共聚物水凝胶接触镜材料的研究

　第20卷第2期高分子材料科学与工程V o l.20,N o.2　2004年3月POL Y M ER M A T ER I AL S SC IEN CE AND EN G I N EER I N G M ar.2004共聚物水凝胶接触镜材料的研究Ξ

黎新明1,崔英德1,蔡立彬2

(1.仲恺农业技术学院,广东广州510225;2.西北工业大学材料科学与工程学院,陕西西安710072)

摘要:以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,N2乙烯基吡咯烷酮(NV P)、甲基丙烯酸Β2羟乙酯(H E M A)以及甲基丙烯酸酯共聚,制备水凝胶接触镜材料,并研究了该水凝胶的溶胀性能。实验发现,不添加交联剂的情况下,共聚产物即可形成具有交联结构的水凝胶;随NV P含量的增大,水凝胶的平衡溶胀度也增大;

少量甲基丙烯酸酯的加入,可较小幅度地降低共聚物水凝胶的平衡溶胀度;T G分析表明,NV P与

H E M A二元共聚物水凝胶中的自由水容易脱水,而添加甲基丙烯酸酯可增强水凝胶的抗脱水性能,以

甲基丙烯酸乙酯较为明显。

关键词:N2乙烯基吡咯烷酮;甲基丙烯酸Β2羟乙酯;水凝胶;角膜接触镜

中图分类号:TQ325.7 文献标识码:A 文章编号:100027555(2004)022*******

角膜接触镜俗称“隐形眼镜”,近年来在我国发展迅速。角膜接触镜的制造材料,包括硬性不透气材料、硬性透气性材料、软性非亲水性材料以及水凝胶材料[1]。其中,采用水凝胶材料制造的角膜接触镜具有配戴舒适、透氧性好、可辅助治疗眼疾等优点,成为主要的角膜接触镜制造材料。研究发现,水凝胶角膜接触镜材料的透氧能力与其含水量成正比[2],并且与水凝胶中水的存在状态有关[3]。故在保证材料强度的条件下提高其含水量,有助于提高材料的透氧能力。

NV P是一种重要的乙烯基化合物,具有良好的水溶性、生理相容性等性能[4]。本研究拟将H E M A与水溶性单体NV P及非亲水性甲基丙烯酸酯共聚,制备适合作为角膜接触镜材料的水凝胶,并研究这种水凝胶材料的溶胀性能。

1　实验部分

1.1　原料

NV P:德国BA SF公司进口分装,使用前经减压蒸馏提纯,收集0.097M Pa下122℃馏分;H E M A:A cro s O rgan ic公司产品,广州市医药公司分装,直接使用;过氧化苯甲酰(B PO):食品级,广州真尔诚公司产品,直接使用;其它试剂均为化学纯,直接使用。

1.2　实验方法

将定量引发剂B PO加入小烧杯中,依次加入NV P、H E M A以及甲基丙烯酸酯,用电磁搅拌器搅拌30m in,过滤,通氮气30m in,然后将滤液倒入已经预热的玻璃模具中,置于烘箱中密闭反应。当发现反应体系成为坚硬、透明的薄膜时,结束反应。将反应产物置于蒸馏水中充分溶胀,分别得到NV P2H E M A二元共聚物水凝胶以及NV P2H E M A2甲基丙烯酸酯三元共聚物水凝胶。

1.3　测试方法

1.3.1　透光性能和酸碱性测试:将产物置于蒸馏水中浸泡至溶胀平衡后取出,用滤纸吸干表面的水分,以蒸馏水做参比,用721型分光光度计在450nm～700nm下测量水凝胶的平均透射比。取溶胀平衡的水凝胶样品20g,置于100 mL蒸馏水中煮沸10m in,冷却至室温,用PH S225型酸度计测量水凝胶浸出液的pH值。

1.3.2　溶胀度测试:取5g左右干燥至恒量的

Ξ收稿日期:2002204208;修订日期:2002207214

　基金项目:国家自然科学基金(N o.29976007)和广东省自然科学基金(N o.990129)资助项目　作者简介:黎新明(1976～),男,博士生.　Em ail:lixinm ing@

样品,在足量蒸馏水中浸泡至溶胀平衡,取出,用滤纸轻轻吸干表面的水分,称量其质量W 1(g )。然后将样品置于90℃鼓风干燥箱中干燥至恒量,称量其质量W 2(g ),依下式计算水凝胶的平衡溶胀度Q e :

Q e =(W 2-W 1) W

1

1.3.3　脱水性能测试:取5g 左右干燥至恒量

的样品,置于蒸馏水中浸泡至溶胀平衡,然后在室温下自然放置,每10m in 测试一次水凝胶的剩余含水量,考察水凝胶在室温自然放置条件下的脱水性能。

另外,分别对溶胀平衡的水凝胶以及溶胀平衡后、在空气中自然放置40m in 的水凝胶进行热重分析

,扫描速率为10℃ m in 。

F ig .1　The IR pattern of the

m ixture of mono mers

of NVP and HE M A

F ig .2　The IR pattern of the copoly mer of NVP

and HE M A

2　结果与讨论2.1　红外光谱分析

比较NV P 与H E M A 两种单体混合物以及其共聚物的红外谱图(F ig .1,F ig .2),发现除前者碳2碳双键在751c m -1的吸收峰消失外,其余吸收峰基本保持不变,但吸收强度增大,可定性说明反应完全。

2.2　水凝胶透射比与酸碱性

实验发现,除少数NV P 含量比较大的样

品出现白浊现象外,绝大多数水凝胶在350nm ～900nm 下的平均透射比超过96%,超过国家标准对软接触透镜透射比所要求的92%[5],并且两种单体的配比对透光率无明显影响。由于在该共聚体系中,H E M A 的竞聚率大于1,而NV P 的竞聚率远远小于1[6],则反应达到一定时间后,H E M A 反应完毕,最后为NV P 的均聚物。如果在配制反应原料时,两种单体混合不够均匀,则NV P 结构单元在H E M A 交联网络中的分布也不均匀,导致水凝胶的交联结构分布不均匀,因此出现相分离现象,水凝胶出现白浊。

研究发现,水凝胶浸出液的pH 值全部在7.1

～7.3之间,变化不大,并且与各单体比例及反应条件无明显关系。

F ig .3　The I nf luence of the proportion of NVP on the

water con ten t of the hydrogel

2.3　水凝胶的平衡溶胀度

实验发现,在NV P 2H E M A 二元共聚物水凝胶中,NV P 的含量对水凝胶的平衡溶胀度有较大影响,如F ig .3所示。由图可见,增加NV P 单体在共聚反应体系中的含量,能提高水凝胶的溶胀度。尽管NV P 和H E M A 均为水溶性单

体,但是,在均聚时H E M A 可形成交联结构,而NV P 则不能形成交联结构。由于H E M A 分子结构中存在直的支链,彼此之间可以相互缠绕,形成物理交联结构。并且,H E M A 分子结构中的羟基形成比较强的氢键,增大了交联的程度。因此,即使不加交联剂,H E M A 的均聚物也可以形成具有交联结构的水凝胶。而NV P 的分子结构中无直的支链,只有环状支链,在聚合或共聚过程中,不能形成交联结构。在NV P 与H E M A 共聚过程中,NV P 分子扩散到H E M A

291高分子材料科学与工程2004年