Compatibilité des polymères constitutifs des Dispositifs Médicaux avec les désinfectants

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1 Compatibilité des polymères constitutifs des Dispositifs Médicaux avec les désinfectants Dr Eric Lafranche Ecole des mines de Douai Jacques Criquelion. Gaétan Rauwel - Laboratoires ANIOS Modérateurs Dr Jean-Claude Labadie, Président d honneur S.F.H.H Bertrand Letartre, Président des Laboratoires ANIOS Laboratoires ANIOS - S.F.H.H Strasbourg 2007

2 ECOLE DES MINES DE DOUAI Département Technologie des Polymères et Composites et Ingénierie Mécanique TRANSFORMATION DU POLYCARBONATE : Applications médicales Dr Eric LAFRANCHE

3 Plan de l exposé I. Qu est-ce que le polycarbonate II. Mise en œuvre du polycarbonate III. Le polycarbonate : les difficultés de mise en oeuvre E. Lafranche, Ecole des Mines de Douai SFHH Strasbourg 2007

4 Le Polycarbonate? BAYER AG : 1953 Préparation : Polycondensation Bisphénol A + Phosgène Makrolon : Bayer Lexan : General Electric E. Lafranche, Ecole des Mines de Douai SFHH Strasbourg 2007

5 Propriétés Physiques : Pourquoi le Polycarbonate? Excellente transparence Polymère à haut poids moléculaire Propriétés Mécaniques : Grande rigidité (Tg :150 C) Polymère à haut poids moléculaire Module élevé Verre MPa Polyéthylène 900 MPa Polycarbonate 2300 MPa Nylon 2500 MPa Résistance Excellente résistance au choc jusque 100 C Grande plage d utilisation jusque 135 C Etat rigide 150 C Etat caoutchoutique T C Stérilisation E. Lafranche, Ecole des Mines de Douai SFHH Strasbourg 2007

6 Eau : Propriétés Chimiques : Pourquoi le Polycarbonate? Hydrolyse du PC en contact prolongé avec l eau > 60 C AFFAIBLISSEMENTS Gaz : Perméable aux gaz Hydrogène, gaz carbonique, hélium Produits chimiques : Attaqué par les acides minéraux et organiques Insoluble dans les éthers, les alcools, les hydrocarbures aliphatiques Attaqué par les bases fortes (ammoniac) E. Lafranche, Ecole des Mines de Douai SFHH Strasbourg 2007

7 Le Polycarbonate Avantages : Bonnes propriétés mécaniques (résistant, rigide) Mise en œuvre par toutes les techniques Transparence Large plage d utilisation en température Bonne stabilité dimensionnelle Auto-extinguible Alimentaire Inconvénients : Prix élevé Mise en œuvre à haute température et haute pression Tenue chimique (hydrocarbures aromatiques, lessives basiques) Hydrolysable au dessus de 60 C E. Lafranche, Ecole des Mines de Douai SFHH Strasbourg 2007

8 Le Polycarbonate Applications Électromécanique : capots de relais, cadrans téléphoniques. Électroménager : sèche cheveux, capotage, mixer, vaisselle. Optique : jumelle, appareil photo, lunettes, prismes, lentilles Outillage : voyants, grilles, capots Matériels de protection transparent ou non : casque, visière, pare-brise motos Éclairage : luminaire, feux automobile, mobilier urbain. Vitrage de sécurité Matériel médical : biberons, seringues, capot de protection. E. Lafranche, Ecole des Mines de Douai SFHH Strasbourg 2007

9 Mise en œuvre du Polycarbonate Extrusion Feuilles et Profilés Plaque Makrolon E. Lafranche, Ecole des Mines de Douai SFHH Strasbourg 2007

10 Mise en œuvre du Polycarbonate Thermoformage des Feuilles Ecoutille de pont bateau E. Lafranche, Ecole des Mines de Douai SFHH Strasbourg 2007

11 Mise en œuvre du Polycarbonate Extrusion Soufflage Biberons E. Lafranche, Ecole des Mines de Douai SFHH Strasbourg 2007

12 Mise en œuvre du Polycarbonate Granulés plastiques Injection E. Lafranche, Ecole des Mines de Douai SFHH Strasbourg 2007

13 Le Polycarbonate Applications Médicales Défibrillateur Système oxygène Monitoring cardiaque Prothèses Transparence Résistance au choc Bio-compatibilité Stérilisation Haute rigidité Dureté Stabilité dimensionnelle Résistance à la chaleur E. Lafranche, Ecole des Mines de Douai SFHH Strasbourg 2007

