Les résines composites
I Généralités
I.1 Définitions
I.2 Composition
I.2.1 Phase organique
I.2.2 Les charges
I.2.3 Agent de couplage organo-minéral
II Classification des résines composites
II.1 En fonction de la viscosité, du mode de polymérisation, des indications cliniques
II.2 En fonction de la taille des charges
II.3 En fonction de la taille des charges et de la viscosité
III Polymérisation
III.1 Polymérisation des résines composites dentaires
III.1.1 La chémo-polymérisation
III.1.2 La photo-polymérisation
III.2 Principaux modes de polymérisation des composites dentaires – Résumé
IV Propriétés des composites
IV.1 Importance de la phase inorganique : pourcentage des charges
IV.2 Propriétés mécaniques
IV.2.1 Résistance à la flexion
IV.2.2 Résistance à la traction
IV.2.3 Module d’Young
IV.2.4 Dureté
IV.2.5 Vieillissement et usure
IV.3 Propriétés physico-chimiques
IV.3.1 Contraction de polymérisation
IV.3.2 Propriétés thermiques
IV.3.3 Absorption hydrique et solubilité
IV.3.4 Propriétés optiques et radiographiques
IV.3.5 Adhérence
Conclusion
INTRODUCTION
Les problèmes esthétiques et électrochimiques des amalgames, la fragilité, la solubilité et la mauvaise biocompatibilité des silicates et des résines PMMA (Poly Methyl MethacrylAtes),
ont conduit au développement d’un nouveau type de matériau dans les années 60 : les résines composites. Celles-ci ont donc été développées pour palier notamment les insuffisances esthétiques des obturations précédentes : Les silicates et les résines acryliques.
1953 : Bowen ajoute des charges de quartz aux résines époxy
1955 : Buonocore introduit la notion de ≪ mordançage ≫
1956 : Bowen crée le Bis-GMA (dimethacrylate glycidique de bisphénol A),
1962 : Bowen dépose le brevet du Bis-GMA.
I GÉNÉRALITÉS :
I.1 DÉFINITIONS :
En odontologie, on appelle RESINE COMPOSITE un matériau constitué d’une MATRICE ORGANIQUE RESINEUSE et d’un renfort constitué de CHARGES. La cohésion entre ces deux matériaux est assurée par un agent de couplage, un SILANE.
Représentation schématique d’une résine composite
Les résines composites
I.2 COMPOSITION
I.2.1 Phase organique
La phase organique (= phase continue ou dispersante) constitue en moyenne 24 à 50% du volume du composite. Elle comprend la résine matricielle, les abaisseurs de viscosité, le système de polymérisation et divers additifs.
1 – Résine matricielle :
Les résines matricielles sont les composants chimiquement actifs du composite. Ce sont tous
des monomères ≪ R – di méthacrylates ≫, rendant ainsi toutes les résines composites compatibles entre elles et avec les adhésifs. Elles sont dérivées du Bis-GMA et des polyuréthanes.
● Bis-GMA
Le Bis-GMA et ses dérivés constituent la base de la plupart des résines matricielles. Sa synthèse s’effectue en deux temps :
1/Réaction d’estérification:
Réaction d’estérification de l’acide méthacrylique et de l’alcool glycidique
2/ Réaction par addition :
L’eau hydrolyse la liaison ester du méthacrylate de glycidyle et du Bisphenol A donnant
naissance au Bis-GMA.
Réaction d’addition du méthacrylate de glycide et du Bisphénol A donnant naissance
au Bis-GMA
Caractéristiques de la molécule de Bis-GMA :
– les cycles aromatiques rigidifient la molécule
– la présence d’un cycle phénol permet de diminuer la rétraction de prise mais entraine une
viscosité importante.
– les hydroxyles entrainent une viscosité importante de la matrice non polymérisée.
● Les uréthanes :
Réaction de formation de l’UDMA
Caractéristiques de l’UDMA :
– poids moléculaire élevé à molécule peu toxique pour la pulpe.
