本發明系關于一種隱形眼鏡的基材的制備工藝，尤指一種以含親水性官能基矽單體的硅水膠作為隱形眼鏡基材的制備工藝。
背景技術：
隱形眼鏡包括硬式隱形眼鏡及軟式隱形眼鏡，相較于硬式隱形眼鏡，軟式隱形眼鏡由于透氧值較低，容易造成眼角缺氧，且軟式需要以水份保持其形狀，在其水分散失后，會吸收配戴者的淚水，因此長時間配戴容易造成眼睛干澀而帶來不舒適的感覺。
由于具親水性官能基之硅水膠具高度的透氧率及含水率，因此常作為軟式隱形眼鏡的基材，但現有技術通常較為繁復，例如在美國專利公告第US4259467號中揭露一種以冰醋酸開環反應的三步驟合成方法，或于美國專利公告第US4332922號中揭露一種于鏡片完成后，將鏡片表面含SiH基的寡聚性硅氧烷上的SiH基轉化成SiOH基或其它C＝C之化合物反應，而使鏡片的表面具親水性，而在中國臺灣專利公告號第TWI434865號中，則揭露一種利用二步驟硅氫化反應(hydrosilation)制作酰胺官能基或磷酸膽堿官能基等親水性側鏈的聚硅氧烷，但其硅氫化反應需要用到價格較為高昂的含銠催化劑，且其反應溫度多需要于沸點之上，因此需要較高的制作成本。
是以，如何簡化具親水性官能基之硅水膠的合成步驟及降低其制作成本，為本案欲解決的技術課題。
技術實現要素：
為了解決背景技術所述的問題，本發明的主要目的在于提供一種硅水膠鏡片基材的制備工藝，其以環硅氧烷、環氫硅氧烷及直鏈聚硅氧烷作為基礎原料；其中，硅水膠鏡片基材的制備工藝包括下列步驟：
(a).添加強酸至環硅氧烷、環氫硅氧烷及直鏈聚硅氧烷之中，進行開環聚合反應，使其形成以式(I)表示的具硅氫鍵的聚硅氧烷混合物，其中，式(I)之硅氫鍵 數量為n；
(b).添加親水性化合物至式(I)表示的具硅氫鍵的聚硅氧烷混合物之中，并以含鉑觸媒(Pt/C)進行硅氫化反應，使其形成以式(II)表示的具親水性側鏈的聚硅氧烷混合物；
其中，親水性化合物與式(I)的莫耳數比為(n+A):1，且A值為介于5-100的常數，而式(I)及式(II)分別如下所示：
于式(I)及式(II)中，x值介于0-10，n值介于1-800，m值介于1-5000；又于式(II)中，R1為：羥基(OH)、甲基(CH3)、氫基(H)、羥甲基(CH2OH)、乙基(C2H5)中之任一者，R2為：氫基(H)、羥基(OH)中之任一者，h值介于0-30，j值介于0-10，k值介于0-10，y值介于0-100，z值介于0-30。
環硅氧烷包括：八甲基環化四硅氧烷(Octamethylcyclotetrasiloxane)、六甲基環三硅氧烷(Hexamethylcyclotrisiloxane)中之至少一者。
環氫硅氧烷為2,4,6,8-聚硅氧烷(2,4,6,8-Tetramethylcyclotetrasiloxane)。
直鏈聚硅氧烷為1,3-二(3-甲基丙烯酸丙酯)四甲基二硅氧烷(1,3-Bis(3-methacryloxypropyl)tetramethyldisiloxane)。
強酸之莫耳數為所述環硅氧烷、所述環氫硅氧烷及所述直鏈聚硅氧烷三者莫 耳數總和之1-10％，及所述強酸包括：三氟甲磺酸(Trifluoromethane sulfonic acid)、硫酸(Sulfuric acid)中之任一者。
在步驟(a)進一步地在氮氣中并在溫度35℃及72小時的條件下進行所述開環聚合反應。
