig ist, auch ist die Salzabscheidungsbildung niedriger als mit herkömmlichen Kontaktlinsen. Im Allgemeinen gibt es wenig Ablagerungen, niedrige mikrobielle Anhaftung und niedrige Bioerosion, während gute mechanische Eigenschaften beispielsweise bei einem niedrigen Reibungskoeffizienten und niedrigen Abriebeigenschaften gefunden werden können. Darüber hinaus ist die Maßhaltigkeit der erfindungsgemäß erhaltenen Materialien ausgezeichnet. Zusätzlich beeinflusst die Bindung einer hydrophilen Oberflächenbeschichtung bei einem gegebenen Massematerial gemäß der Erfindung seine visuelle Transparenz nicht negativ.
Zusammenfassend stellen die ophthalmischen Vorrichtungen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden, wie Kontaktlinsen und künstliche Cornea, eine Kombination von niedriger Schädigung bezüglich Zelldebris, Kosmetika, Staub oder Schmutz, Lösungsmitteldämpfen oder Chemikalien mit einem hohen Komfort für das Tragen des Patienten solcher ophthalmischen Vorrichtungen im Hinblick auf die weiche Hydrogeloberfläche bereit, die beispielsweise eine sehr gute Bewegung auf dem Auge der ophthalmischen Vorrichtung liefert.
Biomedizinische Vorrichtungen, wie Nierendialysemembranen, Blutlagerungsbeutel, Schrittmacherführungen oder vaskuläre Implantate, die durch das erfindungsgemäße Verfahren beschichtet wurden, widerstehen dem Ablagern durch Proteine aufgrund der kontinuierlichen Schicht von gebundenem Wasser unter somit Vermindern der Rate und des Ausmaßes von Thrombose. Gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte, mit Blut in Kontakt stehende Vorrichtungen sind deshalb hämokompatibel und biokompatibel.
In den Beispielen sind, wenn nicht anders ausgewiesen, die Mengen Gewichtsprozent, Temperaturen sind in Grad Celcius angegeben. Tränenzerfallzeitwerte beziehen sich im Allgemeinen auf die Vorlinsentränenfilm-nicht invasive Zerfallzeit (PLTF-NIBUT), die gemäß dem Verfahren bestimmt wird, das von M. Guillon et al., Ophthal. Physiol. Opt. 9, 355–359 (1989) oder M. Guillon et al., Optometry und Vision Science 74, 273–279 (1997), veröffentlicht wurde. Mittlere Fortschreite- und Rückzugs-Wasserkontaktwinkel von beschichteten und nicht beschichteten Linsen werden mit dem dynamischen Wilhelmy-Verfahren unter Verwendung eines Krüss K-12-Instruments (Krüss GmbH, Hamburg, Deutschland) bestimmt. Die Benetzungskraft auf dem Feststoff wird als der Feststoff ge messen, der eingetaucht wird und aus einer Flüssigkeit bekannter Oberflächenspannung herausgezogen wird.
Oberflächenfunktionalisierung
Beispiel A-1: 1,2-Diaminocyclohexanplasmabeschichtung (DACH)
Zwei getrocknete Lotrafilcon-A-Linsen (Polysiloxan/ Perfluoralkylpolyethercopolymer) werden nach Extraktion in Isopropanol, Toluol und erneut in Isopropanol auf der Glashalterung innerhalb des Plasmareaktors, der mit einer äußeren Ringelektrode und einem 27,13-MHz-Radiofrequenz(RF)generator für die Erzeugung eines induktiv gekoppelten, kalten Glimmentladungsplasmas ausgestattet ist, angeordnet. Der Abstand zwischen den Substraten und der unteren Kante der Plasmazone ist 12 cm. Der Reaktor wird zu einem Druck von 0,008 mbar evakuiert und bei diesen Bedingungen für eine Stunde gehalten. Dann wird die Argon-Plasmagasströmungsgeschwindigkeit in der Plasmazone des Reaktors auf 20 scm³ (Standardkubikzentimeter) eingestellt, der Druck in dem Reaktor wird auf 0,12 mbar justiert und der RF-Generator wird angestellt. Die Plasmaentladung eines Stroms von 250 Watt wird für einen Gesamtzeitraum von einer Minute gehalten (um zu reinigen und die Linsenoberflächen zu aktivieren). Anschließend wird der 1,2-DACH-Dampf in die Reaktorkammer aus dem DACH-Reservoir (gehalten bei 24°C) bei 0,15 mbar für eine Minute eingeführt. Danach werden die nachstehenden Parameter für die Plasmapolymerisation von DACH ausgewählt: Argonströmungsgeschwindigkeit für Plasmaanregung = 5 scm³, Argonträgergasströmungsgeschwindigkeit für DACH-Transport = 5 scm³, Temperatur der DACH-Verdampfungseinheit = 24°C, Abstand zwischen der längeren Kante der Plasmazone und den Substraten = 5 cm, Druck = 0,2 mbar und Plasmastrom = 100 Watt. Die Linsen werden für etwa 5 Minuten mit einem pulsierenden Glimmentladungsplasma (1 μs an, 3 μs aus) behandelt. Nach 5 Minuten Entladung ist die Plasmaentladung unterbrochen und DACH-Dampf wird in den Reak tor für weitere 5 Minuten strömen lassen. Der Reaktor wird dann evakuiert und 30 Minuten bei einem Druck von 0,008 mbar gehalten, um restliches Monomer und aktivierte Spices zu entfernen. Der Innendruck wird auf atmosphärisch durch Anwenden von trockenem Stickstoff gebracht. Die Substrate werden dann umgedreht und das ganze Verfahren wird wiederholt, um die andere Seite der Substrate zu beschichten. Die Proben werden dann aus dem Reaktor entnommen und für die anschließende Fotostarterbindung verwendet.
Beispiel A-2: Oberflächenbinden eines reaktiven Fotostarters
Die aminofunktionalisierten Kontaktlinsen von Beispiel A-1 werden sofort nach Plasmabehandlung mit 1,2-DACH-Plasma in eine 1%ige Acetonitrillösung des reaktiven Fotostarters (I), hergestellt durch die Additionsreaktion von Isophorondiisocyanat und 4-(2-Hydroxyethoxy)phenyl-2-hydroxy-2-propylketon (Darocure 2959) durch das in EP 0632329 beschriebene Verfahren, getaucht. Die Aminogruppen auf den Linsenoberflächen reagieren mit den Isocyanatgruppen der Fotostartermoleküle für 12 Stunden. Nach dieser Zeit werden die Linsen von der Reaktionslösung gezogen, gewaschen und in Acetonitril 8 Stunden extrahiert und unter vermindertem Druck 2 Stunden getrocknet. Die getrockneten Linsen werden anschließend für Fotopfropfen verwendet.