14 Le Polycarbonate : les difficultés de mise en oeuvre 1 Matériau hydrophile Éclaboussures d humidité Présence de bulles AFFAIBLISSEMENTS MECANIQUES E. Lafranche, Ecole des Mines de Douai SFHH Strasbourg 2007

15 Le Polycarbonate : les difficultés de mise en oeuvre 2 Matériau visqueux x plus visqueux que l eau x plus visqueux que l huile Pressions élevées (600 à 800 x la pression atmosphérique) Températures élevées (300 C polymère 100 C outillage) CONTRAINTES RESIDUELLES DE MISE EN ŒUVRE Parfois > à 200 kgf / cm² E. Lafranche, Ecole des Mines de Douai SFHH Strasbourg 2007

16 Le Polycarbonate : les difficultés de mise en oeuvre Contraintes résiduelles de mise en œuvre? Étirement des macromolécules pendant l écoulement, figées par le refroidissement V1>V2>V3>V4 Paroi V=0 V4 Cisaillement V1 V2 V3 Pièce fine (CD Rom) : Contraintes de remplissage (mécanique) Pièce épaisse : Contraintes de post-remplissage (thermique) E. Lafranche, Ecole des Mines de Douai SFHH Strasbourg 2007

17 Le Polycarbonate : les difficultés de mise en oeuvre Conséquences? Matériau «pré-contraint» Fissuration et rupture prématurée des pièces Effets aggravants : Présence d agents chimiques Présence d agents chimiques + fibres de verre (augmentation du phénomène de diffusion du fluide) E. Lafranche, Ecole des Mines de Douai SFHH Strasbourg 2007

18 Le Polycarbonate : les difficultés de mise en oeuvre Mise en évidence des contraintes résiduelles : Traitement thermique de recuit à 130 C Recuit 130 C Recuit 110 C Non recuit Mesure optique : biréfringence Traitement chimique Tétrachlorure de carbone < 25 kgf /cm² 1 toluène + 3 propanol-1 < 100 kgf /cm² 1 toluène + 10 propanol-1 < 200 kgf / cm² E. Lafranche, Ecole des Mines de Douai SFHH Strasbourg 2007

19 Nettoyage, désinfection, stérilisation du Polycarbonate Problématique : Bayer AG Apparition de corrosion due à des fissurations sous contraintes Tensions internes de la pièce Contraintes mécaniques durant le contact (assemblage) Température La corrosion est proportionnelle aux tensions internes, T, t Décomposition hydrolytique progressive en présence d eau > 60 C Nettoyage Nettoyage à l eau en présence d agents très légèrement acides ou neutres, temps de contact environ 2 minutes, température maximale 80 C (respecter les concentrations du producteur) Désinfection Les désinfectants peuvent dégrader chimiquement le polycarbonate (aldéhydes, phénol) E. Lafranche, Ecole des Mines de Douai SFHH Strasbourg 2007

20 Nettoyage, désinfection, stérilisation du Polycarbonate Stérilisation Une stérilisation vapeur au dessus de 125 C entraîne une déformation des pièces A l oxyde d éthylène, la stérilisation ne doit pas dépasser 65 C (oxydation et fissuration) Bayer AG Stérilisation sous rayonnement γ d un jaunissement 10 à 20 cycles avant apparition Stérilisation à l air chaud température limite 135 C E. Lafranche, Ecole des Mines de Douai SFHH Strasbourg 2007

21 Le Polycarbonate : Conclusion Matériau aux propriétés mécaniques et optiques exceptionnelles Bonne tenue thermique Résiste bien aux solvants de manière générale Mais Sensible aux produits ammoniaqués et lessiviels Hydrolysable au dessus de 60 C Contraintes résiduelles de mise en œuvre élevées lui conférant une fragilité en présence d agents chimiques (bases, détergents, produits de désinfection ) : Fissuration sous tension «Stress cracking» ETUDES DE COMPATIBILITE AVEC LES DETERGENTS ET LES DESINFECTANTS DANS LE DOMAINE MEDICAL E. Lafranche, Ecole des Mines de Douai SFHH Strasbourg 2007

22 Investigations pour une compatibilité des polymères constitutifs des D.M et les détergents d désinfectantsd Développement d une d nouvelle méthodologiem

23 Sommaire 1. Nos constatations et objectifs 2. Méthodes d investigations 3. Élaboration d un D.D.S.H

24 Sommaire 1. Nos constatations et objectifs 2. Méthodes d investigations 3. Élaboration d un D.D.S.H

25 Constatations et objectifs Si incompatibilité produits / matériaux Fissuration Aspect collant Déformation Opacification Altération des matériaux (centre de coût) Risque accru de contamination

