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JP2009544381A - 熱可塑性コーティングの光硬化 - Google Patents

熱可塑性コーティングの光硬化 Download PDF

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JP2009544381A
JP2009544381A JP2009521255A JP2009521255A JP2009544381A JP 2009544381 A JP2009544381 A JP 2009544381A JP 2009521255 A JP2009521255 A JP 2009521255A JP 2009521255 A JP2009521255 A JP 2009521255A JP 2009544381 A JP2009544381 A JP 2009544381A
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トリール,エゴン
ルド ニールセン,ボ
ヘイ,カーステン
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コロプラスト アクティーゼルスカブ
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Abstract

本発明は、押出または射出成形の手段による医療デバイスエレメントの作製方法、ならびにこのような押出または射出成形された医療デバイスエレメントを含む医療デバイスに関する。該医療デバイスエレメント(例えば、チューブ、ワイヤ、ライン、ステント、カテーテル、ガイド、歯内治療器具、ニードル、例えば腹腔鏡手術、腹腔鏡補助品、手術用具、ガイドワイヤ用のトロカール)は、その上に熱可塑性マトリックスポリマーと親水性ポリマーが共有結合的に架橋されたコーティング組成物の層を有するプレハブ成形品または熱可塑性基板ポリマーを特徴とする。本方法は、熱可塑性マトリックスポリマー、親水性ポリマー、および例えば、熱可塑性マトリックスポリマーの分子および/または親水性ポリマーの分子に共有結合された1以上の光開始剤を含むコーティング組成物を含む。該コーティング組成物に、該コーティング組成物を共有結合的に架橋させるようにUVまたは可視光を照射する。

Description

本発明は、押出、射出成形または粉末コーティングの手段による医療デバイスエレメントの作製方法に関する。本発明はさらに、このような押出、射出成形または粉末コーティングされた医療デバイスエレメントを含む医療デバイスに関する。該医療デバイスエレメントは、その上に熱可塑性マトリックスポリマーと親水性ポリマーが共有結合的に架橋されたコーティング組成物の層を有するプレハブ成形品または熱可塑性基板ポリマーを特徴とする。
多くの医療デバイスが潤滑性のある表面を必要とする。医療分野では、例えばカテーテル、ガイドワイヤなどの簡単なデバイスを体腔または皮膚に挿入し、後に引き抜かなければならない。患者の処置にはしばしばカテーテル留置や栄養送達系が含まれ、そのほとんどのものが侵襲的技術を含む。このような全ての場合で、挿入段階および引き抜き段階の双方に安定である、効果的な潤滑性が患者の快適性に大きく寄与する。
米国特許第5,084,315号には、共有結合的に架橋されていないPEOとポリウレタンを含む組成物を用いる、例えば同時押出による成形品の方法が開示されている。この製品の表面は水と接触した際に潤滑性となるとされている。
米国特許第5,061,424号には、共有結合的に架橋されていないPVPとポリウレタンを含む組成物を用いる、例えば同時押出による成形品の作製方法が開示されている。この製品の表面は水と接触した際に潤滑性となるとされている。
米国特許第6,447,835号には、チューブをコーティングとともに同時押出することによる、医療デバイスの被覆中空ポリマーチューブ部材の作製方法が開示されている。このコーティングはアクリルモノマーを含み、これらを押出後に架橋アクリルポリマーネットワークを形成するように反応させることができる。
米国特許第5,084,315号および米国特許第5,061,424号の成形品は確かに望ましいものであり、いくつかの適用では摩擦が小さいという点で満足のいく特性ではあるが、本発明者らは、カテーテルおよびガイドワイヤなどのある種の医療デバイスに必要とされる格段に低い摩擦を、コーティングの十分な凝集性およびコーティングと基板の十分な接着性と組み合わせることはできないことを見出した(参照例1〜3参照)。従って、本発明者らは、簡便性、格段に低い摩擦、優れた凝集性および優れた接着性という点で利点をもたらす医療デバイスの作製方法を開発することが必要であると分かった。
よって、本発明は、簡便性、格段に低い摩擦、優れた凝集性および優れた接着性という点で利点をもたらす医療デバイスの作製方法(請求項1で定義される方法参照)、および新規な医療デバイス(請求項12、13および14参照)により上述の問題に解決策を与える。
プレハブチューブ、熱可塑性基板ポリマーの層、および共有結合的に架橋されたコーティング組成物からなる医療デバイス(例えば、カテーテルチューブ)(実施例6参照)を示す。 不十分な光硬化による、膨潤後のチューブからの離層を示す(実施例6参照)。 適切な光硬化によりチューブに結合した膨潤層を示す(実施例6参照)。 PVPコーティング組成物の非架橋崩壊を示す(実施例2参照)。a)12.5倍拡大;b)40倍拡大 Estane 58212上への熱プレス積層後の種々のブレンドの接着特性を示す。記号黒塗り四角は、水中で膨潤した際に崩壊したブレンドを表す。吸水性は高かったが、ゲル強度が低すぎた。記号黒塗り丸は完全な離層を表し、基板からの層の分離が起こる。記号黒塗り三角は、層間の膨れが全くないか、または極めて少ない、基板との良好な接着を示す。詳細ならびに領域IおよびIIの説明に関しては、参照例3を参照。 1〜4の主観的スケールで評価した場合の、Estane 58212ポリウレタンチューブ上に押し出した化合物/組成物A、BおよびCそれぞれの層の接着を光硬化時間の関数として示す(詳細については実施例6参照)。 FT−IRにより測定した場合の、100℃におけるGantrez AN 119 BF、MPEG 350およびIrgacure 2959の間の反応の進行を示す(詳細については実施例7参照)。 3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)とジアミンJeffamine D−230の間の瞬間的反応を示す(詳細については実施例12参照)。
本発明の方法
上述のように、本発明は、医療デバイスエレメントの作製方法に関し、該方法は、
(i)プレハブ成形品および/または熱可塑性基板ポリマーを提供する工程;
(ii)熱可塑性マトリックスポリマー、親水性ポリマーおよび1以上の光開始剤を含むコーティング組成物を提供する工程;
(iii)工程(ii)のコーティング組成物を工程(i)のプレハブ成形品および/または熱可塑性基板ポリマー上に押出、射出成形または粉末コーティングして、その上に該コーティング組成物の層を有する該プレハブ成形品および/または該基板ポリマーの医療デバイスエレメントを提供する工程(ここで、該プレハブ成形品と該基板ポリマーの双方が存在する場合、該プレハブ成形品はその上に該基板ポリマーの層を有する);
(iv)前記コーティング組成物にUVまたは可視光(100〜750nmの範囲の波長)を照射して該コーティング組成物を共有結合的に架橋させる工程
を含む。
本発明は、コーティング組成物を架橋させた後、1種以上の光開始剤およびUVまたは可視光に手段によって押出、射出成形または粉末コーティングすると、親水性ポリマーを含むコーティング組成物とプレハブ成形品または基板ポリマーとの接着が良好で、コーティング組成物の凝集が良好で、かつ、含水状態の親水性ポリマーの水分保持が良好であり、それにより長期間、低摩擦に関して優れた特性を有する医療デバイスエレメントが提供される。
該親水性ポリマーの良好な水分保持に関する良好な特性および長期間の低摩擦に関する優れた特性は、該ポリマー鎖の柔軟性がポリマーの架橋および基板ポリマーまたはプレハブ成形品への固着の手段により制限されるという事実にいく分矛盾する。
本発明の1つの重要な実施形態では、1種以上の光開始剤はポリマーまたはスキャフォールド、例えば、熱可塑性マトリックスポリマーの分子および/または親水性ポリマーの分子に共有結合的に連結される。
医療デバイス
「医療デバイス」とは、適性に広い意味で解釈すべきである。医療デバイス(機器を含む)の好適な例としては、カテーテル(尿路カテーテルなど)、内視鏡、咽頭鏡、栄養チューブ、ドレナージチューブ、気管内チューブ、ガイドワイヤ、縫合糸、カニューレ、ニードル、体温計、コンドーム、ユリシース(urisheath)、手袋用バリアコーティング、ステントおよび他のインプラント、コンタクトレンズ、体外血液導管、例えば透析用の膜、血液フィルター、循環補助用デバイス、コンドーム、創傷治療用包帯および造瘻バッグがある。最も関連があるのは、カテーテル、内視鏡、咽頭鏡、栄養チューブ、ドレナージチューブ、ガイドワイヤ、縫合糸ならびにステントおよびその他のインプラントである。本発明において特に着目する医療デバイスは、尿路カテーテルなどのカテーテルである。
本発明の方法はまた、例えば、食品の包装、かみそりの刃、漁師の網、配線導管、内面コーティングを有するウォーターパイプ、スポーツ用品、化粧品添加物、離型剤、ならびに釣糸および網など、医療目的以外でも低摩擦表面を有するデバイスの作製に同等に有用であると考えられる。
いくつかの医療デバイスは、組立または再配列された際にすぐに使える医療デバイスとなる1以上の医療デバイスエレメントを構築することができる。「医療デバイスエレメント」および「カテーテルエレメント」ととは、医療デバイスまたはカテーテルそのもの(すなわち、一体の医療デバイスまたはカテーテル)または「すぐに使用できる」医療デバイスまたはカテーテルの一部を意味する。
本明細書において医療デバイスエレメントはプレハブ成形品および/または熱可塑性基板ポリマーならびにコーティング組成物から形成される。プレハブ成形品および/または熱可塑性基板ポリマーを(同時)押出または射出成形すると、また、プレハブ成形品または基板ポリマーの表面の少なくとも一部にコーティング組成物を同時押出、射出成形または粉末コーティングにより同時または逐次適用すると、以下にさらに詳細に説明されるように、コーティング組成物でコーティングされるようになる。いくつかの実施形態では、該コーティング組成物(すなわち、親水性コーティング)はプレハブ成形品/基板ポリマーの全(外)表面を覆い、また、いくつかの実施形態では、その表面の一部だけを覆う。最も関連のある実施形態では、該コーティング組成物は、適切に使用した際に、その医療デバイスが意図される身体部分と直接接触するようになる医療デバイスの表面(好ましくは、全表面)の少なくとも一部を覆う。
プレハブ成形品
プレハブ成形品が含まれる実施形態では、該方法は成形品などのへのコーティングを提供するようにデザインされる。まさしく例えば、ステンレス鋼コアまたは典型的なガイドワイヤ合金(例えば、Nitinolおよび擬可塑性Beta Ti−Mo−V−Nb−Al合金)などの金属および合金などのいくつかの異なる材料がこのような成形品を構成し得るように、広範な成形品が考えられる(例えば、チューブ、ワイヤ、ライン、ステント、カテーテル、ガイド、歯内治療および歯科矯正器具、ニードル、例えば腹腔鏡手術、腹腔鏡補助品、手術用具、ガイドワイヤ用のトロカール)。まさしく熱可塑性ポリマーのようなガラス製品およびセラミックス製品も考えられる。好適な材料としてはまた、親水性ポリウレタン、疎水性ポリウレタン、ポリエーテルブロックアミド(例えば、Pebax(商標))、PVC、ポリアミド、ポリエステル、生分解性ポリエステル、ポリアクリレート、PS、シリコーン、ラテックスラバーなどの熱可塑性ポリマー;種々の構造を有するブロックコポリマー、ジブロック(A−B)、マルチブロック(A−B)nまたはトリブロック(A−B−A)、例えば、SEBS、SIS、SEPS、SBS、SEEPS(これらのブロックコポリマーはラバーブロック、一般にはトリブロックコポリマー用の中間ブロックに無水マレイン酸がグラフトされたものであり得る);LDPE、LLDPE、VLDPE、PP、PEおよびエチレンとプロピレンのコポリマー、メタロセン重合ポリオレフィン、PS、EMA、EEA、EnBA、PE g−MAH、EVA、EVOHおよび無水マレイン酸をグラフトした酢酸ビニルコポリマー(EVA g−MAH)、またはその組合せ、例えば、Orevac(登録商標)エチレン−酢酸ビニル−無水マレイン酸ターポリマーなどの熱可塑性ポリマー;ならびにMAHまたはGMAのいずれかを含むLotader(登録商標)エチレン−アクリルエステルターポリマーなどの官能性ポリオレフィン;ならびにPE、PP、PSなどの無水マレイン酸グラフトポリマーが挙げられる。省略形は実施例の表の説明されている。
熱可塑性基板ポリマー
熱可塑性基板ポリマーが含まれる実施形態では、本方法はこの基板上にコーティングが施されるようにデザインされる。熱可塑性基板ポリマーは、その医療デバイスエレメントの物理的形状を与えるように、またはコーティング組成物とプレハブ成形品の間に好適な界面を与えるように選択される。従って、基板ポリマーは一般に、ポリウレタン、ポリエーテルブロックアミド(例えば、Pebax(商標))、PVC、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、PS、シリコーン、ラテックスラバー、SEBS、SIS、SEPS、SEEPS、EVA、PEならびにエチレンおよびプロピレンコポリマー;親水性ポリウレタン、疎水性ポリウレタン、ポリエーテルブロックアミド(例えば、Pebax(商標))、PVC、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、PS、シリコーン、ラテックスラバーなどの熱可塑性ポリマー;種々の構造を有するブロックコポリマー、ジブロック(A−B)、マルチブロック(A−B)nまたはトリブロック(A−B−A)、例えば、SEBS、SIS、SEPS、SBS、SEEPS;これらのブロックコポリマーはラバーブロック、一般にはトリブロックコポリマーの中間ブロックにMAHがグラフトされたものであり得る);LDPE、LLDPE、VLDPE、PP、PEおよびエチレンとプロピレンのコポリマー、メタロセン重合ポリオレフィン、PS、EMA、EEA、EnBA、PE g−MAH、EVA、EVOHおよびEVA g−MAH、またはその組合せ、例えば、Orevac(登録商標)エチレン−酢酸ビニル−無水マレイン酸ターポリマーなどの熱可塑性ポリマー;MAHまたはGMAのいずれかを含むLotader(登録商標)エチレン−アクリルエステルターポリマーなどの官能性ポリオレフィン系;PE、PP、PSなどの無水マレイン酸グラフトポリマー;ならびにEPOCROS K系の反応性アクリレート−オキサゾリンコポリマーまたはRPS/RAS系のスチレン−オキサゾリンコポリマー、またはスチレン−アクリロニトリル−オキサゾリンコポリマーから選択される。
熱可塑性基板ポリマーとして使用するための、現行の極めて適切な材料はポリウレタンおよびPVC、特に、ポリウレタン、例えば、疎水性のポリウレタンである。
コーティング組成物
コーティング組成物の主要な構成要素は熱可塑性マトリックスポリマー、親水性ポリマーおよび1種以上の光開始剤である。以下、これらの構成要素をさらに詳細に述べる。
マトリックスポリマーおよび親水性ポリマーは好ましくは、95:5〜5:95、特に、80:20〜20:80、または75:25〜30:70の相対重量比で用いる。
意図する使用に応じて、特定の特性を達成するために、コーティング組成物に添加剤を組み込んでもよい。例えば、流動助剤、つや消し剤、熱安定剤、表面硬化改質剤、抗菌剤および浸透圧上昇化合物などの1以上の添加剤をコーティング組成物に加えてもよい。このような添加剤およびポリマー特性を改良するためのそれらの使用は慣例であり、当業者にはよく知られている。このような他の成分は、コーティング組成物の10重量%まで、例えば5重量%までの量で使用することができる。
抗菌剤は、銀スルファジアジンなどの銀塩;ポビドンヨウ素(PVPヨウ素とも呼ばれる)などの許容されるヨウ素源;グルクロン酸塩、酢酸塩、塩化物などのクロルヘキシジン塩;または塩化ベンザルコニウムなどの塩もしくは第四級抗菌剤、あるいはその他の防腐剤または抗生物質であり得る。抗菌剤は、例えば尿流動態検査が行われる場合、感染のリスクを軽減する。
ヒトの体腔に導入するのに好適な医療デバイスまたは器具では、浸透圧上昇化合物、例えば、水溶性非イオン性化合物(グルコース、ソルビトール、グリセリンまたは尿素など);またはイオン性化合物(アルカリ金属またはアルカリ土類金属または銀のハロゲン化物、硝酸塩、酢酸塩、クエン酸塩または安息香酸塩など);または酢酸などのカルボン酸などを含むことが有利であり得る。
数種の親水性ポリマー、例えばPVPでは、押出、射出成形または粉末コーティングを容易にするために可塑剤を含むことが必要または望ましい場合がある。このような場合、可塑剤はコーティング組成物の60重量%までの量で含むことができる。
一実施形態では、コーティング組成物は好ましくは、
20〜80重量%のマトリックスポリマー、
20〜80重量%の親水性ポリマー、
0〜60重量%の1種以上の可塑剤、
0.0001〜5.0重量%の1種以上の光開始剤、および
0〜5重量%の他の成分
を含む。
より着目される実施形態では、コーティング組成物は、
20〜80重量%のマトリックスポリマー、
20〜80重量%の親水性ポリマー、
0〜5重量%の1種以上の可塑剤、
0.0001〜5.0重量%の1種以上の(one of more)光開始剤、および
0〜5重量%のその他の成分
を含む。
特定の実施形態では、コーティング組成物は、
30〜75重量%の親水性ポリウレタンであるマトリックスポリマー、
25〜70重量%のPEOである親水性ポリマー、
0.001〜2.5重量%の1種以上の光開始剤、および
0〜5重量%のその他の成分
を含む。
別の特定の実施形態では、コーティング組成物は
30〜75重量%の親水性ポリウレタンであるマトリックスポリマー、
25〜50重量%のPEOである親水性ポリマー、
0〜60重量%の1種以上の可塑剤、
0.001〜2.5重量%の1種以上の光開始剤、および
0〜5重量%のその他の成分
を含む。
熱可塑性マトリックスポリマー
マトリックスポリマーの主要要件は、熱可塑性である。さらに、熱可塑性ポリマーは好ましくは、光硬化の温度で明澄(すなわち、透明、不透明でない)であるべきである。熱可塑性マトリックスポリマーはそれ自体、好ましくは、光開始剤が最大の吸光度を有する電磁スペクトルのUV−C部分(すなわち、280nmより小さい波長)において低吸光度を有するべきである。好ましくは、熱可塑性ポリマーのUV−B(280〜315nm)およびUV−A(315〜380nm)における吸光度も、その領域でいくつかの光開始剤が吸収されることから、低くなければならない。
好適な熱可塑性マトリックスポリマーの例は、熱可塑性基板ポリマー(「熱可塑性基板ポリマー」の節を参照)に関して定義された種のものである。好適な熱可塑性マトリックスポリマーとしては、MAH修飾PE(例えば、Orevac(登録商標))およびMAH修飾PP(例えば、Fusabond(登録商標))が挙げられる。ポリウレタン、特に、親水性ポリウレタン(ポリエーテルウレタンを含む)が特に有用である。さらに、両親媒性ブロックコポリマーも、熱可塑性マトリックスポリマーとして使用するために特に有用であり得る。
好ましい熱可塑性マトリックスポリマー群としては、Noveonからの親水性ポリウレタンTecogel 500およびTecogel 2000、またはCardiotechからのHydromed TPがある。該熱可塑性ポリマーは水中で少なくとも80%膨潤することができるべきであり、従って、この医療デバイスは通常の使用では乾燥しない。熱可塑性マトリックスポリマーの主要な機能は、コーティング組成物全体を熱可塑性とすることであり、従って、さらに追加する親水性ポリマーおよび光開始剤がそれ自体熱可塑性でなくとも、(同時)押出または射出成形に好適なものとすることである。
ポリイソシアネートから製造された熱可塑性ポリウレタンである高分子量ポリエーテルグリコール、ならびに鎖延長剤としての低分子量ジオールおよびジアミンは通常ポリエーテルウレタンと呼ばれ、本明細書でこの用語はポリエーテル主鎖を有するポリウレタンに関して用いられる。
ポリエーテルウレタン組成物は、通常「ハードセグメントドメイン」および「ソフトセグメントドメイン」と呼ばれるミクロドメインを発達させ、しばしばセグメント化ポリウレタンと呼ばれる。それらは(AB)n型ブロックコポリマーであり、Aがハードセグメントであり、Bがソフトセグメントである。ハードセグメントドメインは、イソシアネートと延長成分を含むコポリマー分子の部分の局在により形成し、ソフトセグメントドメインはコポリマー鎖のポリエーテルグリコール部分から形成する。ポリエーテルウレタン鎖のハードセグメントがある大きさを有する場合に相分離マイクロドメイン構造が生じる。長いハードセグメントが、相分離マイクロドメイン構造をもたらす。これに対し、非延長組成(延長剤を欠く)は極めて短いハードセグメントを有し、最小の相分離マイクロドメイン構造を有する。ハードセグメントは結晶性であり、物理的架橋および補強をもたらす。ポリエーテルグリコールソフトセグメントはほとんどがゴム状であり、弾性を与える。従って、ポリエーテルウレタンは熱可塑性エラストマー材料である。ハードセグメントとソフトセグメントの相対比を変更することによって広範な物理的特性が得られる。ポリエーテルウレタンの弾性、靱性およびその他の望ましい特性は、それらの相分離マイクロドメイン構造の結果である。
コーティング組成物の熱可塑性マトリックスポリマーとして使用するのに好適な親水性ポリエーテルウレタン(HPEU)は、ジイソシアネート、ポリエーテルグリコールおよび鎖延長剤の3種類の必須成分を含む。好適なジイソシアネートは、MDIなどの芳香族ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートおよびメチレン−4,4’−ジシクロヘキシルジイソシアネート脂環式ジイソシアネート、ならびに例えばヘキサメチレンジイソシアネートなどの脂肪族ジイソシアネートである。最も好ましいジイソシアネートはMDIである。
ポリエーテルグリコール成分は、PEG単独、またはポリ(1,2−プロピレンオキシド)グリコールまたはポリ(テトラメチレンオキシド)グリコールと混合したものである。好ましいポリオールは、約600〜8,000の分子量を有するPEG、またはそれを50重量%以上含有する混合物である。最も好ましいポリエーテルグリコールは、1000〜1450の平均分子量を有するPEGである。これらのPEGドメインの結晶性を軽減するためには、エチレンオキシド/1,2−プロピレンオキシドのランダムコポリマーまたはブロックコポリマーのいずれかに基づくポリエーテルポリオールまたはポリエーテルジオールTegomer(登録商標)D 3403を選択することができる。
鎖延長剤は水および/または炭素原子10個までの低分子量の分枝または非分枝ジオール、ジアミンまたはアミノアルコールまたはその混合物であり得る。鎖延長剤の代表的な非限定例としては、BDO;エチレングリコール;ジエチレングリコール;トリエチレングリコール;1,2−プロパンジオール(プロピレングリコール);1,3−プロパンジオール;1,6−ヘキサンジオール;1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン;ヒドロキノンジヒドロキシエチルエーテル;エタノールアミン;エチレンジアミン;およびヘキサメチレンジアミンがある。好ましい鎖延長剤は1,6−ヘキサンジオール;エチレンジアミン;ヘキサメチレンジアミンであり、最も好ましくはBDOである。
