CN101594971A

CN101594971A - 环绕边界具有排气口部分的眼用镜片模具

Info

Publication number: CN101594971A
Application number: CNA2008800034053A
Authority: CN
Inventors: T·R·鲁尼; G·J·霍夫曼; S·F·安塞尔; D·A·卡特亨利; T·金德特-拉森
Original assignee: Johnson and Johnson Vision Care Inc
Current assignee: Johnson and Johnson Vision Care Inc
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2008-01-22
Publication date: 2009-12-02
Also published as: JP2010516522A; AU2008211306A1; US20080179770A1; CA2677066A1; BRPI0808382A2; EP2114649A1; TW200907459A; KR20090117715A; AR065091A1; WO2008094428A1; RU2009132525A

Abstract

本发明包括用于形成具有自由形式边缘的眼用镜片的方法和系统。特别地，本发明提供模具组件(101，102)，其在镜片形成部分(105)边界周围包括排气口部分(201)。精确用量的镜片形成性混合物(301)可以被放在模具组件内填充模具组件的镜片形成部分(105)。大气气体可在镜片装配期间透过排气口部分(201)选出。

Description

环绕边界具有排气口部分的眼用镜片模具

发明领域

本发明涉及生产和包装眼用镜片(ophthalmic lenses)的方法。更具体地，本发明涉及利用自由形式边缘模具部件(free form edge mold part)成型眼用镜片的方法和装置。

发明背景

众所周知，角膜接触镜片(contact lenses)可用于提高视力。多年来，商业上已生产了各种角膜接触镜片。角膜接触镜片的早期设计流行硬质材料。尽管这些镜片目前仍在一些应用中使用，但由于它们差的舒适性和对氧气的相对低渗透性而不适合所有患者。本领域中后来的发展产生了基于水凝胶的软角膜接触镜片。

水凝胶角膜接触镜片在今天非常流行。这些镜片与硬质材料制成的角膜接触镜片相比通常戴着更舒适。可通过在多部件式模具中形成镜片制造有延展性的软角膜接触镜片，在多部件式模具中，组合起来的部件形成与所需最终镜片一致的形貌。

通常通过铸塑成型制造眼用镜片，其中单体材料被沉积在相对模具部件的光学表面之间限定的腔中。用于将水凝胶形成为有用制品如眼用镜片的多部件式模具可包括例如具有与眼用镜片的后曲线对应的凸面部分的第一模具部件和具有与眼用镜片的前曲线对应的凹面部分的第二模具部件。为了使用这类模具部件制备镜片，将未固化的水凝胶镜片制剂放在前曲线模具部件(front curve mold part)和后曲线模具部件(back curve mold part)之间。根据所需的镜片参数将模具部件合在一起以使镜片制剂成形。传统上，通过压缩形成的边缘到模具部件内以在形成的镜片周边形成镜片边缘，其中所述边缘穿透镜片制剂并将其切成镜片部分和过量环部分。随后固化镜片制剂，例如通过暴露于热和光，借此形成镜片。

固化后，模具部分被分开，镜片保持粘着到一个模具部分上。必须分开镜片和过量聚合物环，并丢弃过量聚合物环。过量环除去通常是在脱模期间通过各种机理来完成。由于对模具部件的边缘形成性周边进行压缩，模具部件被丢弃，并注射成型新的部件形成下一个镜片。另外，重要的是管理过量聚合物环的除去，使得它被正确丢弃，并且不会影响其它制造步骤或不进入产品包装和到最终用户的运送中。

因此，提供能在不使用压缩边缘(compression edge)并优选不形成过量聚合物环的情况下形成镜片周边(lens perimeter)的装置和方法会是有利的。

发明内容

因此，本发明提供在具有自由形式边缘(free form edge)的可重复使用模具中形成眼用镜片的装置和方法。自由形式边缘消除了除去任何过量聚合物环的需要，在一些实施方案中，允许重复使用用于形成眼用镜片的一个或多个模具部件。本发明教导了利用精确定量给料镜片形成性混合物到用于形成眼用镜片的模具部件内，并可使用革新的模具设计来有利于具有自由形式镜片边缘的模具部件的使用。

附图说明

图1图示了用于经自由形式边缘形成眼用镜片的眼用镜片模具组件。

图2图示了用于经自由形式边缘形成眼用镜片的眼用镜片模具组件一部分的特写轮廓图。

图3图示了根据本发明一些实施方案的模具组件的排气口间隙和对准锥形部分(alignment taper portion)的特写图。

图4图示了自由形式边缘镜片模具组件中精确定量镜片制剂的沉积。

图5图示了自由形式边缘镜片模具组件中精确定量镜片制剂的分散。

图6图示了为在眼用镜片上形成自由边缘所可以采用步骤的流程图。

图7图示了可用于形成眼用镜片的装置站(apparatus station)。

具体实施方式

本发明涉及能成型具有自由形式边缘的眼用镜片的模具组件的使用。基本上，将具体数量的镜片形成性混合物精确定量给料到第一模具部件内，并将第二模具部件与第一模具部件装配，借此形成排气口间隙和将镜片形成性混合物成型为眼用镜片。排气口间隙有利于镜片形成性混合物在装配第一模具部件到第二模具部件期间的均匀分散。

定义

本文中使用的“从模具脱模”是指镜片完全与模具分离或仅仅松散地被附着以便可利用轻微搅动移出或用拭子推开。

本文使用的“镜片”或“眼用镜片”是指存在于眼睛中、眼睛上或紧靠眼睛的任何眼用器械。这些器械可提供光学矫正或可为装饰品。例如，术语镜片可指角膜接触镜片、眼内镜片、高嵌镜片(overlay lens)、眼用嵌入物(ocular insert)、光学嵌入物或矫正或改变视力的其它类似器械，或在不妨碍视力情况下在美观上增强眼生理学(例如虹膜颜色)的其它类似器械。

