聚氨酯水凝胶: 聚氨酯水凝胶 • 水凝胶是一类具有三维网络结构的聚合物,它在水中能够吸 收大量的水分溶胀,并在溶胀之 后能够继续保持其原有结 构而不被溶解。水凝胶可由不同的亲水单体和疏水单体聚 合而成。 由于具有三维网络结构,水凝胶可以达到很大的 相对分子质量,其网络结构由交联的化学键、 氢键或范德 华力形成。在溶胀时,溶液可以扩散到交联键之间的空间内。 交联密度越大,三维 网络间的空间就越小,水凝胶在溶胀时 吸收的水分也越少。水凝胶的表面蛋白质粘附及细胞 粘附 很小,所以在与血液、体液及人体组织相接触时,表现出良 好的生物相容性,同时由于含 有大量的水,水凝胶柔软而类 似生物体组织,作为人体植入物可减少不良反应,因而被作 为优 良的生物医学材料得到了广泛的应用。聚氨酯(PU)具 有良好的生物相容性和优良的物理机械 性能。对人体具有 良好的生理可接受性,并且可以保持长期人体植入的稳定性。 聚氨酯是由 多元醇、小分子扩链剂与异氰酸酯聚合形成的 共聚物,其分子链由软段和硬段组成,多元醇 。
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丝蛋白： 丝蛋白：
• 隐形眼睛的镜片与眼球直接接触,因此必须 要求使用人体生理适应性好的材料。此外 还需要 氧气通透性好、光透过性优良等性 能。目前市场上的隐形眼镜多为树脂材料、 再生丝素膜的 透光性、透氧性都较好,一般 认为用天然蛋白质的蚕丝做材料制成的隐 形眼镜片,对人体的适 应性远远优于树脂的 镜片,因此蚕丝是隐形眼镜非常理想的素材。
总结
• 作为高分子功能和医用材料，隐形眼镜材 料必须是具备通气与通水性好、易消毒灭 菌、透光性优良以及对人体生理适应性好 的材料。
• 隐形眼镜自100多年前由玻璃材料发展至今， 其材质经历了PMMA、HEMA、CAB、 SMA、FSA等阶段，已取得了巨大的进步。 在高新技术迅猛发展的今天，通过共聚改 性、共混改性、分子内部改性、表面处理 以及新材料的研制开发，配戴更舒适、透 气性更好、抗沉淀性能更强、更耐用、免 维护的更新型隐形眼镜材料会不断被研究 开发并得以应用。
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此外，一些特殊的单体和添加剂能使聚合物 链在材料里更自由地移动；另外一些能阻挡紫外 线；还有一些能帮助材料抵抗脱水。材料配方和 加工的细微差别决定了每种镜片材料最终的 化学和物理性质。例如在含水量３８％（低含水 量）的ＨＥＭＡ单体中加入ＮＶＰ或ＭＡＡ， 能使最终的聚合体含水量达到中等（５０％左右） 或更高（７０％左右）。在ＨＥＭＡ中加 入ＭＭＡ或ＥＧＤＭＡ能增加材料的耐用性、弹 性和稳定性，但会降低含水量。
结构式：
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• 甲基丙烯酸甲酯为主要原料的高聚物。分子量 随聚合方法而不同，从几万到几百万不等。由 本体聚合制得的固体成型物，俗称有机玻璃。 由悬浮聚合或溶液-本体聚合制得的粒状树脂 称为聚甲基丙烯酸甲酯模塑料或有机玻璃模塑 料。由乳液聚合制得的树脂乳液一般为共聚物， 甲基丙烯酸甲酯作为硬单体用以调节成膜的软 硬度。由溶液聚合制得的树脂溶液一般亦为共 聚物，主要用于涂料工业。
性质
