Adhérence, perméabilité et vieillissement des silicones

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CARMA : Centre d’Animation Régional en Matériaux Avancés
Région Provence-Alpes-Côte d’Azur
Les propriétés de surface et le vieillissement
des silicones dans le domaine médical
CEMEF - ENSMP, Sophia Antipolis, 2 décembre 2004
L’emploi des silicones dans le secteur médical
Prothèses mammaires
Cathéters
Adhésifs
Prothèses de membres
Implants
Matériel
1
Propriétés générales des silicones
- Bonne stabilité thermique (de - 80 à + 250 °C) ;
- Bonne stabilité chimique et tenue au vieillissement naturel ;
- Isolation électrique ;
- Propriétés modulables d’antiadhérence ou d’adhésion ;
- Très grande innocuité ;
- Bonne tenue au feu sans dégagement de fumées toxiques ;
- Allongement à la rupture élevé (200 - 1 000 %) ;
- Faible résistance au déchirement ;
- Perméabilité aux gaz élevée.
Comparaison de quelques caractéristiques
mécaniques d’élastomères
Élastomère
silicone (SI)
EPDM/PP
Élastomère de
polyuréthane
(PU)
Copolymère
(éther/ester)
Caoutchouc
naturel (NR)
Résistance à la
déchirure (N/mm)
15
21
100
45 à 50
100
Résistance à la
rupture en traction
(MPa)
5à9
6,9
20 à 60
14 à 45
30
Allongement à la
rupture (%)
200 à 1000
375
100 à 650
300 à 800
1000
2
Perméabilité des silicones
Caractéristiques moléculaires (paramètres affectant les propriétés de transport des molécules)
- Degré de vulcanisation ;
- Flexibilité et mobilité de la chaîne siloxane :
> Angle de valence de la liaison Si-O-Si important (~140°) ;
> Absence de substituants sur l’atome d’oxygène ;
> Faiblesse des intéractions inter-moléculaires.
Modèle de DIBENEDETTO et PAUL
(1964)
Modèle de BRANDT (1959)
Modèle de PACE et DATYNER (1979)
Comparaison de la perméabilité des
silicones avec quelques matériaux
Parylene C
Parylene D
Parylene N
HDPE
PS
PTFE
LDPE
PC
FEP
Silicone
O2
N2
CO2
H2
H20
2,8
12
15
73
138
223
140
124
295
19000
0,4
1,8
3
17
23
133
80
22
126
n.d
3
5
84
228
400
n.d.
700
827
657
118000
43
94
213
n.d.
n.d.
516
n.d.
n.d.
381
17000
0,08
0,1
0,6
0,12
3,5
n.d
0,6
1,5
0,16
3
H2O en g.mm /m2.jr. Tous les autres gaz en cm3.mm /m2.jr.atm.
3
Implants mammaires :
Diffusion du gel de remplissage à travers la membrane silicone.
Septums :
Diffusion de gaz/vapeur contenue dans le flacon à travers
le bouchon.
Ballons intra-gastriques :
Perte de la pression interne des ballons.
Dispositif de culture cellulaire :
Diffusion du gaz à travers la membrane silicone.
Dispositif de culture cellulaire
Enceinte de culture cellulaire
Lentilles de silicone :
Complexe hydrogel/silicone plus perméable diminuant les risques d’infections.
4
Propriétés hydrophobes
Caractéristiques moléculaires
- Présence de groupes méthyles apolaires.
Comparaison de quelques énergies de surface
Matériaux
Polytétrafluoroéthylène (PTFE)
Silicone
polypropylène (PP)
polyéthylène basse densité (PE)
polyamide 6 (PA6)
polyéthylènetéréphtalate (PET)
polychlorure de vinyle (PVC)
polycarbonate (PC)
eau
silice
alumine
acier
Energie de surface (mJ/m²)
12
24
30
33
42
43
45
46
73
287
638
2000
Source : CREACOL
5
Matériaux
Angle de contact avec l'eau (°)
silicone
111
PTFE
106
polypropylène
91,3
polyéthylène
87
EPDM
84
Acier doux
83
Aluminium
81
polyamide
79
polyéthylène téréphtalate
76,5
polycarbonate
75
SiC
66
verre (dégraissé)
0
Source : CREACOL
Stent vasculaire :
Rupture adhésive d’un revêtement silicone sur un alliage métallique.
Pompes périlstatiques :
Difficulté de surmoulage sur un tuyau
en silicone.
6
Dépôt d’un revêtement hydrophile (hydrogel de type polyvinyle pyrrolidone) pour favoriser
le glissement.
Sondes hydrophiles :
Le revêtement hydrophile retient l’eau pour former un gel
lubrifiant homogène qui réduit les frottements lors du passage de
la sonde.
Prothèse trachéale :
Prothèse de
MONTGOMERY
Revêtement hydrophile lubrifiant pour éviter la
rétention des sécrétions.
Prothèse de DUMON
Prothèse de HOOD
Stérilisation des silicones
Caractéristiques moléculaires
Propriétés physico-chimiques
- Stabilité des liaisons Si-O et Si-C :
- Stabilité thermo-oxydative ;
> E liaison Si-O = 439 kJ/mol ;
- Stabilité à la lumière.
> E liaison Si-C = 312 kJ/mol.
> Les silicones sont aptes à supporter tous les types de stérilisation (autoclave, vapeur sèche,
oxyde d’éthylène, rayonnement gamma, etc.), toutefois toutes les méthodes de stérilisation ont
leurs limites.
Autoclave
Dispositif de stérilisation
sous faisceaux d’ions
7

Adhérence, perméabilité et vieillissement des silicones

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