Beispiel A-3: Oberflächenbinden eines reaktiven Fotostarters
Die aminofunktionalisierten Kontaktlinsen von Beispiel A-1 werden sofort nach Plasmabehandlung mit 1,2-DACH-Plasma in eine 1%ige Acetonitrillösung des reaktiven Fotostarters (II), hergestellt durch die Additionsreaktion von Isophorondiisocyanat und 2-Ethyl-2-(dimethylamino)-1-[4-(2-hydroxyethoxy)phenyl]-4-penten-1-on durch das in WO 96/20796 beschriebene Verfahren, getaucht. Die Aminogruppen auf den Linsenoberflächen reagieren mit den Isocyanatgruppen der Fo tostartermoleküle für 16 Stunden. Nach dieser Zeit werden die Linsen aus der Reaktionslösung gezogen, gewaschen und in Acetonitril 12 Stunden extrahiert und unter vermindertem Druck 2 Stunden getrocknet. Die getrockneten Linsen werden anschließend für Fotopfropfen verwendet.
Beispiel A-4: Oberflächenbinden eines thermischen Polymerisationsstarters
1 g des reaktiven Starters 4,4'-Azobis-(4-cyanovaleriansäure) (ACV), 25 ml wasserfreies Acetonitril und 0,5 g N,N'-Dicyclohexylcarbodiimid (DCC) werden in einen 100-ml-Kolben mit einem flachen Boden gegeben. Das Gemisch wird unter Stickstoff für 10 Minuten bei 25°C gerührt. Die aminofunktionalisierten Kontaktlinsen von Beispiel A-1 werden dann getrennt in die Lösung getaucht. Die Reaktion zwischen aktivierten Carbonsäuregruppen von ACV und Aminogruppen auf Linsenoberflächen verläuft unter Stickstoff bei RT für 16 Stunden. Nach der Reaktion werden die Linsen aus der Reaktionslösung abgezogen, gewaschen und in Acetonitril für 12 Stunden extrahiert und unter vermindertem Druck 2 Stunden getrocknet.
Fotopfropfen von reaktiven Monomeren
Beispiel B-1: Fotopfropfen von 2-Isocyanatoethylmethacrylat (IEM) auf die Kontaktlinsenoberfläche
1,0 g IEM wird in 9 ml Acetonitril gelöst und die Lösung wird unter einem Argonstrom 5 Minuten gerührt. Argon wird dann durch die Lösung für einen Zeitraum von etwa 10 Minuten geleitet, die Lösung wird dann durch ein 0,45 μm-Teflonfilter filtriert und mit Argon für weitere 10 Minuten entgast. Die filtrierte Lösung wird dann in einem Kolben in flüssigem Stickstoff gefroren, der Kolben wird im Hochvakuum evakuiert, in eine Glove-Box überführt und zum Fotopfropfen verwendet.
1 ml IEM-Lösung wird in eine kleine Petrischale mit einem Volumen von etwa 3 ml in eine Glove-Box eingeführt. Die getrocknete Linse von Beispiel A-2, die auf ihrer Oberfläche die kovalent gebundenen Fotostartermoleküle trägt, wird dann in diese Lösung gegeben und ein weiterer ml der entgasten Lösung wird auf die Linse gegeben, um die ganze Linse mit der Lösung zu bedecken. Nach 5 Minuten wird die Petrischale mit der Linse in der Lösung 15 mW Ultraviolettlicht für einen Zeitraum von etwa 3 Minuten exponiert. Die Linse wird dann umgedreht und die Exposition wird unter Anwenden von 15 mW UV-Licht für weitere 3 Minuten wiederholt. Die modifizierte Linse wird dann aus der Lösung gezogen, zweimal in getrocknetem Acetonitril gewaschen, kontinuierlich extrahiert und zwei Stunden mit Acetonitril getrocknet.
Beispiel B-2: Fotopfropfen von 2-Vinyl-4,4-dimethylazlacton (VAL) auf der Kontaktlinsenoberfläche
1,5 g VAL werden in 13,5 ml Acetonitril gelöst und die Lösung wird unter Argonstrom 5 Minuten gerührt. Argon wird dann durch die Lösung für einen Zeitraum von etwa 10 Minuten geleitet. Die Lösung wird dann durch ein 0,45 μm-Teflonfilter filtriert und mit Argon für weitere 10 Minuten entgast. Die filtrierte Lösung wird dann in einem Kolben in flüssigem Stickstoff gefroren, der Kolben wird unter Hochvakuum evakuiert, in eine Glove-Box überführt und zum Fotopfropfen verwendet.
1 ml der VAL-Lösung wird in eine kleine Petrischale mit einem Volumen von etwa 3 ml in eine Glove-Box eingeführt. Die getrocknete Linse von Beispiel A-3, die auf ihrer Oberfläche die kovalent gebundenen Fotostartermoleküle trägt, wird dann in diese Lösung gegeben und ein weiterer ml der entgasten Lösung wird auf die Linse gegeben, um die ganze Linse mit der Lösung zu bedecken. Nach 5 Minuten wird die Petrischale mit der Linse in der Lösung 15 mW Ultraviolettlicht für einen Zeitraum von etwa 3 Minuten exponiert. Die Linse wird dann umgedreht und die Exposition wird unter Anwenden von 15 mW UV-Licht für weitere 3 Minuten wiederholt. Die modifizierte Linse wird dann aus der Lösung gezogen, zweimal in getrocknetem Acetonitril gewaschen, kontinuierlich extrahiert und zwei Stunden mit Acetonitril getrocknet.
Beispiele B-3 bis B-5: Fotopfropfen von anderen reaktiven Molekülen auf die Kontaktlinsenoberfläche
Die nachstehenden reaktiven Monomere werden auf die gemäß Beispiel A-2 unter Verwendung des in Beispielen B-1 und B-2 beschriebenen Verfahrens erhaltene Linsenoberfläche fotogepfropft:
Beispiel B-6: Thermopfropfen eines polymerisierbaren Fotostarters auf die Kontaktlinsenoberfläche
Ein 100-ml-Kolben mit einem flachen Boden, Kühler und Thermometer wird mit 1,5 g des polymerisierbaren Fotostarters der Formel
(Synthese siehe PCT-Anmeldung WO 96/20919, Beispiel H1 auf Seite 53) und 13,5 ml Acetonitril beschickt und die Lösung wird unter Argonstrom 5 Minuten gerührt. Das Argon wird dann durch die Lösung für einen Zeitraum von etwa 10 Minuten geleitet. Die Lösung wird dann durch ein 0,45 μm-Teflonfilter filtriert und mit Argon für weitere 10 Minuten entgast. Die getrockneten Linsen von Beispiel A-4, die auf ihrer Oberfläche kovalent gebundene Startermoleküle tragen, werden dann in die Lösung gegeben. Das ganze Gemisch wird zum Starten des Polymerisationsverfahrens auf 60°C erhitzt. Die Polymerisation verläuft unter Argonstrom und mildem Rühren für das Gemisch bei 60°C für 24 Stunden. Die modifizierten Linsen werden dann aus der Lösung gezogen, zweimal in wasserfreiem Acetonitril gewaschen, kontinuierlich in wasserfreiem Acetonitril für weitere 4 h extrahiert und für die weitere Modifizierung verwendet.