これらの成分のパーセンテージは、組成物のハードセグメントおよびソフトセグメントがその組成の総重量のそれぞれ25%〜60%および40%〜75%、好ましくはそれぞれ30%〜50%および50%〜70%となるようなものであり得る。これらのパーセンテージおよび比率から、これらの成分の好適な割合は容易に計算することができる。代表的なエラストマーセグメント化HPEUマトリックスポリマーおよびそれらの製造は米国特許第5,061,424号(実施例I)から既知である。HPEUマトリックスポリマーは溶液合成法またはバルク合成法によって製造することができる。あるいは、HPEUは通常の水中でのエマルション重合によって製造することができ、HPEUラテックスが得られる。
両親媒性ブロックポリマーは、極性ポリマー鎖に連結された非極性ポリマー鎖からなる。より詳しくは、このポリマーの極性鎖末端は水溶性であるか、または単独で用いる場合に少なくとも300%の水含量まで水膨潤性があるべきである。非極性鎖は好ましくは、水に浸漬した際に、10%を超えて水を取り込まない。
これらのポリマーは2種以上のモノマーからなり、各々ブロックで分類される。これらのポリマーは例えば、構造AAAAAABBBBBBを有するモノマーAとBのジブロック。またはAAAABBBBAAAAのような線状構造を有するトリブロック、あるいはまたマルチブロックまたは三腕もしくは多腕星形コポリマー構造でであってもよい。
ジブロック、トリブロック、マルチブロックまたは星形ブロックコポリマーとしての、長い疎水性末端ブロックを有する両親媒性ブロックコポリマーは、通常用いられている会合性増粘剤の組み込みに比べて劇的に凝集を改良する。物理的架橋のために、これらの両親媒性ブロックコポリマーは水和および吸水中に、コーティング内で高い凝集を維持する。
ブロックコポリマーの疎水性ブロックは、連続する親水相と相溶性がない分離した物理的架橋ドメインを形成する。
両親媒性ブロックコポリマー疎水部分は好適にはポリスチレン;ポリエチレン;ポリプロピレン、ポリ(1−ブテン)またはポリイソブチレンなどのポリ(α−オレフィン);ポリ(メタ)クリレート、ポリ(ビニルエーテル)、ポリ(酢酸ビニル)、ポリシロキサン、疎水性ポリエステルまたは圧力感受性接着性組成に通常用いられる類似のポリマー部分であり得る。
両親媒性ブロックコポリマーの親水性部分(Bブロック)は好適には、有意な量の水を吸収することができるいずれの種のポリマーであってもよい。単独で用いる場合、親水性ブロックは水溶性であるか、または少なくとも吸水性が高い。本発明に従って用いるための両親媒性ポリマーで用いるのに好適なポリマーは、PEG(ポリ(エチレングリコール))、PVP(ポリ(ビニルピロリドン))、ポリ(アクリル酸)、ポリ(アクリル酸)の塩、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、チグリン酸およびイタコン酸などの他のモノアシッドおよびジアシッドからなるポリマー;ポリ(ビニルアルコール)、親水性ポリウレタン、炭水化物またはゼラチンである。親水性ブロックは、コーティング組成物中で分離した親水性ドメインを形成し得るためには、好ましくは最小分子量約500g/モルを有する。好ましくは、この分子量は、末端ブロックの場合には1000g/モルより高く、中間ブロックの場合には5000g/モルより高い。
本発明に従った使用では、両親媒性ポリマーがポリスチレンブロックを含むことが好適である。本発明の好適な別の実施形態では、両親媒性ポリマーは疎水性ポリアクリレートブロックを含む。
本発明のさらなる実施形態では、両親媒性ポリマーは、1〜6個の炭素原子からなるビニル系不飽和脂肪族炭化水素のポリマーに由来する疎水性ブロックを含み、4炭素ビニル系不飽和炭化水素ポリブチレンおよびポリイソブチレンが最も好ましい。
本発明に従って用いられる好ましい両親媒性ブロックコポリマーでは、疎水性Aドメインは、数平均分子量約1000〜約50,000g/モルの、芳香族モノビニル化合物の熱可塑性ホモポリマーであり、親水性Bドメインは数平均分子量約1000〜約500,000g/モルである。
Aブロックに用いるための疎水性モノマーは、一般に約8〜約18の炭素原子を含む芳香族モノビニル化合物であり、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルピリジン、エチルスチレン、tert−ブチルスチレン、イソ−プロピルスチレン、ジメチルスチレンおよびその他のアルキル化スチレンがある。Aブロックはまた好適にはアクリルエステルまたはビニルエステルからなってもよい。
あるいは、Aドメインは、ブタジエン、クロロプレン、(メタ)クリルエステル、ビニルハロゲン化物(塩化ビニルなど)、ビニルニトリル、およびビニルエステル(酢酸ビニル、ビニルバーサテートおよびプロピオン酸ビニルなど)から選択されるエチレン性不飽和モノマーを含んでもよい。
本明細書において「(メタ)クリルエステル」とは、任意にハロゲン化、例えば、塩素化またはフッ化されたアクリル酸またはメタクリル酸、C1−C12直鎖または分枝アルコール、好ましくは、C1−C8アルコールのエステルを表す。このようなエステルの例としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸tert−ブチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−ブチルおよびメタクリル酸イソブチルがある。
好適なビニルニトリルは、特にアクリロニトリルおよびメタクリロニトリルなどの3〜12個の炭素原子を有するものである。
本発明別の実施形態では、スチレンは、α−メチルスチレンまたはビニルトルエンなどのスチレンの誘導体により完全に、または部分的に置換されている。
以下、ジブロックまたはトリブロックコポリマーの好ましい親水性Bブロックをさらに詳細に記載する。
Bブロックに用いるための親水性モノマーは例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸およびフマル酸などのエチレン性不飽和モノカルボン酸ジカルボン酸;ならびにアルカノール、好ましくは1〜4個の炭素原子を有するアルカノール(所望により非アルキル化またはアルキル化アミノ基を有してもよい)を有する、上述の種類のジカルボン酸のモノアルキルエステル;アクリルアミド、メタクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミドおよびN−アルキルアクリルアミドなどの不飽和カルボン酸のアミド;スルホン酸基およびアンモニウムを含むエチレン性モノマーまたはそのアルカリ金属塩、例えば、S−ビニルスルホン酸、ビニルベンゼンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(AMPS)およびメタクリル酸2−スルホエチル;ビニルアミンのアミド、特に、N−ビニルホルムアミドまたはN−ビニルアセトアミド;ならびに第二級もしくは第三級アミノ基または第四級アンモニウム基または窒素を含む複素環式基を含む不飽和エチレン性モノマー、例えば、ビニルピリジンまたはビニルイミダゾール;アミノアルキル(メタ)クリレート、例えば、ジメチルアミノエチル(メタ)クリレートおよびジ−tert−ブチルアミノエチル(メタ)クリレート、N,N−ジアルキル(メタ)クリルアミド(N,N−ジメチル(メタ)クリルアミドなど)である。また、例えば、N,N−ジメチル−N−メタクリロイルオキシエチル−N−(3−スルホプロピル)アンモニウムベタイン(SPE)などの両性イオンモノマーを使用することもできる。
現在のところ最も好ましい実施形態では、熱可塑性マトリックスポリマーは親水性ポリウレタンポリマーおよび両親媒性ブロック−コポリマーからなる群から選択される。
「熱可塑性マトリックスポリマー」などの表現は、単一の熱可塑性ポリマーならびに2種類以上の熱可塑性ポリマーの混合物を包含することを意図することを理解すべきである。
親水性ポリマー
親水性ポリマーの主要要件は、共有結合的に架橋されたコーティング組成物は水またはグリセロールなどの親水性の液体で膨潤させた際に極めてすべりが良くなることを確実にすることである。従って、この親水性ポリマーの主要な機能は、低摩擦で水分保持の高い膨潤コーティングを与えることである。
親水性ポリマーはまた、好ましくは光硬化の温度で明澄であり、UV−C、UV−BおよびUV−Aにおける吸光度が低く、従って、光開始剤に意図されるUVまたは可視光を遮断しない。親水性ポリマーは好適には以下の材料の1以上から選択することができる:
・PVPなどのポリ(ビニルラクタム);およびNVPとDMAEMAのコポリマー、(メタ)クリル酸、(メタ)クリルエステル(2−スルホエチルメタクリル酸を含む)、(メタ)クリルアミド(N,N−ジメチルアクリルアミドおよびN−ビニルアセトアミドを含む)、MAH、マレイン酸エステル、P−ビニルホスホン酸、メチルビニルエーテルなど
・わずかに架橋したPVPまたはPVPコポリマーが好ましい
・高分子量を有する直鎖または好ましくは架橋PEO、およびEOとPOのコポリマー
・水溶性α,β−エチレン性不飽和カルボン酸および誘導体(アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、マレイン酸、クロトン酸、チグリン酸およびイタコン酸など);およびそれらのエステルおよびアミドのホモポリマーおよびコポリマー
・セルロース系超吸収性ポリマー、例えば、ヒドロキシプロピルメチルセルロースまたはCMC、またはデンプングラフトコポリマー、例えば、デンプングラフトポリアクリロニトリル、デンプングラフトポリ(アクリル酸)など
・S−ビニルスルホン酸、ナトリウムスルホエチルメタクリレート、2−アクリルアミド−2−メチルプロパン−スルホン酸またはナトリウム塩(AMPS)などのスルホン酸基含有モノマーのホモポリマーおよびコポリマーであるPVOH
・塩基性溶液中で加水分解されているか(ポリアニオンを形成)、ヒドロキシ修飾されているか(エステル酸を形成)、またはアミノ修飾されている(アミド酸を形成)、A/t−コポリ(メチルビニルエーテル/無水マレイン酸)(ISP Corporationの商標Gantrez)または
・ランダムコポリマーまたはブロックコポリマーとしてのポリ(ビニルメチルエーテル)、ポリエチレンイミン、ポリ(2−エチル−2−オキサゾリン)、コポリ(2−エチル−2−オキサゾリン/2−フェニル−2−オキサゾリン)、または親水性EPOCROS WS系(WS−500、WS−700など)
好ましい親水性ポリマーは、ポリ(ビニルラクタム)[例えば、PVP]、PEO、ポリオキサゾリン、PVOHおよびポリアクリレートからなる群から選択されるものである。現在のところ最も好ましい親水性ポリマーはPEOである。
親水性ポリマーとしてPEOが用いられる場合(When PEO in used a hydrophilic polymer)、それは好適ないずれの重量平均分子量(Mw)であってもよいが、好ましくは、100,000〜8,000,000、最も好ましくは200,000〜4,000,000の範囲である。好適なPEOはDowからPolyox(登録商標)の名称で購入することができる。
親水性ポリマーとしてPVPが用いられる場合、それはいずれの好適な重量平均分子量(Mw)であってもよいが、好ましくは、10,000〜3,500,000の範囲である。好適なPVPはISP Corp.から商標Plasdoneとして購入することができる。
「親水性ポリマー」などの表現は、単一の親水性ポリマーならびに2種類以上の親水性ポリマーの混合物を包含することを意図することを理解すべきである。
熱可塑性基板ポリマーおよび熱可塑性マトリックスポリマー用の材料の選択は、プレハブ成形品に関して選択される材料によって異なる。一般に、プレハブ成形品がポリウレタンから製造される場合、親水性ポリウレタンが熱可塑性基板ポリマーとして選択され、コーティング組成物は熱可塑性マトリックスポリマーとして親水性ポリウレタンを含むことが好ましい。
プレハブ成形品がポリオレフィンから製造される場合、ポリオレフィンは一般に熱可塑性基板ポリマーとして、また、多くの場合、より極性の高いポリマーまたは官能基を有するポリマーと組み合わせた場合に(最終的な親水性潤滑性コーティングとの相溶性を導入することができる)好ましい。
プレハブ成形品上の異なる層の間の表面固着を改良し、適切なものを得るために、いくつかの戦略がある。いくつかの場合、より極性の高いPSブロックとともに1以上のポリオレフィン基を有するジブロックまたはトリブロックコポリマーが層間の最適な表面固着を与え得る。そうでなければ基板ポリマーは、非極性ポリマーと極性または親水性ポリマーを結合させるためにポリマー上の官能基が使用可能な場合、反応性ポリマーのブレンドの際に改良することができる。
また、反応性ポリマーのブレンドは、コーティングの同時押出後の光硬化中に表面固着を向上させるため、光開始剤と非極性、極性または親水性官能性ポリマーの間で共有結合を得ることを目的に使用することもできる。
本明細書において、例えば「熱可塑性マトリックスポリマー」および「親水性ポリマー」という表現に関して「ポリマー」という用語を用いる場合、一般に、その重量平均分子量が10kDaを超えることを意味する。したがって、「ポリマー」に関して示される分子量の制限範囲は、「低い分子量」に関して示される制限(すなわち、10kDaまで)と補完的である。
光開始剤
コーティング組成物中には1以上の光開始剤が存在することが必須である。1以上の光開始剤は一般に、0.001〜10w/w%の範囲、例えば、0.01〜5w/w%の範囲、特に、0.1〜4w/w%の範囲の量で存在する。
光開始剤の主要機能は、基板に対して良好な凝集および接着を得るために、それ自体での、また、基板への熱可塑性親水性コーティングの良好な架橋を保証することである。
下記のことから理解されるように、1以上の光開始剤はコーティング組成物中に、(a)別個の分子として、(b)ポリマーに共有結合された光開始剤として、または(c)低分子量スキャフォールドに共有結合された複数の光開始剤部分として、またはその組合せとして存在し得る。以下、このことをさらに詳細に述べる。
1つの可能性のある実施形態では(以下にさらに詳細に記載される)、1種以上の光開始剤は例えば熱可塑性マトリックスポリマーなどのポリマーの分子に、かつ/または親水性ポリマーおよび/または熱可塑性マトリックスポリマーでも親水性ポリマーでもない第三のポリマーの分子に共有結合的に連結されている。
その1つの変形形態では、1種以上の光開始剤部分は、ポリウレタン、ポリエチレングリコール、ポリ(乳酸)、コラーゲン、ナイロン(例えば、ポリカプロラクタム、ポリラウリルラクタム、ポリヘキサメチレンアジパミドおよびポリヘキサメチレンドデカンジアミド)、ビニルポリマー(例えば、ポリビニルピロリドンおよびポリビニルアルコール)、ならびに多糖類(例えば、アミロース、デキストラン、キトサン、ヒアルロン酸、アミロペクチン、ヒアルロン酸およびヘミセルロース)からなる群から選択されるポリマーに共有結合的に連結されている。
1種以上の光開始剤はUVまたは可視光源からの光を、ポリマーから水素原子およびその他の不安定な原子を引き抜くことができる反応性ラジカルへ効率的に変換し、従って、共有結合的架橋を果たす。所望により、アミン、チオールおよびその他の電子供与体を加えてもよい。ラジカル光開始剤は開裂型(Norrish I型反応)または非開裂型(Norrish II型反応は特殊な場合であり、例えば、A. Gilbert, J. Baggott: “Essentials of Molecular Photochemistry”, Blackwell, London, 1991参照)として分類することができる。
開裂型光開始剤は、励起されると、自発的に2つのラジカルに分解され、そのうちの少なくとも1つは基板からほとんどの基板から水素原子を引き抜くのに十分な反応性がある。ベンゾインエーテル(ベンジルジアルキルケタールを含む)、フェニルヒドロキシアルキルケトンおよびフェニルアミノアルキルケトンが開裂型光開始剤の重要な例である。電子供与体の添加は必ずしも必要でないが、以下に非開裂型光開始剤に関して記載されるものと同様の機構に従って開裂型光開始剤の全体的な有効性を高めることができる。
最近、新しい種のβ−ケトエステルに基づく光開始剤が、M. L Gould, S. Narayan-Sarathy, T. E. HammondおよびR. B. Fechterbによって、Ashland Specialty Chemical, USA (2005): “Novel Self-Initiating UV-Curable Resins: Generation Three”, Proceedings from RadTech Europe 05, Barcelona, Spain, October 18-20 2005, vol. 1, p. 245- 51, Vincentzから紹介されている。塩基により触媒されるエステルへの多官能性アクリレートのミカエル付加の後、それぞれ2つの隣接カルボニル基を有するいくつかの第四級炭素原子でネットワークが形成される。UVまたは可視光励起を行うと、これらの光開始剤はNorrish I型機構によって優先的に開裂し、従来の光開始剤に存在がなくともさらに架橋し、厚い層でも硬化し得る。このような自己開始系は本発明の範囲内にある。
励起された非開裂型光開始剤はラジカルへ分解しないが、有機分子から水素原子を引き抜くか、またはより効率的には、電子供与体(アミンまたはチオールなど)から電子を引き抜く。この電子の移動は、光開始剤にラジカル陰イオンを、そして電子供与体にラジカル陽イオン作り出す。これに続いて、ラジカル陽イオンからラジカル陰イオンへプロトンが移動し、2つの非電荷ラジカルが生じ、これらのうち、電子供与体上のラジカルが、ほとんどの基板から水素原子を引き抜くのに十分な反応性がある。ベンゾフェノン、チオキサントン、キサントン、アントラキノン、フルオレノン、ジベンゾスベロン、ベンジルおよびフェニルケトクマリンが非開裂型光開始剤の重要な例である。窒素原子に対してα位にC−H結合を有するほとんどのアミンおよび多くのチオールは電子供与体として働く。
また、マレイミドに基づく別の自己開始系も、CK. Nguyen, W. KuangおよびCA. Brady (Albemarle Corporation and Brady Associates LLC, both USA (2003): “Maleimide Reactive Oligomers”, Proceedings from RadTech Europe 03, Berlin, Germany, November 3-5, 2003, vol. 1, p. 589-94, Vincentz)により確認されている。マレイミドは、主として、非開裂型光開始剤として作用することによりラジカル重合を開始し、同時に、マレイミド二重結合間のラジカル付加によって自発的に重合する。さらに、ポリマーにはマレイミドの強いUV吸収が見られず、すなわち、マレイミドは光退色光開始剤であり、これにより厚い層の硬化が可能となる。このようなマレイミド含有系は本発明の範囲内にある。
好ましい開裂型光開始剤は、Irgacure 651(Ciba)などのベンゾインエーテル(ベンジルジアルキルケタールを含む);Darocur 1173、Irgacure 127、Irgacure 184およびIrgacure 2959(全てCiba)、Esacure KIP 150およびEsacure One(双方ともLamberti)などのフェニルヒドロキシアルキルケトン;Irgacure 369(Ciba)、Irgacure 379(Ciba)およびChivacure 3690(Double Bond Chemical)などのフェニルアミノアルキルケトン;Irgacure 907(Ciba)およびChivacure 3482(Double Bond Chemicals)などのメチルチオフェニルモルホリノアルキルケトン;ならびにIrgacure 819およびDarocur TPO(双方ともCiba)などのモノ−またはジベンゾイルホスフィンオキシドである。
好ましい非開裂型光開始剤は、ベンゾフェノン;4−ベンゾイル安息香酸(=4−カルボキシベンゾフェノン)およびそのエステル;2−ベンゾイル安息香酸(=2−カルボキシベンゾフェノン)およびそのエステル;4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン(Michlerのケトン);2,4,6−トリメチルベンゾフェノン;BTDA;Omnipol BP(IGM Resins)、およびその他のベンゾフェノン誘導体;Omnipol TX(IGM Resins)などのチオキサントン;キサントン;アントラキノン;フルオレノン;ジベンゾスベロン;ベンジルおよびカンファーキノンなどのその他のα−ジケト化合物;およびフェニルケトクマリンである。好ましい任意の電子供与体は、ベンゾカイン(4−アミノ安息香酸エチル)、PVP−DMAEMA、トリベンジルアミン、トリエタノールアミン、2−(N,N−ジメチルアミノ)エタノールおよびN,N−ジメチルエチレンジアミンである。好ましいアクリレート含有光開始剤は、Omnilane XP−144 LS−B(光感受性三官能性脂肪族ウレタンアクリレート;IGM/Bomar)およびアクリル化ベンゾフェノンである。
これまでのところ最も好ましい光開始剤は、Irgacure 2959、Irgacure 651、Esacure KIP 150、BTDAおよびその誘導体、4−カルボキシベンゾフェノンおよびその誘導体、ならびに2−カルボキシベンゾフェノンおよびその誘導体の群から選択されるものである。
一実施形態では、1種以上の同一の光開始剤部分がコーティング組成物中に別個の分子、として、すなわち、光反応性基を1個だけ含む分子として存在する。
1つの着目される実施形態では、1種以上の光開始剤は少なくとも2種の異なる光開始剤を含む。より詳しくは、1種以上の光開始剤は少なくとも1種の開裂型光開始剤と少なくとも1主の非開裂型光開始剤を含む(実施例8参照)。
数種の光開始剤のブレンドは、例えば、J. P. Fouassier: “Excited-State Reactivity in Radical Polymerisation Photo-initisators”, Ch. 1, pp. 1-61, in “Radiation curing in Polymer Science and technology”, Vol. II (“Photo-initiating Systems”), J. P. FouassierおよびJ. F. Rabek編, Elsevier, London, 1993に記載されているように、相乗的特性を示し得る。要するに、[4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン+ベンゾフェノン]、[ベンゾフェノン+2,4,6−トリメチルベンゾフェノン]、[チオキサントン+メチルチオフェニルモルホリノアルキルケトン]の対で、一方の光開始剤から他方のものへ有効なエネルギー移動または電子移動が起こる。しかしながら、多くの他の有益な組合せが考えられる。
