Quels élastomères pour quelles empreintes ? - Cahiers de Prothèse n° 136 du 01/12/2006
 

Les cahiers de prothèse n° 136 du 01/12/2006

 

Matériaux

Marie-Hélène Lacoste-Ferré *   Jany Dandurand **   Marcel Blandin***   Philippe Pomar****  


*Praticien attaché - Chargé d'enseignement, Faculté de chirurgie dentaire de Toulouse
**Assistant ingénieur de recherche
***Maître de conférences des Universités - Praticien hospitalier
****Professeur des Universités - Praticien hospitalier

Résumé

Depuis les années 50, grâce à leurs remarquables qualités d'élasticité, de précision et de stabilité dimensionnelle, les élastomères ont considérablement fait progresser les techniques d'empreintes, mais aussi la fiabilité des enregistrements, quel que soit le type de prothèse à élaborer (prothèse fixée, prothèse amovible, prothèse implantaire). Actuellement, ce sont les élastomères réticulants par polyaddition : les polyvinylsiloxanes et les polyéthers qui font référence. Il est important de connaître les propriétés intrinsèques des polyvinylsiloxanes et des polyéthers pour comprendre leur comportement différent lors de la prise d'empreinte. Les objectifs de l'empreinte en fonction du type de prothèse d'une part, la structure physico-chimique et le mécanisme de prise de ces élastomères d'autre part doivent être pris en compte, aidant ainsi le praticien à choisir le matériau d'empreinte le mieux adapté et à optimiser l'étape capitale que constitue la prise d'empreinte.

Summary

Which elastomeric impression pastes for which impressions ?

Actually, addition elastomeric impression pastes as polysiloxanes and polyethers are widely used: their excellent qualities (elasticity, dimensional accuracy and stability) have made great strides for imprint, however fixed prosthesis, removable prosthesis, implant. To know intrinsic properties of these elastomers is essential to understand their different behavior during impression. Odontologist must take the objective of the impression in relation to the prosthesis characters, the chemical and physical structure of impression materials, the setting mechanism into account. Thus, he can choose the best adapted impression past and can optimise the important step of impression.

Key words

elastomeric impression paste, impression setting, polyether, polyvinylsiloxane.

L'empreinte doit permettre de restituer sur le maître modèle tous les éléments nécessaires à la construction de la prothèse. La prise d'empreinte est un acte clinique qui met en oeuvre des matériaux et des porte-matériaux : porte-empreintes préfabriqués ou porte-empreintes individuels. C'est l'objectif de l'empreinte qui va guider le choix des matériaux [1].

Depuis les années 50, grâce à leurs remarquables qualités d'élasticité, de précision et de stabilité dimensionnelle, les élastomères ont considérablement fait progresser les techniques d'empreintes, mais aussi la fiabilité des enregistrements. Les premiers élastomères utilisés comme matériaux d'empreinte furent les élastomères réticulants par polycondensation : les polysulfures et les polydiméthylsiloxanes. Actuellement, ce sont les élastomères réticulants par polyaddition (les polyvinylsiloxanes et les polyéthers) qui font référence [2,3]. Leur facilité de mise en oeuvre, leur ergonomie sans cesse améliorée ont très largement contribué à leur développement et le praticien peut être tenté d'utiliser le même élastomère aussi bien en prothèse fixée, en prothèse amovible qu'en prothèse implantaire [4].

Sur quels critères le praticien va-t-il choisir le matériau d'empreinte le mieux adapté ? Polyvinylsiloxane et polyéther présentent-ils les mêmes qualités intrinsèques ? En quoi sont-ils différents ? Les objectifs de l'empreinte en fonction du type de prothèse d'une part, la structure physico-chimique et le mécanisme de prise de ces élastomères d'autre part doivent être pris en compte, aidant ainsi le praticien à optimiser l'étape capitale que constitue la prise d'empreinte.

Généralités sur les élastomères

Un élastomère est un polymère naturel ou synthétique de poids moléculaire élevé (10 000 < M < 500 000) présentant l'élasticité du caoutchouc à température ambiante [5, 6et 7]. Un élastomère est constitué de longues chaînes linéaires amorphes pontées ou réticulées autour de noeuds de réticulation (SiOX dans le cas des polysiloxanes avec X = CH3, CH2CH2R = groupement vinyl dans les polyvinylsiloxanes). Il est ainsi organisé en un réseau tridimensionnel (fig. 1).