Einführung von Polymerisationsstartern für die primäre Polymerbeschichtung
Beispiel C-1: Kuppeln von 4-(2-Hydroxyethoxy)phenyl-2-hydroxy-2-propylketon (Darocure 2959) an Isocyanatgruppen von Poly-IEM-Ketten, gepfropft an eine Linsenoberfläche
Die Isocyanatgruppen der funktionalisierten Linse von Beispiel B-1 werden mit 4-(2-Hydroxyethoxy)phenyl-2-hydroxy-2-propylketon (Darocure 2959) durch Eintauchen der Linse in 3 ml Acetonitrillösung, die 30 mg Darocure 2959 und 10 μg Dibutylzinndilaurat (DBTDL) als Katalysator enthält, umgesetzt. Die Reaktion wird unter Argonatmosphäre bei 30°C für 48 Stunden ausgeführt. Die Linse wird aus der Lösung gezogen, zweimal in Acetonitril gewaschen, kontinuierlich in Acetonitril für 4 Stunden extrahiert, getrocknet und zum Fotopfropfen verwendet.
Beispiel C-2: Kuppeln von δ,δ'-Azobis(δ-cyano-n-pentanol) an Isocyanatgruppen von Poly-IEM-Ketten, gepfropft an eine Linsenoberfläche
Das Kuppeln von δ,δ'-Azobis(δ-cyano-n-pentanol) an Isocyanatgruppen der funktionalisierten Linse von Beispiel B-1 wird analog zu Beispiel C-1 ausgeführt.
Synthese von Telomeren und Makromonomeren
Beispiel D-1: Acrylamidtelomer
Ein 1000-ml-Dreihalsrundkolben wird mit einer Lösung von 17,5 g (154 mMol) Cysteaminhydrochlorid in 150 ml desionisiertem Wasser beschickt. 1,1 g (4 mMol) α,α'-Azodiiso butyramidindihydrochlorid und eine Lösung von 142 g (2 Mol) Acrylamid in 450 ml desionisiertem Wasser werden zugegeben. Der pH-Wert der Lösung wird auf pH 3 durch Zugabe von 1 molarer Salzsäure eingestellt. Ein Intensivkühler und ein Innenthermometer werden mit dem Kolben verbunden. Die Apparatur wird auf 100 mbar evakuiert und mit Argon gefüllt. Dies wird fünfmal wiederholt. Das Gemisch wird für 3 Stunden auf 60°C erhitzt und dann auf Raumtemperatur gekühlt. Eine analytische Probe wird gefriergetrocknet und die Monomerumwandlung wurde durch ¹H-NMR-Spektroskopie bestimmt. Keine Resonanzen, die C=C-Doppelbindungen entsprechen, können nachgewiesen werden, was > 98% Umsatz des Monomers anzeigt.
Der pH-Wert des verbleibenden Gemisches wird durch Zugabe von 1 molarer Natriumhydroxidlösung auf 10,5 eingestellt und auf ein Gesamtvolumen von 1200 ml verdünnt. Die Salze und niedermolekulargewichtige Rückstände, wie nicht umgesetztes Kettenübertragungsmittel, werden durch Umkehrosmose unter Verwendung eines Millipore-Proscale-Systems, ausgestattet mit einer Millipore-Helicon-RO-4-Nanomax-50-Membran, die bei einem Druck von 15 bar arbeitet, entfernt. Das Produkt wird aus dem erhaltenen Retentat durch Gefriertrocknen isoliert. Ausbeute 102 g eines weißen Pulvers. Die Konzentration an Aminogruppen wird durch funktionelle Gruppentitration bestimmt, Ergebnis 0,22 mMol/g NH₂ entsprechend einem mittleren Molekulargewicht des Telomers von 4500 g/Mol. GPC-Analyse weist eine monomodale Molekulargewichtsverteilung und die Abwesenheit von Polymer mit hohem Molekulargewicht aus.
Beispiel D-2: Acryloylmorpholintelomer
Ein 100 ml-Dreihalsrundkolben wird mit einer Lösung von 1,6 g (14,3 mMol) Cysteaminhydrochlorid in 45 ml 0,1 molarer wässriger Essigsäure gegeben. 55 mg (0,2 mMol) α,α'-Azodiisobutyramidindihydrochlorid und 14,1 g (100 mMol) Acryloylmorpholin werden zugegeben. Ein Intensivkühler und ein Innenthermometer werden mit dem Kolben verbunden. Die Apparatur wird auf 100 mbar evakuiert und mit Argon gefüllt. Dies wird fünfmal wiederholt. Das Gemisch wird für 4 Stunden auf 60°C erhitzt und dann auf Raumtemperatur gekühlt. Eine analytische Probe wird gefriergetrocknet und die Monomerumwandlung wird durch ¹H-NMR-Spektroskopie bestimmt. Keine Resonanzen, die C=C-Doppelbindungen entsprechen, können nachgewiesen werden, was > 98% Umwandlung des Monomers anzeigt. Das verbleibende Gemisch wird gefriergetrocknet, in Methanol gelöst und das Telomer wird in 2 l Diethylether ausgefällt und durch Filtration gesammelt.
Das Telomer wird erneut in 50 ml Wasser gelöst und der pH-Wert durch Zugabe von 143 ml 0,1 molarer Natriumhydroxidlösung auf 10,5 eingestellt und dann mit Wasser auf ein Gesamtvolumen von 500 ml verdünnt. Salze und zurückbleibende Komponenten mit niedrigem Molekulargewicht werden durch Ultrafiltration unter Verwendung einer UFP-1-E-4A-Patrone von A/G Technology Corporation, Needham, MA, entfernt. Die Konzentration an Aminogruppen wird durch funktionelle Gruppentitration bestimmt, Ergebnis 0,54 mMol/g NH₂ entsprechend einem mittleren Molekulargewicht des Telomers von 1850 g/Mol.
Beispiel D-3: Telomer aus α,α'-Monoisocyanatoethylmethacrylattrehalose
Ein 100 ml-Dreihalsrundkolben wird mit einer Lösung von 3,8 g (33,4 mMol) Cysteaminhydrochlorid in 45 ml 0,1 molarer wässriger Essigsäure beschickt. 55 mg (0,2 mMol) α,α'-Azodiisobutyramidindihydrochlarid und 53 g (106 mMol) Monoisocyanatoethylmethacrylattrehalose werden zugegeben. Ein Intensivkühler und ein Innenthermometer werden mit dem Kolben verbunden. Die Apparatur wird auf 100 mbar evakuiert und mit Argon gefüllt. Dies wird fünfmal wiederholt. Das Gemisch wird über Nacht auf 60°C erhitzt und dann auf Raumtemperatur gekühlt. Das Produkt fällt in 2 1 Aceton aus und wird durch Filtration isoliert unter Gewinnung eines leicht gelb gefärbten Pulvers. Keine Resonanzen, die C=C-Doppelbindungen entsprechen, können durch ¹H-NMR-Spektroskopie nachgewiesen werden, was > 98% Umsatz des Monomers anzeigt. Das Produkt wird in 200 ml Wasser gelöst und der pH-Wert wird durch Zugabe von 107 ml 0,1 molarer Natriumhydroxidlösung auf 10,5 eingestellt und dann mit Wasser auf ein Gesamtvolumen von 500 ml verdünnt. Salze und zurückbleibende Komponenten mit niedrigem Molekulargewicht werden durch Ultrafiltration unter Verwendung einer UFP-1-E-4A-Patrone von A/G Technology Corporation, Needham, MA, entfernt. Die Konzentration an Aminogruppen wird durch funktionelle Gruppentitration bestimmt, mit dem Ergebnis 0,12 mMol/g NH₂, entsprechend einem mittleren Molekulargewicht des Telomers von 8300 g/Mol und einem Polymerisationsgrad von 16.