– plus faible viscosité que le Bis-GMA mais forte rétraction de prise
– pas de liaison ester à diminution des risques d’hydrolyse de la matrice.
2 – Les contrôleurs de viscosité
Les monomères de Bis-GMA et de diurethane dimethacrylate sont des liquides très visqueux. L’addition d’une grande quantité de charges provoque la formation d’un matériau de consistance trop épaisse pour la clinique. Par conséquent, pour contrebalancer ce problème, des monomères de faible viscosité (diluants) sont ajoutés dont le plus utilisé est le :
– TEGDMA : Tri Ethylène Glycol Di Méthacrylate
TEGDMA
Conséquence du diluant sur les propriétés physiques :
– augmentation de la rétraction de prise
– rend la résine plus flexible et moins cassante
– réduit sa résistance à l’abrasion.
3- Les agents de la polymérisation
La polymérisation des composites repose sur la décomposition d’une molécule (AMORCEUR) par un ACTIVATEUR en RADICAUX LIBRES (R*). Les radicaux libres initient l’ouverture de la liaison vinylique du monomère et l’élongation du polymère.
Représentation schématique de la polymérisation en chaîne mécanisme de polymérisation radicalaire
R* = radical libre.
● Les agents de chémopolymérisation
– Les principaux ACTIVATEURS :
– amines (DMPT, para amino acétate de méthyle et ses dérivés) : inhibées par l’humidité,
brunissent en vieillissant.
– acide para-toluène-sulfinique : instable, ne brunit pas, est inactive par l’oxygène de l’air
– les thio-urées substituées
– l’acide ascorbique.
– Les principaux AMORCEURS : Ce sont des peroxydes :
– peroxyde de benzoyle
– peroxyde de cumene
– tributylhydroperoxyde.
● Les agents de photopolymérisation
– ACTIVATEUR = photons (lumière) a une certaine longueur d’onde
– AMORCEUR = amine tertiaire (DMAEMA : DiMethylAminoEthylMethAcrylate) + PHOTOSENSIBILISATEUR.
Le photo-sensibilisateur le plus utilisé est la CAMPHOROQUINONE (CQ) (pic absorption
dans le bleu a 466,5 nm) mais deux autres molécules sont également utilisées : la Lucirin
TPO et le Phényl Propanedione (pics d’absorption plus proches des UV).
Apres irradiation, il y a formation d’un complexe PHOTOSENSIBILISATEUR–AMINE (ex CQ-DMAEMA) qui génère un radical libre.
4- Les inhibiteurs de prise
Afin d’éviter la polymérisation spontanée lors de la conservation des matériaux composites, des dérivés du phénol sont ajoutés comme inhibiteurs de polymérisation :
– hydroquinone (peut provoquer des dyscolorations)
– monomethyl ether d’hydroquinone
– BHT : (2, 4, 6-tritertiary-butyl phenol)
I.2.2 Les charges :
La phase inorganique est constituée par les charges qui renforcent le matériau. Ces charges
sont liées à la matrice par l’intermédiaire d’un silane.
1- Nature des charges :
Les charges, la plupart du temps minérales, varient d’un composite à l’autre mais sont composées de SILICE (SiO2) sous différentes formes et d’autres types de particules :
● Les charges minérales
Les charges minérales sont formées de :
– SILICE (SiO2) sous différentes formes :
o sous formes cristallines (crystobalite, tridymite, quartz) : ces formes sont dures et résistantes.
o sous forme non cristalline (le verre : verre boro-silicate) : qualités mécaniques et esthétiques intéressantes.
– VERRES DE METAUX LOURDS qui confèrent au matériau sa radio opacité :
o silicate de verre de baryum ou de strontium
o verre de dioxyde de zirconium
o yttrium ou ytterbium trifluorés (YbF3).
● Les charges organiques :
Ce sont des charges à base de céramique organiquement modifiée, appelées les OrMoCers. Il s’agit de macromonomères composés d’un noyau en silice inorganique greffé de groupements multifonctionnels de méthacrylate.