さらに、最近、分子4−(4−ベンゾイルフェノキシエトキシ)フェニル2−ヒドロキシ−2−プロピルケトン中の共有結合されたIrgacure 2959とベンゾフェノンは、2つの別個の化合物を単に混合したものよりも、著しく高いラジカル重合効率を与えることが見出された(S. KopeinigおよびR. Liska, Vienna University of Technology, Austria (2005): “Further Covalently Bonded Photoinitiators”, Proceedings from RadTech Europe 05, Barcelona, Spain, October 18-20 2005, vol. 2, p. 375-81, Vincentz参照)。これは、異なる光開始剤が同じオリゴマーまたはポリマー中に存在する場合に有意な相乗作用を示し得ることを示す。このような共有結合された光開始剤は本発明の範囲内にある。
光開始剤の好ましい特性は、(i)ランプ発光スペクトルと光開始剤吸収スペクトルとの重複が良好なこと;(ii)光開始剤の吸収スペクトルと、コーティングの他の成分(すなわち、熱可塑性マトリックスポリマー(例えば、熱可塑性親水性ポリウレタン)および親水性ポリマー(例えば、滑沢特性を有する親水性ポリマー))の固有の吸収スペクトルを合わせたものとの重複が小さいまたは全くないこと;および光開始剤と熱可塑性マトリックスポリマー(例えば、親水性ポリウレタン)との、また好ましくは、コーティングの親水性ポリマーとの相溶性が良好なことである。
別の実施形態では、1種以上の光開始剤はコーティング組成物中に、例えば、熱可塑性マトリックスポリマー分子、親水性ポリマー分子または好適な第三のポリマー種の分子などのポリマーに共有結合された光開始剤部分として存在する。このようなポリマーは、1種以上の同一または異なる光開始剤部分を含んでもよく、従って、完全にまたは部分的に1種以上の光開始剤を表し得る。
光反応性ポリマーのポリマー部分は一般に熱可塑性ポリマーである。ゆえに、特定の実施形態では、1種以上の光開始剤は、それに付着された光反応性基を有する少なくとも1種の熱可塑性ポリマーを含む。
上述のように、光開始がコーティング組成物内に均一に分布することを確実にするためには、コーティング組成物中の低分子量スキャフォールドに共有結合された光反応性ポリマーまたは複数の光開始剤を含むのが有利である。
光開始剤部分が熱可塑性マトリックスポリマー分子および/または親水性ポリマー分子に共有結合される実施形態では、これらの光開始剤部分だけが1種以上の光開始剤の重量%に寄与し、一方、熱可塑性マトリックスポリマーおよび親水性ポリマー分子はそれぞれ熱可塑性マトリックスポリマーおよび親水性ポリマーの重量%に寄与するものと理解すべきである。
光反応性ポリマーはコーティング組成物の熱可塑性マトリックスポリマーおよび親水性ポリマーとの最適な相溶性、最適な架橋幾何学および最適な熱可塑性が得られるように調整することができる。
ポリマーまたはスキャフォールドに結合された光開始剤
1種以上の光開始剤をポリマー(例えば、熱可塑性マトリックスポリマーまたは親水性ポリマーまたは第三のポリマー)またはスキャフォールドに共有結合された光開始剤部分(Irgacure 2959およびその他の市販の光開始剤分子によって例示される)の形態でコーティング組成物に組み込むための手段の多様性を強調するために、1種以上の光開始剤の組成のいくつかの例を以下に示す。
Irgacure 2959は求核性の第一級ヒドロキシル基を含むNorrish I型光開始剤である。
Figure 2009544381
Irgacure 2959のヒドロキシル基はいくつかの方法で官能基化して求電子性の酸誘導体とすることができ、従って、例えば、BTDAなどの遊離ヒドロキシル基およびアミノ基および他のベンゾフェノン誘導体と反応し得る。
より強い求核性が必要とされる場合、Irgacure 2959はスルホン化した後、例えば、ガブリエル合成(例えば、J. March: “Advanced Organic Chemistry. Reaction, Mechanisms, and Structure”, 3. ed., p. 377-9, Wiley-Interscience, New York, 1985参照)により、対応する第一級アミンへ変換することができる。
Figure 2009544381
1.Irgacure 2959のCr(VI)酸化から誘導される酸の合成:
Figure 2009544381
2.Irgacure 2959と無水コハク酸の間の1:1反応から誘導される酸の合成:
Figure 2009544381
3.Irgacure 2959と無水マレイン酸の間の1:1反応から誘導される酸の合成:
Figure 2009544381
これに対し、求核性の1:1エステルまたはアミドを形成するためには、求電子性の2−または4−ベンゾイルベンゾイルクロリドを過剰量のエチレングリコール、エタノールアミンまたはエチレンジアミンにゆっくり加えることによって求核試薬へ変換するこができ、これを例えば、Gantrez AN 119 BFおよびポリ(スチレン−コ−無水マレイン酸)(SMA)(さらに下記参照)と、また、イソシアネートと反応し得る。
Figure 2009544381
ポリスチレン−ブロック−ポリブタジエン−ブロック−ポリスチレン(SBS)上のIrgacure 2959またはBTDAまたはその他のベンゾフェノン誘導体の官能基化は着目されるが、直接的なものではない。直接的一段階コーティングとして、SBSの二重結合を例えば、Irgacure 2959酸、BTDA、4−カルボキシベンゾフェノン、2−カルボキシベンゾフェノンまたは他のものでヒドロキシル化およびエステル化することができる。
Figure 2009544381
光開始剤の芳香族ケト基は光反応性に重要であり、従って、例えばIrgacure 2959の場合、酸により触媒されるプロセスにおいて隣接するジオールはケト基を伴ってケタール(すなわち、1,3−ジオキソラン誘導体)を形成しない保証されなければならない。
Figure 2009544381
光反応性ポリマー
また、SBS上へのコーティングは、光開始剤およびSBSと相溶性がある化合物を含むベースコートと、熱可塑性ポリマー、親水性ポリマーおよび光開始剤を含むトップコートの2層からなり得る。通常、光開始剤の濃度は、硬化中の良好性を保つためには、トップコートよりもベースコートで高くなければならない。ベースコートとトップコートの双方を施した後に、コーティングを光硬化させなければならない。次のような様々な可能性がある。
1.ベースコートは光開始剤およびSan Esters Corporationからのポリブタジエンジアクリル酸(3000Da前後の分子量(他の分子量も使用可能である)を有するBAC−45など)からなり得る。そして、トップコートは熱可塑性ポリマー、親水性ポリマー、光開始剤および(メタ)クリレートからなるべきである。両層を施した後、コーティングを光硬化させるべきであり、これによりプライマーコートとトップコートが(メタ)クリレート重合により架橋される。San Esters Corporationは、SBS中の二重結合は通常アクリル酸重合に関与しないことを示している(http://www.sanesters.com/download/BAC-PRESENTATION.PPT参照)。
2.ベースコートは、Krasol LBH 3000(Sartomer)または類似品などのヒドロキシI末端を有するポリブタジエンと、カルボン酸またはカルボン酸形成基(無水物または酸塩化物)を含む光開始剤からなり得る。次に、ヒドロキシル末端を有するポリブタジエンおよび光開始剤は、同時押出、射出成形または浸漬中に反応させてエステルを形成させてもよいし、あるいはベースコート適用前に反応させてもよい。トップコートは熱可塑性ポリマー、親水性ポリマーおよび光開始剤からなるべきである。両層を施した後に、コーティングを光硬化させるべきである。
3.ベースコートは、Sartomerからのポリbd 600Eまたは類似品など、その鎖に沿ってさらにエポキシド化されているヒドロキシル末端を有するポリブタジエンと、カルボン酸またはカルボン酸形成基(無水物または酸塩化物)を含む光開始剤からなり得る。カルボン酸またはカルボン酸形成基は遊離のOH基とのみ反応し、エポキシドそれ自体とは反応しないので、M . P. Stevens: “Polymer Chemistry. An Introduction”, 3. ed ., p. 327-8, Oxford University Press, New York, 1999に従って、エポキシド環を加水分化するためにアミンが添加されることが多い。この加水分解はまた、J . March : “Advanced Organic Chemistry. Reaction, Mechanisms, and Structure”, 3. ed ., p. 332, Wiley-Interscience, New York, 1985に従って、HCIO4水溶液またはDMSO中HOを用いて行うこともできる。ヒドロキシル末端を有する、開環エポキシド化ポリブタジエンは、同時押出、射出成形または浸漬中に光開始剤と反応させてエステルを形成させてもよいし、あるいはベースコート適用前に反応させてもよい。トップコートは熱可塑性ポリマー、親水性ポリマーおよび光開始剤からなるべきである。両層を施した後に、コーティングを光硬化させるべきである。
4.ベースコートは、Sartomerからのポリbd 600Eまたは類似品など、その鎖に沿ってさらにエポキシド化されているヒドロキシル末端を有するポリブタジエンと、Irgacure 2959など、第一級ヒドロキシ基を含む光開始剤からなり得る。この第一級ヒドロキシ基を、同時押出、射出成形または浸漬前または同時押出、射出成形または浸漬中のいずれかに酸または塩基触媒を用いてエポキシドと反応させてβ−ヒドロキシエーテルを形成させることができる。
Figure 2009544381
ヒドロキシル末端を有する、開環エポキシド化ポリブタジエンを、同時押出、射出成形または浸漬中にさらに酸性光開始剤と反応させてエステルを形成させてもよいし、あるいはベースコート適用前に反応させてもよい。トップコートは熱可塑性ポリマー、親水性ポリマーおよび光開始剤からなるべきである。両層を施した後に、コーティングを光硬化させるべきである。
5.ベースコートは、SartomerからのKrasol NN−3Aなど、イソシアネート末端を有するポリブタジエンと、カルボン酸基(この場合、反応生成物は最初の反応生成物の脱炭酸後のアミドである)またはヒドロキシル基(この場合、反応生成物はウレタンである)のいずれかを含む光開始剤からなり得る。イソシアネート末端を有するポリブタジエンおよび光開始剤は、同時押出、射出成形または浸漬中に反応させて生成物を形成させてもよいし、あるいはベースコート適用前に反応させてもよい。トップコートは熱可塑性ポリマー、親水性ポリマーおよび光開始剤からなるべきである。両層を施した後に、コーティングを光硬化させるべきである。
HPEU、PEO、ポリ(1,2−プロピレンオキシド)、ポリ(テトラメチレンオキシド)、糖類、ゼラチン、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、デンプングラフトポリアクリロニトリル、デンプングラフトポリ(アクリル酸)、PVOH、ポリ(エチレンイミン)およびヒドロキシル基またはアミノ基を末端に有するその他の熱可塑性マトリックスポリマーまたは親水性ポリマーを、BTDA、2−および4−ベンゾイルベンゾイルクロリド、およびIrgacure 2959酸塩化物などの求電子性光開始剤と反応させて、対応する光反応性エステルまたはアミドを形成させることができる。例えば、BTDAをHPEUと反応させて下記ポリマーを形成させることができる。
Figure 2009544381
光反応性BTDA系ポリ(エステルウレタン酸)は次の通りである。
Figure 2009544381
ポリ(アミド酸)は室温でBTDAおよびジアミンから形成される。それらはポリ(エステル酸)よりも加水分解安定性が大きくなければならず、従って、エステルよりも好ましい。これらの酸基はポリアミド酸の特性をpH依存性とし、pHが上昇すると水中でのそれらの粘度(および溶解度)が高まり、低pHでは(すなわち、中性種の場合)、DMSO、DMA、DMFおよびNMPなどの極性有機溶媒に可溶でなければならず、これらの溶媒はまたピリジンとともに、アミド酸の合成にも最適である。
下記にジアミンとして示されるJeffamine D−230(疎水性の;a=2〜3、b=c=O)(Huntsmanから)は自発的にBTDAと反応する。
Figure 2009544381
ポリ無水物はIrgacure 2959(Cibaから)で官能基化することができる。
Figure 2009544381
上述のように、BTDAはPEO(Polyox)およびその他のポリエーテルのヒドロキシル末端基と、またはポリ(エチレンイミン)もしくはその他の親水性ポリマー中のアミノ基と反応し得る。Polyoxを光硬化させると、安定な架橋親水性ポリマーネットワークが形成され、これは含水時に極めて潤滑性が高くなる。
Figure 2009544381
熱可塑性マトリックスポリマーとしてのイソシアネートキャップポリウレタンはまた、両末端とも求核性光開始剤(Irgacure 2959など)で官能基化し、光反応性ポリウレタンを形成させることができる。
Figure 2009544381
同様に、熱可塑性マトリックスポリマーポリ(スチレン−コ−無水マレイン酸)(SMA)の側鎖も求核性光開始剤(Irgacure 2959または修飾ベンゾフェノン)で修飾することができる。
Figure 2009544381
親水性ポリマーGantrez AN−119[=ポリ(無水マレイン酸−a/t−メチルビニルエーテル)]もまた、その側鎖をIrgacure 2959で官能基化することができる。
Figure 2009544381
熱可塑性マトリックスポリマーおよび親水性ポリマーの酸性成分は、SOCI2またはPCI5で処理することにより、対応する酸塩化物、塩化スルホニルまたは塩化ホスホニルへ変換することができる。あるいは、これらの酸はN,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミドなどの脱水剤で処理し、求核試薬に対する反応性が酸無水物に類似する種とすることができる。このような酸塩化物、塩化スルホニルおよび塩化ホスホニルおよび対応する無水物を求核性光開始剤[Irgacure 2959、2−または4−ヒドロキシベンゾフェノン、N−(2−ヒドロキシエチル)−2−ベンゾイルベンズアミド、N−(2−ヒドロキシエチル)−4−ベンゾイルベンズアミド、N−(2−アミノエチル)−2−ベンゾイルベンズアミドおよびN−(2−アミノエチル)−4−ベンゾイルベンズアミドなど]との反応に対して活性化させ、それぞれエステル、アミド、スルホニルエステル、スルホンアミド、ホスホニルエステルおよびホスホンアミドを形成される。熱可塑性マトリックスポリマーおよび親水性ポリマーの酸性成分としては、(メタ)クリル酸;マレイン酸;フマル酸;クロトン酸;チグリン酸;イタコン酸;ジカルボン酸のモノアルキルエステル;S−ビニルスルホン酸;ビニルベンゼンスルホン酸;2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(AMPS);2−スルホエチルメタクリル酸;P−ビニルホスホン酸;ペクチン、アルギン酸塩、CMC、ファーセララン、カラギーナン、アラビアガム、トラガカントガムおよびキサンタンガムなどのカルボキシル含有炭水化物;ゼラチン;およびデンプングラフトポリ(アクリル酸)のホモポリマーおよびコポリマーが含まれる。
光反応性エステルおよびアミドは過剰量の光反応性求核試薬および求電子物質を用い、熱可塑性マトリックスポリマーおよび親水性ポリマー由来のエステルのトランスエステル化、トランスアミド化または酸分解によって形成させることができる。触媒(マンガンまたは亜鉛塩など)を加えることができ、除去される光不活性成分が光反応性成分よりも低沸点であれば、平衡状態から光不活性成分を除去するために真空を適用することもできる。このエステルのポリマー側鎖は双方ともアシル部分(例えば、ポリアクリレートの場合)およびアルコキシル部分(例えば、ポリ(酢酸ビニル)の場合)であり得ることから、3つの反応の可能性がある。
ポリマー−CO−OR + HO−光開始剤 → ポリマー−CO−O−光開始剤 + HO−R(トランスエステル化)
ポリマー−CO−OR + H2N−光開始剤 → ポリマー−CO−NH−光開始剤 + HO−R(トランスアミド化)
ポリマー−O−COR + HOOC−光開始剤 → ポリマー−O−CO−光開始剤 + HOOC−R(酸分解)
「ポリマー−CO−OR」は、例えば、ポリ[アルキル(メタ)クリレート]、ポリ(クロトン酸アルキル)、ポリ(チグリン酸アルキル)、ポリ(マレイン酸ジアルキル)、ポリ(ギ酸ジアルキル)およびポリ(イタコン酸ジアルキル)であり得る。「ポリマー−O−COR」は、例えば、ポリ(酢酸ビニル)であり得る。「HO−光開始剤」は、例えば、Irgacure 2959、2−または4−ヒドロキシベンゾフェノン、N−(2−ヒドロキシエチル)−2−ベンゾイルベンズアミドおよびN−(2−ヒドロキシエチル)−4−ベンゾイルベンズアミドであり得る。「H2N−光開始剤」は、例えば、N−(2−アミノエチル)−2−ベンゾイルベンズアミドおよびN−(2−アミノエチル)−4−ベンゾイルベンズアミドであり得る。「HOOC−光開始剤」は、例えば、2−または4−ベンゾイル安息香酸およびIrgacure 2959酸であり得る。
数種のラジカル重合モノブロック、ジブロックおよびトリブロックコポリマーが熱可塑性マトリックスポリマーおよび親水性ポリマーとして好適である(上記参照)。これらのジブロックおよびトリブロックコポリマーの各疎水性ブロック[例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルピリジン、エチルスチレン、tert−ブチルスチレン、イソプロピルスチレン、ジメチルスチレンおよびその他のアルキル化スチレンなどのスチレン;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸tert−ブチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−ブチルおよびメタクリル酸イソブチルなどの(メタ)クリルエステル;ブタジエン;クロロプレン;塩化ビニルなどのビニルハロゲン化物;アクリロニトリルおよびメタクリロニトリルなどのビニルニトリル;酢酸ビニル、ビニルバーサテートおよびプロピオン酸ビニルなどのビニルエステル;エチレン;プロピレン;1−ブテン;およびイソブチレンのホモポリマーおよびコポリマー]および各親水性ブロック[例えば、N−ビニルピロリドン;(メタ)クリル酸;マレイン酸;フマル酸;クロトン酸;チグリン酸;イタコン酸;ジカルボン酸のモノアルキルエステル;(メタ)ククリルアミド;N−メチロール(メタ)クリルアミドおよびその他のN−アルキルアクリルアミド;N,N−ジメチル(メタ)クリルアミドなどのN,N−ジアルキル(メタ)クリルアミド;S−ビニルスルホン酸、ビニルベンゼンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(AMPS)、メタクリル酸2−スルホエチルおよびP−ビニルホスホン酸の塩および酸性形態;N−ビニルホルムアミドまたはN−ビニルアセトアミドなどのビニルアミンのアミド;ビニルピリジン;ビニルイミダゾール;ジメチルアミノエチル(メタ)クリレートおよびジ−tert−ブチルアミノエチル(メタ)クリレートなどのアミノアルキル(メタ)クリレート;およびN,N−ジメチル−N−メタクリロイルオキシエチル−N−(3−スルホプロピル)アンモニウムベタイン(SPE)のホモポリマーおよびコポリマー]は、ラジカル重合の際に光開始剤が変化せずに残るような方法で、少量のラジカル重合性光開始剤で好適に共重合させることができる。このようなラジカル重合性光開始剤は、光開始剤のアルコールまたはアミン誘導体のエステルまたはアミド(Irgacure 2959のようなNorrish I型光開始剤および/または4−ヒドロキシベンゾフェノンのような水素引き抜き光開始剤など)を、(メタ)クリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、クロトン酸、チグリン酸、N−アクリロイルグリシン(または無水物および酸塩化物などのそれらの誘導体)、2−ビニル−4,4−ジメチル−5−オキサゾロン、2−(2−プロペニル)−4,4−ジメチル−5−オキサゾロン、2−ビニル−4,4−ジエチル−5−オキサゾロンまたは2−ビニル−4,4−テトラメチレン−5−オキサゾロンのような重合性求電子物質とともに含む。ラジカル重合性光開始剤はまた、光開始剤の酸誘導体のエステルまたはアミド(Irgacure 2959酸および/または2−または4−ベンゾイルベンゾイルクロリド)およびアルコールまたは重合性酸のアミン誘導体(メタクリル酸2−ヒドロキシエチルまたはアクリル酸2−ヒドロキシエチル)または2−ビニルオキサゾリンまたは2−(2−プロペニル)オキサゾリン(カルボン酸基としてラジカル重合性エステルを形成する)とともに含む。
ベンゾフェノンは、塩化ベンゾイルおよびルイス酸を触媒として用い(例えば、AICI3)、電子が豊富な芳香族部分のFriedel−Craftsベンゾイル化によりin situで形成させることができる。無水フタル酸、ピロメリト酸二無水物(1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物)およびBTDAなどの芳香族無水物は塩化ベンゾイルよりも反応性が小さいが、これもまた使用可能である。芳香族部分のパラ位が空位であれば、ベンゾイル基の大きさのためにパラ化合物が主生成物となる(例えば、J. March: “Advanced Organic Chemistry. Reaction, Mechanisms, and Structure” 3. ed., p. 484-7, Wiley-Interscience, New York, 1985参照)。しかしながら、この方法では、空位のパラ位を持たない芳香族部分を使用することもできる。この芳香族部分はビニルピリジン、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、アルコキシスチレン、アリールオキシスチレン、エチルスチレン、tert−ブチルスチレン、イソプロピルスチレン、ジメチルスチレンおよびその他のアルキル化スチレンのホモポリマーまたはコポリマーの一部であり得る。HPEUの生成に用いられている芳香族ジイソシアネートまたは芳香族ジオールもまたベンゾイル化可能である。この芳香族部分は熱可塑性マトリックスポリマーまたは親水性ポリマーまたは双方に存在し得る。塩化ベンゾイルの芳香環はまたそれ自体置換されていてもよく、塩化ベンゾイル上の電子供与置換基は反応率を高める。一例として、通常のポリスチレンを用いて下記の反応が起こる。
Figure 2009544381
PEO、ポリ(1,2−プロピレンオキシド)またはポリ(テトラメチレンオキシド)などのエーテルを、カルボキシル含有光開始剤のtert−ブチルペルオキシエステルと反応させることによりアシルオキシル化して、エーテルエステルおよびtert−ブチルアルコールを得ることができる(J. March: “Advanced Organic Chemistry. Reaction, Mechanisms, and Structure”, 3. ed., p. 636-7, Wiley-Interscience, New York, 1985参照)。このエーテルは熱可塑性マトリックスポリマーまたは親水性ポリマーのいずれか、または双方に存在し得る。一例として、ここでは、ベンゾフェノン誘導体(2−ベンゾイルベンゾイルクロリド)とのカップリングを示す。
Figure 2009544381
この反応はまた、BTDAでも、またはIrgacure 2959酸塩化物などのNorrish I型光開始剤でも行うことができる。