Beispiel D-4: Co-Telomerisation von Hydroxyethylacrylamid und N-Acryloylmorpholin
Ein 1000 ml-Dreihalsrundkolben wird mit einer Lösung von 28,4 g (250 mMol) Cysteaminhydrochlorid in 400 ml desionisiertem Wasser beschickt. 407 mg (1,5 mMol) α,α'-Azodiisobutyramidindihydrochlorid und 70,6 g (500 mMol) Acryloylmorpholin und 28,8 g (250 mMol) N-Hydroxyethylacrylamid werden zugegeben. Ein Intensivkühler und ein Innenthermometer werden mit dem Kolben verbunden. Die Apparatur wird auf 100 mbar evakuiert und mit Argon gefüllt. Dies wird fünfmal wiederholt. Das Gemisch wird 4 Stunden auf 60°C erhitzt und dann auf Raumtemperatur gekühlt. Eine analytische Probe wird gefriergetrocknet und die Monomerumwandlung wird durch ¹H-NMR-Spektroskopie bestimmt. Keine Resonanzen, die C=C-Doppelbindungen entsprechen, können nachgewiesen werden, was > 98% Umsatz des Monomers anzeigt. Das verbleibende Gemisch wird durch Zugabe von 30%iger KOH-Lösung auf pH = 10 eingestellt. Salze und Rückstände mit niedrigem Molekulargewicht, wie nicht umgesetztes Kettenübertragungsmittel, werden durch Umkehrosmose unter Verwendung eines Millipore-Proscale-Systems, ausgestattet mit einer Millipore-Helicon-RO-4-Nanomax-50-Membran, unter Arbeiten bei einem Druck von 15 bar entfernt. Das Produkt wird aus dem erhaltenen Retentat durch Gefriertrocknen isoliert.
Die Konzentration an Aminogruppen wird durch funktionelle Gruppentitration bestimmt, Ergebnis 0,95 mMol/g NH₂ entsprechend einem mittleren Molekulargewicht des Co-Telomers von 1050 g/Mol. GPC-Analyse weist eine monomodale Molekulargewichtsverteilung die Abwesenheit von Polymer mit hohem Molekulargewicht aus.
Beispiel D-5: Acrylamidtelomer
Ein 1000 ml-Rundkolben wird mit einer Lösung von 71,1 g (1 mol) Acrylamid, 4,93 g (18,2 mMol) α,α'-Azodiisobutyramidindihydrochlorid und 4,93 g (36,4 mMol) Cysteaminhydrochlorid in 400 ml Wasser beschickt. Die klare und leicht gelbliche Lösung wird mit einigen Tropfen Salzsäure auf pH 3 angesäuert. Die gerührte saure Lösung wird auf 50 bar evakuiert und mit Argon gefüllt. Dies wird dreimal wiederholt. Mit einem konstanten Argonstrom wird diese Lösung in einen 500 ml-Tropftrichter gegossen, der auf einen „Durchflussreaktor", bestehend aus einem 1000 ml-Dreihalsrundkolben, Rückflusskühler, Thermometer, Magnetrührer und einem 30 cm-Liebig-Kühler, gesetzt war, welcher mit Glaswolle gefüllt war. Die ganze Apparatur wird konstant mit Argon gespült. Der Tropftrichter wird auf den Liebig-Kühler gesetzt, der auf 65°C erhitzt wird. Der Kolben wird auf 60°C erhitzt. Langsam wird die Lösung durch den Liebig-Kühler in den gerührten Kolben getropft. Dies nimmt 2,5 h in Anspruch, wobei die Temperatur des Kolbens zwischen 58–65°C gehalten wird. Nach Beendigung der Zugabe wird die Lösung 2 h bei 60°C gerührt. NaOH wird zu der klaren und leicht gelblichen Lösung gegeben, bis der pH-Wert 10 erreicht. Das Produkt wird durch Umkehrosmose gereinigt unter Verwendung einer Millipore-Patrone mit einem Cutoff von 1000 Da und gefriergetrocknet. Ein hellweißes festes Produkt wird erhalten. Die Konzentration an Aminogruppen wird über funktionelle Gruppentitration (0,34 mÄqiv./g) bestimmt, die gut dem Schwefelwert der Elementaranalyse (0,33 mÄq./g) entspricht. Mn 2000 g/Mol.
Beispiel D-6: Herstellung eines Acrylamidmakromonomers
6,5 g des Acrylamidtelomers mit einer Aminoendgruppe (Amintitration = 0,22 mÄquiv./g), hergestellt gemäß Beispiel D-1, werden in 80 ml 0,15 M wässriger NaCl gelöst. Argon wird dann durch die Lösung für einen Zeitraum von etwa 30 Minuten geleitet. Dieses Gemisch wird dann zu der äquimolaren Menge (0,2 g) an Isocyanatoethylmethacrylat (IEM, Isocyanattitration = 6,45 mÄquiv./g) unter Rühren gegeben. Das ganze Gemisch wird dann unter Argonstrom 4 Stunden gerührt. Das Gemisch wird dann durch ein 0,45 μm-Teflonfilter filtriert, mit Argon entgast, um Sauerstoff zu entfernen, und zum Fotopfropfen verwendet.
Beispiel D-7: Herstellung eines Acryloylmorpholinmakromonomers
6,2 g des Acryloylmorpholintelomers mit einer Aminoendgruppe (Amintitration = 0,54 mÄquiv./g), hergestellt gemäß Beispiel D-2, werden in 80 ml HPLC-Wasser gelöst. Argon wird für einen Zeitraum von etwa 30 Minuten durch die Lösung geleitet. Dieses Gemisch wird dann zu einer äquimolaren Menge (0,52 g) an Isocyanatoethylmethacrylat (IEM, Isocyanattitration = 6,45 mÄquiv./g) unter Rühren gegeben. Das ganze Gemisch wird dann unter Argonstrom für 4 Stunden gerührt. Das Gemisch wird dann durch ein 0,45 μm-Teflonfilter, entgast mit Argon, um Sauerstoff zu entfernen, filtriert und zum Fotopfropfen verwendet.
Beispiel D-8: Herstellung eines Trehalosemakromonomers
6,45 g 6-O-Carbamoylmethacryloylethyl-α,α'-trehalosetelomer mit einer Aminoendgruppe (Amintitration = 0,12 mÄquiv./g), hergestellt gemäß Beispiel D-3, werden in 80 ml HPLC-Wasser gelöst. Die Lösung wird dann durch Einleiten von Stickstoff durch die Lösung für 30 Minuten entgast. Diese Lösung wird dann zu der äquimolaren Menge (0,12 g) an Isocyana teothylmethacrylat (IEM, Isocyanattitration = 6,45 mÄquiv./g) unter Rühren gegeben. Das ganze Gemisch wird dann unter Argonstrom 4 Stunden gerührt. Das Gemisch wird dann durch ein 0,45 μm-Teflonfilter, entgast mit Argon, um Sauerstoff zu entfernen, filtriert und zum Fotopfropfen verwendet.