親水性化合物包括：3-烯丙氧基-1,2,丙二醇(3-allyloxy-1,2-propanediol)、2-烯丙氧基乙醇(2-Allyloxyethanol)、三甲基醇丙烷烯丙基醚(Trimethylolpropane allyl ether)中之至少一者。
在步驟(b)，進一步地在氮氣中并在溫度85-90℃及24小時的條件下進行所述開硅氧化反應。
附圖說明
圖1為本創作實施例3的硅水膠鏡片的俯視圖(A)及側視圖(B)。
附圖標記說明
1 鏡片體
11 中央光學區
12 邊緣區
13 外表面
14 內表面
A 鏡片體的俯視圖
B 鏡片體的側視圖
D1 中央光學區的直徑
具體實施例
由于本發明創作揭露硅水膠鏡片基材的制備工藝，其中所利用的開環聚合反應(ring opening polymerization)及硅氫化反應(hydrosilation)，已為相關技術領域具有通常知識者所能明了，故以下文中的說明，不再作完整描述。
本發明為提供一種硅水膠鏡片基材的制備工藝，此制備工藝包括：開環聚合反應(ring opening polymerization)及硅氫化反應(hydrosilation)。
首先，進行開環聚合反應，如下列化學反應式(a)所示。
化學反應式(a)
于環硅氧烷(1)、環氫硅氧烷(2)及直鏈聚硅氧烷(3)之混合物中添加強酸(4)，強酸(4)的莫耳數為環硅氧烷(1)、環氫硅氧烷(2)及直鏈聚硅氧烷(3)混合物總莫耳數的1-10％，于常溫下進行開環聚合反應，形成具硅氫鍵之聚硅氧烷混合物(5)；其中，環硅氧烷(1)可為八甲基環化四硅氧烷(Octamethylcyclotetrasiloxane)、六甲基環三硅氧烷(Hexamethylcyclotrisiloxane)中之至少一者；而環氫硅氧烷(2)可為2,4,6,8-聚硅氧烷(2,4,6,8-Tetramethylcyclotetrasiloxane)；而直鏈聚硅氧烷(3)所示的 x值介于0-10，例如直鏈聚硅氧烷(3)可為1,3-二(3-甲基丙烯酸丙酯)四甲基二硅氧烷(1,3-Bis(3-methacryloxypropyl)tetramethyldisiloxane)；而所述強酸(4)除化學反應式(a)所示的三氟甲磺酸(Trifluoromethane sulfonic acid)外，亦可使用硫酸(Sulfuric acid)代替。
在室溫下進行開環聚合反應后，可得到具硅氫鍵的聚硅氧烷混合物(5)，其中，具硅氫鍵的聚硅氧烷混合物(5)所示的n值為硅氫鍵的數量且為介于1-800之間，m值則介于1-5000之間。
爾后，進行硅氫化反應(hydrosilation)，如化學反應式(b)所示。
化學反應式(b)
添加親水性化合物(6)至上述具硅氫鍵的聚硅氧烷混合物(5)中，于溫度85-90℃下，以含鉑觸媒(Pt/C)催化進行硅氫化反應，用以得到具親水性側鏈的聚硅氧烷混合物(7)。
上述親水性化合物(6)與具親水性側鏈的聚硅氧烷混合物(7)所示的R1可為羥基(OH)、甲基(CH3)、氫基(H)、羥甲基(CH2OH)、乙基(C2H5)中之任一者，R2可為氫基(H)、羥基(OH)中之任一者，h值介于0-30，j值介于0-10，k值介于0-10， y值介于0-100，z值介于0-30。例如，親水性化合物(6)可為3-烯丙氧基-1,2,丙二醇(3-allyloxy-1,2-propanediol)、2-烯丙氧基乙醇(2-Allyloxyethanol)、三甲基醇丙烷烯丙基醚(Trimethylolpropane allyl ether)中之至少一者。