Ce sont les liaisons covalentes des noeuds du réseau qui assurent la cohésion du matériau. Entre les noeuds de pontage ou de réticulation, ce sont les forces de Van der Waals qui unissent les chaînes macromoléculaires. C'est la structure tridimensionnelle et la longueur des chaînes qui confèrent aux élastomères leur caractère élastique.

La polymérisation, lors de la prise, consiste en l'assemblage covalent de molécules simples appelées motifs monomères. Les motifs constitutifs d'un élastomère sont tri ou tétrafonctionnels (des motifs bifonctionnels s'organiseront en un polymère amorphe) (fig. 2). L'élastomère se forme, d'une part, par l'allongement des chaînes macromoléculaires et d'autre part, par la création des noeuds de réticulation. L'architecture tridimensionnelle ainsi obtenue est plus ou moins dense, en fonction de la longueur des chaînes et du nombre de noeuds de réticulation.

Pendant la polymérisation, le glissement des chaînes en formation les unes par rapport aux autres permet à tous les monomères de s'agréger jusqu'à polymérisation complète. À la fin de la polymérisation, il y a réarrangement des chaînes selon les conditions thermodynamiques (température, pression, volume), mais aussi selon l'encombrement des chaînes, les possibilités de conformations et les contraintes appliquées. L'ensemble de ces paramètres détermine la mobilité moléculaire du matériau [5, 6, 7, 8et 9].

Objectifs de l'empreinte

En prothèse fixée (dentaire et/ou implantaire), il faut obtenir l'image la plus précise possible de la situation prothétique (préparation(s) + dents adjacentes). Quelle que soit la technique - wash technique (fig. 3) ou double mélange (fig.4) -, la prise d'empreinte consiste à porter autour de la (ou des) préparation(s) prothétique(s) un ou des matériaux d'empreinte de consistance différente. Le matériau le plus fluide est placé au contact des zones à enregistrer : ce qui lui permet de s'écouler autour des structures à enregistrer et de les investir dans les moindres détails (par exemple : logement canalaire, limites cervicales, état de surface). L'élastomère moins fluide, de plus haute viscosité soutient le matériau le plus fluide : ce qui évite la déchirure et les défauts de stabilité dimensionnelle. Pendant toute la phase d'empreinte, les matériaux sont maintenus en place avec une contrainte minimale jusqu'à la prise complète, c'est-à-dire pendant toute la polymérisation.

Le caractère élastique de ces matériaux d'empreinte après prise complète facilite le retrait de l'empreinte, quels que soient les contre-dépouilles et les reliefs enregistrés [10,11]. La stabilité dimensionnelle, la précision des détails, l'état de surface, le caractère élastique (retrait de l'empreinte) sont les principales caractéristiques recherchées en prothèse fixée. En prothèse amovible complète (fig. 5 et 6), le problème est double : il faut non seulement obtenir la forme des surfaces d'appui, mais aussi enregistrer les mouvements de la muqueuse libre et des éléments périphériques (lèvres, langue, joues). La prise d'empreinte consiste à porter en bouche un matériau qui sera soumis à des mouvements fonctionnels pendant qu'il est en train d'effectuer sa polymérisation. Il y a donc compétition entre deux phénomènes : la formation des chaînes, du réseau et l'application de contraintes (mouvements fonctionnels). Le matériau devra rester modelé après l'arrêt des mouvements.

De plus, le matériau d'empreinte doit permettre de définir correctement l'état de surface des tissus d'appui. La stabilité dimensionnelle, la précision des détails, le caractère élastique final ont une importance limitée [12, 13et 14].

En prothèse amovible complète supra-implantaire (fig. 7), il convient d'allier précision, rigidité et enregistrement des mouvements. L'empreinte doit non seulement rendre compte de l'enregistrement des mouvements et de la surface d'appui (comme en prothèse amovible complète conventionnelle), mais aussi de la position très précise des implants (aucun degré de liberté n'est possible à cause de l'absence de desmodonte autour de l'implant).

De plus, le matériau d'empreinte doit résister à la déchirure et présenter une certaine rigidité pour permettre d'emporter les transferts d'empreinte de façon précise et sans équivoque [12,13].

Polysiloxanes

Composition chimique

Ils se présentent sous la forme de deux pâtes : une base et un catalyseur [1,2].