Synthese von Beschichtungen vom Flaschenbürstentyp auf eine Materialoberfläche
Beispiel E-1: Fotopfropfen eines Acrylamidmakromonomers auf die Kontaktlinsenoberfläche
1 ml einer Acrylamidmakromonomerlösung von Beispiel D-6 wird in eine kleine Petrischale mit einem Volumen von etwa 3 ml in eine Glove-Box eingeführt. Die getrocknete Linse von Beispiel C-1, die auf ihrer Oberfläche die kovalent gebundenen Fotostartermoleküle trägt, wird dann in diese Lösung gegeben und ein weiterer ml der entgasten Lösung wird auf die Linse gegeben, um die ganze Linse mit der Lösung zu bedecken. Nach 15 Minuten wird die Petrischale mit der Linse in der Lösung 15 mW Ultraviolettlicht für einen Zeitraum von etwa 3 Minuten exponiert. Die Linse wird umgedreht und die Exposition wird unter Anwenden von 15 mW UV-Licht für weitere 3 Minuten wiederholt.
Die modifizierte Linse wird dann aus der Lösung gezogen, zweimal mit destilliertem Wasser gewaschen, kontinuierlich in Ultra-Pure-Wasser (hochrein) für 16 h extrahiert und mit ATR-FTIR und Kontaktwinkelmessungen analysiert.
ATR-FTIR bestätigt eine polyacrylamidartige Struktur der Beschichtung. Wasser/Luft-Kontaktwinkel auf der modifizierten Linse sind 0° fortschreitend, 0° zurückziehend, 0° Hysterese. Im Vergleich sind die Kontaktwinkel von nicht modifizierten Linsen 101° fortschreitend, 64° zurückziehend, 37° Hysterese.
Beispiel E-2: Fotopfropfen eines Acrylamidmakromonomers auf die Kontaktlinsenoberfläche
Zwei Linsen von Beispiel C-1 werden gemäß Beispiel E-1 beschichtet, jedoch anstelle von 3 Minuten Aussetzen wird 2 Minuten Aussetzungszeit für das Fotopfropfen verwendet. Wasser/Luft-Kontaktwinkel der modifizierten Linsen sind 52° fortschreitend, 36° zurückziehend, 16° Hysterese.
Beispiel E-3: Fotopfropfen eines Acryloylmorpholinmakromonomers auf die Kontaktlinsenoberfläche
1 ml der Acryloylmorpholinmakromonomerlösung von Beispiel D-7 wird in eine kleine Petrischale mit einem Volumen von etwa 3 ml in eine Glove-Box eingeführt. Die getrocknete Linse von Beispiel C-1, die auf ihrer Oberfläche kovalent gebundene Fotostartermoleküle trägt, wird dann in diese Lösung gegeben und ein weiterer ml der entgasten Lösung wird auf die Linse gegeben, um die ganze Linse mit der Lösung zu bedecken. Nach 15 Minuten wird die Petrischale mit der Linse in der Lösung 15 mW Ultraviolettlicht für einen Zeitraum von etwa 3,5 Minuten exponiert. Die Linse wird dann umgedreht und die Exposition wird unter Anwenden von 15 mW UV-Licht für weitere 3,5 Minuten wiederholt. Die modifizierte Linse wird dann aus der Lösung gezogen, zweimal in destilliertem Wasser gewaschen, kontinuierlich in Ultra-Pure-Wasser für 16 h extrahiert und durch Kontaktwinkelmessungen analysiert.
Wasser/Luft-Kontaktwinkel der modifizierten Linse sind 67° fortschreitend, 39° zurückziehend, 28° Hysterese. Im Vergleich sind die Kontaktwinkel der nicht modifizierten Linsen 101° fortschreitend, 64° zurückziehend, 37° Hysterese.
Beispiel E-4: Fotopfropfen von einem Trehalosemakromonomer auf die Kontaktlinsenoberfläche
1 ml der Trehalosemakromonomerlösung von Beispiel D-8 wird in eine kleine Petrischale mit einem Volumen von etwa 3 ml in eine Glove-Box eingeführt. Die getrocknete Linse von Beispiel C-1, die auf ihrer Oberfläche kovalent gebundene Fo tostartermoleküle trägt, wird dann in diese Lösung gegeben und ein weiterer ml der entgasten Lösung wird auf die Linse gegeben, um die ganze Linse mit der Lösung zu bedecken. Nach 15 Minuten wird die Petrischale mit der Linse in der Lösung 15 mW Ultraviolettlicht für einen Zeitraum von etwa 3,5 Minuten exponiert. Die Linse wird dann umgedreht und die Exposition wird unter Anwenden von 15 mW UV-Licht für weitere etwa 3,5 Minuten wiederholt. Die modifizierte Linse wird dann aus der Lösung gezogen, zweimal mit destilliertem Wasser gewaschen, kontinuierlich in Ultra-Pure-Wasser für 16 h extrahiert und durch Kontaktwinkelmessungen analysiert.
Wasser/Luft-Kontaktwinkel auf der modifizierten Linse sind 45° fortschreitend, 30° zurückziehend, 15° Hysterese. Im Vergleich sind die Kontaktwinkel der nicht modifizierten Linsen 101° fortschreitend, 64° zurückziehend, 37° Hysterese.
Beispiel E-5: Fotopfropfen von N-Vinyl-2-pyrrolidon (NVP) auf die Kontaktlinsenoberfläche
2,0 g NVP werden in 18 ml Wasser gelöst und die Lösung wird unter Argonstrom 5 Minuten gerührt. Argon wird dann durch die Lösung für einen Zeitraum von etwa 10 Minuten geleitet. Die Lösung wird dann durch ein 0,45 μm-Teflonfilter filtriert und unter Argon weitere 10 Minuten entgast. Die Filterlösung wird dann in einem Kolben in flüssigem Stickstoff gefroren, der Kolben unter Hochvakuum evakuiert, in eine Glove-Box überführt und zum Fotopfropfen verwendet.
1 ml der wässrigen NVP-Lösung wird in eine kleine Petrischale mit einem Volumen von etwa 3 ml in eine Glove-Box eingeführt. Die getrocknete Linse von Beispiel C-1, die auf ihrer Oberfläche kovalent gebundene Fotostartermoleküle trägt, wird dann in diese Lösung gegeben und ein weiterer ml der entgasten Lösung auf die Linse gegeben, um die ganze Linse mit der Lösung zu bedecken. Nach 5 Minuten wird die Petrischale mit der Linse in der Lösung 15 mW Ultraviolettlicht für einen Zeitraum von etwa 3 Minuten exponiert. Die Linse wird dann umgedreht und die Exposition wird durch Anwenden von 15 mW UV-Licht für weitere 3 Minuten wiederholt. Die modifizierte Linse wird aus der Lösung gezogen, zweimal mit HPLC-Wasser gewaschen, kontinuierlich in Ultra-Pure-Wasser für 16 h extrahiert und durch Kontaktwinkelmessungen analysiert.
Wasser/Luft-Kontaktwinkel auf der modifizierten Linse sind 29° fortschreitend, 19° zurückziehend, 11° Hysterese. Im Vergleich sind die Kontaktwinkel der nicht modifizierten Linsen 101° fortschreitend, 64° zurückziehend, 37° Hysterese.