本文使用的术语“镜片形成性混合物”指可被固化形成眼用镜片的单体或预聚物材料。各种实施方案可包括与一种或多种添加剂如UV阻断剂、染色剂、光引发剂或催化剂以及能为眼用镜片提供益处的其它添加剂的混合物。下文中更充分地描述镜片形成性混合物(lens formingmixture)的具体例子。

模具

现在参考图1，图示了用于眼用镜片的示例性模具的示意图。本文使用的术语“模具”和“模具组件”指具有腔105的形式100，其中镜片形成性混合物可被分配到腔105内，从而当镜片形成性混合物(未示出)反应或固化时，产生具有所需形状的眼用镜片。本发明的模具和模具组件100由超过一个“模具部件”或“模具块”101-102组成。模具部件101-102可被合到一起使得可以于其中形成镜片的腔105由模具部件101-102的组合形成。模具部件101-102的这种组合优选为临时性的。当镜片形成时，模具部件101-102可再次被分开以取出成形的镜片(未示出)。

本说明书中使用的术语“模具部件”指模具101-102的一部分，当其与模具101-102的另一部分组合时，形成模具100(也称为模具组件100)。至少一个模具部件101-102使其表面103-104的至少一部分接触镜片形成性混合物，从而在镜片形成性混合物反应或固化时，表面103-104为其接触的镜片部分提供所需的形状和形式。对于至少一个其它模具部件101-102，也是如此。

因此，例如，在优选实施方案中，模具组件100由两个部件101-102，即在它们之间形成有腔105的阴凹面块(前曲线模具部件)102和阳凸面块(后曲线模具部件)101，形成。接触镜片形成性混合物的凹面104的部分具有要在模具组件100中产生的眼用镜片的前曲线的曲率，并且充分光滑和被形成使得通过接触凹面104的镜片形成性混合物的聚合形成的眼用镜片的表面可光学接受。

后曲线模具部件101具有接触镜片形成性混合物并具有要在模具组件100中产生的眼用镜片的后曲线的曲率的凸面103。凸面103充分光滑并被形成使得通过接触背面103的镜片形成性混合物的反应或固化形成的眼用镜片的表面可光学接受。因此，前曲线模具部件102的内凹面104限定出眼用镜片的外表面，而后模具块101的外凸面103限定出眼用镜片的内表面。

在一些优选方法中，按照已知的技术将模具组件100注射成型，但是，实施方案也可包括通过其它技术包括例如车削、金刚石车削或激光切割成型的一种或多种模具部件101-102。

本文使用的“镜片成形表面”指用于成型镜片的表面103-104。在一些实施方案中，任何这类表面103-104都可具有光学质量表面精度，其代表它充分光滑并且被形成使得通过接触成型表面的镜片形成性材料的聚合形成的镜片表面可光学接受。

另外，在一些实施方案中，镜片成形表面103-104可具有赋予镜片表面所需光学特性而需要的几何形状。几何形状因此可包括围绕质心6的一般球形。其它形状可包括但不限于非球形焦度(aspherical power)和柱镜顶焦度(cylinder power)、波前象差校正、角膜形貌校正等以及它们的任意组合。

现在参考图2，图示了模具组件的排气口部分201和模具组件202的对准锥形部分202的特写剖视图。排气口部分201包括位于模具腔105和模具腔105外空间之间的狭窄通道。排气口201宽到足以允许大气气体在模具部件101-102装配期间从模具腔105逸出，但不允许成形性混合物放出。大气气体可包括例如空气或惰性气体如氮气。根据特定成型应用需要，还可包括其它气氛。

在一些优选实施方案中，排气口可包括约0.001mm至0.20mm的空间，在一些最优选的实施方案中，排气口可包括约0.003mm至约0.10mm的空间。

在一些实施方案中，排气口201可流体连接到前室203。可通过连接镜片成形表面103-104到模具组件100的对准锥形202的壁部分形成前室203。在一些实施方案中，前室203可包括约.09mm至约0.20mm宽的通道。

对准锥形202通常可朝着模具组件100的质心106向内逐渐变细。在前曲线模具部件101和后曲线模具部件102装配期间，对准锥形202将引导后曲线模具部件101和前曲线模具部件102中的一个或多个直到各模具部件101-102的质心106被对准形成模具组件106的质心。

在另一个方面中，模具组件100的肩部部分204可在后曲线模具部件101被装配到前曲线模具部件102上时为其提供支撑。肩204的啮合(其中后曲线101和前曲线102会合)可指定在后曲线模具部件101和前曲线模具部件102之间形成的镜片形成腔105的宽度。

现在参考图3，图示了本发明一些实施方案的另一个特写图，其中已被给料在后曲线模具部件101和前曲线模具部件102之间的精确数量的镜片形成性混合物301将填充镜片成形腔直到镜片成形性混合物遇到排气口部分302。根据这类实施方案，排气口部分302的宽度窄到足以阻止镜片形成性混合物301进入排气口部分302，但允许镜片腔内的任何气体逸出。阻止镜片形成性混合物301进入排气口部分302可用于帮助镜片形成性混合物在整个镜片腔105内更均匀流动。

精确定量给料特定数量的镜片形成性混合物301到镜片腔内能使镜片形成性混合物被成形为眼用镜片的形状，不会溢流到排气口区域302内。在一些优选实施方案中，精确定量给料包括±5％的范围，在一些更优选实施方案中，包括±3％的范围。因此，优选的范围包括在30mg用量时约加或减1mg的范围。

现在参考图4，在一些实施方案中，镜片形成性混合物301的剂量可能不会完全进入到镜片模具内。但是，旧部件101-102的装配力会挤压镜片形成性混合物以铺展到模具腔105内。