La base contient :

- du polyvinylsiloxane = prépolymère obtenu industriellement par hydrolyse de silanes ;

- des charges ;

- des plastifiants ;

- des pigments ;

- des substances aromatiques.

Le catalyseur contient :

- du polysiloxane ;

- des sels de platine (H2 PtCl6 ) ou de Ni ;

- des plastifiants ;

- des pigments.

Structure physique

Les polysiloxanes présentent une structure en réseau tridimensionnel assez dense (fig. 8).

Les groupements vinyle et méthyle, peu encombrants, permettent une structure en réseau, régulière et souple et une cinétique de polymérisation rapide.

Les noeuds de réticulation covalents constitués par des atomes d'oxygène et de silicium assurent la cohésion du matériau [6].

Mécanisme de prise

La polymérisation est une polyaddition, c'est-à-dire une polymérisation par étapes de type ionique, amorcée par les sels de platine permettant l'ouverture de la double liaison du groupement vinyle. Le composé final est un copolymère (composé de 2 macromolécules) réticulé [6].

Les chaînes entre les noeuds de réticulation SiO se forment et s'accroissent rapidement de par la structure chimique simple des groupements alkyle (méthyle et vinyle). Les noeuds de réticulation « verrouillent » le réseau par des liaisons covalentes [16, 17et 18].

Il n'y a pas de produit de réaction et les polysiloxanes possèdent une bonne stabilité dimensionnelle. En revanche, il y a formation d'hydrogène gazeux qui peut induire des porosités au niveau du matériau de réplique (plâtre). Ainsi, il vaut mieux attendre au moins 1 heure avant de traiter l'empreinte.

Polyéthers

Composition chimique

Ils se présentent sous la forme de deux pâtes : une base et un catalyseur [1,2,4 ].

La base contient :

- du polyéther-aziridine : prépolymère obtenu industriellement par copolymérisation de l'époxy-éthane et des tétrahydrofuranes, puis l'estérification par l'acide crotonique (CH3-CH=CH-COOH) permet de greffer le noyau éthylène-imine ;

- des charges ;

- des plastifiants ;

- des pigments ;

- des substances aromatiques.

Le catalyseur contient :

- une combinaison de sulfonium d'alkyle, l'ester de l'acide sulfonique ;

- des charges ;

- des plastifiants ;

- des pigments.

Structure physique

Les polyéthers sont des réseaux peu denses (fig. 9), constitués de chaînes macromoléculaires longues [6].

Les groupements aziridine sont situés le long ou en bout de chaînes. Ces groupements sont très réactifs, les sulfonates aromatiques viennent se fixer à leur niveau pour former des ponts interchaînes. Le sulfonate d'alkyle est plus volumineux que le silicium et ainsi maintient à distance les chaînes polymères.

La cohésion du réseau est assurée par les ponts interchaînes (sulfonates aromatiques), mais aussi par des liaisons physiques grâce aux groupements polaires (groupements OH, NH, noyau aromatique).

Mécanisme de prise

La polymérisation est une polyaddition, c'est-à-dire une polymérisation par étapes de type ionique amorcée par l'ester de l'acide sulfonique (dichloro-paratoluène sulfonate de méthyle) qui agit en ouvrant les cycles éthylène-imine pour le pontage interchaînes [6].

Il n'y a pas de produit de réaction et ils possèdent une bonne stabilité dimensionnelle.

La structure chimique est plus complexe que celle des polysiloxanes. L'encombrement stérique des chaînes oblige à la présence de plastifiants (fig. 9) pour permettre aux chaînes en formation de glisser les unes par rapport aux autres pour aller chercher tous les monomères, lors de la polymérisation. La cinétique de polymérisation est plus lente avec pour conséquence un temps de travail plus long [16, 17et 18].

Conséquences cliniques

Polysiloxanes

Comme le polysiloxane, le polyvinylsiloxane est un réseau composé de chaînes carbonées (CH3, CH2CH2 R) simples, peu encombrantes, réticulées par des noeuds composés de SiO. Le mélange initial des 2 pâtes est effectué manuellement sans difficulté (type 0 = « putty », type 1 = « heavy bodied ») ou à l'aide d'un pistolet mélangeur (type 2 = « medium bodied », type 4 = « light bodied ») (fig. 10).

La cinétique de polymérisation est rapide : la réaction chimique par ouverture de la double liaison du groupement vinyl est simple ; les chaînes carbonées sont rapidement verrouillées au niveau des noeuds de réticulation. Leur temps de travail est de 2-3 minutes, leur temps de prise est de 4 à 5 minutes.