26 Constatations et objectifs Vers un choix judicieux du nettoyant/désinfectant Maintenir l intégrité des matériaux Garantir l efficacité antimicrobienne

27 Constatations et objectifs Les altérations des matériaux sont des phénomènes: lents difficiles à reproduire insidieux difficiles à identifier ( avant et pendant ) irréversibles Besoin d une d méthode m adaptée

28 Sommaire 1. Nos constatations et objectifs 2. Méthodes d investigations 3. Élaboration d un D.D.S.H

29 Le polycarbonate Un polymère très répandu Dans le bâtiment Dans l industrie automobile

30 Le polycarbonate Un polymère très répandu Au quotidien Dans les industries

31 Le polycarbonate Un polymère très répandu Dans le milieu médical

32 Méthodes d investigations : premières constatations 1 Pas de dégradation observée après immersion de plaques de polycarbonate, durant une longue période, dans un liquide. 2 Fissuration dans des zones fragilisées ou contraintes du polycarbonate (parties moulées ou vissées) = STRESS CRACKING

33 Méthodes d investigations : Le «stress cracking» Produit inerte vis-à-vis du polycarbonate Produit altérant le polycarbonate Dégradation non quantifiable!

34 Méthodes d investigations : Le test de traction 1. A partir d éprouvettes en PC: Découpe à l emporte pièces (dimensions fixes) dans une plaque de Polycarbonate extrudé. Emporte pièces

35 Méthodes d investigations : Le test de traction 2. Immersion sous contrainte: Éprouvettes mises sous contraintes et immergées Produit testé Flèche fixe = 2,7cm

36 Méthodes d investigations : Le test de traction 3. Observation après immersion Produit A peu agressif Produit B très agressif Agressivité du produit B >> à celle du produit A Observation insuffisante : nécessité dégradation de quantifier la

37 Méthodes d investigations : Le test de traction 4 Après immersion, les éprouvettes sont étirées par une machine de traction Mors mobile Application d 1 contrainte (σ) = F/S Mesure de la déformation (L-L o )/L o de l éprouvette jusqu à rupture Mors fixe

38 Méthodes d investigations : Le test de traction Eprouvette initiale Application de la contrainte : déformation élastique Quand la contrainte augmente : déformation plastique

39 Méthodes d investigations : Le test de traction Produit agressif Produit non agressif

40 70 60 Méthodes d investigations : Le test de traction 5. Loi de comportement du polycarbonate Courbe de traction Rupture de l éprouvette 50 Contrainte (MPa) Déformation élastique = réversible Déformation plastique = irréversible % déformation à rupture de l éprouvette = allongement à rupture Déformation en %

41 Exploitation de la courbe de traction Contrainte (Mpa) Méthodes d investigations : Le test de traction Produit agressif Déformation en % Allongement à rupture = donnée caractéristique du produit Produit non agressif

42 Méthodes d investigations : Le test de traction Exploitation de la courbe de traction Hiérarchisation possible des produits Meilleure discrimination après variation du temps d immersion Application : screening des principes actifs antimicrobiens et excipients

43 Sommaire 1. Nos constatations et objectifs 2. Méthodes d investigations 3. Élaboration d un D.D.S.H

44 Principes actifs antimicrobiens Contrainte en MPa Allongement à la rupture après immersion 4h dans les principes actifs antimicrobiens Témoin eau réseau 50 PA9 PA2 PA PA12 PA11 PA10 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7 PA8 0 Déformation 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

45 Principes actifs antimicrobiens Contrainte en MPa Allongement à la rupture après immersion 16h dans les principes actifs antimicrobiens PA4 Témoin eau réseau PA2 PA5 30 PA10 PA9 PA6 PA3 20 PA1 10 PA12 PA8 PA7 0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% Déformatio 100% n

46 Principes actifs antimicrobiens Contrainte en MPa Allongement à la rupture après immersion 24h dans les principes actifs antimicrobiens 70 Témoin eau réseau Sélection des principes actifs antimicrobiens les plus favorables PA5 PA8 PA3 PA6 30 PA PA7 PA2 0 Déformation 0% 20% 40% 60% 80% 100%

47 Élaboration d un D.D.S.H Utilisation des P.A antimicrobiens les plus favorables Détergent Désinfectant pour les Surfaces Hautes Adapté au Polycarbonate ph neutre sans alcool