Beispiel E-6: Fotopfropfen an einem Acrylamidmakromonomer auf die Kontaktlinsenoberfläche
1 ml der Acrylamidmakromonomerlösung von Beispiel D-6 wird in eine kleine Petrischale mit einem Volumen von etwa 3 ml in eine Glove-Box eingeführt. Die getrocknete Linse von Beispiel B-6, die auf ihrer Oberfläche kovalent gebundene Fotostartermoleküle trägt, wird dann in diese Lösung gegeben und ein weiterer ml der entgasten Lösung wird auf die Linse gegeben, um die ganze Linse mit der Lösung zu bedecken. Nach 15 Minuten wird die Petrischale mit der Linse in der Lösung 15 mW Ultraviolettlicht für einen Zeitraum von etwa 3 Minuten exponiert. Die Linse wird umgedreht und die Exposition wird unter Anwenden von 15 mW UV-Licht für weitere 3 Minuten wiederholt.
Die modifizierte Linse wird dann aus der Lösung gezogen, zweimal mit destilliertem Wasser gewaschen, kontinuierlich in Ultra-Pure-Wasser für 16 h extrahiert und durch ATR-FTIR und Kontaktwinkelmessungen analysiert.
ATR-FTIR bestätigt die polyacrylamidartige Struktur der Beschichtung. Wasser/Luft-Kontaktwinkel auf der modifizierten Linse sind 44° fortschreitend, 28° zurückziehend, 16° Hysterese. Im Vergleich sind die Kontaktwinkel der nicht modifizierten Linsen 101° fortschreitend, 64° zurückziehend, 37° Hysterese.
Beispiel E-7: Fotopfropfen von Acrylamidmonomeren (AAm) auf die Kontaktlinsenoberfläche
2,0 g AAm werden in 19 ml Wasser gelöst und die Lösung wird unter Argonstrom 5 Minuten gerührt. Argon wird dann durch die Lösung für einen Zeitraum von 10 Minuten geleitet. Die Lösung wird dann durch ein 0,45 μl μm-Teflonfilter filtriert und mit Argon für weitere 10 Minuten entgast. Die filtrierte Lösung wird dann in einem Kolben in flüssigem Stickstoff gefroren, der Kolben wird unter Hochvakuum evakuiert, in eine Glove-Box überführt und zum Fotopfropfen verwendet.
1 ml der wässrigen AAm-Lösung wird in eine kleine Petrischale mit einem Volumen von etwa 3 ml in eine Glove-Box eingeführt. Die getrocknete Linse von Beispiel B-6, die auf ihrer Oberfläche die kovalent gebundenen Fotostartermoleküle trägt, wird dann in diese Lösung gegeben und ein weiterer ml der entgasten Lösung wird auf die Linse gegeben, um die ganze Linse mit der Lösung zu bedecken. Nach 5 Minuten wird die Petrischale mit der Linse in der Lösung 15 mW Ultraviolettlicht für einen Zeitraum von etwa 3 Minuten exponiert. Die Linse wird dann umgedreht und die Exposition wird unter Anwenden von 15 mW UV-Licht für weitere 3 Minuten wiederholt. Die modifizierte Linse wird dann aus der Lösung gezogen, zweimal in HPLC-Wasser gewaschen, kontinuierlich in Ultra-Pure-Wasser (hochrein) für 16 h extrahiert durch Kontaktwinkelmessungen analysiert.
Wasser/Luft-Kontaktwinkel an der modifizierten Linse sind 39° fortschreitend, 19° zurückziehend, 20° Hysterese. Im Vergleich sind die Kontaktwinkel der nicht modifizierten Linse 101° fortschreitend, 64° zurückziehend, 37° Hysterese.

Claims

Verfahren zum Beschichten einer Materialoberfläche, umfassend die Schritte von: (a) das Ausstatten der Materialoberfläche mit Polymerbürsten, umfassend Polymerisationsstarterradikale; und (b) Pfropfpolymerisieren von einem oder mehreren verschiedenen ethylenisch ungesättigten hydrophilen Monomeren oder Makromonomeren auf die mit Polymerisationsstarter modifizierten Polymerbürsten, wobei die Polymerbürsten gemäß Schritt (a) bereitgestellt werden durch (a1) kovalentes Binden eines Polymerisationsstarters an die Oberfläche; (a2) Pfropfpolymerisieren eines Vinylmonomers, das eine reaktive Gruppe auf der mit Starter modifizierten Materialoberfläche trägt, und dadurch Ausstatten der Oberfläche mit Polymerbürsten, die reaktive Gruppen umfassen, und (a3) Umsetzen der reaktiven Gruppen der Polymerbürsten mit einem reaktiven Polymerisationsstarter mit einer funktionellen Gruppe, die mit den reaktiven Gruppen der Polymerbürsten co-reaktiv ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt (a) die Oberfläche bereits umfasst oder ausgestattet ist mit H-aktiven Gruppen, die mit den Isocyanatgruppen co-reaktiv sind, und die H-aktiven Gruppen mit einem Polymerisationsstarter der Formel
oder
umgesetzt werden, worin R₁ verzweigtes C₃-C₁₈-Alkylen, unsubstituiertes oder C₁-C₄-Alkyl- oder C₁-C₄-Alkoxy-substituiertes C₆-C₁₀-Arylen oder unsubstituiertes oder C₁-C₄-Alkyl- oder C₁-C₄-Alkoxy-substituiertes C₇-C₁₈-Aralkylen, unsubstituiertes oder C₁-C₄-Alkyl- oder C₁-C₄-Alkoxy-substituiertes C₃-C₈-Cycloalkylen, unsubstituiertes oder C₁-C₄-Alkyl- oder C₁-C₄-Alkoxy-substituiertes C₃-C₈-Cycloalkylen-C_yH_2y- oder unsubstituiertes oder C₁-C₄-Alkyl- oder C₁-C₄-Alkoxy-substituiertes -C_yH_2y-(C₃-C₈-Cycloalkylen)-C_yH_2y-, worin y eine ganze Zahl von 1 bis 6 ist, darstellt; R₂ eine direkte Bindung oder lineares oder verzweigtes C₁-C₈-Alkylen darstellt, das unsubstituiert oder mit -OH substituiert ist, und/oder nicht unterbrochen oder unterbrochen ist durch eine oder mehrere Gruppen -O-, -O-C(O)- oder -O-C(O)-O-; R₃ H, C₁-C₁₂-Alkyl, C₁-C₁₂-Alkoxy, N-C₁-C₁₂-Alkylamino oder N,N-Di-C₁-C₁₂-alkylamino darstellt; R₄ und R₅ jeweils unabhängig voneinander H, lineares oder verzweigtes C₁-C₈-Alkyl, C₁-C₈-Hydroxyalkyl oder C₆-C₁₀-Aryl darstellen, oder die Gruppen R₄-(O)_b1- und R₄-(O)_b2- zusammen -(CH₂)_c- darstellen, worin c eine ganze Zahl von 3 bis 5 ist, oder die Gruppen R₄-(O)_b1-, R₄-(O)_b2- und R₅-(O₁)_b3- zusammen einen Rest der Formel