Lorsque le réseau commence à se former, les noeuds de réticulation commencent à fixer les séquences de chaînes. Il n'est plus possible de modeler le matériau, par exemple pour l'enregistrement des bords périphériques en prothèse complète.

La grande souplesse des polyvinylsiloxanes est liée à la faible présence de liaisons physiques : le réseau est tenu par les noeuds SiO et les séquences de chaînes entre les noeuds gardent leur mobilité. Ils manquent de rigidité notamment en prothèse implantaire où il est primordial d'avoir un repositionnement exact des répliques ou des transferts.

Ce sont des matériaux qui ont une bonne recouvrance de déformation (ils retournent quasi instantanément à leur état initial sans déformation résiduelle). Le retrait de l'empreinte peut s'effectuer sans difficulté, quelles que soient les contre-dépouilles.

Les polyvinylsiloxanes sont hydrophobes par nature. Il n'y a pas de groupement polaire en leur sein : ce qui impose l'assèchement des surfaces à enregistrer. Mais, il existe des polyvinylsiloxanes dits hydrophiles ou hydroactifs. Ils sont obtenus par hydroxylation du squelette macromoléculaire. Le principe est d'obtenir des pôles hydrophiles, mais aussi de favoriser la création de liaisons physiques (limitant aussi les risques de déchirement).

L'excellente stabilité dimensionnelle des polyvinylsiloxanes s'explique par l'absence de produit de réaction due à la polymérisation radicalaire, la structure en réseau covalent particulièrement stable, la faible présence de liaisons physiques et de groupements polaires (hydrophobie).

Les polyvinylsiloxanes sont des matériaux d'empreinte particulièrement indiqués en prothèse fixée. Leur souplesse, leur stabilité dimensionnelle, l'amélioration de leurs propriétés telles que l'hydrophobie leur permettent de répondre à toutes les situations cliniques : faux moignons, coiffes unitaires, ponts scellés. L'ergonomie développée depuis quelques années grâce aux cartouches mélangeuses facilite la mise en oeuvre. Leur cinétique de polymérisation trop rapide les contre-indique pour les empreintes secondaires en prothèse complète et les empreintes d'édentements terminaux mandibulaires en prothèse partielle (technique du modèle fragmenté ou technique de Mac Craken). Leur faible rigidité et leur trop grande souplesse peuvent être à l'origine d'imprécisions et de difficultés de positionnement en prothèse implantaire.

La nature hydrophobe des polysiloxanes autorise la décontamination par immersion ou le stockage en milieu humide, sans effet sur la stabilité dimensionnelle.

Polyéthers

Le polyéther est un réseau composé de chaînes polyéther-aziridine, avec des groupements plus encombrants (sulfonates d'alkyle).

Le mélange initial des 2 pâtes est moins facile : les fabricants ont mis au point un mélangeur électrique, ce qui a amélioré la mise en oeuvre de ces matériaux et a suscité un nouvel engouement pour les polyéthers (fig. 11).

La cinétique de polymérisation est plus lente : les séquences de chaînes sont plus longues, la réaction d'amorçage et le pontage des chaînes par l'éthylène-imine plus complexes (ouverture de cycles aromatiques). Le temps de travail est de 4-5 minutes, le temps de prise est de 6 minutes, plus long que pour les polyvinylsiloxanes. Malgré la présence de plastifiants, la longueur des séquences de chaînes et les liaisons physiques liées aux groupements polaires augmentent la viscosité. Le réseau se fixe progressivement, ce qui permet un modelage du matériau particulièrement intéressant pour les empreintes secondaires en prothèse amovible.

En fin de polymérisation, la rigidité des polyéthers est supérieure à celle des polyvinylsiloxanes. Le retrait de l'empreinte peut être délicat en cas de présence de contre-dépouilles importantes.

Ce sont des matériaux qui ont une bonne recouvrance de déformation (ils retournent quasi instantanément à leur état initial sans déformation résiduelle). Leurs propriétés élastiques sont comparables à celles des polyvinylsiloxanes.

La présence de pontages covalents et de liaisons physiques assure une bonne cohésion au sein du matériau, ce qui le rend résistant au déchirement.

Les polyéthers sont des matériaux hydrophiles par nature de par la forte présence de groupements polaires (OH). Ainsi, leur précision de surface est remarquable en milieu humide.