• PMMA是高度透明的无定形热塑性聚合物，相对密度 (30 ℃／4℃)1.188~1．22。高度通明性， 透光率90 ％~92％，比无机玻璃还高。折射率1. 49。机械强度 高、韧性好，拉伸强度60~75MPa，冲击强度 12~13kJ／m，比无机玻璃高8~10倍。可拉伸定向， 冲击强度提高1.5倍。具有优良的耐紫外线和大气老化 性。玻璃化温度80~100 ℃，分解温度＞200 ℃。使 用温度在40~80℃。耐碱、耐稀酸、耐水溶性无机 盐、 烷烃和油脂。溶于二氯乙烷、氯仿、丙酮、冰醋 酸、 二氧六环、四氢呋喃、醋酸乙酯等，不溶乙醇、乙醚、 石油醚等。电绝缘性良好。 • PMMA具有质轻、价廉，易于成型等优点。
隐形眼镜材料
小组成员： 小组成员： 邵啸 郑贤高 周栋 陈宽 顾克帅
前言
• 较早的隐形眼镜聚合物，包括醋酸丁酸纤 维素ＣＡＢ和聚甲基丙烯酸甲酯ＰＭＭＡ • 大多数较新的隐形眼镜聚合物都至少包含 “硅”成分，包括ＧＰ（硅－甲基丙烯酸 和氟硅氧烷丙烯酸）镜片和水凝胶（硅－ 水凝胶）镜片。
材料的物理特性
力学性能： 力学性能：聚甲基丙烯酸甲酯具有良好的综合 力学性能，在通用塑料中居前列，拉伸、弯曲、 压缩等强度均高于聚烯烃，也高于聚苯乙烯、 聚氯乙烯等，冲击韧性较差，但也稍优于聚苯 乙烯。聚甲基丙烯酸甲酯的力学性能特征基本 上属于硬而脆的塑料，且具有缺口敏感性，在 应力下易开裂，但断裂时断口不像普通无机玻 璃那样尖锐参差不齐。聚甲基丙烯酸甲酯表面 硬度低，容易擦伤。
软镜材料
• • • • 聚甲基丙烯酸羟乙脂（PHEMA）混合材料 非HEMA材料 硅水凝胶等材料 丝蛋白
材料: 非HEMA材料: 材料 • 非HEMA材料的主要有Crofilcon，lidofilcon和Atlafilcon。 Crofilcon是甲基丙烯酸甲脂（MMA）和甘油丙烯酸的共 聚物。与HEMA相比，Crofilcon有一个附加羟乙基基团， 可配制成含水量为38.6%的材料。比大多数基于HEMA的 聚合物柔韧性更好、更具抗沉淀能力。Lidofilcon是甲基丙 烯酸甲脂（MMA）和N—乙烯基吡咯烷酮（NVP）的共聚 物，含水量分别有70%和79%两种形式，由于MMA的添 加，增强了材料的强度和韧性。Atafilcon是聚乙烯基醇 （PVA）和甲基丙烯酸甲脂（MMA）的共聚物，属于非 离子性材料，具有高弹性模量、高抗张强度和抗蛋白质沉 淀的性能，含水量可达64%。
聚甲基丙烯酸羟乙脂混合材料: 聚甲基丙烯酸羟乙脂混合材料
• 以甲基丙烯酸羟乙脂（HEMA）为基础，加 入不同性能的单体、交联剂和化学基团， 即可生成一系列不同性能和含水量的软性 隐形眼镜材料——HEMA混合材料。根据所 加单体的不同，不同类型的HEMA混合材料 所表现出的特性也不一样，如含水量、透 氧性、离子性等。
• 聚甲基丙烯酸甲酯的耐热性并不高，可 以用单体与甲基丙烯酸丙烯酯或双酯基 丙烯酸乙二醇酯共聚的方法提高耐热性。 耐寒性也较差，脆化温度约9.2℃。热稳 定性在塑料中都属于中等水平 。
• 电性能 电性能：聚甲基丙烯酸甲酯由于主链侧位含有 极性的甲酯基，电性能不及聚烯烃和聚苯乙烯 等非极性塑料。具有优异的抗电弧性，在电弧 作用下，表面不会产生碳化的导电通路和电弧 径迹现象。 • 耐侯性：聚甲基丙烯酸甲酯具有优异的耐大气 耐侯性： 老化性，其试样经4年自然老化试验，重量变 化，拉伸强度、透光率略有下降，色泽略有泛 黄，抗银纹性下降较明显，冲击强度还略有提 高，其它物理性能几乎未变化。 • 燃烧性：聚甲基丙烯酸甲酯很容易燃烧，有限 燃烧性： 氧指数仅17.3。