PEO、ポリ(1,2−プロピレンオキシド)またはポリ(テトラメチレンオキシド)などのエーテルは、過酸化物の存在下で光開始剤二重結合をアルキル化(すなわち、それに付加)して対応するアルキル化エーテルを得ることができる。最良の結果は無水マレイン酸などの電子不足のアルケンで得られる(C. Walling, E. S. Huyser: “Free radical additions to olefins to form carbon-carbon bonds”, Organic Reactions, 13, 91-149参照)。このエーテルは熱可塑性マトリックスポリマーまたは親水性ポリマーのいずれか、または双方に存在し得る。求核性光開始剤(Irgacure 2959など)は、例えば、無水マレイン酸によるエステル化によって電子不足の二重結合を獲得し得る。
Figure 2009544381
PEOは尿素と強力な水溶性複合体を形成する(N. ClintonおよびP. Matlock: “Ethylene oxide polymers and copolymers”, Encyclopaedia of polymer Science and Engineering, 第2版, H. F. Mark編, N. M. Bikales, CG. Overberger, vol. 6, p. 252 (1986)参照)。求電子光開始剤(2−または4−ベンゾイルベンゾイルクロリド、BTDAまたはIrgacure 2959酸塩化物など)をN−(2−ヒドロキシエチル)尿素と反応させると、対応する光開始剤エステル尿素を形成させることができ、これはPEOと強力な非共有結合的複合体を形成する。あるいは、アミノ基を末端に有するポリ尿素を求電子性光開始剤(2−または4−ベンゾイルベンゾイルクロリドまたはIrgacure 2959酸塩化物など)と反応させると、対応する光開始剤アミドポリ尿素を形成させることができ、これはPEOと強力な非共有結合的複合体を形成する。イソシアネート基を末端に有するポリ尿素を求核性光開始剤(Irgacure 2959など)と反応させると、対応する光開始剤ウレタンポリ尿素を形成させることができ、これはPEOと強力な非共有結合的複合体を形成する。
なおさらなる実施形態では、複数の光開始剤部分が低分子量スキャフォールドに共有結合され、例えば、これらの光開始剤は低分子スキャフォールド(例えば星形)またはデンドリマーに共有結合させることができる。
「低分子量」とは、分子量10kDaまでのスキャフォールド(光開始剤部分を含まない)を指す。
少量の残留モノマーが存在する可能性が許される適用では、例えば、ポリブタジエンジアクリレート(San Esters)、Omnilane JL−103M(アクリルアミドメチル置換セルロースエステルポリマー;IGM/Bomarから)、Omnilane BR 3641AA(1.3−官能性脂肪族ウレタンアクリレート、接着促進剤)、Omnilane BDE−1029(14−官能性デンドリックポリエステルアクリレートブレンド)など、一定の範囲のアクリレートモノマーおよびオリゴマーをコーティングに加えることができる。このような化合物は、例えば、PVP中心ラジカルなど、光硬化から得られたラジカルと反応させることより架橋させることができる。
Figure 2009544381
上記から明らかなように、本発明は(メタ)クリレートモノマーの手段による架橋を必要としない共有結合的架橋法を利用し、従って、着目されるほとんどの実施形態では、コーティング組成物は(メタ)クリルモノマーを含まない。残留するアクリレートは急性毒性、遺伝子毒性、発癌性があり得、あるいはアレルギー、皮膚発疹、感作または良い場合には局部的刺激だけを引き起こし得る。従って、残留アクリレートまたはその他のモノマーを用いる系は避けるのが最良である。
医療デバイスエレメントの詳細な作製方法
工程(i)
本方法の最初の工程では、プレハブ成形品および/または熱可塑性基板ポリマーを提供する。
「熱可塑性基板ポリマー」の節から明らかなように、この基板ポリマーは一般に、例えばペレット、チップ、顆粒などの好適な物理形態で出回っている市販品である。従って、前処理または作製の必要は通常ない。
2以上の基板ポリマーの混合物を用いる場合には、一般に、ポリマーを融解形態で、または通常の溶媒にポリマーを溶かした後に、スプレーコーティング、ローラー乾燥または非溶媒中での沈降など、従来の装置を含む常法によって溶媒を除去することによってホモジナイズすることが望ましい。好ましくは、この溶媒溶液をフィルムキャストし、そのフィルムからいずれかの常法によって溶媒を除去する。溶媒の除去を補助するために、減圧および/または蒸発温度を使用することができる。得られた均質なブレンドは、融解処理の前にチップまたはペレットとすることができる。
さらに、「プレハブ成形品」の節から、成形品が商業ソースから入手できることが多いか、あるいは関連技術の範囲内の熟練者に知られているように容易に作製されることが明らかである。あるいは、これも着目されることであるが、成形品は本発明の方法で用いる直前に作製することができ、ある特定の実施形態では、本方法が適用されるものと同一のプロセスラインで作製することさえできる。さらに、プレハブ成形品は本発明の方法で用いる前に前処理、さらにはプレコーティングすることもできる。
工程(ii)
医療デバイスエレメントの作製のためのコーティング組成物は、通常の溶媒にその構成要素を溶かすことにより作製することができる。その後、溶媒を除去すると、マトリックスポリマー、親水性ポリマー、1種以上の光開始剤および任意の添加剤の均質なブレンドが残り、これを押し出すだけである。溶媒の除去には、スプレーコーティング、ローラー乾燥またはアセトンもしくは四塩化炭素などの非溶媒中での沈降など、従来の手順または装置を使用することができる。好ましくは、溶媒溶液をフィルムキャストし、そのフィルムからいずれかの常法によって溶媒を除去する。次に、このキャストフィルムを従来の炉で周囲温度〜約70℃で加熱すればよい。溶媒の除去を補助するために減圧を使用することができる。得られた均質なブレンドは、融解処理または粉末コーティングの前にチップまたはペレットとすることができる。
別の実施形態では、1種以上のマトリックスポリマーおよび親水性ポリマー、好ましくは、マトリックスポリマーは、コーティングの形成中、すなわち工程(iii)か工程(iv)のいずれかでin-situ重合される。
一般に、マトリックスポリマーまたは親水性ポリマーまたは双方に相当するモノマーまたはプレポリマーの混合物を、コーティング組成物の他の構成要素と混合する。モノマーまたはプレポリマーの均質な混合物を一般に加熱し、完全に反応させる(例えば、変換率99〜100%)。モノマーまたはプレポリマーの反応は二軸押出機(twin-screw extruder)または類似品などの常法で行うことができる。この反応はまた、攪拌しながら、または攪拌せずに、バッチプロセスとして行うこともできる。この混合物または得られた均質なブレンドを冷却工程後、融解処理または粉末コーティングの前にチップまたはペレットとすることができる。
このペレット化コーティング組成物を、次に、以下の工程(iii)に記載するように、プレハブ成形品または熱可塑性基板ポリマー上に押出、射出成形または粉末コーティングすることができる。
一実施形態では、マトリックスポリマーに相当するモノマーまたはプレポリマーをコーティング組成物のその他の構成要素と混合する。
例えば、有機イソシアネート、低分子量ポリエチレングリコール、鎖延長剤および好適な量の触媒を含む混合物を、親水性ポリマー、1種以上の光開始剤およびその他の添加剤と混合する。
この有機ジイソシアネート反応物は、4〜26個の炭素原子、より通常には6〜20個の炭素原子、好ましくは8〜15個の炭素原子からなる脂肪族、脂環式、脂肪族−脂環式、芳香族または脂肪族−芳香族化合物であり得る。代表的なジイソシアネートは、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ダイマー酸ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジエチルベンゼンジイソシアネート、デカメチレン−1,10−ジイソシアネート、シクロヘキシレン−1,2−ジイソシアネート、シクロヘキシレン1,4−ジイソシアネートおよびメチレンビス(シクロヘキシル−4−イソシアネート);ならびに2,4−および2,6−トリレンジイソシアネート、4,4−ジフェニルメタンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、ジアニシジンジイソシアネート、トルイジンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネートおよびテトラヒドロナフタレン−1,5−ジイソシアネートなどの芳香族イソシアネートである。
ポリ(オキシアルキレン)グリコールは一般に、オキシエチレン、オキシトリメチレン、プロピレングリコール、オキシブチレン、オキシイソブチレン、ブチレングリコールおよびオキシテトラメチレン(またはポリ(テトラオキシメチレン)と他のポリエーテルグリコールのブレンド)などのC2−C4アルキレンオキシドに由来し、さらに1,2−プロピレンオキシドにエチレンオキシドを付加することにより、またはポリ(オキシプロピレン)鎖にエチレンオキシドを付加することにより得られるランダムまたはブロックコポリマーポリオールを含む。さらに、親水性ポリオールは、Tegomer(登録商標)D 3403の場合など、分枝していてもよいし、あるいは分枝を導入することができる。
鎖延長剤の例としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、ヘキサメチレングリコール、チオジグリコール、2,2−ジメチルプロパン−1,3−ジオール、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)ベンゼン、ビス(ヒドロキシエチル)ジスルフィド、シクロヘキサンジメタノールおよびヒドロキノンなどのジオール;エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンおよび1,4−ブタンジアミンなどのジアミン;カルボジヒドラジド、シュウ酸ヒドラジド、ヒドラジンおよび置換ヒドラジンなどのジヒドラジドが挙げられる。好ましい鎖延長剤はエチレングリコール、ジエチレングリコールおよび2〜6個の炭素原子のその他のアルキレングリコールである。
好適な触媒としては、オクタン酸第一スズおよびジブチルスズジラウレートなどのスズ塩および有機スズエステル;トリエチレンジアミン(DABCO(商標))、N,N,N’,N’−テトラメチル−1,3−ブタンジアミンなどの第三級アミン、およびその他ウレタン反応の触媒と認識されているものが挙げられる。
特定の一実施形態では、光開始剤は一官能性、二官能性または多官能性のいずれかとしてのヒドロキシル基、カルボキシル基またはアミン基などの官能基を含んでもよく、重合してマトリックスポリマーとすることができる。一官能性光開始剤はポリウレタンの重合を終わらせ、末端官能性ポリウレタンが得られる。二軸押出機または類似の連続法での重合など、連続的重合法が特に着目される。
in-situ重合の利点は、乾燥、化合、ペレット化などのいくつかの工程、および従っていくつかの種類の特性決定が避けられるということである。さらに、この材料は混合するのが理想的であるが、ペレット化したコーティング組成物はさらなる処理なくそのまま使用することができるので、分解が無くなる。
コーティングの形成におけるマトリックスポリマーのin-situ重合の一例を下記にさらに詳細に記載する。
PVPは、HPEUの製造に用いられるずれの成分とも反応しないことから、PVPと親水性ポリエーテルウレタンを含むコーティング組成物は、HPEU合成の配合にPVPを加えることによって作製することができる。あるいは、該組成物の成分を、Brabenderミキサーまたは1軸もしくは二軸押出機などで融解合成することにより、ブレンドすることができる。このような場合、HPEUおよびPVPは好適な溶媒中で混合され、HPEUとPVPの比率は重量で99:1〜30:70である。好ましい比率は重量で約50:50である。好適な溶媒はDMSO、DMF、DMACおよびNMPである。これらの高沸点溶媒は単独で使用してもよいが、好ましくはTHF、塩化メチレンまたはメチルエチルケトンなどの低沸点溶媒と混合する。最も好ましくは、3:2比のDMACとTHFを含有する溶媒混合物を用いる。組成物は溶媒中、約1%〜20%、好ましくは約4〜12重量%であり得る。HPEUが上記のようにエマルション重合によって製造される場合には、水を溶媒として使用し、単にそれにPVPを添加すればよいことが明らかである。
低分子量、オリゴマー、ポリマを含むか、または官能基を有するかのいずれかである光開始剤をブレンドし、最後にホットメルトブレンド中に熱可塑性マトリックスポリマー上に化学結合することによりグラフトすることができる。
工程(iii)
この工程は、プレハブ成形品上に工程(ii)のコーティング組成物を、あるいは工程(i)の熱可塑性基板ポリマーともに押出、射出成形または粉末コーティングして、その上に前記コーティング組成物の層を有する前記プレハブ成形品および/または基板ポリマーの医療デバイスエレメントを提供することを含む(前記プレハブ成形品と基板ポリマーの双方が存在する場合には、前記プレハブ成形品はその上に前記基板ポリマーの層を有する)。
この工程には3つの主要な実施形態が含まれる。
第一の主要な実施形態では、工程(i)でプレハブ成形品のみが提供され、工程(iii)は工程(ii)のコーティング組成物を工程(i)のプレハブ成形品上に押出、射出成形または粉末コーティングして、その上に前記コーティング組成物の層を有する前記プレハブ成形品を有する医療デバイスエレメントを提供することを含む。
第二の主要な実施形態では、工程(i)で熱可塑性基板ポリマーのみが提供され、工程(iii)は工程(ii)のコーティング組成物を工程(i)の熱可塑性基板ポリマーとともに押出または射出成形して、その上に前記コーティング組成物の層を有する前記熱可塑性基板ポリマーの医療デバイスエレメントを提供することを含む。
第三の主要な実施形態では、工程(i)でプレハブ成形品ならびに熱可塑性基板ポリマーが提供され、工程(iii)は工程(ii)のコーティング組成物を工程(i)の熱可塑性基板ポリマーとともにプレハブ成形品上に押出または射出成形して、前記プレハブ成形品および前記熱可塑性基板ポリマーの医療デバイスエレメントを提供することを含む(前記プレハブ成形品はその上に前記熱可塑性基板ポリマーの層を有し、前記熱可塑性基板ポリマーはその上に前記コーティング組成物の層を有する)。
これら3つの主要な実施形態を下記に述べる。
第一の主要な実施形態の第一の変形形態では、コーティング組成物の融解物をプレハブ成形品の表面に押し出す(例えば、実施例5参照)。
第一の主要な実施形態の第二の変形形態では、コーティング組成物の融解物をプレハブ成形品の表面に射出成形する。
第一の主要な実施形態の第三の変形形態では、コーティング組成物をプレハブ成形品の表面に粉末コーティングする。
第二の主要な実施形態の1つの変形形態では、熱可塑性基板ポリマーの融解物とコーティング組成物の融解物を押し出して、その基板ポリマーの表面にコーティング組成物のコーティングを有する成形品を得る。
第二の主要な実施形態のもう1つの変形形態では、熱可塑性基板ポリマーの融解物とコーティング組成物の融解物を射出成形して、その基板ポリマーの表面にコーティング組成物のコーティングを有する成形品を得る。この着目される変形形態は、まず、コーティング組成物の外層を成形した後に熱可塑性基板ポリマーの成形を行う二段階射出成形で達成することができる。
第三の主要な実施形態の1つの変形形態では、基板ポリマーの融解物とコーティング組成物の融解物をプレハブ成形品の表面に押し出す(例えば、実施例5参照)。
第三の主要な実施形態のもう1つの変形形態では、基板ポリマーの融解物とコーティング組成物の融解物をプレハブ成形品の表面に射出成形する。この着目される変形形態は、まず、中実コアを用いてコーティング組成物の外層を成形した後に、プレハブ成形品をコアとして用いて熱可塑性基板ポリマーの成形を行う二段階射出成形で達成することができる。
コーティング組成物は、通常かつ市販の押出機を用い、押出/基板ポリマーとともに同時押出することができる。好適な同時押出機は、例えば、Genca Cable Company, Clearwater, Fla.またはWayne Machine and Die Company, Totowa, NJ.から入手することができ、所望により、任意の特定の医療デバイスエレメントの構成に対して注文同時押出機を設計することができる。
あるいは、組成物をプレハブ成型品、例えば、ポリマー製品上にクロスヘッド押出または同時押出することができる。表皮層の押出は、熱可塑性材料(ここでは熱可塑性基板ポリマーまたはコーティング組成物)の融解物を、ダイを介して直接、固相連続成形面に計り出す常法である。
さらに、(同時)押出および射出成形は米国特許第5,061,424号および同第6,447,835号に記載されているように行うことができる。
コーティング組成物はまた、熱可塑性基板ポリマーまたはプレハブ成形品にコーティングをもたらすように射出成形することもできる。射出成形の変形形態では、一段階または二段階であり得る。第一の主要な実施形態の第二の変形形態に相当する1つの変形形態では(上記参照)、プレハブ成形品の中実コアを用い、コーティング組成物を最終製品の形状を逆転させたものである型に高圧で射出する。第二の変形形態(第二の主要な実施形態の第二の変形形態に相当する(上記参照))において、工程(iii)は、2つの部分工程で、すなわち、まず、中実コアを用いてコーティング組成物を流し込み、その中実コアを取り除き、次に、所望によりやや小さい中実コアを用いて熱可塑性基板ポリマーを流し込むことにより達成することができる。第三の変形形態(第三の主要な実施形態の第二の変形形態に相当する(上記参照))において、工程(iii)は、2つの部分工程で、すなわち、まず、中実コアを用いてコーティング組成物を流し込み、その中実コアを取り除き、次に、中実コアとしてプレハブ中実品を用いて熱可塑性基板ポリマーを流し込むことにより達成することができる。第四の変形形態(第二の主要な実施形態の第二の変形形態に相当する(上記参照)において、工程(iii)は、2つの部分工程で、すなわち、まず、あるサイズのキャビティーを用いて熱可塑性基板ポリマーを流し込み、そのキャビティーを取り除き、次に、やや大きなキャビティーを用いて熱可塑性基板ポリマー上へコーティング組成物を流し込むことにより達成することができる。第五の変形形態(第三の主要な実施形態の第二の変形形態に相当する(上記参照))において、2つの部分工程で、すなわち、まず、あるサイズのキャビティーおよびコアとしてプレハブ成形品を用いて熱可塑性基板ポリマーを流し込み、そのキャビティーを取り除き、次に、やや大きなキャビティーを用いて熱可塑性基板ポリマー上へコーティング組成物を流し込むことにより達成することができる。
一般に慣例の原理に従う粉末コーティングに関しては、親水性ポリマー、光開始剤および熱可塑性マトリックスポリマーを含有するペレット化化合物を5〜250μmの範囲の粒径となるように粉砕することができる。通常、10〜100μmの範囲の粒径分布を有する粉末コーティング組成物が好ましい。
粉末コーティング組成物は一般に、噴霧によるか、または流動床系の使用によって施される。金属基板の場合(プレハブ成形品)、静電気的噴霧によるコーティングの適用が好ましい。噴霧の場合、粉末コーティングは1回の吹き付け、または数回の通過で施し、好ましい厚さを有するフィルムを提供することができる。
噴霧によるか、または流動床系もしくは工業分野で既知の他のいずれかの粉末コーティング技術を使用することによって粉末を施した後、その熱可塑性粉末を、基板の種類に応じて約80〜200℃に加熱し、厚さ約5〜250μm、通常には、厚さ約10〜100μmの均一なコーティング層を形成させる。
本発明の種々の実施形態の範囲内で、化合物中の熱可塑性マトリックスポリマーは重合性光開始剤を用いて「in situ」で重合させてもよいし、あるいはポリマーと光開始剤の間に共有結合が得られるように、熱可塑性マトリックスポリマーを重合後に光開始剤で修飾してもよい。また、親水性ポリマーも、親水性モノマーと光開始剤含有モノマーの共重合により光反応性基を含むことができるか、あるいは光反応性基は、親水性ポリマーと光開始剤の間の化学反応により共有結合させることができる。
コーティング組成物の乾燥層の厚さは一般に2.5〜500μm、好ましくは2.5〜125μmである。
基板ポリマー(存在する場合)の厚さは一般に5〜1000μm、より一般には10〜50μmまたは100〜500μmである。
本方法によって得られる医療デバイスエレメントは乾燥しており、一般に、指で触れたり液体で湿らせたりして含水させるまでは(この時、滑りのよい潤滑面となる)非粘着性である。親水性ポリマー(例えば、PVP)の鎖は、物理的捕捉および共有結合の双方の手段によってマトリックスポリマー内に実質的に捕捉されると考えられる。
本発明の方法は、ロッドまたはチューブの形状を有する医療デバイスエレメントの作製特に有用である。例えば、このようにして作製されたカテーテルは、含水流体と接触するようになると、即、潤滑性となり、それにより、カテーテル挿入中の患者の快適性に大きく寄与する。ガイドワイヤの形態で押し出されたロッドは、濡れると潤滑性となり、従って容易にスライドする。
押出または射出成形後、例えば冷気または水浴によって医療デバイスエレメントを冷却する必要がある場合がある。
そうは言っても、現在のところ工程(iii)の最も好ましい実施形態は(同時)押出を含むものである。
工程(iv)
次の工程では、コーティング組成物にUVまたは可視光を照射して、コーティング組成物を共有結合的に架橋させる。UVまたは可視光は、100〜750nmの波長を有する光として定義される。特に適切な波長は100〜250nmおよび250〜400nm(双方ともUV光)、ならびに400〜750nm(可視光)である。本明細書において、「光硬化する」、「光硬化」などは、UVまたは可視光の手段による硬化を指す。UV光の手段による硬化が好ましいが、青色光(可視光波長域)の手段による硬化も同じく適用可能である。
UVまたは可視光は、好ましくは、高い強度で、できる限り光開始剤の吸光度スペクトルに一致する発光スペクトルを有する多色または単色UVまたは可視光源の手段により適用することができる。反応性モノマーの不在下で、コーティングの架橋は、UV(または可視光)照射光開始剤に由来するラジカルの二分子組合せによってのみ起こる。従って、光強度が2倍になると、ラジカル濃度も2倍になるが、架橋反応の量は4倍になる。これがなぜ高い光強度が好ましいかという理由である。好適な多色抗原としては、(i)重水素ランプ、(ii)可能性として出力スペクトルに有意な影響を及ぼす鉄、ガリウムまたはその他の元素でドープされている水銀ランプ、(iii)キセノンアークランプ(パルス型および非パルス型の双方)、および(iv)ハロゲンランプ(主として可視光を発する)が含まれる。好適な単色光源としては、(v)気体および固体レーザー(可能性として周波数が2倍、3倍、4倍または他の場合では周波数が操作される)(パルス型および非パルス型の双方)、および(vi)UVおよび可視領域の発光ダイオード(パルス型および非パルス型の双方)が含まれる。
最適な照射時間および光強度は、当業者ならば、例えば実施例6に記載のように、慣例の実験により容易に見出すことができる。実施上の理由から(例えば、医療デバイスの大規模生産)、照射時間は好ましくは300秒を超えるべきでなく、特に、600秒を超えるべきでない。