现在参考图5，当另外施加压力以结合后曲线模具部件101与前曲线模具部件102时，镜片形成性混合物301将继续铺展。根据一些实施方案，模具部件101-102的装配可在力控制下使得当模具部件101-102被更近地结合到一起时，腔就变得填满镜片形成性混合物301，一旦腔105被填满，需要引入镜片形成性混合物到排气口302内的力就大大被增加，代表装配的停止点。在一些实施方案中，高粘性预聚物镜片形成性混合物301还有利于产生镜片形成性混合物进入排气口302的阻力。

现在参考图6，流程图图示了可在本发明的一些实施方案中执行的示例性步骤。应认识到，在本发明的不同实施方案中，可执行下面步骤中的一些或全部。在601处，将镜片形成性混合物(下文更详细描述)沉积到第一模具部件102内，所述第一模具部件102被用于成型眼用镜片。在优选实施方案中，镜片形成性混合物为粘度在约10000cps至5000000cps范围内的预聚物。可利用精度公差为预定剂量数量加或减2毫克的微剂量泵实现定量给料。在优选实施方案中，示例性剂量数量可包括约20毫克和50毫克之间的镜片形成性混合物。精确定量给料允许镜片成形腔105填充镜片形成性混合物301，同时模具部件101-102被结合到一起而镜片形成性混合物不进入排气口区域302。以体积计，优选实施方案包括以体积计在2.5微升到3.0微升之间的分配精度，和以位置计在75微米或以下内的分配精度。

在602处，第一模具部件102可和至少一个其它模具部件(第二模具部件)101装配以将沉积的镜片形成性混合物成型为所需的镜片形状。在一些优选实施方案中，装配模具部件101-102具有在50微米内的对准精度。在一些优选实施方案中，装配力(有时称为停止负荷)将在1千克和10千克力之间。一些更优选的实施方案可包括约2kg到6kg力的停止力。根据本发明的一些实施方案，由于停止负荷触发了装配动作的停止，模具部件101-102不会在镜片边缘相交处接触，因此在装配过程中不会使彼此物理变形。因此，在一些实施方案中，随后可再使用模具部件101-102中的一个或二个来成形眼用镜片。

在603处，通过模具部件101-102装配力压缩镜片形成性混合物301，同时周围大气气体经模具组件100周边的排气口部分302离开。镜片形成性混合物301被分散在模具组件100内，同时，在604处，镜片形成性混合物301被保留在二个模具部件101-102之间和排气口302周边内。由于镜片形成性混合物301只被分散直到达到停止力，因此形成的镜片的边缘未被模具部件101-102的边缘切口所限定，而是通过镜片形成性混合物301的流动自由形成。

在605处，镜片形成性混合物被固化。可例如通过本领域中已知的各种手段如暴露镜片形成性混合物301到光化辐射、暴露镜片形成性混合物301到升高的温度(即，40℃到75℃)或暴露于光化辐射和升高的温度两者来实现固化。

在606处，可在脱模过程中使第一模具部件101与第二模具部件102分离，从而可访问在模具部件101-102之间形成的镜片。

装置

现在参考图7，图示了可在本发明实施中使用的加工站701-704中包含的装置的方框图。在一些优选实施方案中，加工站701-704可经传送机构705访问眼用镜片。传送机构305可包括例如下面中的一个或多个：机器人，传送器和与移动装置合在一起的轨道系统，所述移动装置可包括例如传送带、链、索或由变速电机或其它已知驱动机构(未示出)驱动的液压机构。

一些实施方案可包括放置在托台上的背面模具部件101(未示出)。可通过传送机构705在二个或更多个加工站701-704之间移动托台。计算机或其它控制器706可有效连接到加工站701-704以监测和控制每个站701-704处的过程以及监测和控制传送机构705来协调在加工站701-704之间镜片的移动。

加工站701-704可包括例如注射成型站701。在注射成型站701处，注射成型装置沉积一定数量的镜片形成性混合物如上面所述的硅树脂水凝胶到前曲线模具部件102内并优选用镜片形成性混合物完全覆盖模具表面104。

在一些实施方案中，可在受控暴露于氧的气氛中进行镜片形成性混合物的聚合，在一些实施方案中，包括无氧环境，因为氧气会进入副反应，这可能影响所需的光学质量，以及聚合镜片的透明度。在一些实施方案中，还在具有有限氧或无氧的气氛中制备镜片半模。控制到氧的暴露的方法和装置在本领域中是众所周知的。

固化站702可包括使镜片形成性混合物聚合的装置。优选通过暴露镜片形成性混合物到聚合引发条件进行聚合。固化步骤可包括暴露镜片形成性混合物到下面中的一个或多个：X射线形式的电磁辐射，紫外光，可见光，粒子辐射，电子束辐射。辐射可包括约280nm至650nm的波长，并可包括脉冲或连续辐射源。示例性辐射强度可在约1mW/cm²至约1000mW/cm²之间。模具组件还可被加热到90℃以上。在一些优选实施方案中，固化时间可为不超过约120秒，但更长的固化时间也是可以的。

固化站702因此包括提供沉积到前曲线模具102内的镜片形成性混合物的引发源的装置。引发源可包括例如光化辐射和热中的一个或多个。在一些实施方案中，光化辐射可来源于模具组件在其下移动的灯泡。灯泡可在平行于灯泡轴的给定面内提供足以引发聚合的光化辐射强度。

在一些实施方案中，固化站302热源可有效升高镜片形成性混合物的温度到足以帮助聚合蔓延和阻止镜片形成性混合物在暴露于光化辐射期间收缩趋势并因此促进改善的聚合的温度。

在一些实施方案中，热源可包括在模具组件于光化辐射灯泡下经过时横过模具组件以及在模具组件周围吹热气体如N₂或空气的导管。导管的端部可配有热气体通过的多个孔。按照这种方式分配气体有助于实现外壳下面整个区域内的温度均匀性。模具组件周围整个区域内的均匀温度能够有利于更均匀的聚合。

