Utilisation des bisphosphonates pour le greffage de polymères sur surfaces de zircone

Use of bisphοsphοnates for grafting zwitteriοnic pοlymers onto zircοne surfaces

• Auteur / Autrice : Jihen Ben Hadj Salem
• Direction : Bénédicte Lepoittevin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 17/07/2023
• Etablissement(s) : Normandie en cotutelle avec Université de Carthage (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale normande de chimie (Caen)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie moléculaire et thio-organique (Caen ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Paul-Alain Jaffrès
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Roger, Mohamed Lotfi Efrit, Soufiane Touil, Jérôme Baudoux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Roger, Mohamed Lotfi Efrit

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photopolymérisation

Diphosphonique, Acide

Zircone

Mots clés libres

Photopolymérisation radicalaire

Zirconia Bisphosphonic acid

"grafting from"

Free Radical Photopolymerization

Résumé

L’objectif principal de ce travail de thèse est la modification des surfaces de Polycristal de Zircone Yttria Tetragonal (Y-TZP), par greffage de polymère à la surface dans un protocole en trois étapes. La première étape consiste à préparer des pastilles de zircone par frittage, puis à les activer par un traitement acide pour introduire à la surface des groupements hydroxyles. Au cours de la deuxième étape, l’amorceur organique portant une amine tertiaire telle que le groupe N,N-diméthylamine capable d'amorcer une réaction de photopolymérisation radicale, a été greffé sur la surface via une fonction acide bisphosphonique. Dans la dernière étape, plusieurs types de monomères, à savoir le méthacrylate de méthyle, le styrène, des monomères ioniques et zwitterioniques ont été photopolymérisés sur la surface de zircone par irradiation à la lumière bleue. Les étapes chimiques ont été contrôlées et caractérisées par spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS), ellipsométrie spectroscopique (SE) et microscopie à force atomique (AFM). Les propriétés de mouillage de différents liquides polaires et non polaires et les énergies de surface calculées à l'aide de la théorie de Van Oss varient systématiquement en fonction du type de fonctionnalisation et de greffage. Cette méthodologie est très prometteuse pour l'ajustement de la surface de la céramique dentaire.

The surface modification of metal oxides by grafting an organic molecule allows for the development of new specific properties on demand. In this work, we report the modification of the Yttria Tetragonal Zirconia Polycrystal (Y-TZP), which is a ceramic widely used in dental implantology, by polymer grafting of the surface in a three-steps protocol for tuning the wetting properties. The first step involved the preparation of zirconia pellet by sintering followed by their surface activation. In the second step, the organic initiator bearing a tertiary amine such as the N,N-dimethylamino group capable of initiating a radical photopolymerization reaction, was grafted onto the surface through a bisphosphonic acid functionality. In the last step, several types of monomers, namely methyl methacrylate, styrene, ionic and zwitterionic were photopolymerized on the zirconia surface by blue light irradiation. The chemical steps were monitored and characterized by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), spectroscopic ellipsometry (SE) and Atomic Force Microscopy (AFM). Wetting properties to different polar and nonpolar liquids and surface energies calculated with the Van Oss theory were found to vary systematically depending on the type of functionalization and grafting. This methodology is very promising for surface tuning of the dental ceramic.