現在のところ、本発明の方法の最も好ましい実施形態は以下を含む。
I.医療デバイスエレメントの作製方法、該方法は
(i)熱可塑性基板ポリマーを提供する工程;
(ii)親水性ポリウレタンポリマーおよび両親媒性ブロックコポリマーから選択される熱可塑性マトリックスポリマー、ポリエチレンオキシドから選択される親水性ポリマーならびに2種以上の異なる光開始剤を含むコーティング組成物を提供する工程;
(iii)工程(ii)のコーティング組成物と工程(i)の熱可塑性基板ポリマーを同時押出して、その上に前記コーティング組成物の層を有する前記基板ポリマーの医療デバイスエレメントを提供する工程;
(iv)コーティング組成物にUVまたは可視光を照射して、前記コーティング組成物を共有結合的に架橋させる工程
を含む。
II.医療デバイスエレメントの作製方法、該方法は
(i)熱可塑性基板ポリマーを提供する工程;
(ii)親水性ポリウレタンポリマーおよび両親媒性ブロックコポリマーから選択される熱可塑性マトリックスポリマー、ポリエチレンオキシドから選択される親水性ポリマーおよびポリマーまたはスキャフォールドに共有結合された1種以上の光開始剤を含むコーティング組成物を提供する工程;
(iii)工程(ii)のコーティング組成物と工程(i)の熱可塑性基板ポリマーを同時押出して、その上に前記コーティング組成物の層を有する前記基板ポリマーの医療デバイスエレメントを提供する工程;
(iv)コーティング組成物にUVまたは可視光を照射して、前記コーティング組成物を共有結合的に架橋させる工程
を含む。
III. 医療デバイスエレメントの作製方法、該方法は
(i)プレハブ成形品および所望により熱可塑性基板ポリマーを提供する工程;
(ii)親水性ポリウレタンポリマーおよび両親媒性ブロックコポリマーから選択される熱可塑性マトリックスポリマー、ポリエチレンオキシドから選択される親水性ポリマーおよび2以上の異なる光開始剤を含むコーティング組成物を提供する工程;
(iii)工程(ii)のコーティング組成物とプレハブ成形品および存在する場合には工程(i)の熱可塑性基板ポリマーを同時押出して、前記プレハブ成形品および存在する場合には、その上に前記コーティング組成物の層を有する前記基板ポリマーの医療デバイスエレメントを提供する工程(前記基板ポリマーが存在する場合、前記プレハブ成形品はその上に前記基板ポリマーの層を有する);
(iv)コーティング組成物にUVまたは可視光を照射して、前記コーティング組成物を共有結合的に架橋させる工程
を含む。
IV.医療デバイスエレメントの作製方法、該方法は
(i)プレハブ成形品および所望により熱可塑性基板ポリマーを提供する工程;
(ii)親水性ポリウレタンポリマーおよび両親媒性ブロックコポリマーから選択される熱可塑性マトリックスポリマー、ポリエチレンオキシドから選択される親水性ポリマーおよびポリマーまたはスキャフォールドに共有結合された1種以上の光開始剤を含むコーティング組成物を提供する工程;
(iii)工程(ii)のコーティング組成物と、存在する場合には、工程(i)の熱可塑性基板ポリマーをプレハブ成形品上に同時押出して、前記プレハブ成形品および存在する場合には、その上に前記コーティング組成物を有する前記基板ポリマーの医療デバイスエレメントを提供する工程(前記基板ポリマーが存在する場合、前記プレハブ成形品はその上に前記基板ポリマーの層を有する);
(iv)コーティング組成物にUVまたは可視光を照射して、前記コーティング組成物を共有結合的に架橋させる工程
を含む。
V.医療デバイスエレメントの作製方法、該方法は
(i)熱可塑性基板ポリマーを提供する工程;
(ii)親水性ポリウレタンポリマーおよび両親媒性ブロックコポリマーから選択される熱可塑性マトリックスポリマー、ポリエチレンオキシドから選択される親水性ポリマーおよび1種以上の異なる光開始剤、例えば、2種以上の異なる光開始剤(このような光開始剤はポリマーまたはスキャフォールドに共有結合させることができる)を含むコーティング組成物を提供する工程;
(iii)工程(ii)のコーティング組成物と工程(i)の熱可塑性基板ポリマーを射出成形して、その上に前記コーティング組成物の層を有する前記基板ポリマーの医療デバイスエレメントを提供する工程;
(iv)コーティング組成物にUVまたは可視光を照射して、前記コーティング組成物を共有結合的に架橋させる工程
を含む。
VI.医療デバイスエレメントの作製方法、該方法は
(i)プレハブ成形品および所望により熱可塑性基板ポリマーを提供する工程;
(ii)親水性ポリウレタンポリマーおよび両親媒性ブロックコポリマーから選択される熱可塑性マトリックスポリマー、ポリエチレンオキシドから選択される親水性ポリマーおよび1種以上の異なる光開始剤、例えば、2種以上の異なる光開始剤(このような光開始剤はポリマーまたはスキャフォールドに共有結合させることができる)を含むコーティング組成物を提供する工程;
(iii)工程(ii)のコーティング組成物をプレハブ成形品および存在する場合には、工程(i)の熱可塑性基板ポリマー上に射出成形して、前記プレハブ成形品および存在する場合には、その上に前記コーティング組成物の層を有する前記基板ポリマーの医療デバイスエレメントを提供する工程(前記基板ポリマーが存在する場合には、前記プレハブ成形品はその上に前記基板ポリマーの層を有する);
(iv)コーティング組成物にUVまたは可視光を照射して、前記コーティング組成物を共有結合的に架橋させる工程
を含む。
新規な医療デバイス
上記の方法から得られる医療デバイスエレメントはそれ自体新規な製品に相当すると考えられる。
従って、本発明はまた、その上に(a)熱可塑性マトリックスポリマーと(b)親水性ポリマーの共有結合的に架橋されたコーティング組成物の層を有する熱可塑性基板ポリマーの医療デバイスエレメントを含み、該コーティング組成物は該熱可塑性基板ポリマーと(同時)押出または射出成形されるか、または該コーティング組成物は該熱可塑性基板ポリマー上に粉末コーティングされ、該コーティング組成物の共有結合的架橋が、コーティング組成物中に1以上の光開始剤が存在すること、およびコーティング組成物がUVまたは可視光に曝されることの結果である、新規な医療デバイスに関する。
本発明はさらに、その上に(a)熱可塑性マトリックスポリマーと(b)親水性ポリマーの共有結合的に架橋されたコーティング組成物層を有するプレハブ成形品の医療デバイスエレメントを含み、該コーティング組成物が該プレハブ成形品上に押出、射出成形または粉末コーティングされ、該コーティング組成物の共有結合的架橋が、コーティング組成物中に1以上の光開始剤が存在すること、およびコーティング組成物がUVまたは可視光に曝されることの結果である、新規な医療デバイスに関する。
本発明なおさらに、その上に熱可塑性基板ポリマーの層を有するプレハブ成形品の医療デバイスエレメントを含み、該熱可塑性基板ポリマーがその上に(a)熱可塑性マトリックスポリマーと(b)親水性ポリマーの共有結合的に架橋されたコーティング組成物の層を有し、該コーティング組成物が該プレハブ成形品および該熱可塑性基板ポリマー上に(同時)押出、射出成形または粉末コーティングされ、該コーティング組成物の共有結合的架橋が、コーティング組成物中に1種以上の光開始剤が存在すること、およびコーティング組成物がUVまたは可視光に曝されることの結果である、新規な医療デバイスに関する。
上記の着目される実施形態では、該1種以上の光開始剤は熱可塑性マトリックスポリマーの分子および/または親水性ポリマーの分子に共有結合されている。
さらに上記の記載に従い、該コーティング組成物は、(メタ)アクリルモノマーの低分子量残基を含まない。
プレハブ成形品、熱可塑性基板ポリマーおよびコーティング組成物の構成要素として有用な材料は本発明の方法に関して上記した通りである。
従って、一実施形態では、熱可塑性基板ポリマーはポリウレタンおよびPVCからなる群から選択される。
さらなる実施形態では、熱可塑性マトリックスポリマーはポリウレタンポリマー、特に、親水性ポリウレタンポリマーである。
なおさらなる実施形態では、親水性ポリマーはポリ(ビニルラクタム)[例えば、PVP]、PEO、ポリオキサゾリン、PVOHおよびポリアクリレートからなる群から選択される。現在のところ最も好ましい親水性ポリマーはPEOである。
略号
Figure 2009544381
§: J. A. Leon, I. V. Khudyakov from Bomar Specialties, USA (2005) : “UV-Light Sensitive (LSR) Urethane Acrylate Oligomers”, Proceedings from RadTech Europe 05, Barcelona, Spain, October 18-20 2005, vol. 2, p. 359-64, Vincentz参照
材料
親水性ポリウレタンTecogel 2000(ロットCD53RA015およびPM−03−36D、それぞれ吸水率が500%および1800%)はNoveonから入手し、特に断りのない限り、ロットCD53RA015を用いた。親水性ポリウレタンTecogel 500および疎水性ポリウレタンEstane 58212もNoveonから得た。フェノキシ樹脂PKHB(Mn9.5kDa)、PKHH(Mn16kDa)およびPKCP80(カプロラクトンで修飾したフェノキシ樹脂;Mw39kDa)はInChem Corpから入手した。
PEOのWSR N−80(MW 200kDa)およびN−301(MW 4MDa)はDowから入手した。MPEG 350およびPEG 400はClariantから入手した。PVP K−25およびPVP K−90はISP Corp(Wayne, NJ)から入手した。PEG 35000(「Polyglykol Hoechst 35000 Schuppen」、バッチE06389543;MW 35kDa)はHoechstから入手した。
光開始剤Esacure KIP 150はLamberti Spa(Gallarate, Italy)から入手した。光開始剤Irgacure 127、Irgacure 651およびIrgacure 2959はCiba Specialty Chemicals(Basel, Switzerland)から入手した。97%BTDAはAlfa Aesarから入手した。4−ベンゾイル安息香酸、2−ベンゾイル安息香酸およびtert−ブチルペルオキシベンゾエートはAldrichから入手した。CuClはFlukaから入手した。
Gantrez AN 119 BF(ポリ無水物、反応性)およびGantrez ES 225(アルコール分解ポリ無水物、非反応性)はISPから入手した。PMDA(ピロメリト酸二無水物;1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物)はAldrichから入手した。SMA 1000(酸数465〜495mgKOH/gサンプル、MW5500g/モル)、SMA 2000(酸数335〜375mgKOH/gサンプル、MW7500g/モル)およびSMA 3000(酸数265〜305mgKOH/gサンプル、MW9500g/モル)はAtofinaから入手した。Joncryl 804はBASFから入手した。
1−メチルイミダゾールおよびピリジンはMerckから入手した。酢酸エチル、2−プロパノールおよびアセトンはBie & Berntsen(Denmark)から入手した。DMSOおよび塩化チオニルはAldrichから入手した。ベンゼンはFlukaから入手した。MIBKはBakerから入手した。酢酸はMerckから入手した。ジクロロメタンはAppliChemから入手した。Jeffamine D−230はHuntsmanから入手した。
特に断りのない限り、示されたパーセンテージおよび部は全て、重量/重量%である。
実施例1
製造
60部のTecogel 2000と40部のPolyox N−80をBrabender混練機にて120℃で10分間混練した。最後の5分に、このブレンドに0〜1部のEsacure KIP 150(下表参照)を加えた。混練した後、このブレンドを120℃で20秒間ホットメルトプレスして、厚さ150〜200μmの薄いシートとした。これらのシートを120℃で90秒間、Tecogel 2000より親水性が小さいポリウレタンTecogel 500の基板に熱プレス積層した。これらのラミネートを、これらのブレンドが明澄となり、従って、UV光透過性となるおよそ65℃の温度にて、UVASPOT 400/T Fランプ(450W;アーク約1インチ長;電球から約26cm離して基板を置く; Dr. K. Honle GmbH UV-Technologie, Planegg b. Munchen, Germany)で4分間、UV硬化させた。
結果および考察
少なくとも24時間水に膨潤させた後、基板に対する摩擦および接着を主観的に評価した。これらの二層(コーティングおよび基板)間の接着に1〜4のスコアを付けた。
1.完全な離層
2.不十分な接着、多数の膨れ
3.良好な接着、膨れが少ない
4.極めて良好な接着、平滑な表面
Figure 2009544381
これらの二層間の接着は、0.1%を超える光開始剤濃度でUV硬化を行った場合に増加した。1.0%光開始剤では少数の膨れが見られた。この二層間の境界部の不十分な硬化は、層の上部、すなわち表面における高濃度およびUV光の著しい吸収によって起こり得る。光開始剤を含有するUV硬化層では摩擦も低かった(データは示されていない)。水溶性Polyox N−80のUV架橋はそれをポリウレタンに結合させ、それが溶解および洗い流されるのを防ぎ、すなわち、長時間摩擦を維持することができる。
実施例2
製造
Tecogel 2000を、種々の濃度のPolyox N−80とホットメルト混練した。このブレンドは1%のEsacure KIP 150を含んでいた。サンプルの調製およびUV硬化は実施例1に記載のとおりであった。これらのブレンドをTecogel 500またはEstane 58212の基板上に積層した。
結果および考察
少なくとも24時間水に膨潤させた後、基板に対する接着を主観的に評価した。
Figure 2009544381
Tecogel 500に対する接着はUV硬化によって徐々に向上し、Polyox N−80の濃度によっては影響を受けなかった。Tecogel 2000とEstane 58212は相溶性でなく、全てのサンプルで離層したか、または膨れを持っていたことから、Estane 58212に対する接着はUV硬化によっては向上しなかった。
実施例3
製造
59.5%のTecogel 2000、40%のPolyox N−80および0.5%のEsacure KIP 150をホットメルト混練した。サンプルの調製およびUV硬化は実施例1に記載のとおりであった。
このブレンドを異なる基板上に積層した。これらの基板は、相溶化剤として種々のタイプおよび量のフェノキシ樹脂が加えられていたが、主としてEstane 58212に基づくものであった(下表参照)。
結果および考察
少なくとも24時間水に膨潤させた後、基板に対する接着を主観的に評価した。
Figure 2009544381
ポリウレタンEstane 58212にフェノキシ樹脂相溶化剤を加えることで、Tecogel 2000ブレンドを基板にUV結合させることができたが、UV硬化はせず、良好な接着は得られなかった。
実施例4
製造
59.5%のTecogel 2000を、40%のPolyox N−80および光開始剤として0.5%の、Esacure KIP 150、Irgacure 127またはIrgacure 651いずれかとホットメルト混練した。サンプルの調製は実施例1に記載のとおりであった。Fusion 6001 Hランプ(600W/インチ、アーク約20cm長、電球から約26cm離して基板を置く)を用い、100%強度で4分間、UV硬化を行った。
これらのブレンドを、10%のフェノキシ樹脂PKHHとともにTecogel 500、Estane 58212および90%Estane 58212の基板上に熱プレス積層した。
結果および考察
少なくとも24時間水に膨潤させた後、基板に対する接着を主観的に評価した。
Figure 2009544381
3種類の光開始剤は全て、3種類の基板全てに対する接着を向上させたが、Irgacure 127は、Estane 58212を含有する基板への接着を果たす上で、Esacure KIP 150およびIrgacure 651よりも有効でなかった。フェノキシ樹脂の添加は層間の結合を向上させなかった。さらに、(a)FusionランプでUV硬化させたEstane 58212上のEsacure KIP 150を含むサンプルと(b)Dr. Honleからのより弱いランプで硬化させた実施例3の対応するサンプルとを比較したところ、前者のサンプルで用いた、より高いUV強度の方が、基板に対するコーティングの接着に極めて有益であったことが示された。
実施例5
製造
吸水能が異なるTecogel 2000の2つの異なるロット(CD53RA015およびPM−03−36D)のいずれか59.5%を、40%のPolyox N−80および0.5%のIrgacure 651とホットメルト混練した。
サンプルの調製は実施例1に記載のとおりであった。Fusion 6001 Hランプを用い、100%強度で2分間UV硬化を行った。これらのブレンドをTecogel 500基板上に熱プレス積層した。
結果および考察
少なくとも24時間水に膨潤させた後、基板に対する接着を主観的に評価した。
Figure 2009544381
親水性の極めて高いポリウレタンPM−03−36Dをブレンドに加えると、その層を基板にUV結合させることがより困難になった。良好な接着を得るためには、これらの二層が互いに相溶性である必要があるので、積層中に境界部でポリマー鎖の十分な混合がある。これにより、二層からのポリマー鎖のより良好な架橋が得られる。
実施例6
Figure 2009544381
これらの成分を二軸押出機でともに混練した。これらの成分を重力式フィーダーにより押出機に送り、押し出してストランドとし、ペレット化した。押出機プロフィールは次の通りとした。
Figure 2009544381
次に、2台の単軸押出機をシングル・クロスヘッド・デュアル・チューブ・ダイに接続した。1号押出機に化合物Dを入れ、2号押出機に化合物A、BまたはCを入れた。これらのブレンドをEstane 58212のプレハブチューブ上に押し出した(図1参照)。次に、1号押出機が化合物Dを内層として押し出し、2号押出機が化合物A、BまたはCを外層として押し出した。内層と外層の比は、スクリュー速度を上げたり下げたりすることにより、いずれかの押出機の出力を調節することで変更した。層の厚さは、出力または引き取り速度のいずれかを変更することにより調節した。
2台の押出機は同じ温度プロフィールを有していた。
Figure 2009544381
押出後、コーティングされたチューブを35cmのサンプル長で切断し、Fusion 6001 Hランプを用い、100%強度で0、60、120または180秒間UV硬化させた。UV硬化させたサンプルを0.9%生理食塩水中で少なくとも24時間膨潤させた。チューブに対するこれらの層の接着を実施例1と同様に主観的に評価した。
化合物A、BおよびCのUV処理の時間を図6に示す。チューブに対する接着は、UV硬化させた際に、3つの化合物の全てで向上した。外層のポリウレタンの量が最も少ない化合物Cは、チューブへの適切な接着のために最も長いUV処理を要した。図2は、UV硬化が不十分なことによる、膨潤後のチューブからの離層を示す。図3は、適切なUV硬化によって、チューブに結合した膨潤層を示す。
実施例7: Gantrez AN 119 BFと結合した、また結合してない、光開始剤としての20%Irgacure 2959を含む、また含まないPolyoxからなるコーティング
サンプル7Aの製造: 100℃でポリマーに結合させた後にPolyoxと混練したIrgacure 2959
7.8gのGantrez AN 119 BF(50mmol無水物)、15.5gのMPEG 350(44mmol)および1.7gのIrgacure 2959(7.6mmol)を混合し、Brabender混合機にて100℃で90分間混練した。後処理は行わず、これを混合物1とした。反応の経時的進行をFT−IRにより、1854−5cm-1および1772−6cm-1における無水物ピークの低下およびそれと同時に1726cm-1におけるエステル/カルボン酸ピークの増大としてモニタリングした(図7参照)。
約90分後、実質量の無水物が反応し、残存無水物のレベルだけがゆっくり低下したので、この時点で反応を停止させた。
83.745部のPolyox N−301および9.305部のPolyox N−80を予め混合し、120℃のBrabender混合機にゆっくり加えることで融解した。Polyoxを完全に添加した後、混合物を2分間混練し、6.95部の混合物1を加えた。得られた混合物を大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。これを混合物2とし、0.47w/w%のIrgacure 2959を含んでいた。
混合物2を100℃で1分間熱プレスして、厚さ1mmの円形スライスを作製した。スライスの4分の1を、ディスタンスピースを用いずに、100℃でさらに熱プレスし、できるだけ薄いスライスとした。厚さは通常測定しなかったが、150〜200μmの間であった。
混合物2のこのスライスを、予めエタノールで拭いたEstane 58212のシート上に、100℃、50バールで約30〜45秒間積層した(ディスタンスピースは使用しなかった)。
このサンプルを2つに分け、両方とも、透明になるまで60〜80℃で5〜10分間加熱した。次に、一方のサンプルをすぐに1分間、他方は5分間、100%強度で作動させたFusion 1600 Hランプから約26cm離してUV硬化させた。
サンプル7Bの製造: 120℃でポリマーに結合させた後にPolyoxと混練したIrgacure 2959
7.8gの Gantrez AN 119 BF(50mmol無水物)、15.5gのMPEG 350(44mmol)および1.7gのIrgacure 2959(7.6mmol)を混合し、Brabender混合機にて120℃で90分間混練した。後の手順はサンプル7Aに関して記載したものと同様であった。これらのサンプルは0.47%のIrgacure 2959を含んでいた。
サンプル7Cの製造: ポリマーに結合させた後にPolyoxと混練したMPEG 350
7.2gのGantrez AN 119 BF(46mmol無水物)および17.8gのMPEG 350(51mmol)を混合し、ヒートカップボードにて90℃で24時間加熱した。後処理は行わず、これを混合物3とした。
84.6部のPolyox N−301および9.4部のPolyox N−80を予め混合し、120℃のBrabender混合機にゆっくり加えることで融解した。Polyoxを完全に添加した後、この混合物を2分間混練し、6.0部の混合物3を加えた。得られた混合物を大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。これを混合物4とし、光開始剤は含まなかった。
混合物4を、サンプル7Aにに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
サンプル7Dの製造: 一工程でポリマーに結合させ、Polyoxと混練したMPEG 350
1.5部のGantrez AN 119 BF、3.0部のMPEG 350、85.95部のPolyox N−301および9.55部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。これらのサンプルは光開始剤を含まなかった。
サンプル7Eの製造: ポリマーに結合されていないIrgacure 2959
