Modifications par irradiation gamma du polyethylene a tres haut poids moleculaire. Comportement tribologique pour des applications orthopediques

par NICOLAS CHAIX

Thèse de doctorat en Sciences et techniques

Sous la direction de BERNARD FOREST.

Soutenue en 2001

à l'INP GRENOBLE .

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  • Résumé

    Afin de neutraliser toute presence bacterienne, les protheses articulaires sont generalement sterilisees par irradiation gamma sous air, le plus souvent a 25 kgy (2,5 mrad). Cependant, l'irradiation gamma sous air presente des inconvenients. Celle-ci entraine des actions de degradation et d'oxydation du polyethylene a tres haut poids moleculaire (uhmwpe) utilise dans la zone de frottement des protheses articulaires. Ce traitement provoque une modification de la structure moleculaire : reticulation des chaines carbonees, introduction d'oxygene dans la chaine carbonee, formation de doubles liaisons carbone/carbone, formation de micro-cavites. Les experiences sont realisees sur des cupules traitees par irradiation gamma de 25 a 200 kgy sous air. Le conditionnement lors du traitement a ete egalement realise sous vide, sous argon et sous melange argon + 5% d'hydrogene. Pour determiner l'influence de l'environnement sur l'evolution du polyethylene diversement traite, les pieces sont immergees dans de la solution de ringer. La cinetique de diffusion de la solution est evaluee suivant les modifications que provoque l'immersion. Un dispositif, tribocup , est utilise pour observer leur tenue en frottement corrosion. Le traitement par irradiation gamma entraine des modifications du polymere qui favorisent l'absorption de solution de ringer quelle que soit l'atmosphere de sterilisation. Dans le cas du traitement realise sous air on distingue 3 zones chimiquement et physiquement differentes : l'extreme surface (oxydation heterogene), la zone blanche qui s'etend jusqu'a 5 mm de la surface, le cur du materiau. L'etude des mecanismes d'usure de l'uhmwpe en frottement contre une sphere en 316l a montre que l'irradiation gamma sous air etait prejudiciable pour le polyethylene et confere a celui-ci un mauvais comportement tribologique. Il a ete mis en evidence l'interet de realiser l'irradiation gamma a l'abri de l'oxygene afin d'empecher l'oxydation de la chaine carbonee, qui confere a celle-ci des proprietes indesirables. Ce nouveau mode de sterilisation par irradiation sous vide, sous argon ou melange ar/h 2 ameliore considerablement le comportement du polyethylene lors de l'etude en frottement corrosion contre une sphere en acier inoxydable 316l. Une correlation a ete faite entre les caracteristiques physico-chimiques de l'uhmwpe et son comportement lors d'essais en frottement corrosion.


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Informations

  • Détails : 184 p.
  • Annexes : 125 ref.

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