模具分离站703可包括将后曲线模具部件101和前曲线模具部件102分开的装置。例如可利用机械手和撬开模具部件的高速机器人移动实现分离。

在一些实施方案中，可在水合站704处通过暴露于水合溶液来处理包括聚合物/稀释剂混合物的固化的镜片。形成最终尺寸和形状非常类似于原始成型聚合物/稀释剂制品的尺寸和形状的镜片。

镜片材料

适合本发明使用的眼用镜片包括由预聚物制备的那些。

在本发明的一些示例性实施方案中，镜片可由包括硅树脂预聚物、聚乙烯基硅酮或聚HEMA的预聚物组合物形成。示例性预聚物可具有分别在约25000和约100000之间、优选25000和80000之间的最大分子量和小于约2至小于约3.8的多分散性，并在其上有共价结合的至少一个可交联官能团。

在本发明的一些示例性实施方案中，希望通过使用由具有相对低分子量和低多分散性的可交联预聚物形成的水凝胶来限制收缩、膨胀和相关属性。

本文使用的“聚HEMA”指包括2-羟基乙基甲基丙烯酸酯重复单元的聚合物。本发明一些实施方案中使用的聚HEMA具有多分散性小于约2时约25000的最大分子量至多分散性小于约3.8时约100000的最大分子量。优选地，可具有多分散性小于约2时约30000的最大分子量至多分散性小于约3.5时约90000的最大分子量。更优选地，组合物可具有多分散性小于约2时约30000的最大分子量至多分散性小于约3.2时约80000的最大分子量。合适的聚HEMA还可具有低于约100000的最大分子量和小于约2的多分散性，并优选在约45000和100000之间的最大分子量和小于约2.5的多分散性。在一些实施方案中，多分散性小于约2.5，优选小于约2，更优选小于约1.7，在一些实施方案中，小于约1.5。上文以及整个说明书中使用的术语聚HEMA将包括由2-羟基乙基甲基丙烯酸酯单独制备的聚合物以及与如下文进一步所述的其它单体或辅助反应物的共聚物。

可与HEMA单体聚合的合适共聚用单体包括亲水单体如含乙烯基的单体和疏水单体以及在不同波长下给出光吸收的有色单体。术语“乙烯基型”或“含乙烯基”单体指包括乙烯基基团(-CR＝CR’R”，其中R、R’和R”为一价取代基)的单体，已知其相对容易聚合。合适的含乙烯基单体包括N，N-二甲基丙烯酰胺(DMA)、甲基丙烯酸甘油酯(GMA)、2-羟基乙基甲基丙烯酰胺、聚乙二醇单甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酸、N-乙烯基内酰胺(例如N-乙烯基吡咯烷酮或NVP)、N-乙烯基-N-甲基乙酰胺、N-乙烯基-N-乙基乙酰胺、N-乙烯基-N-乙基甲酰胺、N-乙烯基甲酰胺、碳酸乙烯酯单体、氨基甲酸乙烯酯单体、恶唑酮单体、它们的混合物等。

可被结合到一些实施方案中所用聚合物内的一些优选亲水单体能包括亲水单体如DMA、GMA、2-羟基乙基甲基丙烯酰胺、NVP、聚乙二醇单甲基丙烯酸酯、MAA、丙烯酸和它们的混合物。在某些实施方案中，DMA、GMA和MAA是最优选的。

合适的疏水单体包括具有可聚合乙烯基基团的含硅酮单体和大分子单体。优选乙烯基基团为甲基丙烯酰氧基。合适的含硅酮单体和大分子单体的例子包括含有至少二个[-Si-O-]重复单元的mPDMS型单体、含有平均分子量约小于2000道尔顿的可聚合基团、羟基和至少一个“-Si-O-Si-”基团的SiGMA型单体和含有至少一个Si(OSi-)₃基团的TRIS型单体。合适TRIS单体的例子包括甲基丙烯酰氧基丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基双(三甲基甲硅烷氧基)甲基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基五甲基二硅氧烷、它们的混合物等。

优选地，mPDMS型单体包括总数量大于含硅酮单体总分子量20wt％和更优选大于30wt％的Si和连接的O。合适的mPDMS单体具有式

合适直链单烷基封端的聚二甲基硅氧烷(“mPDMS”)的例子包括：

其中b＝0-100，此时应认识到b为具有近似等于指定值的模式的分布，优选4-16，更优选8-10；R₅₈包括含有至少一个烯键式不饱和部分的可聚合一价基团，优选含有苯乙烯基、乙烯基、(甲基)丙烯酰胺或(甲基)丙烯酸酯部分的一价基团，更优选甲基丙烯酸酯部分；每个R₅₉独立地为一价烷基或芳基，其可进一步被醇、胺、酮、羧酸或醚基团取代，优选未取代的一价烷基或芳基，更优选甲基；R₆₀为一价烷基或芳基，其可进一步被醇、胺、酮、羧酸或醚基团取代，优选未取代的一价烷基或芳基，优选可包括杂原子的C_1-10脂肪族或芳族基团，更优选C_3-8烷基，最优选丁基；和R₆₁独立地为烷基或芳基，优选乙基、甲基、苄基、苯基或包括1-100个重复Si-O单元的一价硅氧烷链。

优选在SiGMA型单体中，硅和它相连的氧占所述单体的约10wt％，更优选超过约20wt％。SiGMA型单体的例子包括式I的单体

其中取代基如US5998498中所限定，本文引入它作为参考。

合适的SiGMA型单体的具体例子包括2-丙烯酸、2-甲基-2-羟基-3-[3-[1，3，3，3-四甲基-1-[(三甲基甲硅烷基)氧基]二硅氧烷基]丙氧基]丙基酯

和(3-甲基丙烯酰氧基-2-羟基丙氧基)丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷

SiGMA型单体的另一些例子包括但不限于(3-甲基丙烯酰氧基-2-羟基丙氧基)丙基双(三甲基甲硅烷氧基)甲基硅烷。

在一些示例性实施方案中，可引入疏水单体如甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸乙酯到聚HEMA内以改变水吸收、氧渗透性或预定用途需要的其它物理性质。共聚用单体的示例性数量可小于约50wt％，并优选在约0.5和40wt％之间。具体范围可取决于所得水凝胶的所需水含量、所选单体的溶解度和所选稀释剂。例如，在共聚用单体包括MMA的实施方案中，可有益地包括数量小于约5wt％和优选在约0.5和约5wt％之间。在其它实施方案中，共聚用单体可包括数量不超过约50wt％、优选在约25wt％和约45wt％之间的GMA。在另外一些其它实施方案中，共聚用单体可包括数量不超过约50wt％并优选数量在约10和约40wt％之间的DMA。