3.04部のGantrez ES 225(Gantrez AN 119 BFの非反応性相同物)、3.00部のMPEG 350、0.48部のIrgacure 2959、84.13部のPolyox N−301および9.35部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。これらのサンプルは0.48%のIrgacure 2959を含んでいた。
サンプル7Fの製造: ポリマーに結合されていないMPEG 350
3.04部のGantrez ES 225、3.00部のMPEG 350、84.56部のPolyox N−301および9.40部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。これらのサンプルは光開始剤を含んでいなかった。
サンプル7A〜Fに関する結果および考察
これらのサンプルを脱イオン水に少なくとも24時間浸漬した。Estane 58212基板に対するUV硬化させたコーティングの接着に、実施例1に記載したようにスコアを付けた。同時に、これらのゲルの凝集にも1〜6の主観的スケールでスコアを付けた。
1=架橋無し;コーティングが溶解
2=崩壊無く取扱いができない、極めて弱いルーズなゲル
3=いく分安定なゲル
4=より安定なゲル
5=ほぼ安定なゲル
6=完全に安定な凝集ゲル
これらの結果を以下に示す。
Figure 2009544381
非結合光開始剤(7E)を含むサンプルは、UV硬化1分の後および5分の後の双方で、Gantrezポリマーに結合された光開始剤を含むサンプル(7A〜B)よりも強固なゲルが得られた。サンプル7Eでは、UV硬化5分の後に特に強固なゲルが得られた。さらに、7Aと7Bの間に有意な差は無く、このことはポリマー結合型の光開始剤の形成が、製造中の温度変化に対して強いことを示している。光開始剤を含まないゲル(7C〜Dおよび7F)は凝集しなかった。従って、光開始剤は、本系においてコーティングを架橋するのに必要であった。
本実施例および以降の実施例において、UV硬化を行わなかった系でいくつかの測定を行った。試験した全ての場合で、ゲルは非凝集かつ非接着性であったので、データは示さなかった。
実施例8: 光開始剤としてIrgacure 2959およびBTDAを含む、また含まないPolyoxおよびTecogel 2000からなるコーティング
サンプル8Aの製造: BTDA(二光開始剤系)に結合させたIrgacure 2959
7.93gの97%BTDA(23.9mmol)、14.71gのMPEG 350(42.0mmol)および2.36gのIrgacure 2959(10.5mmol)を混合し、ヒートカップボードにて90℃で24時間加熱した。後処理は行わず、これを混合物5とした。
51.4部のPolyox N−301、5.7部のPolyox N−80および38.1部のTecogel 2000を予め混合し、120℃のBrabender混合機にゆっくり加えることで融解した。完全に添加した後、この混合物を10分間混練し、4.8部の混合物5を加えた。得られた混合物を大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。これを混合物6とした。
混合物6を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。これらのサンプルは1.48%のBTDAおよび0.45%のIrgacure 2959を含んでいた。
サンプル8Bの製造: 光不活性PMDAに結合された光反応性Irgacure 2959
5.98gの97%PMDA(26.6mmol)、16.39gのMPEG 350(46.8mmol)および2.63gのIrgacure 2959(11.7mmol)を混合し、ヒートカップボードにて90℃で24時間加熱した。後処理は行わず、これを混合物7とした。
51.4部のPolyox N−301、5.7部のPolyox N−80および38.1部のTecogel 2000を予め混合し、120℃のBrabender混合機にゆっくり加えることで融解した。完全に添加した後、この混合物を10分間混練し、4.8部の混合物7を加えた。得られた混合物を大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。これを混合物8とした。
混合物8を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。これらのサンプルは0.50%のIrgacure 2959を含んでいた。
サンプル8Cの製造: 光不活性MPEG 350に結合された光反応性BTDA
7.54gの97%BTDA(22.7mmol)および17.47gのMPEG 350(49.9mmol)を混合し、ヒートカップボードにて90℃で24時間加熱した。後処理は行わず、これを混合物9とした。
52.2部のPolyox N−301、5.8部のPolyox N−80および38.7部のTecogel 2000を予め混合し、120℃のBrabender混合機にゆっくり加えることで融解した。完全に添加した後、この混合物を10分間混練し、3.3部の混合物9を加えた。得られた混合物を大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。これを混合物10とした。
混合物10を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。これらのサンプルは0.97%のBTDAを含んでいた。
サンプル8Dの製造: 光不活性PMDAに結合された光不活性MPEG 350
5.65gの97%PMDA(25.1mmol)および19.35gのMPEG 350(55.3mmol)を混合し、ヒートカップボードにて90℃で24時間加熱した。後処理は行わず、これを混合物11とした。
51.4部のPolyox N−301、5.7部のPolyox N−80および38.1部のTecogel 2000を予め混合し、120℃のBrabender混合機にゆっくり加えることで融解した。完全に添加した後、この混合物を10分間混練し、4.8部の混合物11を加えた。得られた混合物を大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。これを混合物12とした。
混合物12を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。これらのサンプルは光開始剤を含んでいなかった。
サンプル8A〜Dに関する結果および考察
これらのサンプルを脱イオン水に少なくとも24時間浸漬した。Estane 58212基板に対するUV硬化させたコーティングの接着および凝集に、実施例7に記載したようにスコアを付けた。
これらの結果を以下に示す。
Figure 2009544381
配合に光開始剤Irgacure 2959またはBTDAの一方または双方が存在した場合(サンプル8A〜C)の1分または5分のUV硬化後に優れたゲルが得られた。さらに、BTDAが存在した場合(サンプル8Aおよび8C)には、ゲルは基板に強固に接着したが、PMDA結合型のIrgacure 2959単独(サンプル8B)では、基板に結合しなかった。これに対し、光開始剤を含まないサンプル8Dで見られたゲルは、1分のUV硬化後に凝集も接着も見られなかった。しかしながら、5分のUV硬化後では、サンプル8Dは、基板に粘着しなかったとしても、優れたコーティングを生じた。実施例7と8を比較すると、Tecogel 2000を含有するゲルは光開始剤を添加しなくともゆっくりUV硬化することができるが、光開始剤が添加されれば、UV硬化速度の上昇および基板に対するゲルの接着の制御が可能であったことが明らかであった。
実施例9: Tecogel 2000を含む、また含まない、非結合型Irgacure 2959を含む、また含まないPolyoxからなるコーティング
サンプル9Aの製造: Polvoxからなるゲルにおける非結合型Irgacure 2959
0.48部のIrgacure 2959、89.57部のPolyox N−301および9.95部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。これらのサンプルは0.48%のIrgacure 2959を含んでいた。
サンプル9Bの製造: Polyoxからなるゲル
90部のPolyox N−301および10部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。これらのサンプルは光開始剤を含んでいなかった。
サンプル9Cの製造: PolyoxおよびTecogel 2000からなるゲルにおける非結合型Irgcure 2959
0.48部のIrgacure 2959、53.74部のPolyox N−301、5.97部のPolyox N−80および39.81部のTecogel 2000を、120℃のBrabender混合機にて大気圧下で10分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。これらのサンプルは0.48%のIrgacure 2959を含んでいた。
サンプル9Dの製造: PolyoxおよびTecogel 2000からなるゲル
54部のPolyox N−301、6部のPolyox N−80および40部のTecogel 2000を、120℃のBrabender混合機にて大気圧下で10分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。これらのサンプルは光開始剤を含んでいなかった。
サンプル9A〜Dに関する結果および考察
これらの結果を以下に示す。
Figure 2009544381
Tecogel 2000を含まないサンプル(9A〜B)では、Irgacure 2959が存在すると(9A)、UV硬化後に凝集ゲルが形成したが、光開始剤不含調製物9Bでは、1分または5分のUV硬化にいずれの種類の凝集ゲルも生じなかった。よって、Irgacure 2959はゲルを凝集させたが、基板に対する粘着性は無かった。サンプル中にTecogel 2000を含む場合(9C〜D)には、全てのゲルが基板に強固に接着したが、Irgacure 2959を含むサンプル9Cのゲルが、光開始剤不含調製物9Dのゲルよりも優れていた。
実施例8Bでは、PMDAに結合されたIrgacure 2959はMPEG 350の存在下で優れたゲルを形成したが、サンプル9Cが接着したようにはEstane 58212基板に接着しなかった(この2つの調製物における光開始剤の量はほぼ同一であった)。従って、PMDAに対するIrgacure 2959の結合および/またはMPEG 350の存在は、Irgacure 2959の、ポリウレタン基板から水素を引き抜く能力を低下させ、その結果、接着が不十分となった可能性がある。
サンプル8Dおよび9Dはまた、両配合がTecogel 2000を含むが光開始剤を含まないという点で同じである。しかしながら、サンプル8Dでは、5分のUV硬化後に優れた凝集性を有するが、基板に対する接着性のないゲルが生じたが、サンプル9Dでは、1分および5分後の双方で、極めて弱いが接着性のあるゲルが生じた。従って、サンプル8D中に存在するMPEG 350−PMDAエステルは、基板に対するゲルの接着はないが、低効率でゲルを架橋することができ、サンプル9Dの親水性Tecogel 2000ポリウレタンはまれにしかゲル凝集を生じないが、おそらくはウレタン−ウレタン水素結合の形成を介して、疎水性ポリウレタン基板への結合を果たしたものと思われる。
実施例10: Tecogel 2000を含む、また含まない、SMA結合型Irgacure 2959およびPolyoxからなるコーティング
SMA 1000のIrgacure 2959エステル(化合物1)の合成
1.124gのSMA 1000(4.81mmol、平均酸数480mgKOH/gサンプルに基づく無水物)よび1.373gのIrgacure 2959(6.12mmol)を12gのアセトンに溶かした。0.503gの1−メチルイミダゾール(6.13mmol)を触媒と塩基を合わせたものとして加えると、溶液が黄色になった。この混合物を70℃の気密性耐圧バイアルに入れた。
無水物基の消失をFT−IRにより、1770〜1860cm-1の間で追跡し、反応が63時間後に本質的に完了したことを示した(データは示されていない)。冷却すると、この溶液を透明になり、沈殿はほとんどみられなかった。この溶液をHClでpH1〜2に酸性化し、このIrgacure 2959のSMA1000酸エステルを酢酸エチルで抽出した。酢酸エチル相を乾燥させ、溶媒を蒸発させた後、粘稠な黄色オイルが残った。この化合物をメタノールに溶かし、風袋を計ったペトリ皿に移し、通風ヒートカップボードに入れ、70℃で80分間乾燥させると、粘稠な黄色化合物が得られ、これを化合物1とした。それ以上の後処理は行わなかった。収量は2.00gであった。ポリマー中のIrgacure 2959の最大理論量は49w/w%であった。しかしながら、この調製物中に存在するIrgacure 2959の最大量は、UV−Vis分光法によれば、22w/w%であると判定された(遊離型および結合型のIrgacure 2959の吸光係数が同じであると仮定)。これは、Irgacure 2959の最大吸光度の波長(メタノールおよび1,3−ジオキソラン中で274〜5nm)における、存在し得るバックグラウンド吸収に関する補正を行わなかったために、推定値よりも高かった。
サンプル10Aの製造: PolyoxからなるゲルにおけるSMA 1000に結合されたIrgacure 2959
0.91部の化合物1、89.18部のPolyox N−301および9.91部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物は最大0.20%のIrgacure 2959を含んでいた。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。
SMA 2000のIrgacure 2959エステル(化合物2)合成
1.428gのSMA 2000(4.52mmol、平均酸数355mgKOH/gサンプルに基づく無水物)および1.151gのIrgacure 2959(5.13mmol)を12gのアセトンに溶かした。0.421gの1−メチルイミダゾール(5.13mmol)を加えると、溶液は黄色になった。この混合物を70℃の気密性耐圧バイアルに入れた。無水物基の消失をFT−IRにより、1770〜1860cm-1の間で追跡し、反応が63時間後に60〜65%完了していたことを示した(データは示されていない)。従って、この反応はSMA 1000を用いた場合よりも遅かった。この溶液をHClでpH1〜2に酸性化し、このIrgacure 2959のSMA 2000酸エステルを濾取し、アセトンに溶かし、風袋を計ったペトリ皿に移し、通風したヒートカップボードに入れ、70℃で170分間乾燥させると、淡黄色の、いくつかの軟質領域を含む主として硬質結晶性物質が得られ、これを化合物2とした。それ以上の後処理は行わなかった。収量は1.88gであった。ポリマー中のIrgacure 2959の最大理論量は41.5w/w%であった。しかしながら、この調製物中に存在するIrgacure 2959の最大量は、UV−Vis分光法によれば、11w/w%であると判定された。
サンプル10Bの製造: PolvoxからなるゲルにおけるSMA 2000に結合されたIrgacure 2959
1.12部の化合物2、88.99部のPolyox N−301および9.89部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物は0.12%のIrgacure 2959を含んでいた。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
SMA 3000のIrgacure 2959エステル(化合物3)の合成
1.647gのSMA 3000(4.18mmol、平均酸数285mgKOH/gサンプルに基づく無水物)および0.991gのIrgacure 2959(4.42mmol)を12gのアセトンに溶かした。0.363gの1−メチルイミダゾール(4.42mmol)を加えると、溶液は黄色になった。この混合物を70℃の気密性耐圧バイアルに入れた。無水物基の消失をFT−IRにより、1770〜1860cm-1の間で追跡し、反応が63時間後に60〜65%完了していたことを示した(データは示されていない)。従って、この反応はSMA 1000を用いた場合よりも遅く、SMA 2000を用いた場合とほぼ同等の速さであった。この溶液をHClでpH1〜2に酸性化し、このIrgacure 2959のSMA 3000酸エステルをメチルイソブチルケトンで抽出した。メチルイソブチルケトン相を乾燥させ、溶媒を蒸発させた後、黄色物質が残った。この化合物をアセトンに溶かし、風袋を計ったペトリ皿に移し、通風ヒートカップボードに入れ、70℃で一晩乾燥させると、淡黄色で透明の、砕けやすいガラスが得られ、これを化合物3とした。それ以上の後処理は行わなかった。収量は2.22gであった。ポリマー中のIrgacure 2959の最大理論量は36w/w%であった。しかしながら、この調製物中に存在するIrgacure 2959の最大量は、UV−Vis分光法によれば、25w/w%であると判定された。
サンプル10Cの製造: PolyoxからなるゲルにおけるSMA 3000に結合されたIrgacure 2959
1.33部の化合物3、88.80部のPolyox N−301および9.87部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物は最大0.33%のIrgacure 2959を含んでいた。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
サンプル10Dの製造: PolvoxおよびTecogel 2000からなるゲルにおけるSMA 1000に結合されたIrgacure 2959
0.91部の化合物1、53.51部のPolyox N−301、5.94部のPolyox N−80および39.64部のTecogel 2000を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で10分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。これらのサンプルは最大0.20%のIrgacure 2959を含んでいた。
サンプル10Eの製造: PolyoxおよびTecogel 2000からなるゲルにおけるSMA 2000に結合されたIrgacure 2959
1.12部の化合物2、53.40部のPolyox N−301、5.93部のPolyox N−80および39.55部のTecogel 2000を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で10分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。これらのサンプルは最大0.12%のIrgacure 2959を含んでいた。
サンプル10Fの製造: PolyoxおよびTecogel 2000からなるゲルにおけるSMA 3000に結合されたIrgacure 2959
1.33部の化合物3、53.28部のPolyox N−301、5.92部のPolyox N−80および39.47部のTecogel 2000を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で10分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。これらのサンプルは最大0.33%のIrgacure 2959を含んでいた。
サンプル10A〜Fに関する結果および考察
これらの結果を以下に示す。
Figure 2009544381
純粋なPolyoxコーティングを有するサンプル(10A〜C)ならびにコーティングにTecogel 2000を加えたサンプル(10D〜F)では、ゲルの凝集は同じパターンに従う:SMA 3000(0.33%のIrgacure 2959)>SMA 1000(0.20%のIrgacure 2959)>SMA 2000(0.12%のIrgacure 2959)。この順序は、サンプル中のIrgacure 2959濃度にし従ったものであるが、SMAポリマーの順序はランダムであるように思えた。従って、ゲルの良好なUV架橋を達成するためのIrgacure 2959の濃度は少なくとも0.3%でなければならないが、SMA種の効果は小さいと思われる。
サンプル10Cを5分間UV硬化させた場合、優れたゲルが生じ、これはさらにTecogel 2000が存在しなくても、基板に強固に接着した。この効果は、サンプル10CでIrgacure 2959の濃度がなお低くく、硬化中も良好であると見込まれるためであるかもしれないし、あるいはこの効果はSMA結合型Irgacure 2959と基板およびPolyoxの双方との特に良好な相溶性のためであるかもしれない。
サンプル10Fでは、1分のUV硬化直後に、基板に対する強固な接着性を有する優れたTecogel含有ゲルが生じたが、サンプル8A、8Cおよび9Cでもそうであるので、これはSMA結合型Irgacure 2959独自の特徴ではなかった。
実施例11: 脂肪族疎水性ポリウレタンに結合されたPolyoxおよびIrgacure 2959からなるコーティング
化合物4および5はBomar Specialties Co (Winsted, CT)により注文合成され、IGM Resins (Waalwijk, the Netherlands)により欧州に流通しているものである。化合物4は、3つの末端全てがIrgacure 2959で官能基化されている中分子量の脂肪族三官能性ポリエーテルウレタンであった。化合物4中のIrgacure 2959の含量は、Bomarにより示されているところでは33.0w/w%であった。化合物5は、両末端がIrgacure 2959で官能基化されている、中分子量の脂肪族直鎖ポリエーテルウレタンであった。化合物5中のIrgacure 2959の含量は、Bomarにより示されているところでは15.5w/w%であった。FT−IRにより測定したところ、アクリル酸基を含んでいた化合物は無かった(データは示されていない)。
サンプル11Aの製造: Polvoxからなるゲルにおける1%の化合物4
1部の化合物4、89.1部のPolyox N−301および9.9部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物は0.33%のIrgacure 2959を含んでいた。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
サンプル11Bの製造: Polvoxからなるゲルにおける5%の化合物4
5部の化合物4、85.5部のPolyox N−301および9.5部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物は1.65%のIrgacure 2959を含んでいた。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
サンプル11Cの製造: Polyoxからなるゲルにおける10%の化合物4
10部の化合物4、81部のPolyox N−301および9部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物は3.30%のIrgacure 2959を含んでいた。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