darstellen, worin R₁₃ und R₁₃' jeweils unabhängig voneinander H, C₁-C₈-Alkyl, C₃-C₈-Cycloalkyl, Benzyl oder Phenyl darstellen; Z zweiwertiges -O-, -NH- oder -NR₁₂- darstellt, worin R₁₂ lineares oder verzweigtes C₁-C₆-Alkyl darstellt; Z₁ -O-, -O-(O)C-, -C(O)-O- oder -O-C(O)-O- darstellt; a, b1, b2 und b3 jeweils unabhängig voneinander 0 oder 1 sind; R₆ unabhängig die gleiche Definition wie für R₁ aufweist oder lineares C₃-C₁₈-Alkylen darstellt; Z₂ eine direkte Bindung oder -O-(CH₂)_d- darstellt, worin d eine ganze Zahl von 1 bis 6 ist und die endständige Gruppe CH₂ davon an das benachbarte T in Formel (10c) gebunden ist; T zweiwertiges -O-, -NH-, -S-, C₁-C₈-Alkylen oder
darstellt; R₈ lineares oder verzweigtes C₁-C₈-Alkyl, C₂-C₈-Alkenyl oder C₆-C₁₀-Aryl-C₁-C₈-alkyl darstellt; R₉ unabhängig von R₈ die gleichen Definitionen wie R₈ aufweist oder C₆-C₁₀-Aryl darstellt oder R₈ und R₉ zusammen -(CH₂)_e- darstellen, worin e eine ganze Zahl von 2 bis 6 ist; R₁₀ und R₁₁ jeweils unabhängig voneinander lineares oder verzweigtes C₁-C₈-Alkyl darstellen, das mit C₁-C₄-Alkoxy oder C₆-C₁₀-Aryl-C₁-C₈-alkyl oder C₂-C₈-Alkenyl substituiert sein kann, oder R₁₀ und R₁₁ zusammen -(CH₂)_f1-Z₃-(CH₂)_f2- darstellen, worin Z₃ eine direkte Bindung, -O-, -S- oder -NR₇- darstellt, und R₇ H oder C₁-C₈-Alkyl darstellt und f1 und f2 jeweils unabhängig voneinander eine ganze Zahl von 2 bis 4 sind; unter den Maßgaben, dass b₁ und b₂ jeweils 0 sind, wenn R₅ H darstellt; dass die Gesamtheit von (b1 + b2 + b3) 2 nicht übersteigt und dass a 0 ist, wenn R₂ eine direkte Bindung darstellt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Oberfläche mit H-aktiven Gruppen -OH, -NH₂ und/oder -NH- ausgestattet ist, wobei einige oder alle von ihnen ein H-Atom aufweisen, das mit einem Rest der Formel
oder
substituiert wurde, worin die Variablen R₁–R₁₁, T, Z, Z₁, Z₂, a, b1, b2 und b3 wie in Anspruch 2 definiert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Vinylmonomer nach Schritt (a2) eine ethylenisch ungesättigte Verbindung mit 2 bis 18 C-Atomen darstellt, welche mit einer reaktiven Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Hydroxy-, Amino-, Carboxy-, Carbonsäureester-, Carbonsäureanhydrid-, Epoxid-, Lacton-, Azlacton- und Isocyanatgruppe, substituiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Vinylmonomer von Schritt (a2) die Formel
aufweist, worin R₁₄ Wasserstoff, unsubstituiertes oder Hydroxy-substituiertes C₁-C₆-Alkyl oder Phenyl darstellt, R₁₅ und R₁₆ jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, C₁-C₄-Alkyl, Phenyl, Carboxy oder Halogen darstellen, R₁₇ Wasserstoff, C₁-C₄-Alkyl oder Halogen darstellt, R₁₈ und R_18' jeweils einen ethylenisch ungesättigten Rest mit 2 bis 6 C-Atomen darstellen, oder R₁₈ und R_18' zusammen einen zweiwertigen Rest -C(R₁₅)=C(R₁₇)- bilden, worin R₁₅ und R₁₇ wie vorstehend definiert sind, und (Alk*) C₁-C₆-Alkylen darstellt und (Alk**) C₂-C₁₂-Alkylen darstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der reaktive Polymerisationsstarter von Schritt (a3) die Formel
aufweist, worin Z zweiwertiges -O-, -NH- oder -NR₁₂ darstellt, R₁₂ lineares oder verzweigtes C₁-C₆-Alkyl darstellt, a1 eine ganze Zahl von 0 oder 1 ist und R₂, R₃, R₄, R₅, Z₁, a, b1, b2 und b3 jeweils unabhängig wie in Anspruch 2 definiert sind.
Verfahren nach einem von Anspruch 1 bis 6, wobei in Schritt (b) ein hydrophiles Monomer auf die Polymerisationsstarter-modifizierten Polymerbürsten pfropfpolymerisiert wird und worin das hydrophile Monomer ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Hydroxy-substituierten C₁-C₄-Alkylacrylaten und -methacrylaten, Acrylamid, Methacrylamid, Mono- und Di-C₁-C₄-alkylacrylamiden und -methacrylamiden, ethoxylierten Acrylaten und Methacrylaten, Hydroxy-substituierten C₁-C₄-Alkylacrylamiden und -methacrylamiden, Hydroxy-substituierten C₁-C₄- Alkylvinylethern, Natriumethylensulfonat, Natriumstyrolsulfonat, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, N-Vinylpyrrol, N-Vinylsuccinimid, N-Vinylpyrrolidon, 2- und 4-Vinylpyridin, vinylisch ungesättigten Carbonsäuren mit insgesamt 3 bis 5 Kohlenstoffatomen, Amino-, Mono-C₁-C₄-alkylamino- oder Di-C₁-C₄-alkylamino-C₁-C₄-alkylacrylaten und -methacrylaten, Vinylacetat und Allylalkohol.