一些实施方案还包括引发剂和链转移剂的使用。各种实施方案因此可包括使用任何所需的引发剂，包括但不限于热活化引发剂、UV和/或可见光光引发剂等以及它们的组合。合适的热活化引发剂包括月桂基过氧化物、过氧化苯甲酰、过碳酸异丙酯、偶氮二异丁腈、2，2-偶氮二异丁腈、2，2-偶氮双-2-甲基丁腈等。优选的引发剂包括2，2-偶氮双-2-甲基丁腈(AMBM)和/或2，2-偶氮二异丁腈(AIBN)。

在镜片形成性混合物中使用有效数量的引发剂，例如，约0.1至约5wt％，并优选每100份反应性单体有约0.1至约2重量份。

在一些示例性实施方案中，可通过自由基聚合使HEMA单体和任何所需的共聚用单体聚合。聚合在能溶解HEMA单体和聚合期间所得聚HEMA的任何溶剂中进行。用于HEMA单体聚合的合适溶剂包括醇、二醇、多元醇、芳烃、醚、酯、酯醇、酮、亚砜、吡咯烷酮、酰胺、它们的混合物等。具体溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、1-丙醇、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸异丙酯、二醇醚如Dowanol系列产品、乙氧基丙醇、DMF、DMSO、NMP、环己酮、它们的混合物等。优选的溶剂包括具有1至4个碳原子的醇，更优选乙醇、甲醇和异丙醇。必须使用足够的溶剂溶解单体。通常，溶剂中约5-约25wt％的单体是合适的。

自由基聚合可在约40℃-约150℃的温度下进行。可通过设备可用的压力限制和处理聚合放热的能力确定上限。可通过最大可接受反应时间和/或引发剂的性质确定下限。对于在大约环境压力下的聚合，对于提供所需转化程度所需的时间，优选的温度范围在约50℃-约110℃，更优选约60℃-约90℃。自由基聚合反应在约1至约6小时内通常进行单体反应的约90至约98％。如果需要更完全的转化，(大于约99％)，则可进行反应约12至约30小时，更优选约16-约30小时。由于在聚合步骤中制备的聚HEMA在许多情况下都要经过分馏除去低分子量物种，因此在所有实施方案中可不需要使聚合过程达到高的转化程度。

在一些实施方案中，可任选地包括链转移剂。用于形成聚HEMA的链转移剂可具有大于约0.001的链转移常数值，优选大于约0.2，更优选大于约0.5。示例性链转移剂包括但不限于具有式R-SH且其中R为C₁至C₁₂脂肪基、苄基、环脂肪基的脂肪族硫醇或x为1-24的CH₃(CH₂)_X-SH、苯、正丁基氯、叔丁基氯、正丁基溴、2-巯基乙醇、1-十二烷基硫醇、2-氯丁烷、丙酮、乙酸、氯仿、丁胺、三乙胺、二正丁基硫化物和二硫化物、四氯化碳和溴化物等，和它们的组合。通常，基于单体制剂的总重量，使用约0至约7wt％。优选使用十二烷硫醇、癸烷硫醇、辛基硫醇、巯基乙醇或它们的组合作为链转移剂。

在一些实施方案中，优选在没有链转移剂时聚合聚HEMA。因此，在一些实施方案中可使用醇作为溶剂，优选具有1至4个碳原子的醇，并优选溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇和它们的混合物。

在一些示例性实施方案中，在自由基聚合中形成的聚HEMA可能具有对于在根据本发明的模具中直接使用而言太高的多分散性。这可能是过程的反应动力学引起，在该过程中，重要的终止反应是两个生长聚合物链的组合。因此，当使用自由基聚合形成聚HEMA时，在官能化前或后纯化聚HEMA以除去分子量在所需范围以外的聚合物可以是有利的。可使用任何能基于分子量分离材料的方法。

非溶剂必须降低至少一个参数以确保最大分子量大于约90000的聚HEMA的选择性沉淀。如果非溶剂增加分离混合物的溶解度参数，则沉淀更不是分子量的函数，在所需分子量范围内的聚HEMA被损失。

在一些示例性实施方案中，可使用分子量小于约15000的聚合物分子的数量少于约10％、优选少于约5％和更优选少于约2％的聚HEMA。分馏方法是灵活的，并可根据具体聚合物的特性改变。可利用上面公开内容通过简单小型试验容易地确定得到所需多分散性程度所需的条件。合适的温度范围包括约5至约50℃。合适的持续时间为约1小时至约7天。

在一些实施方案中，只有低分子量馏分从聚HEMA中被除去。这可通过上述溶剂/非溶剂方法完成。在优选实施方案中，在聚HEMA被官能化后在洗涤步骤中除去低分子量材料。

在一些实施方案中，还可通过阴离子聚合或受控自由基聚合如利用TEMPO型聚合、ATRP(原子转移自由基聚合)、GTP(基团转移聚合)和RAFT(可逆加成-断裂链转移聚合)直接形成聚HEMA。

例如，对于阴离子聚合，可在合适的溶剂如THF溶液中溶解所需的甲硅烷基保护单体。反应使用已知的引发剂如1，1-二苯基己基锂作为引发剂在约-60℃和约-90℃之间的降低的温度下进行。可通过常规手段如但不限于脱气甲醇终止聚合。