サンプル11Dの製造: Polyoxからなるゲルにおける1%の化合物5
1部の化合物5、89.1部のPolyox N−301および9.9部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物は0.16%のIrgacure 2959を含んでいた。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
サンプル11Eの製造: Polyoxからなるゲルにおける5%の化合物5
5部の化合物5、85.5部のPolyox N−301および9.5部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物は0.78%のIrgacure 2959を含んでいた。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
サンプル11Fの製造: Polyoxからなるゲルにおける10%の化合物5
10部の化合物5、81部のPolyox N−301および9部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物は1.55%のIrgacure 2959を含んでいた。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
サンプル11A〜Fに関する結果および考察
これらの結果を以下に示す。
Figure 2009544381
サンプル11A〜Cは、5分のUV硬化後に基板に良好に接着する強固なゲルを生じた。サンプル11E〜Fもまた、5分のUV硬化後に強固なゲルを生じたが、これらのゲルは基板に接着しなかった。これらの実験は、基板に対する接着のためには、光反応性ポリマーの幾何学が、ゲル中の光開始基の純濃度よりも重要であることを明らかに示した。すなわち、三官能性光反応性ポリウレタン化合物4は基板ポリマーに強固に接着したが、二官能性化合物5は接着しなかった。また、ゲル中、0.16%のIrgacure 2959では、5分のUV硬化でもゲルの有効な架橋を誘発するには十分でなく(サンプル11D)、この結果はサンプル10Bでも見られた。
実施例12: Tecogel 2000を含み、また含まない、光開始剤としてBTDA−Jeffamine縮合ポリマーを含む、また含まない、Polyoxからなるコーティング
BTDA−Jeffamine D−230縮合ポリマー(化合物6)の合成
1.77gの97% BTDA(5.33mmol)を、磁気攪拌および60℃に加熱することにより、12gのDMSOに溶かした。1.23gのJeffamine D−230(5.35mmol)を加えたところ、著しい発熱が見られた。混合後数分間FT−IRを記録したところ、この二無水物とジアミンの間の反応が瞬間的であることが示された(図8参照)。
この溶液をHClでpH1〜2に酸性化し、BTDA−Jeffamine D−230縮合ポリマーをジクロロメタンで抽出した。ジクロロメタン相を乾燥させ、ジクロロメタンを蒸発させ、これを化合物6とした。この化合物は最大11.4%のBTDAを含んでいたが、これは、BTDAの最大吸収(エタノール中257nm)における大きなバックグラウンド吸収のために、UV−Vis分光法では確認できなかった。
サンプル12Aの製造: Polvoxからなるゲルにおける光開始剤としてのBTDA/Jeffamine D−230縮合ポリマー
1.73部の化合物6、88.44部のPolyox N−301および9.83部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。これらのサンプルは最大0.20%のBTDAを含んでいた。
サンプル12Bの製造: PolvoxおよびTecogel 2000からなるゲルにおける光開始剤としてのBTDA/Jeffamine D−230縮合ポリマー
1.73部の化合物6、53.06部のPolyox N−301、5.90部のPolyox N−80および39.31部のTecogel 2000を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で10分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。これらのサンプルは最大0.20%のBTDAを含んでいた。
サンプル12A〜Bに関する結果および考察
これらの結果を以下に示す。
Figure 2009544381
用いた光開始剤の濃度が低いにもかかわらず、サンプル12A〜Bから、1分のUV硬化後に比較的強固なゲルが形成されたが、5分のUV硬化の方が、ゲル強度が良好であった。Tecogel 2000含有ゲル12Bは、サンプル12Aの純粋なPolyoxゲルよりも若干強固であった。さらに、サンプル12Bのゲルは基板に強固に接着したが、サンプル12Aのゲルは接着しなかった。この点で、サンプル12Bは、基板に良好に接着した他の多くの、光開始剤を伴うTecogel 2000含有サンプルと同等であった。
実施例13: 光開始剤としてBottomまたはJoncrylポリオールに結合されたベンゾフェノンを含み、Tecogel 2000を含む、また含まないPolyoxからなるコーティング
4−ベンゾイルベンゾイルクロリドの合成
5.00gの4−ベンゾイル安息香酸(22.1mmol)、10.0mlの塩化チオニル(16.31g、137mmol)およびDMF1滴を、100℃に維持した油浴中、100ml丸底フラスコ内で75分間還流させた。反応中に生じたSO2およびHClガス流をゴム管とガラスピペットを介して、激しく攪拌した1M NaOH溶液の表面へ導き、ここで、ほとんどのガスが吸収され、亜流酸塩および塩化物に変換された。系内への水酸化ナトリウムの逆吸引の危険があるので、ガラスピペットの先端が水酸化ナトリウム溶液の表面に触れないように注意した。
75分間還流した後、油浴を外し、反応混合物を室温まで冷却した。冷却器を外し、丸底フラスコからの1本のゴム管をメンブランポンプの入口に導き、メンブランポンプからの出口をゴム管とガラスピペットを介して攪拌した1M NaOH溶液へ導くように配置を変えた。ポンプからの気流がこの実験の最初の段階からのSO2およびHClガスの自然発生的な流量よりもはるかに大きいので、ガラスピペットは、この実験の最初の段階よりもNaOH溶液から遠ざけなければならない。次に、吸引を適用し、まず10分間は室温で、その後、まだ温かい油浴中で反応混合物を穏やかに加熱しながらさらに10分間、未反応のSOCl2を除去した。4−ベンゾイルベンゾイルクロリドの黄色固体が入ったフラスコに、合成の次の工程で用いるまで栓をした。ポンプから換気フードのプラスチックバケットの蓋にある2つの小さな穴の1つに、500mLの脱イオン水を直接吸引することで、メンブランポンプの残留SOCl2をフラッシした。
4−ベンゾイル安息香酸のBoltorn H−20エステル(化合物7)の合成
直接蒸留ヘッドに取り付けた250mL丸底フラスコにて、2.43gのBoltorn H−20(22.1mmol、平均OH数510mgKOH/gサンプルに基づくOH)を50mLのピリジン(48.9g;0.618mol)に溶かした。水はピリジンと低沸点共沸混合物(共沸混合物bp93.6℃;共沸混合物は75.5mol%の水を含有する)を形成するので、この混合物を、磁気攪拌機を備えた加熱マントルの手段による蒸留によって乾燥させた。水が除去されたらすぐに蒸留温度を純粋なピリジンの沸点、すなわち115.3℃まで上げ、この時点から、小漏斗からメスシリンダーにさらに4〜5mLのピリジン/水を採集した。
130℃のヒートカップボード内で乾燥させた100mL滴下漏斗を、4−ベンゾイルベンゾイルクロリドの入った100mL丸底フラスコ(上記参照)に入れた。Boltorn H−20の温かい乾燥溶液をこの滴下漏斗に移し、窒素バブラーを取り付けて水分を排除した。10〜15mLのBoltorn溶液を、液体上にHClが少量だけ生じるような速度で加え、こうすればフラスコ内の磁気攪拌がまだできるはずである。この溶液の残りを、素手で判断して(外部冷却または加熱を適用しない)、フラスコの外温が約40℃を超えないような速度で加えた。反応混合物は褐色になった。必要に応じて、この溶液を氷浴で冷却した。Boltorn添加の終了に近づくと、反応混合物は、外観上、淡褐色の塩化ピリジニウムの沈殿のために粘稠となった。約1時間後、発熱が止み、反応混合物は反応が完了したサインとして室温に戻った。
過剰量の濃HClを加え、水溶性とするために全てのピリジンに陽子を与え、このBoltornエステルを水相から3×50mlLのCH2Cl2へ抽出した。有機抽出物を一晩MgSO4で乾燥させ、CH2Cl2を蒸発させた。4−ベンゾイル安息香酸のBoltorn H−20エステルは淡黄褐色の硬い固体であった。これを化合物7とした。
サンプル13Aの製造: Polyoxからなるゲルにおける光開始剤としての4−ベンゾイル安息香酸のBoltorn H−20エステル
1.45部の化合物7、88.695部のPolyox N−301および9.855部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
4−ベンゾイル安息香酸のBoltorn H−30エステル(化合物8)の合成
2.48gのBoltorn H−30(22.1mmol、平均OH数500mgKOH/gサンプルに基づくOH)を50mLのピリジン(48.9g;0.618mol)に溶かし、乾燥させ、4−ベンゾイル安息香酸のBoltorn H−20エステル(化合物7)の合成に記載したように、5.00gの4−ベンゾイル安息香酸から製造した4−ベンゾイルベンゾイルクロリドと反応させた。4−ベンゾイル安息香酸のBoltorn H−30エステルは淡黄褐色のワックスであった。これを化合物8とした。
サンプル13Bの製造: Polyoxからなるゲルにおける光開始剤としての4−ベンゾイル安息香酸のBoltorn H−30エステル
1.46部の化合物8、88.69部のPolyox N−301および9.85部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
2−ベンゾイルベンゾイルクロリドバッチ番号1(「2−BBCl−1」と略記)の合成
2−BBCl−1の合成は、4−ベンゾイルベンゾイルクロリドの合成(上記参照)と同様に行った。しかしながら、2−BBCl−1は黄色オイルであり、4−ベンゾイルベンゾイルクロリドのように固体ではなかった。
2−ベンゾイル安息香酸のBoltorn H−20エステル(化合物9)の合成
2.43gのBoltorn H−20(22.1mmol、平均OH数510mgKOH/gサンプルに基づくOH)を50mLのピリジン(48.9g;0.618mol)に溶かし、乾燥させ、上記のように5.00gの2−ベンゾイル安息香酸から製造した2−BBCl−1と反応させた。2−ベンゾイル安息香酸のBoltorn H−20エステルは淡黄褐色の硬い固体であった。これを化合物9とした。
サンプル13Cの製造: Polvoxからなるゲルにおける光開始剤としての2−ベンゾイル安息香酸のBoltorn H−20エステル
1.45部の化合物9、88.695部のPolyox N−301および9.855部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
2−ベンゾイル安息香酸のBoltorn H−30エステル(化合物10)の合成
2.48gのBoltorn H−30(22.1mmol、平均OH数500mgKOH/gサンプルに基づくOH)を50mLのピリジン(48.9g;0.618mol)に溶かし、乾燥させ、上記のように5.00gの2−ベンゾイル安息香酸から製造した2−BBCl−1と反応させた。2−ベンゾイル安息香酸のBoltorn H−30エステルは淡黄褐色の高い固体であった。これを化合物10とした。
サンプル13Dの製造: Polyoxからなるゲルにおける光開始剤としての2−ベンゾイル安息香酸のBoltorn H−30エステル
1.46部の化合物10、88.69部のPolyox N−301および9.85部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
2−ベンゾイル安息香酸のJoncryl 804エステル(化合物11)の合成
10.15gのJoncryl 804(7.96mmol、平均OH数44mgKOH/gサンプルに基づくOH)を75mLのピリジン(73.35g;0.927mol)に溶かし、乾燥させ、塩化チオニルを10.0mLではなく3.6mLだけ用いること以外は上記のように製造した1.80gの2−ベンゾイル安息香酸(7.96mmol)から製造した2−BBCl−1と反応させた。2−ベンゾイル安息香酸のJoncryl 804エステルの合成は、4−ベンゾイル安息香酸のBoltorn H−20エステル(化合物7)の合成と同様にした。2−ベンゾイル安息香酸のJoncryl 804エステルはほぼ透明のワックスであった。これを化合物11とした。
サンプル13Eの製造: Polyoxからなるゲルにおける光開始剤としての2−ベンゾイル安息香酸のJoncryl 804エステル
6.45部の化合物11、84.19部のPolyox N−301および9.36部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
サンプル13Fの製造: PolyoxからなるゲルにおけるBoltorn H−20に結合されていない2−ベンゾイル安息香酸
0.24部の2−ベンゾイル安息香酸、1.21部のBoltorn H−20、88.695部のPolyox N−301および9.855部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
サンプル13Gの製造: PolvoxからなるゲルにおけるJoncryl 804と結合されてない2−ベンゾイル安息香酸
1.00部の2−ベンゾイル安息香酸、5.45部のJoncryl 804、84.19部のPolyox N−301および9.36部のPolyox N−80を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で2分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
サンプル13Hの製造: PolvoxおよびTecogel 2000からなるゲルにおける光開始剤としての4−ベンゾイル安息香酸のBoltorn H−20エステル
1.45部の化合物7、53.22部のPolyox N−301、5.91部のPolyox N−80および39.42部のTecogel 2000を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で10分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
サンプル13Iの製造: PolvoxおよびTecoαel 2000からなるゲルにおける光開始剤としての4−ベンゾイル安息香酸のBoltorn H−30エステル
1.46部の化合物8、53.21部のPolyox N−301、5.91部のPolyox N−80および39.42部のTecogel 2000を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で10分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
サンプル13Jの製造: PolyoxおよびTecogel 2000からなるゲルにおける光開始剤としての2−ベンゾイル安息香酸のBoltorn H−20エステル
1.45部の化合物9、53.22部のPolyox N−301、5.91部のPolyox N−80および39.42部のTecogel 2000を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で10分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
サンプル13Kの製造:PolyoxおよびTecogel 2000からなるゲルにおいて、光開始剤としての2−ベンゾイル安息香酸Boltorn H−30エステル
1.46部の化合物10、53.21部のPolyox N−301、5.91部のPolyox N−80および39.42部のTecogel 2000を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で10分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
サンプル13Lの製造: PolvoxおよびTecogel 2000からなるゲルにおける光開始剤としての2−ベンゾイル安息香酸のJoncryl 804エステル
6.45部の化合物11、50.52部のPolyox N−301、5.61部のPolyox N−80および37.42部のTecogel 2000を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で10分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
サンプル13Mの製造: PolyoxおよびTecogel 2000からなるゲルにおけるBoltorn H−30に結合されていない4−ベンゾイル安息香酸
0.24部の4−ベンゾイル安息香酸、1.21部のBoltorn H−30、53.22部のPolyox N−301、5.91部のPolyox N−80および39.42部のTecogel 2000を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で10分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
サンプル13Nの製造: PolyoxおよびTecogel 2000からなるゲルにおけるJoncryl 804に結合されていない2−ベンゾイル安息香酸
1.00部の2−ベンゾイル安息香酸、5.45部のJoncryl 804、50.52部のPolyox N−301、5.61部のPolyox N−80および37.42部のTecogel 2000を、120℃のBrabender混合機にて、大気圧下で10分間、その後、真空下で2分間混練した。この混合物を、サンプル7Aに関して記載したように、熱プレスし、積層し、1分間および5分間UV硬化させた。これらのサンプルを、サンプル7Aに関して記載したように主観的に評価した。
サンプル13A〜Nに関する結果および考察
これらの結果を以下に示す。
Figure 2009544381
4−BBA:4−ベンゾイル安息香酸。2−BBA:2−ベンゾイル安息香酸。PI:光開始剤。H−20:Boltorn H−20。H−30:Boltorn H−30。J804:Joncryl 804。
全て光開始剤が結合されているサンプル13A〜Eを比べると、4−BBA(13A〜B)のみが、Tecogel 2000を含まないPolyoxコーティングの5分のUV硬化後にコーティングと基板のしっかりした良好な接着が可能であり、2−BBAでは可能でなかった(13C〜D)ことが明らかになった。他方、2−BBAは4−BBAよりも強固なPolyoxゲルを形成した。純粋なPolyox中の他の全ての光開始剤の組合せとは対照的に、2−BBAとH−20が結合されていないサンプル13Fは、1分のUV硬化の後に強固なゲルを形成せず、明らかに、H−20は光開始剤がそれに結合された場合に最もよく働いた。Joncryl 804は2−BBAが結合している場合と結合していない場合の双方で極めて強固なゲルを形成したが、基板に接着することはできなかった。
Tecogel 2000を含むゲルでもまた、2−BBAが結合している場合および結合していない場合は、4−BBAが結合している場合および結合していない場合よりも強固なゲルを形成する明らかな傾向があった(比較サンプル13H〜N)。しかしながら、純粋なPolyoxゲルとは対照的に、Tecogelが存在しなかった場合と同様に(サンプル13C)、全く接着コーティングが得られなかった2−BBAとH−20の組合せの場合(サンプル13J)を除き、全て光開始剤と結合したTecogel 2000が存在する場合には、1分のUV硬化後にポリウレタン基板への強固な接着が得られた。明らかに、Boltorn H−20に由来する光開始剤の全体的な性能は、Boltorn H−30に由来するものよりも若干低かった。非結合型2−BBAとJoncryl 804の組合せ(サンプル13N)はかろうじて5分のUV硬化後に基板に強固に結合したが、対応する結合型の光開始剤(サンプル13L)は、1分のUV硬化直後に基板に強固に結合するゲルを形成した。
実施例14: 共有結合的光開始剤を含む、Polyoxおよび/または熱可塑性マトリックスポリマーモデルからなるコーティング
ベンゼン中でのベンゾイルオキシル化Polyox WSR N−80の合成
2.00gのPolyox WSR N−80、2.2mgのCuClおよび200mLのベンゼンを、冷却器、滴下漏斗および栓を備えた500mL三口丸底フラスコに入れ、N2でパージし、N2ブランケット下にフラスコを残した。24mLのベンゼン中、885μLのペルオキシ安息香酸tert−ブチルを、激しく磁気攪拌しながら、滴下漏斗から滴下した。添加中に溶液は青みがかった色になった。
72時間後、この青みがほぼ消えた。2.4mLの2M Na2CO3を攪拌しながら加え、蒸留ヘッドを取り付け、共沸により水を除去した。約約5mLのベンゼン−水混合物が蒸留された際に発泡が見られたが、激しいものではなかった。全ての水が確実に除かれるよう、計55mLの液体を蒸留した。この溶液を冷却し、塩を濾去し、濾液を500mLのビーカーに移し、100mLのペンタンを加えた。ビーカーの壁面および底に黄色の弾性のある生成物が沈殿し、これをガラススパチュラで掻き取った後、乾燥させた。収量:2.17g。1724cmー1における強いIRピークにより、この化合物中のエステル基の存在が確認された。
メチルイソブチルケトン/酢酸中でのベンゾイルオキシル化Polyox WSR N−80の参照合成
10.0gのPolyox WSR N−80(227mmol、エーテル結合)、2.0mgのCuCl(MW=99.00g/モル;20μmol)、475mLのMIBK(bp117〜8℃)および25mLの酢酸(bp117〜8℃)を、冷却器、滴下漏斗および栓を備えた1L三口フラスコに入れた。銅塩の溶解度を高めるために酢酸を加えた(J. K. Kochi, A. Bemis (1968): “Catalytic riactions of peroxides, direct initiation by cuprous species”, Tetrahedron, 24, 5099-5113参照)。
フラスコをN2でフラッシした後、N2ブランケット下で加熱還流した。4mLのペルオキシ安息香酸tert−ブチル(密度1.034g/mL;MW=194.23g/モル;21mmol)を10〜15分かけて滴下した。このペルオキシエステルの添加には、Cu(I)からCu(II)への酸化のために黄色がかった色から緑がかった色への変色を伴った。反応の進行を、IR分光法による1756cm-1におけるペルオキシエステルピークの消失をモニタリングすることにより追跡した。19時間後、ペルオキシエステルピークがほぼ消失し、全ての銅がCu(I)へ還元され、もはやそれをCu(II)へ酸化するペルオキシエステルが存在しないというさらなるサインとして、緑がかった色が黄色に戻った(D. J. Rawlinson, G. Sosnovsky (1972): “One-Step Substitutive Acyloxylation at Carbon. Part I. Reactions Involving Peroxides”, Synthesis, International Journal of Methods in Synthesis Organic Chemistry, 1, 1-28参照)。