48 Élaboration d un D.D.S.H Contrainte en MPa Allongement à la rupture après immersion 4h dans le DDSH A Témoin eau Détergent Désinfectant Surfaces A Les phénom nomènes nes sont plus complexes!!! % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Déformation

49 Autres détergents désinfectants Contrainte en MPa Courbes de traction après immersion 4h dans différents produits Témoin eau réseau 50 Désinfectant oxydant Détergent désinfectant 40 Spray détergent désinfectant 2 Spray détergent désinfectant Détergent prédésinfectant 2 Détergent predésinfectant 1 Détergent prédésinfectant 3 Détergent prédésinfectant 4 Détergent 10 Spray détergent désinfectant 1 0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Déformation

50 Autres détergents désinfectants Contrainte en MPa Courbes de traction après immersion 16h dans différents produits Détergent prédésinfectant 3 Témoin eau Réseau Spray détergent désinfectant 3 Spray détergent désinfectant 2 Désinfectant oxydant Détergent pédésinfectant 4 Détergent Détergent désinfectant Pas de produit réellement adapté au polycarbonate 0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Déformation

51 Élaboration d un D.D.S.H détermination des molécules responsables? Principes actifs Tensio actifs Agents séquestrants

52 Élaboration d un D.D.S.H Contrainte en MPa Courbes de traction après immersion 4h des Tensio actifs à 0,1% 70 Témoin eau réseau Non ionique Oxyde d'amine Amphotère APG 2 APG 1 APG Oxyde d'amine 1 APG 4 Non ionique 0 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% Déformation

53 Élaboration d un D.D.S.H Contrainte en MPa Courbes de traction après immersion 16h dans des Tensio actifs à 0,1% Témoin eau réseau Non ionique APG 4 APG 5 40 APG 1 APG 2 30 APG 3 20 Oxyde d'amine 2 10 Oxyde d'amine 1 Amphotère 0 0% 20% 40% 60% 80% 100% Déformation

54 Élaboration d un D.D.S.H Contrainte en MPa Déformulation du détergent desinfectant de surfaces Courbes de traction après 16h d'immersion Témoin eau réseau Sans agent filmogène Sans principe actif 1 Sans principe actif 2 Sans Oxyde d'amine Identification du responsable Sans séquestrant 0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Déformation

55 Élaboration d un D.D.S.H Contrainte en MPa Courbes de traction après immersion 16h dans des séquestrants Témoin eau Réseau 50 Séq.B Séq.A 40 Séq.C Séq.D 30 Séq.F % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Déformation

56 Élaboration d un D.D.S.H Déformulation du détergent désinfectant A : Séquestrants agressifs pour le polycarbonate Remplacement du séquestrant Formulation d un nouveau détergent désinfectant pour surfaces B

57 Élaboration d un D.D.S.H Contrainte en MPa Allongement à la rupture après immersion 4h dans les détergents désinfectants de surface A et B Témoin eau réseau Détergent désinfectant surfaces A Détergent désinfectant surfaces B Le détergent d désinfectant d B n est pas agressif 0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Déformation

58 Élaboration d un D.D.S.H % allongement à rupture des détergents désinfectants A et B T=4h T=8h T=16h T=24h T=72h T=5 jours Eau Réseau B A Eau Réseau B A Eau Réseau B A Eau Réseau B A Eau Réseau B A Eau Réseau B A

59 Élaboration d un D.D.S.H Confirmation avec d autres grades ou types de polycarbonate Polycarbonate injecté de différents grades Application aux dispositifs médicaux

60 Élaboration d un D.D.S.H 70 Contrainte en MPa Courbe de traction d'éprouvettes injectées après immersion 16h dans les détergents désinfectants Témoin eau réseau PC: MAKROLON RX 2530 Détergent désinfectant surfaces B Détergent désinfectant surfaces A 0 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% Déformation

61 Élaboration d un D.D.S.H Contrainte en MPa Courbe de traction d'éprouvettes injectées après immersion 16h dans les détergents désinfectants Témoin eau réseau PC : LEXAN HP2R Détergent désinfectant surfaces B Détergent désinfectant surfaces A 0 Déformation 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%

62 Élaboration d un D.D.S.H barrière re de lit médicalism dicalisé : Immersion 20 jours dans le détergent désinfectant A Immersion 3 mois dans le détergent désinfectant B

63 Conclusion Développer une méthode pertinente pour : Une sécurité accrue Des efficacités garanties Meilleure connaissance de nos produits (D.M 93/42)

64 Un détergent désinfectant des matériels et surfaces compatible avec le polycarbonate Nettoyant Un produit issu du Désinfectant Sans alcool Sans parfum À mousse compacte Large compatibilité