可使用具有指定分子量范围和多分散性的聚HEMA组合物制备具有明确定义的多分散性和分子量的可交联预聚物。但作为一个例子，可交联预聚物能够具有可在极短时间内通过UV来交联的丙烯酸基团，以形成迄今通过常规方法不能得到的具有非常理想性质的角膜接触镜片。

在一些示例性实施方案中，通过连接可交联官能团到聚HEMA上来使其官能化形成可交联预聚物。通常，官能团可为预聚物提供交联并形成交联的聚合物或水凝胶的能力。提供可交联官能团的合适反应物具有结构A-S-F，其中A为能与聚HEMA中的羟基形成共价键的连接基团；S为间隔基和F为包括烯键式不饱和部分的官能团。合适的连接基团A可包括氯化物、异氰酸酯、酸、酸酐、酰基氯、环氧化物、氮杂内酯、它们的组合等。优选的连接基团可包括酸酐。

间隔基可为直接键、具有1-8个碳原子并优选具有1-4个碳原子的直链、支链或环状烷基或芳基、或n在1和8之间并优选在1和4之间的具有式-(CH₂-CH₂-O)n-的聚醚链。

合适的官能团包括可自由基聚合的烯键式不饱和部分。合适的烯键式不饱和基团可具有式

-C(R¹⁰)＝CR¹¹R¹²

其中R¹⁰、R¹¹和R¹²独立地选自H、C_1-6烷基、羰基、芳基和卤素。优选R¹⁰、R¹¹和R¹²独立地选自H、甲基、芳基和羰基，更优选在一些实施方案中选自H和甲基。

优选的示例性反应物可包括甲基丙烯酰氯、2-异氰酸根合乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸异氰酸根合乙酯(IEM)、甲基丙烯酸缩水甘油酯、肉桂酰氯、甲基丙烯酸酐、丙烯酸酐和2-乙烯基-4-二甲基氮杂内酯。

以基于聚HEMA中可用羟基数量的化学计量基础计，连接到聚HEMA的可交联官能团的合适数量可包括约1至约20％，优选约1.5-约10％，最优选约2至约5％。可通过已知的方法如测定不饱和基团或通过水解官能化反应物和聚合物之间的键然后用HPLC测定释放的酸来测量官能化程度。

取决于选择的连接基团，可在有或没有常规催化剂时进行官能化。合适的示例性溶剂包括能在所选反应条件下溶解聚HEMA的极性、非质子溶剂。合适溶剂的例子包括二甲基甲酰胺(DMF)、六甲基磷酸三酰胺(HMPT)、二甲基亚砜(DMSO)、吡啶、硝基甲烷、乙腈、二噁烷、四氢呋喃(THF)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)。优选的溶剂包括甲酰胺、DMF、DMSO、吡啶、NMP和THF。当使用IEM时，催化剂为锡催化剂，并优选二月桂酸二丁锡。

官能化镜片形成性混合物还可包含能与官能化产生的部分反应的清除剂。例如，当使用酸酐作为连接基团时，包括至少一种叔胺、具有非质子氮的杂环化合物或其它路易斯碱与产生的羧基反应可以是有益的。合适的叔胺包括吡啶、三乙二胺和三乙胺，优选三乙胺。如果包括叔胺，可包括稍微摩尔过量(约10％)的叔胺。在优选实施方案中，溶剂为NMP，反应物为甲基丙烯酸酐、丙烯酸酐或它们的混合物，并存在三乙胺。最优选的反应物为甲基丙烯酸酐。

示例性反应可在约室温下进行。每种官能团可要求特定的温度范围，这可被本领域那些技术人员所理解。约0℃和50℃并优选约5℃和约45℃的范围通常是合适的。可使用环境压力。例如，当可交联官能团为酸酐时，在约5℃-约45℃的温度进行官能化约20至约80小时的时间。本领域那些技术人员能认识到，通过平衡选择的时间和温度，可忍受在这些指定值以外的范围。可进行该反应以产生具有具有如上面所限定的分子量和多分散性的聚HEMA骨架的可交联预聚物。

除了连接可交联侧基外，其它侧基可提供附加的功能，包括但不限于用于交联的光引发剂、药物活性等。当在分析诊断应用中使用交联的凝胶时，还有其它官能团可包含能与指定化合物结合和/或反应的部分。

在一些示例性实施方案中，在形成可交联预聚物后，除去基本上所有未反应的反应物和副产物。“基本上所有”指在洗涤后小于约0.1wt％保留。这可通过常规手段如超滤来完成。但是，在本发明中，可以通过用水使预聚物溶胀并用水冲洗除去基本上所有不想要的成分来纯化可交联预聚物，其中不想要的成分包括单体、低聚或聚合原料化合物和用于制备聚HEMA的催化剂以及在可交联预聚物制备过程中形成的副产物。可用去离子水进行洗涤，并可选择条件以提供可交联预聚物颗粒的大的表面对体积比。这可通过冻干可交联预聚物、由可交联预聚物制备薄膜、挤出可交联预聚物成棒、雾化可交联预聚物溶液到去离子水内和本领域那些技术人员已知的其它类似方法来进行。

示例性过程可包括在室温下替换约3到约5次水间歇进行的洗涤，可通过在低于约50℃的升高温度下洗涤(提取)来缩短水替换之间的平衡时间。在一些示例性实施方案中，水除去会在储存和使用过程中浸出的杂质，提供了产生适合最终用途的纯材料的信心。

在一些实施方案中，多分散性在优选范围以外的未分馏的聚HEMA或只有高分子量材料被除去的聚HEMA被官能化，用大量水反复洗涤官能化的材料以除去反应物和低分子量的聚HEMA。利用这种方法，可得到具有低多分散性如低于2.0、优选低于1.7和更优选低于1.5的非常纯的官能化聚HEMA。通过这种方法得到的官能化可交联聚HEMA包括小于10％、优选小于5％和更优选小于2％的分子量小于约15000的聚HEMA。