On trouve également des charges organo organiques : (+/- 20 μm de TriMethylolPropane
Trimethacrylate).
● Les charges organo-minérales :
Les charges organo-minerales possèdent un noyau minéral (silice vitreuse ou aerosil) et une
matrice résineuse polymérisée qui enrobe le noyau.
Les micro-charges sont utilisées exclusivement sous cette forme.
2– Taille des charges :
| Type | Charge | Exemples |
| Macrochargé | 1 à 40µm | Concise® |
| Microchargé | 0,04 µm | Durafill VS®Filtek A 110® |
| Hybride | 0.5 à 30 µm | Ouixfil ® |
| Microhybride | 0,1 à 10 µm | Z100®, Z250®, Tetric Ceram®,Miris®, Tetric Flow® |
| Nanochargé | 2 à 70 nm | Filtek Supreme®Tetric EvoCeram® |
Taille moyenne des particules de charges des résines composites
● Propriétés des charges
– dureté élevée
– inertie chimique
– indice de réfraction proche de celui des matrices résineuses
– opacité contrôlée par addition de pigments de dioxyde de titane (TiO2).
3- Morphologie et granulométrie
La forme des charges varie suivant le mode de préparation :
• anguleuse : obtenue par broyage et attrition
• arrondie : résultent d’un frittage
• sphérique : procédé sol-gel (émulsion) ou atomisation.
3- Taux de charge
La proportion de charges peut être exprimée en fraction massique (% en poids) ou en fraction volumique (% en volume).
IL Y A TOUT INTERET A AUGMENTER LES CHARGES ET A DIMINUER LEUR DIMENSION MAIS CES DEUX POINTS AUGMENTENT LA VISCOSITE DU COMPOSITE.
| Famille | Viscosité | % charges(poids) | % charges(volume) |
| Macrochargés | Moyenne | 78 | 67 |
| Microchargés | Moyenne | 57,1 | 42,7 |
| Fluide | 52 | 38,1 | |
| Microchargés renforcés | Moyenne | 72,8 | 58,5 |
| Compactable | 77 | 46 | |
Hybrides | Moyenne | 78 | 60 |
| Fluide | 64,5 | 45,9 | |
| Compactable | 79,1 | 66,1 | |
| Ormocers | Moyenne | 76,7 | 59,4 |
| Fluide | 63 | Non disponible |
Taux de charge des résines composites
I.2.3 Agent de couplage organo-minéral
Un agent de couplage organo-minéral est une molécule bifonctionnelle qui réalise la cohésion entre les charges et la phase organique. Cette molécule est généralement un silane.
Cette molécule bifonctionnelle (ex du γ -(methacryloxyl) propyltrimethoxysilane) possède :
• à une extrémité un atome de Si lie a trois groupements OH qui interagissent avec les fonctions OH libres de la surface de la charge (ensimage).
• à l’autre extrémité un groupement méthacrylate qui réagit avec la résine matricielle pendant la polymérisation.
y -(méthacryloxyl) propyltriméthoxysilane (silane)
L’hydrolyse des liaisons établies entres les charges et la matrice entraîne la décohésion des phases organique et minérale, entraînant le vieillissement prématuré et rapide de la résine composite.
II CLASSIFICATION DES RÉSINES COMPOSITES
II.1 CLASSIFICATION DES RÉSINES COMPOSITES EN FONCTION DE LEUR VISCOSITÉ :
VISCOSITE : Fluides < Moyenne < Compactables.
II.2 CLASSIFICATION DES RÉSINES COMPOSITES EN FONCTION DE LEUR MODE DE POLYMÉRISATION :
MODE DE POLYMERISATION : Chémopolymérisable, Photopolymérisable, Dual (chemo et photo polymérisable).
II.3 CLASSIFICATION DES RÉSINES COMPOSITES EN FONCTION DE LEUR INDICATIONS CLINIQUES :
INDICATIONS CLINIQUES REQUISES : Anterieurs, Posterieurs, ‘Universels’.