Verfahren nach einem von Anspruch 1 bis 6, wobei in Schritt (b) ein Makromonomer der Formel
auf die Polymerisationsstarter-modifizierten Polymerbürsten pfropfpolymerisiert wird, worin R₃₂ Wasserstoff, C₁-C₆-Alkyl oder einen Rest -COOR' darstellt; R, R' and R_32' jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder C₁-C₆-Alkyl darstellen; A eine direkte Bindung darstellt oder einen Rest der Formel -C(O)-(A₁)_n-X- (5a) oder-(A₂)_m-NH-C(O)-X- (5b) oder-(A₂)_m-X-C(O)- (5c) oder-C(O)-NH-C(O)-X- (5d) oder-C(O)-X₁-(alk*)-X-C(O)- (5e) darstellt; oder A und R₃₂, zusammen mit der benachbarten Doppelbindung, einen Rest der Formel
darstellen; A₁ -O-C₂-C₁₂-Alkylen darstellt, das unsubstituiert oder mit Hydroxy substituiert ist, oder -O-C₂-C₁₂-Alkylen-NH-C(O)- oder -O-C₂-C₁₂-Alkylen-O-C(O)-NH-R₃₃-NH-C(O)- oder -NH-(Alk*)- C(O) darstellt, worin (Alk*) C₁-C₆-Alkylen darstellt und R₃₃ lineares oder verzweigtes C₁-C₁₈-Alkylen oder unsubstituiertes oder C₁-C₄-Alkyl- oder C₁-C₄-Alkoxy-substituiertes C₆-C₁₀-Arylen, C₇-C₁₈-Aralkylen, C₆-C₁₀-Arylen-C₁-C₂-alkylen-C₆-C₁₀-arylen, C₃-C₈-Cycloalkylen, C₃-C₈-Cycloalkylen-C₁-C₆-alkylen, C₃-C₈-Cycloalkylen-C₁-C₂-alkylen-C₃-C₈-cycloalkylen oder C₁-C₆-Alkylen-C₃-C₈-cycloalkylen-C₁-C₆-alkylen darstellt; A₂ C₁-C₈-Alkylen, Phenylen oder Benzylen darstellt; m und n jeweils unabhängig voneinander die Zahl 0 oder 1 sind; X, X₁ und X' jeweils unabhängig voneinander eine zweiwertige Gruppe -O- oder -NR'' darstellen, worin R'' Wasserstoff oder C₁-C₆-Alkyl darstellt; (alk*) C₂-C₁₂-Alkylen darstellt; und (Oligomer) bedeutet (i) den Rest eines Telomers der Formel -(alk)-S-[-B-]_p-[-B'-]_q-Q (6a)worin (alk) C₂-C₁₂-Alkylen darstellt, Q eine einwertige Gruppe darstellt, die geeignet ist, um als ein Polymerisationskettenreaktionsstopper zu wirken, p und q jeweils unabhängig voneinander eine ganze Zahl von 0 bis 350 sind, worin die Gesamtheit von (p + q) eine ganze Zahl von 2 bis 350 ist, und B und B' jeweils unabhängig voneinander einen 1,2-Ethylen-Rest darstellen, der von einem copolymerisierbaren Vinylmonomer ableitbar ist, durch Ersetzen der vinylischen Doppelbindung durch eine Einfachbindung, wobei mindestens einer der Reste B und B' mit einem hydrophilen Substituenten substituiert ist oder (ii) den Rest eines Oligomers der Formel
worin R₁₉ Wasserstoff oder unsubstituiertes oder Hydroxy-substituiertes C₁-C₁₂-Alkyl darstellt, u eine ganze Zahl von 2 bis 250 ist und Q' einen Rest eines Polymerisationsstarters darstellt, oder (iii) den Rest der Formel
worin R₁₉, X und u wie vorstehend definiert sind, oder (iv) den Rest eines Oligomers der Formel
worin R₂₀ und R_20' jeweils unabhängig C₁-C₄-Alkyl darstellen, An^– ein Anion darstellt, v eine ganze Zahl von 2 bis 250 ist und Q'' eine einwertige Gruppe darstellt, die geeignet ist, als ein Polymerisationskettenreaktionsstopper zu wirken, oder (v) den Rest eines Oligopeptids der Formel -(CHR₂₁-C(O)-NH)_t-CHR₂₁-COOH (6d) oder-CHR₂₁-(NH-C(O)-CHR₂₁)_t-NH₂ (6d'),worin R₂₁ Wasserstoff oder C₁-C₄-Alkyl darstellt, das unsubstituiert oder mit Hydroxy, Carboxy, Carbamoyl, Amino, Phenyl, o-, m- oder p-Hydroxyphenyl, Imidazolyl, Indolyl oder einem Rest -NH-C(=NH)-NH₂ substituiert ist, und t eine ganze Zahl von 2 bis 250 ist, oder den Rest eines auf Prolin- oder Hydroxyprolin basierenden Oligopeptids darstellt, oder (vi) den Rest eines Polyalkylenoxids der Formel -(alk**-O)₂-[CH₂-CH₂-O]_r-[CH₂-CH(CH₃)-O]_s-R₃₄ (6e),worin R₃₄ Wasserstoff oder C₁-C₂₄-Alkyl darstellt, (alk**) C₂-C₄-Alkylen darstellt, z 0 oder 1 ist, r und s jeweils unabhängig eine ganze Zahl von 0 bis 250 sind und die Gesamtheit von (r + s) 2 bis 250 ist; oder (vii) den Rest eines Oligosaccarids, unter den Maßgaben, dass A keine direkte Bindung darstellt, wenn (Oligomer) einen Rest der Formel (6a) darstellt; A einen Rest der Formel (5a), (5b) oder (5d) darstellt, oder A und R₃₂, zusammen mit der benachbarten Doppelbindung, einen Rest der Formel (5f) darstellen, wenn (Oligomer) einen Rest der Formel (6b), (6c), (6d) oder (6e) darstellt, oder den Rest eines Oligosaccarids darstellt; A eine direkte Bindung darstellt, wenn (Oligomer) einen Rest der Formel (6b') darstellt, und A einen Rest der Formel (5c) oder (5e) darstellt, wenn (Oligomer) einen Rest der Formel (6d') darstellt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Makromonomer die Formel
aufweist, worin R Wasserstoff oder Methyl darstellt, A₁ -O-(CH₂)_2-4-, -O-CH₂-CH(OH)-CH₂- oder einen Rest -O-(CH₂)_2-4-NH-C(O)- darstellt, X -O- oder -NH- darstellt, (alk) C₂-C₄-Alkylen darstellt, Q eine einwertige Gruppe darstellt, die geeignet ist, um als ein Polymerisationskettenreaktionsstopper zu wir ken, p eine ganze Zahl von 5 bis 50 ist, R₂₅ und R_25' jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder Methyl darstellen, und R₂₆ und R_26' jeweils unabhängig einen Rest -COOY darstellen, worin Y C₁-C₂-Alkyl, C₂-C₃-Alkyl, das mit Hydroxy, Amino oder N,N-Di-C₁-C₂-alkylamino substituiert ist, darstellt oder einen Rest -C₂-C₄-Alkylen-NH-C(O)-O-G darstellt, worin -O-G den Rest von Trehalose oder einem Cyclodextrinfragment mit einem Maximum von 8 Zuckereinheiten darstellt; oder einen Rest -CO-NY₁Y₂, worin Y₁ und Y₂ jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff oder C₁-C₄-Alkyl, das unsubstituiert oder mit Hydroxy substituiert ist, darstellen oder Y₁ und Y₂ zusammen mit dem benachbarten N-Atom einen N-C₁-C₂-Alkylpiperazino- oder Morpholinring oder einen heterocyclischen Rest, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus N-Pyrrolidonyl, 2- oder 4-Pyridinyl, 2-Methylpyridin-5-yl, 2-, 3- oder 4-Hydroxypyridinyl, N-ε-Caprolactamyl, N-Imidazolyl, 2-Methylimidazol-1-yl, N-Morpholinyl und 4-N-Methylpiperazin-1-yl, bilden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Makromonomer die Formel
aufweist, worin R Wasserstoff oder Methyl darstellt, (alk) C₂-C₄-Alkylen darstellt, R₂₅ Wasserstoff oder Methyl darstellt, p eine ganze Zahl von 5 bis 50 ist, Q wie in Anspruch 11 definiert ist und R₂₆ einen Rest -CONH₂, -CON(CH₃)₂ oder
darstellt.