应除去小分子的程度取决于官能化程度和预定用途。优选地，在固化期间，所有聚HEMA分子应通过至少二个共价键结合到聚合物网络上。由于官能化和固化的统计学特性，聚HEMA分子通过仅仅一个共价键或不通过任何共价键结合到聚合物网络的概率随最大分子量减小和官能化程度降低而增加。

对于较低的官能化，应除去较多的低分子量材料。通过比较除去和机械性质的试验可容易地确定恰当的数量。

一旦可交联预聚物被纯化，就能够将它溶解在可水置换的稀释剂中形成粘性溶液。稀释剂可用作能够溶解可交联官能化的聚HEMA预聚物并能够发生交联反应或固化的介质。在所有其它方面中，稀释剂都应为非反应性的。合适的稀释剂包括能在65℃或低于65℃下基于粘性溶液总重量溶解约30wt％至约60wt％可交联预聚物的那些。具体例子包括具有1至4个碳原子的醇，并优选甲醇、乙醇、丙醇和它们的混合物。可使用少量如少于全部稀释剂约50％的水作为辅助稀释剂。对于水凝胶而言，应向可交联预聚物中加入数量接近或等于最终水凝胶中存在的水量的稀释剂。在所得粘性溶液的约40wt％和约70wt％之间的稀释剂数量是可接受的。

粘性溶液可具有25℃约50000cps至约1x10⁷cps的粘度，优选25℃约100000cps至约1000000cps，更优选25℃约100000cps至约500000cps。

优选，稀释剂对于制品预定最终用途也是安全的。因而，例如，当正形成的制品为角膜接触镜片时，溶剂应优选对眼睛接触安全并且眼用相容。不能从所得制品中蒸发的稀释剂应具有使粘性溶液的Tg低于约室温(优选Tg小于约-50℃)和达到低蒸汽压(沸点超过约180℃)的能力。可生物相容稀释剂的例子包括聚乙二醇、甘油、丙二醇、二丙二醇、它们的混合物等。优选的聚乙二醇具有约200和600之间的分子量。可生物相容稀释剂的使用允许取消单独的用于除去稀释剂的洗涤/蒸发步骤。

还可使用低沸点稀释剂，但可能需要针对与预定使用环境不相容的稀释剂的蒸发步骤。低沸点稀释剂为极性的，并通常具有低沸点(小于约150℃)，这使得通过蒸发除去很方便。合适的低沸点稀释剂包括醇、醚、酯、二醇、它们的混合物等。优选的低沸点稀释剂包括醇、醚醇、它们的混合物等。低沸点稀释剂的具体例子包括3-甲氧基-1-丁醇、乳酸甲酯、1-甲氧基-2-丙醇、1-乙氧基-2-丙醇、乳酸乙酯、乳酸异丙酯、它们的混合物等。

还可加入聚合引发剂。引发剂可为在加工条件下有活性的任何引发剂。合适的引发剂包括热活化引发剂、光引发剂(包括UV和可见光引发剂)等。合适的热活化引发剂包括月桂基过氧化物、过氧化苯甲酰、过碳酸异丙酯、偶氮二异丁腈、2，2-偶氮二异丁腈、2，2-偶氮双-2-甲基丁腈等。合适的光引发剂包括芳族α羟基酮或叔胺加上二酮。光引发剂体系的示例性例子是1-羟基环己基苯基酮、2-羟基-甲基-1-苯基-丙-1-酮、二苯甲酮、噻吨-9-酮、樟脑醌和乙基-4-(N，N-二甲基氨基)苯甲酸酯或N-甲基二乙醇胺的组合、羟基环己基苯基酮、双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)-苯基氧化膦和双(2，6-二甲氧基苯甲酰基)-2，4，4-三甲基戊基氧化膦、(2，4，6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦和它们的组合等。光引发是优选的方法，双(2，6-二甲氧基苯甲酰基)-2，4，4-三甲基戊基氧化膦、双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)-苯基氧化膦和2-羟基-甲基-1-苯基-丙-1-酮是优选的光引发剂。其它引发剂在本领域中是已知的，如US5849841中在16栏公开的那些，其通过引用结合进来。

可被结合到预聚物或粘性溶液内的其它添加剂包括但不限于紫外光吸收化合物、活性染料、有机和无机颜料、染料、光致变色化合物、脱模剂、抗菌化合物、药物、模具润滑剂、润湿剂、保持一致产品规格所需要的其它添加剂(如但不限于TMPTMA)、它们的组合等。这些组合物可在几乎任何阶段添加，并可为共聚物，以附着的、缔合的或分散的形式。

粘性溶液应该优选不包含如下化合物比如自由单体：其在固化期间能够导致形成不结合到网络中和/或导致形成残余的可提取材料的聚合物材料。

示例性粘性溶液可具有有利地短的松弛时间。松弛时间优选小于约10秒，优选小于约5秒，和更优选小于约1秒。短的松弛时间能够是有益的，因为具有短松弛时间的预聚物能在固化前缓解流动引发的应力，因而固化的聚合物网络没有牢固的应力。这有利于本发明的粘性溶液在关闭模具和固化粘性溶液之间没有长的“停留”时间的情况下就被处理。

在一些实施方案中，为了限制镜片上不想要的应力，使粘性溶液能够在闭合模具中搁置是粘性溶液松弛时间的2到3倍长的时间是有益的。在一些实施方案中，本发明的粘性溶液在室温下可具有有益地短的松弛时间(少于约10秒，优选少于约5秒，更优选少于约1秒)，其允许停留时间通常少于约30秒，优选少于约10秒，更优选少于约5秒。

短停留时间的附加益处可包括从模具部件到可交联预聚物内的氧扩散最小。氧的扩散可损害制品表面处的固化过程。应认识到，粘性溶液可被停留比在低氧含量模具中指定时间更长的时间，除了较慢生产时间外，负面影响最小或没有。