反応混合物を1Lビーカーに注ぎ、Polyoxは低温のMIBKよりも沸騰しているMIBKにはるかに溶けやすいことを利用して、Polyoxの融点(62〜65℃)よりも十分低い温度まで空気中で、その後、氷水中でゆっくり冷却した。この重量のある白色結晶性沈殿をブフナー漏斗上で濾過し、50mLの冷19:1 MIBK:酢酸(v/v)で1回洗浄して銅塩を除去し、ジエチルエーテルで2回洗浄した後、乾燥させた。収量:6.17g。IR分光法によれば、1737cm-1におけるカルボニルピークは小さく、従って、基本的にこの反応では目的生成物は得られなかった。従って、これらの反応条件を注意深く選択し、最適化しなければならない。
2−ベンゾイルベンゾイルクロリドバッチ2(「2−BBCl−2」と略記)の合成
74.8gの4−ベンゾイル安息香酸(331mmol)および150mLの塩化チオニル(245g、2.06mol)を、冷却器そして冷却器の上部に、HClおよびSO2ガスを激しく攪拌したNaOH溶液の表面上(ここで、ほとんどのガスが吸収され、亜流酸塩および塩化物へ変換される)に導くためのチューブを取り付けた500mL丸底フラスコに入れた。NaOH溶液は8.5molを超える、すなわち、
SOCl2+4HO- → SO3 2ー + 2Cl- + 2H2
に従い、2.06molのSOCl2を中和するために必要とされる化学量論を超える、NaOHを含んでいた。
この反応混合物に10滴のDMFを加え、混合物の還流を維持するために60分間加熱した。加熱を止め、反応混合物を室温まで冷却した。冷却器を外し、丸底フラスコからの1本のゴム管をメンブランポンプの入口に導き、メンブランポンプからの出口をゴム管を介して攪拌したNaOH溶液へ導くように配置を変えた。ポンプからの気流がこの実験の最初の段階からのSO2およびHClガスの自然発生的な流量よりもはるかに大きいので、この管は、この実験の最初の段階よりもNaOH溶液から遠ざけなければならない。次に、吸引を適用し、真空下、80℃で数日加熱することによって未反応のSOCl2を除去した。生成物(2−BBCl−2;MW=244.68g/モル)は黄色い液体であり、おそらく光化学的に活性な2−ベンゾイルベンゾイルクロリドと光化学的に不活性な偽酸塩化物を含んでいた(M.S. Newman, C. Courduvelis (1966): “Reactions Proceeding by the [3.2.1] Bicyclic Path”, J. Am. Chem. Soc., 88(4), 781-4参照)。
収量:83.58gの(342mmol、103%、過剰分はおそらく除去されなかったSOCl2である)。ポンプから換気フードのプラスチックバケットの蓋にある2つの小さな穴の1つに、数リットルの脱イオン水を直接吸引することで、メンブランポンプの残留SOCl2をフラッシした。そのご、ポンプをエタノールでフラッシし、乾燥させた。
2−BBCl−2で末端官能基化されたPolyox WSR N−80の合成
1.51gのPolyox WSR N−80(7.55μmol)を165mLのベンゼンに加え、溶解させるために沸点付近まで加熱し、再び室温まで冷却した。375μLの2−BBCl−2(>375mg;MW=244.68g/モル;>1.5mmol、すなわち、化学量論的に大過剰)を磁気攪拌しながら一度に加えた。1時間後、3mLの2M Na2CO3(6mmol)を加えて、残留する2−ベンゾイルベンゾイルクロリド、2−ベンゾイル安息香酸およびその他の酸性不純物を抽出した。優れた溶媒であるベンゼンが存在するにもかかわらず、大部分のPolyoxが沈殿し、ベンゼン相が乳白色となったので、塩を沈殿させ、改質されたPolyoxを強制的に溶液に戻すために、約69℃で共沸により水を留去した。この段階で発泡が起こり、これはベンゼン中のPolyox濃度が1w/v%を超える場合には過度であって制御不能であったが、1%以下では制御できた。全ての水が除去された際(蒸留物が25〜30mLとなった後)、蒸留ヘッドの上部の温度は78〜9℃に上昇していた。得られた透明なベンゼン溶液を冷却し、塩を濾去し、この溶液を乾固近くまで蒸発させた。収量:1.7g。
ベンゼン中、5g/Lの化合物のUV−Visスペクトルは、322nmにおける大域極大で吸光度0.6を示した。これは、255nmと322nmにおける吸光係数間の比が、エタノール中のベンゾフェノンに関しては86であることから、約約252nmにおける大域ベンゾフェノン極大で理論吸光度51に相当した(データは示されていない)。しかしながら、残念なことに、252nmピークはベンゼンには見られず、300nm未満に極めて強い吸収があった。従って、ベンゼンは、Polyox、PEG 35000およびTecogel 2000のその優れた溶媒和のために選択されたものであったが、UV−Vis測定には理想的な溶媒ではなかった。その代わりに、ベンゾフェノンが示す322nmにおける小域極大を用いてベンゾフェノン基の近似濃度を算出した。
Polyox 2−BBCl−2エステルの吸光度は、ポリマーの約19重量%のベンゾフェノン含量に相当した。これは極めて非現実的であり、なんらかのベンゾフェノン誘導体の混入があったことを示したが、時間が無かったために、ともかくこの濃度の光開始剤を含んでいるものとして化合物を処理することにした。
興味深いことに、2−ベンゾイル安息香酸は、322nmにおいて極めて小さい吸光度しか持たず、さらには、漸増濃度でLambert−Beerの法則に従わなかったことから、参照として使用できなかったが、これはおそらく、合成されたPolyox 2−ベンゾイルベンゾエートではその効果が無かったことから、極めて非極性のベンゼン中の酸ヒドロキシル基を含む、濃度依存的な二量体形成を示した。
2−BBCl−2で末端官能基化されたPEG 35000の合成
35.0gのポリglykol Hoechst 35000 Schuppen(バッチE06389543)および200mLのベンゼンを500mL丸底フラスコで混合し全てが溶解するまで加熱した。どちらかと言うと粘稠な溶液を室温まで冷却し、5mLの2−BBCl−2を、激しく攪拌しながら少量ずつ加え。1時間後、この混合物をビーカーに移し、フラスコを少量のベンゼンですすいだ。改質されたPEG 35000を、100mLのペンタンを加えることによって沈殿させた。この化合物を濾取し、ペンタンで数回洗浄し、乾燥させた。収量:35.3g。
ベンゼン中、2.55g/Lの化合物のUV−Visスペクトルは、322nmにおける吸光度が0.035であり、これは252nmにおけるA=3、およびポリマーの2.2重量%のベンゾフェノン濃度に相当する。これは非現実的であったが、2−BBCl−2で末端官能基化されたWSR N−80に関して上記したものと同様に、時間が無かったために、ともかくこの濃度の光開始剤を含んでいるものとして化合物を処理することにした。
2−BBCl−2で末端官能基化されたTecogel 2000の合成
10.0gのTecogel 2000を、激しく攪拌しながら、400mLの温ベンゼンに加えた。この溶液はいくらかの架橋された不溶性材料を含み(この場合にしばしばあるように)、孔径212μmの金属篩を用いてこれを濾去した。250μLの2−BBCl−2を、室温で攪拌しながら一度に加えた。1時間後、この溶液をビーカーに移し、200mLのヘキサンを激しく磁気攪拌しながら、また、磁気攪拌だけでは、嵩高い沈殿物が硬すぎてベンゼンとヘキサンの適切な混合物が得られないことから手で攪拌しながら加えた。この化合物はブフナー漏斗上に硬い円柱を形成し、これを濾取した。この化合物を80℃で1日乾燥させ、その間に、おそらく蒸発する溶媒からの内圧のために多孔質ボールを形成した。収量:10.3g。この材料は極めて強固で、丈夫なナイフと精肉用の金属手袋を用いて分割しなければならなかった。ベンゼン中でのUV−Visスペクトルは、2−BBCl−2に対する対照と極めて類似しており、結合しているベンゾフェノン基の322nmにおけるサインは示さなかった。
溶媒注型および混練のためのサンプルの製造
上述のUV−Visデータに基づき、次のサンプルセット(表示17〜26)を、252nmにおける最大吸光度が、硬化中、平均的に良好である0.6を超えないように作製した。
Figure 2009544381
A.二重陽性:マトリックスポリマーに対して半量の光開始剤および親水性ポリマーに対して半量
B.陽性#1:熱可塑性マトリックスポリマーに結合された光開始剤
C.陽性#2:親水性ポリマーに結合された光開始剤
D.陽性#3:非結合光開始剤をの添加
E.陰性:光開始剤を添加せず
* 各場合において、0.01w/w%のトリエタノールアミンを加え、23.75w/w%の水および71.24w/w%の2−プロパノールを溶媒系として使用し、それにより構成要素を100w/w%まで加えた。
場合によって、トリエタノールアミンはベンゾフェノンの補助的電子供与体として働き、従って、硬化速度が増した。ここで、アミンの添加が必要であったかどうかを確認するため、サンプル25を0.01%トリエタノールアミンの存在下および不在下でそれぞれ混練し、それぞれ10または40m/分でUV硬化させた。10m/分では、アミンの有無にかかわらず、コーティングは安定であったが、40m/分(はるかに光が少ない)では、アミンを無しではコーティングは全く不安定で、アミンが有ればコーティングは安定であった。従って、トリエタノールアミンを全てのサンプルに加えた。
Tecogel 2000およびTG−P(光開始剤で修飾したTecogel 2000)を実際に、そうでなければそれらの溶解が極めて遅いために3:1の2−プロパノール:水溶媒(w:w)中で還流させて保存溶液を形成した。全ての溶液が5%乾物を含んでいた。各溶液4gをポリウレタン基板Estane 58212の円形シート(面積20cm2)に広げ、これをやや円錐状のアルミ容器の底に接着した。次に、これら容器を60℃で一晩加熱して、溶媒を蒸発させると、厚さ約100μmの乾燥した均質なコーティングが残った。これらのコーティングを約65℃で加熱し(それらは透明となった)、Fusion LH6 500 W/インチHgランプ下、40m/分の速度でUV硬化させた。それらを60℃の温水道水で少なくとも5分間膨潤させた。次に、コーティングの安定性を、以下のスケールで、流水下で連続的に指でこするにより主観的に評価した。以下の結果が得られた。
Figure 2009544381
本実施例で得られた結果から明確な結論を引き出すことはできなかったが、熱可塑性マトリックスポリマーおよび親水性ポリマーの一方または両方に結合させた光開始剤を含む変形形態の優先性に対する傾向が見られた。これらの構成要素の相対比および光開始剤の添加のさらなる至適化がこの仮説を裏付けると考えられる。
計画合成1: Polvox WSR N−80の2−ベンゾイルベンゾイルオキシル化
tert−ブチル2−ベンゾイルペルオキシベンゾエートを、L. Thijs, S.N. Gupta, D. C. Neckers (1979): “Photochemistry of Perester Initiators”, J. Org. Chem., 44(23), 4123-8に記載されているように、またはピリジン溶媒中のtert−ブチルヒドロペルオキシドに2−ベンゾイルベンゾイルクロリドをゆっくり加え;ジエチルエーテル(またはトルエンまたは酢酸エチル)を加え;ピリジンを抽出するために酸性化し;エーテル相を炭酸塩または炭酸水素塩水溶液で洗浄して、残留するSOCl2、SO2、HCl、2−ベンゾイルベンゾイルクロリドおよび2−ベンゾイル安息香酸を除去し;有機相を乾燥させ;溶媒を除去することにより合成することができる。
得られたtert−ブチル2−ベンゾイルペルオキシベンゾエートを次に、ベンゼン中でPolyox WSR N−80と反応させ、ベンゼン中、ベンゾイルオキシル化Polyox WSR N−80の合成にに関して記載したものと同様にして精製した。本発明者らが知る限り、Polyoxのようなポリエーテルに適用されるこの反応を記載した文献は無い。
計画合成2:
いくつかの小さなベンゾイルオキシル化エーテル(例えば、テトラヒドロフラン、G. Sosnovsky, S. -O. Lawesson (1964): “The Perpxyester Reaction”, Angew. Chem. Int. Edit., 3(4), 269-76参照;またはジブチルエーテル、S. -O. Lawesson, C. Berglund (1961): “Studies on peroxy compounds. XVIII. The preparation of aldehydes and ketones from ethers”, Arkiv for Kemi, 17(45), 465-73参照)を過剰量のアルコール(例えば、Irgacure 2959)とともに沸騰させると、安息香酸が排除されて不飽和エーテルが得られ、これを次にアルコールに加えてアセタールを得ることができることが文献に記載されている。
Figure 2009544381
このスキームの反応は、高沸点を有するある範囲の不活性溶媒、例えば、ケトン(MIBKまたはシクロヘキサノンなど)、アミド(DMF、DMACまたはNMPなど)、DMSOなど行うことができる。
参照例1
Figure 2009544381
これらの成分をBrabender混練機でホットメルト混練合した。PVP K25およびPVP K90はISP Corpから入手した。PVPを120℃で加工可能かつ熱可塑性とするために、混錬前にPEG 400で可塑性を与えた。光開始剤は加えなかった。これらのブレンドをTecogel 500の平板基板上に熱プレス積層した。少なくとも24時間水に膨潤させた後、接着および摩擦を実施例1で定義したスケールで評価した。
Figure 2009544381
75%Tecogel 2000中、1:1 PVP:PEG 400 25%を用いると、Tecogel 500に対する良好な接着を得ることができた。1:1 PVP:PEG400の含量を50%まで高めると、離層およびいくつかの膨れが見られた。4つのブレンド全ての摩擦は、5分後の摩擦に比べて上昇していた。
参照例2
Figure 2009544381
これらの成分を二軸押出機でともに混練した。PEG 400は蠕動ポンプによってこの押出機に加え、Tecogel 2000およびPVP K25は2機の重力式フィーダーによって加えた。このブレンドを押し出してストランドとし、ペレット化した。
次に、2台の単軸押出機をシングル・クロスヘッド・デュアル・チューブ・ダイに接続した。1号押出機に親水性ポリウレタンTecophilic(Noveon)を入れ、2号押出機に化合物Eを入れた。この例では、これらの材料をEstane 58212のプレハブチューブ上に押し出した。1号押出機がTecophilicを内層として押し出し、2号押出機が外層を押し出した。内層と外層の比は、スクリュー速度を上げたり下げたりすることにより、いずれかの押出機の出力を調節することで変更した。層の厚さは、出力または引き取り速度のいずれかを変更することにより調節した。
押出後、コーティングされたチューブを少なくとも24時間、水中で膨潤させた。膨潤時に化合物Eは、吸水性が高く、ゲル強度が極めて小さいために崩壊が見られた(図4(a)および(b)参照)。Tecophilicの内層は、Estane 58212チューブへの結合が不十分である傾向があった。ほとんどのチューブで離層が見られた。
参照例3
Figure 2009544381
これらの成分をBrabender混練機にて種々の比率でともに混練した。これらのブレンドをEstane 58212の平板基板上に熱プレス積層した。少なくとも24時間水に膨潤させた後、接着を評価した。摩擦は5分間乾燥させた後に評価した。
図5の記号の位置は、ブレンドの組成を示す。記号黒塗り四角は、水に膨潤した際に崩壊したブレンドを表す。吸水性は高かったが、ゲル強度は低すぎた。記号黒塗り丸は、完全な離層を示し、基板からの層の分離が起こっている。記号黒塗り三角は、層間の膨れが全くないか、または極めて少ない、基板との良好な接着を示す。
図5に示されるように、高レベルの低親水性Tecogel 500では、基板に対する良好な接着が得られたが(領域I)、この領域の摩擦は高すぎた。領域IIからのブレンドで、ラミネート上に低摩擦が見られた。しかしながら、これらのブレンドは、24時間水に膨潤させた際に崩壊したか、または離層した。
従って、光開始剤を用いずに、Estane 58212上にこれらのブレンドを積層した際には、低摩擦かつ良好な接着の組合せは得られなかった。

Claims (23)

  1. 医療デバイスエレメントの作製方法であって、
    (i)プレハブ成形品および/または熱可塑性基板ポリマーを提供する工程;
    (ii)熱可塑性マトリックスポリマー、親水性ポリマーおよび1種以上の光開始剤を含むコーティング組成物を提供する工程;
    (iii)工程(ii)のコーティング組成物を工程(i)のプレハブ成形品および/または熱可塑性基板ポリマー上に押出、射出成形または粉末コーティングして、その上に該コーティング組成物の層を有する該プレハブ成形品および/または該基板ポリマーの医療デバイスエレメントを提供する工程、ここで、該プレハブ成形品と該基板ポリマーの双方が存在する場合、該プレハブ成形品はその上に該基板ポリマーの層を有する;
    (iv)前記コーティング組成物にUVまたは可視光を照射して該コーティング組成物を共有結合的に架橋させる工程
    を含む方法。
  2. 前記1種以上の光開始剤が少なくとも2種の異なる光開始剤である、請求項1に記載の方法。
  3. 1種以上の光開始剤部分がポリマーに共有結合的に連結される、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記1種以上の光開始剤が熱可塑性マトリックスポリマーの分子および/または親水性ポリマーの分子に共有結合的に連結される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記1種以上の光開始剤部分が、ポリウレタン、ポリエチレングリコール、ポリ(乳酸)、コラーゲン、ナイロン、ビニルポリマー、ならびに多糖類からなる群から選択されるポリマーに共有結合的に連結される、請求項3または4に記載の方法。
  6. 複数の光開始剤部分がスキャフォールドに共有結合的に連結される、請求項1または2に記載の方法。
  7. 前記コーティング組成物が(メタ)アクリルモノマーを含まない、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記熱可塑性マトリックスポリマーが親水性ポリウレタンポリマーおよび両親媒性ブロック−コポリマーからなる群から選択される、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記親水性ポリマーがポリ(エチレンオキシド)である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 工程(i)においてプレハブ成形品が提供され、工程(iii)が工程(ii)のコーティング組成物を工程(i)のプレハブ成形品上に押出、射出成形または粉末コーティングして、その上に前記コーティング組成物の層を有するプレハブ成形品の医療デバイスエレメントを得ることを含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 工程(i)で熱可塑性基板ポリマーが提供され、工程(iii)が工程(ii)のコーティング組成物を工程(i)の熱可塑性基板ポリマーとともに押出または射出成形して、その上に前記コーティング組成物の層を有する前記熱可塑性基板ポリマーの医療デバイスエレメントを提供することを含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
  12. 工程(i)でプレハブ成形品ならびに熱可塑性基板ポリマーが提供され、工程(iii)は工程(ii)のコーティング組成物を工程(i)の熱可塑性基板ポリマーとともにプレハブ成形品上に押出、射出成形または粉末コーティングして、前記プレハブ成形品および前記熱可塑性基板ポリマーの医療デバイスエレメントを提供することを含む(該プレハブ成形品はその上に該熱可塑性基板ポリマーの層を有し、該熱可塑性基板ポリマーはその上に前コーティング組成物の層を有する)、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
  13. その上に(a)熱可塑性マトリックスポリマーと(b)親水性ポリマーの共有結合的に架橋されたコーティング組成物の層を有する熱可塑性基板ポリマーの医療デバイスエレメントを含み、該コーティング組成物が該熱可塑性基板ポリマーとともに(同時)押出または射出成形され、該コーティング組成物の共有結合的架橋が、コーティング組成物中に1以上の光開始剤が存在すること、およびコーティング組成物がUVまたは可視光に曝されることの結果である、医療デバイス。
  14. その上に(a)熱可塑性マトリックスポリマーと(b)親水性ポリマーの共有結合的に架橋されたコーティング組成物の層を有するプレハブ成形品の医療デバイスエレメントを含み、該コーティング組成物が該プレハブ成形品とともに押出または射出成形され、該コーティング組成物の共有結合的架橋が、コーティング組成物中に1以上の光開始剤が存在すること、およびコーティング組成物がUVまたは可視光に曝されることの結果である、医療デバイス。
  15. その上に熱可塑性基板ポリマーの層を有するプレハブ成形品の医療デバイスエレメントを含み、該熱可塑性基板ポリマーがその上に(a)熱可塑性マトリックスポリマーと(b)親水性ポリマーの共有結合的に架橋されたコーティング組成物の層を有し、該コーティング組成物が該プレハブ成形品および熱可塑性基板ポリマーとともに(同時)押出または射出成形され、該コーティング組成物の共有結合的架橋が、コーティング組成物中に1以上の光開始剤が存在すること、およびコーティング組成物がUVまたは可視光に曝されることの結果である、医療デバイス。
  16. 1以上の光開始剤部分がポリマーに共有結合的に連結される、請求項13〜15のいずれか一項に記載の医療デバイス。
  17. 前記1以上の光開始剤が熱可塑性マトリックスポリマーの分子および/または親水性ポリマーの分子に共有結合的に連結される、請求項13〜16のいずれか一項に記載の医療デバイス。
  18. 前記1以上の光開始剤部分が、ポリウレタン、ポリエチレングリコール、ポリ(乳酸)、コラーゲン、ナイロン、ビニルポリマー、ならびに多糖類からなる群から選択されるポリマーに共有結合的に連結される、請求項16または17に記載の医療デバイス。
  19. 複数の光開始剤部分がスキャフォールドに共有結合的に連結される、請求項13〜15のいずれか一項に記載の医療デバイス。
  20. 前記コーティング組成物が(メタ)クリルモノマーの低分子量残基を含まない、請求項13〜19のいずれか一項に記載の医療デバイス。
  21. 前記熱可塑性マトリックスポリマーが親水性ポリウレタンポリマーおよび両親媒性ブロック−コポリマーからなる群から選択される、請求項13〜20のいずれか一項に記載の医療デバイス。
  22. 前記熱可塑性マトリックスポリマーが親水性ポリウレタンポリマーである、請求項13〜21のいずれか一項に記載の医療デバイス。
  23. 前記親水性ポリマーがポリ(エチレンオキシド)である、請求項13〜22のいずれか一項に記載の医療デバイス。
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