III POLYMÉRISATION
III.1 POLYMÉRISATION DES RÉSINES COMPOSITES DENTAIRES :
La polymérisation d’un composite dentaire est une réaction de polymérisation en chaine. Le
point de départ est la décomposition d’un amorceur en radicaux libres (= état activé). L’activation peut etre d’origine thermique (thermo polymérisation), chimique (chémopolymérisation) ou photochimique (photopolymérisation).
Représentation schématique de l’activation de l’amorceur dans la polymérisation
Dans les restaurations en technique directe, seules la chemo- et photo polymérisation sont
utilisées.
Mécanisme de polymérisation radicalaire
= addition de type ≪ Radicalaire homogène ≫ en 3 PHASES :
– Phase d’INITIATION = activation des monomeres par les radicaux libres (lent, énergie)
– Phase de PROPAGATION = addition, croissance du polymère (rapide)
– Phase de TERMINAISON = arrêt (disparition des radicaux libres) – (recombinaison).
Fin de la réaction = PHASE DE TERMINAISON :
– combinaison de 2 chaines en croissance par leur extrémité radicalaire (addition)
– fixation d’un fragment d’amorceur sur l’extrémité radicalaire
– saturation de l’extremite radicalaire par H+ (dismutation)
III.1.1 La chémo-polymérisation
III.1.1.1 Principe de chemo-polymerisation
Un électron de l’azote (N) se fixe sur le peroxyde (de benzoyle) créant un radical libre (R*).
Il s’agit d’une réaction d’oxydo-réduction.
Réaction de chémopolymérisation
R* : radical libre, M : Monomère, M* : Monomère activé
III.1.2 La photo-polymérisation :
Représentation schématique de la photopolymérisation
R* : Radical libre, M : Monomère, M* : Monomère activé
Avantages PhotoP / ChémoP :
– Porosité moindre
– Répartition homogène des activateurs
– Temps de travail modulable
Qualité de la photo-polymérisation dépend :
– Puissance utile de la lampe
– Distance source lumière / obturation
– La couleur, le taux et la nature des charges.
Degré de conversion :
Le degré de conversion est le pourcentage de doubles liaisons [C=C] qui se convertit en [CC]
lors de la réaction de polymérisation.
Il n’est jamais de 100% et ne dépasse pas 50 à 60% pour les résines composites photo polymérisables. Le degré de conversion est fonction du mode de polymérisation :
chemo- < photo- < thermo polymérisation.
Il dépend :
. de la nature de la matrice et des charges
. de la taille des charges
. de la teinte du composite
. de la puissance de la source lumineuse
. du temps d’irradiation.
Principaux modes de polymérisation des composites dentaires
IV.2 PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES :
IV.2.1 Module d’élasticité:
| Famille | Viscosité | Module d’élasticité (GPa) |
| Macrochargés | Moyenne | 12,3 |
| Microchargés | Moyenne | 5,2 |
| Fluide | 4,4 | |
| Microchargés renforcés | Moyenne | 6,8 |
| Compactable | 6,5 | |
Hybrides | Moyenne | 9,3 |
| Fluide | 4,5 | |
| Compactable | 9,5 | |
| Ormocers | Moyenne | 6,9 |
| Fluide | 4,4 |
Module d’élasticité des résines composites
IV.2.2 Résistance à la flexion :
| Famille | Viscosité | Résistance à la flexion (MPa) |
| Macrochargés | Moyenne | 109,7 |
| Microchargés | Moyenne | 66,3 |
| Fluide | 96 | |
| Microchargés renforcés | Moyenne | 90,4 |
| Compactable | 125 | |
Hybrides | Moyenne | 109 |
| Fluide | 88 | |
| Compactable | 112 | |
| Ormocers | Moyenne | 100,4 |
| Fluide | 86,7 |
Résistance à la flexion des résines composites
IV.2.3 Dureté :
| Famille | Viscosité | Dureté Vickers |
| Macrochargés | Moyenne | 62,3 |
| Microchargés | Moyenne | 30,8 |
| Fluide | 30 | |
| Microchargés renforcés | Moyenne | 35 |
| Compactable | 41,5 | |
Hybrides | Moyenne | 57 |
| Fluide | 20,6 | |
| Compactable | 50,2 | |
| Ormocers | Moyenne | 49,1 |
| Fluide | 20,6 |
Dureté des résines composites
IV.2.4 Usure :
Etant le point faible de ces matériaux, plusieurs théories proposent une interprétation de l’usure et de la dégradation des composites :
– Théorie des micro-fractures : Fondée sur la différence des modules d’élasticité matrice/charge.
