Цианоакрилаты — эфиры цианакриловой кислоты, основной компонент цианоакрилатных клеев, применяемых для быстрого склеивания материалов, в том числе в быту. Химическая формула .
Распространённое[источник не указан 482 дня] в быту и ставшее в бывшем СССР нарицательным название цианоакрилатного клея «суперклей» представляет собой перевод товарного знака клея Super Glue. Этот клей впервые был получен в 1942 году (во время Второй мировой войны) американским химиком Гарри Кувером, работавшим в компании Eastman Kodak, в ходе экспериментов по поиску прозрачных пластиков для оптических прицелов, однако вещество из-за излишней клейкости было забраковано. В 1951 году американские исследователи во время поисков термостойкого покрытия для кабин истребителей случайно обнаружили свойство цианоакрилата прочно склеивать различные поверхности. На этот раз Кувер оценил возможности вещества, и в 1958 году суперклей впервые поступил в продажу, «взорвав» рынок[1]. В СССР клей выпускался под названием «циакрин»[2].
Клеи на основе цианоакрилатов легко выдерживают нагрузки 150 кг/см², а более совершенные — 250 кг/см². Термостойкость соединения невысока и сравнима с термостойкостью акрилового оргстекла: от 70—80 °C для обычных клеев, до 125 °C для модифицированных[3].
Механизм клеящего действия
править«Суперклей» представляет собой жидкий мономер какого-либо цианоакрилата (метил-, этил- и т. д.) с возможной добавкой до 10 % пластификаторов (например, дибутилфталат в клее Циакрин), активаторов (при недостаточной влажности шва), стабилизаторов, замедлителей, а также ультрадисперсного оксида кремния для загущения (гелевый суперклей); клей не содержит растворителей. В герметичной упаковке клей неактивен и может долго оставаться жидким, но начинает действовать при реакции с атмосферной влагой. Замедлить реакцию в бытовых условиях позволяет хранение флакона с клеем в холодильнике.
Жидкий цианоакрилат способен к анионной полимеризации под действием слабощелочных агентов, в том числе и обычной воды[4]. К сплошному отвердению «суперклея» в тонких слоях (в пределах 0,05—0,1 мм) приводит влага, адсорбированная на склеиваемых поверхностях или содержащаяся в приповерхностных слоях материала (чем, наряду с воздействием животных аминов, объясняется отличное склеивание пальцев.). Вредное застывание массы клея при хранении в неплотно закрытой таре вызывается не испарением растворителя, как в случае нитроцеллюлозного клея или ПВА, а воздействием атмосферной влаги (как это свойственно, например, силиконовым герметикам); при производстве клей закупоривают в осушенной атмосфере[5]. Также, по утверждению в описаниях производителей[6], существует механизм отверждения щелочным агентом, связанный с нейтрализацией кислотного стабилизатора.
Для работы с цианоакрилатом в толстых слоях известен любительский способ с последовательным заполнением шва пищевой содой, смачиваемой суперклеем и играющей в данном случае роль не только наполнителя, но и щелочного полимеризующего агента. Смесь твердеет почти мгновенно, образуя твёрдый, акрилоподобный, композитный материал. Нежелательно использовать для склеивания нагруженных деталей (к примеру, петли дисплеев ноутбуков) в силу высокой твёрдости и низкой упругости материала. Также не стоит применять в тех местах, где происходят периодические нагрев и охлаждения (клей выкрашивается). Также в качестве наполнителя можно использовать мелко размолотую штукатурку, гипс, кирпич или бетон. При этом следует принять меры безопасности из-за токсичности смеси[7].
Хотя первичное схватывание клея наступает за время от нескольких секунд до минуты, для окончательного набора прочности производители предписывают выдержку соединения на воздухе без рабочей нагрузки в течение нескольких (до 24) часов[3].
Применение
правитьЦианоакрилатные клеи легко склеивают непористые и содержащие воду материалы. Схватываются менее чем за минуту, а максимальная прочность (на разрыв) достигается через несколько часов. Однако прочность клеевого соединения на сдвиг невысока, поэтому суперклей иногда применяют как резьбовой фиксатор или для крепления заготовки на токарном станке.