La nature hydrophile des polyéthers affecte la stabilité dimensionnelle : les empreintes ne doivent pas être décontaminées par immersion, ni être stockées en milieu humide. Malgré l'absence de produits de réaction due à la polymérisation ionique, la présence de plastifiants (dibutylphtalate) qui vont être relargués influe aussi sur la stabilité dimensionnelle dans le temps ; les empreintes doivent être traitées rapidement.

Les polyéthers sont particulièrement indiqués en prothèse amovible complète et en particulier en prothèse supra-implantaire offrant à la fois des qualités de modelage pour l'enregistrement des bords périphériques (fig. 12 et 13) et des qualités de rigidité pour le positionnement des transferts d'empreinte. Malgré leur caractère hydrophile particulièrement intéressant en odontologie, leur utilisation en prothèse fixée unitaire ou plurale reste limitée : temps de travail long, retrait difficile surtout en présence de contre-dépouilles, de reliefs marqués.

Conclusion

Ces dernières années, l'amélioration de la chimie (polymérisation par étapes), la maîtrise des techniques d'empreintes, la gestion correcte des empreintes au laboratoire (coulée des modèles) garantissent une précision et une stabilité dimensionnelle des élastomères tout à fait remarquables. Mais, les qualités intrinsèques des polyvinylsiloxanes et des polyéthers sont liées à leur architecture de chaînes et à l'aspect structural de la réaction de prise. Les indications différentes auxquelles répondent les polyvinylsiloxanes et les polyéthers trouvent leur réponse dans ces propriétés intrinsèques physico-chimiques (fig. 14 et 15).

bibliographie

  • 1 Serre D, Pouyssegur V.Matériaux à empreinte. EMC, 1998, 23-064-A-10.
  • 2 Degrange M.Structure, propriétés des élastomères et précision des empreintes. Actu Odonto Stomatol 1995;191:369-385.
  • 3 Hoornaert A, Chalard F, Unger J, Unger F.Les empreintes aux polyéthers. Cah Prothèse 1997;98:73-85.
  • 4 Berteretche MV.Prothèses et matériaux d'empreinte. Commission des dispositifs médicaux. ADF, 1999.
  • 5 Ferry JD.Viscoelastic properties of polymers. New York : Ed Wiley 3rd Ed., 1980.
  • 6 Fontanille J, Gnanou Y.Chimie et physico-chimie des polymères. Paris : Ed Dunod, 2001.
  • 7 Ward IM.Mechanical properties of solid polymers. New York : Ed Wiley-Interscience, 1971.
  • 8 Oudet C.Polymères structure et propriétés - introduction. Paris : Éditions Masson, 1994.
  • 9 Strobl GR.The physics of polymers: concepts for understanding their structure and behavior. Berlin : Ed Springer-Verlag, 1996.
  • 10 Petitjean Y, Schittly J.Les empreintes en prothèse fixée. Guide Clinique. Paris : Éditions CdP, 1994.
  • 11 Lecerf J, Desreumaux L, Le Pan J.Empreintes pour reconstructions coronoradiculaires coulées. Cah Prothèse 1999;106:21-30.
  • 12 Rignon-Bret C, Rignon-Bret JM.Prothèse adjointe complète, prothèse immédiate, prothèse supra-radiculaire et implantaire. Paris : Éditions CdP, 2002.
  • 13 Hüe O, Berteretche MV.Prothèse complète : réalités cliniques, solutions thérapeutiques. Quintessence international 2003.
  • 14 Naser B, Postaire M.Élastomères et joint périphérique en prothèse complète maxillaire. Cah Prothèse 1991;75:46-55.
  • 15 Mariani P.Prothèses totales à complément de rétention implantaire: l'empreinte dissociée. Synergie Prothet 2001;3:229-240.
  • 16 Lu H, Nguyen B, Powers J.Mechanical properties of 3 hydrophilic addition silicone and polyether elastomeric impression materials. J Prosthet Dent 2004;92:151-154.
  • 17 Martinez JE, Combe EC, Pesun IJ.Rheological properties of vinyl polysiloxanes impression pastes. Dent Mat 2001;17:471-476.
  • 18 Berg JC, Johnson GH, Lepe X, Adan-Plazza S.Temperature effects on the rheological properties of current polyether and polysiloxane impression materials during setting. J Prosthet Dent 2003;90:150-161.