此外，于化學反應式(b)中，親水性化合物(6)與該具硅氫鍵的聚硅氧烷混合物(5)之莫爾數比等于n+A：1，其中n值為前述具硅氫鍵的聚硅氧烷混合物(5)中硅氫鍵的數量，而A值為介于5-100的常數。
實施例1
開環聚合反應：具硅氫鍵的聚硅氧烷混合物(n＝22.6,m＝113)的合成反應。
將八甲基環化四硅氧烷(Octamethylcyclotetrasiloxane)(40g)、2,4,6,8-聚硅氧烷(2,4,6,8-Tetramethylcyclotetrasiloxane)(8.3g)、1,3-二(3-甲基丙烯酸丙酯)四甲基二硅氧烷(1,3-bis(3-methacryloxypropyl)tetramethyldisiloxane)(2.1g)與溶劑三氯甲烷(33mL)混合置于250mL雙頸瓶中，并在雙頸瓶口裝上血清塞與單向閥后，對單向閥通入氮氣；之后，用針筒取三氟甲磺酸(trifluoromethane sulfonic acid)(0.22mL)并注入前述250mL的雙頸瓶中，并于溫度35℃的條件下，讓溶于三氯甲烷的八甲基環化四硅氧烷、2,4,6,8-聚硅氧烷和1,3-二(3-甲基丙烯酸丙酯)四甲基二硅氧烷的混合物于三氟甲磺酸存在下，在氮氣中反應72小時，隨后打開裝置于雙頸瓶上的血清塞，加入飽和碳酸鈉水溶液(0.5mL)，以終止開環聚合反應。
利用減壓濃縮儀器除去有機溶劑三氯甲烷，之后，進行萃取步驟，是利用乙酸乙酯(200mL)及飽和食鹽水(150mL)萃取五次，收集上方有機層，再利用減壓濃縮機除去有機溶劑乙酸乙酯；然后，以10mL丙酮溶解，再滴入50mL的甲醇中進行再沉淀；之后，以濾紙進行重力過濾后，再以500mL的甲醇清洗上層黏稠物，收集上層黏稠物并以旋轉濃縮儀除去有機溶劑丙酮；之后，再重復二次前述再沉淀步驟，收集上層黏稠物，即可得到約26g無色黏稠之具硅氫鍵的聚硅氧烷混合物。
上述具硅氫鍵的聚硅氧烷混合物的氫核磁共振光譜結果如下：1H NMR(CDCl3,400MHz):6.1(s,2H),5.56(s,2H),4.70(m,22.6H),4.10(t,4H),1.95(s,6H),1.65-1.75(m,4H),0.54-0.60(m,4H),0.04-0.20(m,Si-CH3)，其中4.70(m,22.6H)代表硅氫鍵的形成。
接著，進行硅氫化反應：即進行具親水性側鏈的聚硅氧烷混合物(n＝22.6,m＝135)之合成。
首先，將3-烯丙氧基-1,2,丙二醇(3-allyloxy-1,2-propanediol)(11.78g,89.1mmol)與含鉑觸媒(Pt/C)(5％on carbon,2.3g)置于500mL雙頸瓶中；接著，于裝上回流管與滴加管后，進行抽真空并灌入氮氣三次；再接著，用針筒取溶劑無水甲苯(80mL)注入500mL雙頸瓶之中；之后，將溶于無水甲苯的3-烯丙氧基-1,2,丙二醇及含鉑觸媒(Pt/C)置入油浴鍋中并加熱至85-90℃。