Октил-2-цианоакрилат — наименее ядовитый из цианоакрилатов — применяется в медицинских целях для склеивания ран и для остановки кровотечений.[8]
Растворимость
правитьМетилцианоакрилат (основа наиболее распространенных и дешевых клеев) медленно растворяется в воде, этот клей не водостоек.
Этилцианоакрилат не растворяется в воде, этаноле и многих других веществах, мгновенно застывает в местах соприкосновения с ними. Растворяется в нитрометане, входящем в состав жидкостей для удаления цианоакрилатов. В жидком виде хорошо растворим в ацетоне. Хорошо растворяется ацетонитрилом.
Также, для получения клеевого шва высокой водостойкости, применяют и пропилцианоакрилат, который существенно дороже.
Цианоакрилаты хорошо растворяются под воздействием концентрированного диметилсульфоксида (ДМСО); раствор можно удалить впитывающим материалом. ДМСО, свободно продаваемый в аптеках под торговым названием «Димексид», бесследно растворяет залитый им клеевой шов за несколько часов без механических воздействий. Следует помнить, что многие виды пластмасс и полимеры впитывают ДМСО и соответствующие детали могут испортиться. Для удаления цианоакрилата также эффективно используется имеющийся в продаже удалитель клея «Секунда» — так называемый антиклей (на основе пропиленкарбоната).
Техника безопасности
правитьСклеивание материалов, содержащих синтетические и/или натуральные волокна, как правило, приводит к интенсивной экзотермической реакции. Высвобождаемое тепло может стать причиной ожогов. Реакция косвенно может быть использована для получения огня[9][10]. Сертификат безопасности материала для цианоакрилата запрещает при работе с клеем носить хлопчатобумажную или шерстяную одежду, в особенности хлопчатобумажные перчатки[11].
Перманентный контакт с водой или влажной средой ведет к постепенному уменьшению прочности клеевых соединений, что стоит учесть при склеивании ответственных соединений.
Токсичность
правитьПары цианоакрилата, представляющие собой мономеры, могут раздражать слизистые оболочки глаз, носа и горла, но при достаточной концентрации они моментально полимеризуются под воздействием влаги и становятся инертными. Считается, что риск может быть незначительным, если работать в хорошо проветриваемом помещении. При регулярном взаимодействии с цианоакрилатом около 5 % людей испытывают симптомы, схожие с симптомами гриппа. Цианоакрилат также может раздражать кожный покров и вызывать аллергические кожные реакции. В редких случаях вдыхание паров может вызвать астму. Для разных цианоакрилатов токсичность может существенно отличаться.
См. также
правитьПримечания
править- ↑ В США скончался изобретатель «Суперклея» Гарри Кувер. Дата обращения: 30 марта 2011. Архивировано из оригинала 28 мая 2011 года.
- ↑ Айрапетян Л. Х., Заика В. Д., Яишина Л. А. Справочник по клеям. — Л.: Химия, 1980. — 304 с.
- ↑ 1 2 Цианакрилатные клеи, свойства клея, цианакрилаты. Дата обращения: 30 ноября 2021. Архивировано 30 ноября 2021 года.
- ↑ Список проектов — Кафедра химии и технологии высокомолекулярных соединений им. С. С. Медведева (недоступная ссылка с 31-05-2015 [3449 дней])
- ↑ Соединить навсегда: Неразрывная связь. Дата обращения: 16 апреля 2011. Архивировано 29 ноября 2011 года.
- ↑ Продукция: Пауэр — Сиб — официальный дистрибьютор компании 3М в Сибирском регионе (недоступная ссылка с 31-05-2015 [3449 дней])
- ↑ Ремонтируем монитор содой! Дата обращения: 14 августа 2012. Архивировано 14 августа 2012 года.
- ↑ Кожный клей «Дермабонд» (Dermabond). Дата обращения: 7 февраля 2011. Архивировано 4 марта 2016 года.
- ↑ Spontaneous Combustion ! — How To Video. Дата обращения: 26 сентября 2011. Архивировано из оригинала 16 декабря 2011 года.
- ↑ Видео бурной реакции суперклея с целлюлозой. Дата обращения: 1 октября 2017. Архивировано 20 сентября 2016 года.
- ↑ Material Safety Data Sheet. accumetricinc.com. Дата обращения: 9 июня 2008. Архивировано из оригинала 19 февраля 2009 года.