– Théorie de l’hydrolyse du silane : Hydrolyse de la liaison matrice/charge en présence d’eau et de la salive.
– Théorie de l’absorption chimique : Interaction entre des composants salivaires et alimentaires
– Théorie de la protection : Usure dans des zones non exposées aux contacts occlusaux.
IV.2.5 Mécanismes de vieillissement :
Le vieillissement peut être du à la rupture entre le silane et les charges ou à la rupture de la
chaine du polymère :
1. Rupture entre les organo-silanes et les charges :
Les causes primitives de rupture entre le silane et les charges sont :
– défauts de surface (fissures liées au retrait de polymérisation, porosités créées par arrachage des charges lors du polissage).
– bulles d’air dans le composite.
– polymérisation incomplète du matériau.
2. Rupture des liaisons au sein de la chaîne :
Sous les actions conjuguées de la température, de la lumière, de l’oxygène de l’air.
Les composites les plus resistants sont en général les hybrides mais le matériau n’est pas le seul facteur responsable ; il faut ajouter notamment la dimension et la localisation de la restauration ainsi que la mise en œuvre du matériau.
En résume, l’usure est plus importante au niveau des molaires que des prémolaires et des autres dents, dans les restaurations de grande étendue que dans les petites, dans les zones subissant des contacts occlusaux et dans les premières années après la pose du matériau.
IV.3 PROPRIÉTÉS PHYSICO-CHIMIQUES
IV.3.1 Contraction de polymérisation :
| Famille | Viscosité | Module d’élasticité (GPa) | Résistance à la flexion (MPa) | Dureté Vickers | Rétraction de prise |
| Macrochargés | Moyenne | 12,3 | 109,7 | 62,3 | 1,8-2,4 |
| Microchargés | Moyenne | 5,2 | 66,3 | 30,8 | 3,08 |
| Fluide | 4,4 | 96 | 30 | Non disponible | |
| Microchargés renforcés | Moyenne | 6,8 | 90,4 | 35 | 3,15 |
| Compactable | 6,5 | 125 | 41,5 | 2,7 | |
Hybrides | Moyenne | 9,3 | 109 | 57 | 3,04 |
| Fluide | 4,5 | 88 | 20,6 | 4,68 | |
| Compactable | 9,5 | 112 | 50,2 | 2,58 | |
| Ormocers | Moyenne | 6,9 | 100,4 | 49,1 | 2,05 |
| Fluide | 4,4 | 86,7 | 20,6 | 2,92 |
Rétraction de prise des résines composites
Le retrait de polymérisation des résines composites à base de matrice acrylique est inhérent à la réaction de polymérisation elle-même et dépend de leur composition chimique, de la fraction volumique des charges et du degré de conversion (mesure du degré de polymérisation) lors de la polymérisation qui n’est jamais totale et uniforme.
Ces contraintes peuvent avoir de mauvaises conséquences cliniques :
• Tensions au niveau des tissus dentaires pouvant entrainer des flexions des cuspides, des fragilisations ou des ruptures de l’email.
• Déchirures +/- étendues et profondes au niveau du joint avec création d’un hiatus périphérique favorisant la percolation marginale, les dyscolorations, les réactions inflammatoires pulpaires, les récidives de caries.
• Contraintes internes dans le matériau favorisant la rupture partielle ou complète de la liaison résine-particule, apparition de fractures cohésives dans le matériau.