• • • • • • 透光率 弹性模量 亲水性 湿润性 极性 透氧性
隐形眼镜材料中常见的单体
• 甲基丙烯酸甲酯（ＭＭＡ）：能增加硬度和牢度。 • 硅：能增加弹性和通过材料的硅氧结合增加透气性，但有 湿润性差的缺点。 • 氟（ＦＬ），也能略微增加透气性，在含硅的镜片中能提 高湿润度和抗沉淀性。 • 聚甲基丙烯酸羟乙酯（ＨＥＭＡ），是大多数软镜最基础 的吸水单体。 • 甲基丙烯酸（ＭＡＡ）和Ｎ－乙烯基吡咯烷酮（ＮＶＰ） 单体，都能吸收大量水分，通常与ＨＥＭＡ结合以增加镜 片含水量。 • 二甲基丙烯酸乙二醇酯（ＥＧＤＭＡ），是一个交叉连接 因子，能增加空间稳定度和硬度，但会减少含水量。
PMMA的加工工艺
• 浇铸成型：用于成型有机玻璃板材、棒材等型材，即 用本体聚合方法成型型材。 • 注塑成型：采用悬浮聚合所制得的颗粒料，成型在普 通的柱塞式或螺杆式注塑机上进行。 • 挤出成型：用悬浮聚合生产的颗粒料制备有机玻璃板 材、棒材、管材、片材等，但这样制备的型材，特别 是板材，由于聚合物分子量小，力学性能、耐热性、 耐溶剂性均不及浇注成型的型材，其优点是生产效率 高。 • 热成型 ：是将有机玻璃板材或片材制成各种尺寸形 状制品的过程，将裁切成要求尺寸的坯料夹紧在模具 框架上，加热使其软化，再加压使其贴紧模具型面， 得到与型面相同的形状，经冷却定型后修整边缘即得 制品。
硬镜材料
• 聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA) • RGP镜片
PMMA硬镜： 硬镜： 硬镜
• 质轻硬度大，校正角膜散光效果很好，但 这种镜片硬，厚度大，不透气，易导致配 戴不适，角膜缺氧或损伤。这类镜片逐渐 不被使用了。
关于PMMA
• 聚甲基丙烯酸甲酯的英文缩写为PMMA，是一 种开发较早的重要热塑性塑料，具有较好的透 明性、化学稳定性和耐候性，易染色，易加工， 外观优美，在建筑业中有着广泛的应用。 • 化学式: [C5O2H8]n
• 由于蚕丝是天然蛋白,有许多其它材料不可 替代的优点,丝素蛋白具有独特的分子结构、 优良 的机械性能、极好的吸湿保湿性和抗 微生物的性能,与机体有良好的生物相容性, 因此可用于 隐形眼镜材料的研制。丝素膜 具有优良的氧透过性,细胞附着性好且有增 殖细胞的能力,如在 丝素中添加丙烯酸进行 接枝聚合,就成为高吸水性的高分子材料,其 最高吸水率可达 300 倍, 其保水性可与一般 的专用材料相匹敌。并且在含水凝胶状态。
• 甲基丙烯酸羟乙脂单体经聚合后即生成聚甲基丙 烯酸羟乙脂（PHEMA），是聚甲基丙烯酸甲脂 （PMMA）的化学衍生物，同时也是最早应用于 软性隐形眼镜制作的亲水性材料。其主要优点为 吸水性好，含水量约38%，材料柔软；特点是吸 附性羟，易脏，矫正散光也不如硬镜好，而且只 能部分透氧。弥补的措施是通过添加不同性能的 单体来改善材料的透氧性及其它性能，即HEMA 混合材料。即使有这些缺憾，但PHEMA现仍然由 许多制作商用于镜片制造。
RGP镜片： 镜片： 镜片
• 又称透气硬性角膜接触镜，硬度介于硬镜 和软镜之间。
硬镜软镜的优缺点
软镜 • 优点：质地柔软、有良好的可塑性、配戴 十分舒适、适应时间短。 • 缺点：镜片材料强度低、容易破损。矫正 角膜性散光效果差。镜片表面极性强，易 吸附泪液中的沉淀物。
硬镜 • 优点：校正散光效果好，不易破损，透氧 性好，不易吸附沉淀物。 • 缺点：适宜性，是适度教差。价位较贵。