包含粘性溶液的模具可被暴露于电离或光化辐射，例如电子束、X-射线、UV或可见光，即波长在约280至约650nm范围内的电磁辐射或粒子辐射。其它合适的有UV灯、HE/Cd、氩离子或氮气或金属蒸气或具有多重频率的NdYAG激光束。辐射源和引发剂的选择对于本领域那些技术人员来说是已知的。本领域那些技术人员也认识到，辐射到粘性溶液中的渗透深度和交联速度与所选光引发剂的分子吸收系数和浓度直接关联。在优选实施方案中，辐射源选自UVA(约315-约400nm)、UVB(约280-约315)或可见光(约400-约450nm)，都在高强度下。本文使用的术语“高强度”指在约100mW/cm²至约10000mW/cm²之间的那些。固化时间短，通常小于约30秒，优选小于约10秒。固化温度可为从约环境温度到约90℃的升高的温度。为了方便和简化，固化优选在约环境温度进行。精确条件将依赖于所选镜片材料的组分，并在本领域那些普通技术人员确定的技能内。

固化条件必须足以由可交联预聚物形成聚合物网络。得到的聚合物网络用稀释剂来溶胀并具有模具腔105的形式。

一旦固化完成，就打开模具。成型后用于除去未反应组分或副产物的纯化步骤与常规成型方法相比简化了，或者在本发明中不需要。如果使用生物相容稀释剂，则在这个阶段也不需要洗涤或蒸发步骤。本发明的一个优点是当使用生物相容稀释剂时，成型后提取和稀释剂交换步骤都不需要。如果使用低沸点稀释剂，则应蒸发出稀释剂并用水来水合镜片。

一些示例性的所得镜片包括聚合物网络，当用水溶胀时，其变成水凝胶。水凝胶可包括约20至约75wt％的水，优选约20至约65wt％的水。水凝胶可具有优异的机械性质，包括模量和断裂伸长率。模量可为约20psi或更高，优选约20-约90psi，更优选约20-约70psi。

尽管在上面和附图中具体描述了本发明，但本领域那些技术人员能认识到，在不脱离本发明精神和范围的情况下，可在其中作出形式和细节上的上述和其它变化，本发明的精神和范围仅仅由附加权利要求的范围限定。

Claims

1、形成眼用镜片的方法，所述方法包括步骤：

定量给料一定数量的包括预聚物的镜片形成性混合物到第一模具部件内，其中所述第一模具部件包括镜片成形表面和排气口成形部分；

装配第二模具部件到第一模具部件上；

施加结合第一模具部件和第二模具部件的预定压力并在于第一模具部件和第二模具部件之间形成的腔内将所述预聚物成型为所述眼用镜片的所需形状以及在所述镜片成形表面周边周围形成排气口部分；

通过所述排气口部分排出大气气体；和

固化所述预聚物以形成所述眼用镜片。

2、权利要求1的方法，其中所述预聚物包括最高分子量约25000、多分散性小于约2至最高分子量约100000、多分散性小于约3.8的聚HEMA或硅树脂。

3、权利要求1的方法，其中定量给料预聚物的步骤包括：

以预定剂量数量加或减2毫克的精度公差定量给料。

4、权利要求1的方法，其中所述预定剂量数量为约25至35毫克。

5、权利要求1的方法，其中第一模具部件和第二模具部件中的至少一个由包括聚烯烃的材料形成。

6、权利要求1的方法，其中结合第一模具部件和第二模具部件的预定压力包括比足以使第一模具部件和第二模具部件中的一个或多个变形的力小的力。

7、权利要求1的方法，其中结合第一模具部件和第二模具部件的预定压力包括在约1千克和10千克力之间的力。

8、权利要求1的方法，其中第一模具部件和第二模具部件中的至少一个包括能传递足以固化所述预聚物的光能的区域。

9、权利要求8的方法，其中足以固化所述预聚物的光包括约350-600纳米的频率。

10、权利要求1的方法，其中第一模具部件和第二模具部件中的一个或二个包括能成型多个眼用镜片的可重复使用模具部件。

11、权利要求10的方法，其中第一模具部件和第二模具部件中的一个或二个包括金属材料。

12、权利要求10的方法，其中第一模具部件和第二模具部件中的一个或二个包括玻璃和石英中的一种或多种。

13、权利要求1的方法，其中第一模具部件和第二模具部件中的至少一个包括能传递足以对形成的眼用镜片杀菌的光能的区域。

14、权利要求1的方法，其中所述眼用镜片包括硅树脂水凝胶角膜接触镜片。

15、用于由预聚物形成眼用镜片的成型装置，所述成型装置包括：

第一模具部件，包括：a)凹镜片表面区域，其能接受预聚物并包括要被给予在所述凹镜片表面区域内形成的镜片的光学质量，b)第一排气口成形部分，和c)对准锥形部分；和

第二模具部件，包括：a)凸镜片表面区域，其当靠近所述凹镜片表面区域定位时，形成眼用镜片成形腔，b)第二排气口形成部分，其当靠近所述第一排气口形成部分定位时限定出将所述镜片形成腔流体连接到环境区域的排气口，和c)对准锥形部分；

能透过有效固化所述预聚物的光能的区域。

16、权利要求15的成型装置，还包括在第一模具部件和第二模具部件的一个或二个中透过有效固化所述预聚物的光能的区域。

17、权利要求15的成型装置，其中第一模具部件和第二模具部件的至少一个包括环烯烃，所述环烯烃的模量足以承受约千克-10千克力之间的停止负荷且没有足以使在镜片形成腔中形成的镜片变形的形变。

18、权利要求15的成型装置，其中第一模具部件和第二模具部件的至少一个包括适合用于形成多个眼用镜片的金属模具部件。

19、权利要求15的成型装置，其中所述排气口部分包括约0.001mm至约0.20mm宽的通道。

20、权利要求15的成型装置，其中所述排气口部分包括约0.003mm至约0.10mm宽的通道。