將前述開環聚合反應中所合成之具硅氫鍵的聚硅氧烷混合物(n＝22.6,m＝113,由NMR推算分子量約為10100)(20g,1.98mmol)置于另一個100mL的雙頸瓶中；之后，在100mL的雙頸瓶口裝上血清塞與單向閥后，進行抽真空并灌氮氣三次；之后，注入溶劑無水甲苯(55mL)與穩定劑4-甲氧苯酚(4-methoxyphenol)(2mg)至100mL的雙頸瓶中，再以針筒自100mL雙頸瓶中抽出以無水甲苯溶解的具硅氫鍵的聚硅氧烷混合物溶液，將注入裝置于500mL雙頸瓶上的滴加管，并由滴加管滴入500mL雙頸瓶中(滴加時間約為5分鐘)。若100mL雙頸瓶中仍有殘余物，可用針筒取15mL的無水甲苯清洗100mL雙頸瓶中的殘余物，并將洗出的殘余物再注入滴加管中，再滴入500mL雙頸瓶中。
于溫度85-90℃的條件下，在氮氣中反應24小時，之后抽氣過濾收集液體，再利用減壓濃縮儀除去有機溶劑無水甲苯。
以丙酮(13.6mL)溶解產物，再沉淀到純水(68.6mL)中，以濾紙做重力過濾，再用約500mL純水清洗上層黏稠物。
收集上層黏稠物并以旋轉濃縮儀除去有機溶劑丙酮，重復前述步驟再沉淀二次，收集上層黏稠物，即可得到約15g的黃色且澄清黏稠之具親水性側鏈的聚硅氧烷混合物。
該具親水性側鏈之聚硅氧烷混合物的氫核磁共振光譜結果如下：1H NMR(CDCl3,400MHz):6.1(s,2H),5.54(s,2H),4.10(t,4H),3.40-3.85(m,203H),1.94(s,6H),1.50-1.70(m,49H),0.47-0.60(m,49H),0.04-0.20(m,Si-CH3)，其中3.40-3.85(m,203H)代表親水性側鏈的形成。
實施例2
以不同莫耳數比之八甲基環化四硅氧烷(Octamethylcyclotetrasiloxane)、2,4,6,8-聚硅氧烷(2,4,6,8-Tetramethylcyclotetrasiloxane)與1,3-二(3-甲基丙烯酸丙酯)四甲基二硅氧烷(1,3-Bis(3-methacryloxypropyl)tetramethyldisiloxane)可得不同n、m值比的具親水性側鏈的聚硅氧烷混合物，其中，m值越高代表具有越多的透氧端。
研究結果發現，當具親水性側鏈的聚硅氧烷混合物其n:m＝1:6且m值介于50-5000時，具有高透氧率及穩定的含水率。
以不同之n、m值制作的硅水膠鏡片，其含水率及透氧率等性質表現結果如下表所示：
由上表可知，相較于現有技術美國公告專利第US4259467號所提出n:m＝1:3的硅水膠基材，本發明所提出之n:m＝1:6的硅水膠基材，可讓含水率EWC(％)維持于35-38的區間，并可藉由提高m值，提高透氧率(Barrers)，而可應用于不同透氧需求的產品，且透氧率的調整不會對其含水率EWC(％)產生影響。
實施例3
以前述合成具親水性側鏈的聚硅氧烷混合物制作一硅水膠鏡片，如圖1所示，硅水膠鏡片具鏡片體1，A表示鏡片體1之俯視圖，B表示鏡片體1的側視圖，鏡片體1具外表面13及內表面14，鏡片體1由中央光學區11及邊緣區12，其中，中央光學區直徑D1介于5-10mm之間，于一較佳實施方式中，中央光學區直徑D1介于6.5-9mm之間，此外，所述中央光學區厚度介于0.04-0.15mm 之間，于另一較佳實施方式中，中央光學區厚度介于0.06-0.1mm之間，所述邊緣區厚度為0.22mm。
相較于現有技術，本發明可于沸點下進行硅氫化反應形成具親水性側鏈之聚硅氧烷混合物，此外，本發明亦使用價格較為低廉的含鉑觸媒催化該硅氫化反應，承上所述，本發明提供一種能量消耗降低、觸媒成本較低的合成方式，而可大幅度地提升具親水性側鏈之聚硅氧烷混合物合成的效率；故，本發明實為一極具產業價值之創作。