• Diminution de la résistance mécanique.
Pour limiter les conséquences cliniques, différentes procédures adoptées depuis longtemps, restent d’actualité : technique d’obturation (stratification, quantité de matériau/couche), polymérisation (ex: “soft start” polymérisation), facteur de configuration (facteur C), etc…
Technique de stratification des résines composites
IV.3.2 Propriétés thermiques
Elles interviennent également dans l’intégrité du joint périphérique :
IV.3.2.1 Coefficient de dilatation thermique :
Le coefficient de dilatation thermique des résines composites est 2 à 4 fois plus grand que
celui des tissus dentaires :
• 25.10-6/°C < composites macrocharges < 35.10-6/°C
• 22.10-6/°C < composites hybrides < 35.10-6/°C
• 45.10-6/°C < composites microcharges < 70.10-6/°C
Rappel : Email : 11,4.10-6/°C & Dentine : 8,3.10-6/°C
Des contraintes peuvent apparaitre à l’interface matériaux/dent lors des changements de
température.
IV.3.2.2 Conductibilité thermique :
Les résines composites ont une faible conductibilité thermique (1,09 W.m-1.K-1), proche de
celle de l’émail (0,93 W.m-1.K-1) et de la dentine (0,64 W.m-1.K-1), contrairement à l’amalgame (83 W.m-1.K-1).
IV.3.3 Absorption hydrique :
Le comportement hydrique des résines composites est en relation directe avec la qualité de la polymerisation.
• Absorption d’eau comprise entre 0,2 et 2,2 mg/cm2.
• Solubilite dans l’eau après 2 semaines varie entre 0,01 et 2,2 mg/cm2,
• L’expansion volumétrique résultante (0,3 a 4%) compense la rétraction de polymérisation.
IV.3.4 Propriétés optiques et radiographiques :
La réduction du nombre de teintes disponibles dans un système et l’apparition d’une nouvelle terminologie caractérise l’évolution colorimétrique des nouvelles résines composites.
Les différences d’opacité sont obtenues grâce aux différences d’indice de réfraction entre les
charges minérales et la matrice ; les différents niveaux de saturation sont obtenus grâce à des concentrations variables en oxydes métalliques.
Les éléments lourds contenus dans les charges (numéro atomique élevé) permettent la visualisation radiographique.
IV.3.5 Adhérence
Une résine composite n’adhère pas spontanément aux tissus dentaires. Pour qu’il y ait adhérence aux tissus dentaires, il faut utiliser un système adhésif :
– Mordançage de l’email (micro-retentions), de la dentine (ouverture des tubuli), conditionnement ou elimination de la boue dentinaire.
– Agent de couplage amelo-dentinaire : les meilleurs résultats sont obtenus avec des adhésifs charges et ayant un solvant ne contenant pas d’acétone (volatile, très operateur dépendant).
CONCLUSION
L’évolution structurale des composites a surtout été marquée par l’augmentation du pourcentage de charges, la diminution de leur taille, la modification de leur forme, l’amélioration de l’agent de couplage (silane) et l’utilisation de particules de charges moins dures. La consistance de ces matériaux a également été diversifiée puisque proposes initialement en une seule viscosite ≪ classique ≫, moyenne, ils existent maintenant aussi sous la forme de composites fluides (“flowables”) et de composites compactables (“packables”).
Des composites macrocharges a la ≪ nano ≫ technologie, en passant par les microhybrides
et les ormocers, les résines composites se sont fortement développées.
On peut distinguer actuellement trois familles de résines composites : les MACROCHARGES, les HYBRIDES et les MICROCHARGES, les hybrides comportant le plus grand nombres de materiaux. Parmi ceux-ci, on peut distinguer les microhybrides (taille moyenne des particules de charges < 1 μm) et les microhybrides nanochargés (contenant des particules nanométriques).
Les résines composites
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Les dents mal alignées peuvent causer des difficultés à mâcher.
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