Ціаноакрилат

Ціаноакрила́ти — ефіри ціанакрилової кислоти, основний компонент ціаноакрилатних клеїв, що застосовуються для швидкого склеювання матеріалів, зокрема в побуті. Хімічна формула ${\displaystyle {\ce {CH2 = C(CN)COOR}}}$.

Хімічна формула метил-2-ціанакрилату

Гаррі Веслі Кувер молодший, нагороджений 2010 року «Національною Медаллю технологій та інновацій»

Тюбик «Суперклею»

Полімеризація метил-2-ціанакрилату

Побутова назва ціаноакрилатного клею «суперклей» є перекладом товарного знака Super Glue.

Цей клей вперше добув 1942 року під час Другої світової війни американський хімік Гаррі Кувер^[en], який працював у компанії Eastman Kodak, під час експериментів із пошуку прозорих пластиків для оптичних прицілів, проте через зайву клейкість речовину забракували.

1951 року американські дослідники під час пошуків термостійкого покриття для кабін винищувачів випадково виявили властивість ціаноакрилату міцно склеювати різні поверхні. Цього разу Кувер оцінив можливості речовини, і 1958 року суперклей уперше надійшов у продаж, «підірвавши» ринок.^[1]

В СРСР клей випускався під назвою «ціакрин» у вигляді кількох клейових композицій (розроблених в Інституті елементоорганічних сполук для різних видів операцій).

Клеї на основі ціаноакрилатів легко витримують навантаження 150 кг/см², а досконаліші — 250 кг/см². Термостійкість з'єднання невисока і порівнянна з термостійкістю акрилового органічного скла: від 70—80 °C для звичайних клеїв, до 125 °C для модифікованих.^[2]

Механізм дії клею

«Суперклей» є рідким мономером деякого ціаноакрилату (метил-, етил- тощо) з можливим доданням до 10 % пластифікаторів (наприклад, дибутилфталат у клеї Ціакрин), активаторів (за недостатньої вологості шва), стабілізаторів, сповільнювачів, а також ультрадисперсного оксиду кремнію для загущення (гелевий суперклей); клей не містить розчинників.

У герметичному пакованні клей неактивний і може залишатися рідким, але починає діяти, зіткнувшися з атмосферною вологою. Уповільнити реакцію за побутових умов можна, зберігаючи флакон із клеєм у холодильнику.

Рідкий ціаноакрилат здатний до аніонної полімеризації під дією слабколужних агентів, зокрема й звичайної води. Суцільне затвердіння «суперклею» в тонких шарах (у межах 0,05—0,1 мм) спричиняє волога, адсорбована на склеюваних поверхнях або наявна в приповерхневих шарах матеріалу (чим, разом із впливом тваринних амінів, пояснюється відмінне склеювання пальців). Шкідливе застигання маси клею під час зберігання в нещільно закритій тарі викликає не випаровування розчинника, як у разі нітроцелюлозного клею або ПВА, а впливом атмосферної вологи (як це властиво, наприклад, силіконовим герметикам^[ru]); під час виробництва клей закупорюють в осушеній атмосфері.^[3] Також, за твердженнями в описах виробників, існує механізм ствердження лужним агентом, пов'язаний з нейтралізацією кислотного стабілізатора.

Для роботи з ціаноакрилатом у товстих шарах відомий аматорський спосіб із послідовним заповненням шва харчовою содою, що змочується суперклеєм і слугує не тільки наповнювачем, але й лужним полімеризувальним агентом. Суміш твердне майже миттєво, утворюючи твердий, акрилоподібний, композитний матеріал.

Небажано використовувати для склеювання навантажених деталей (наприклад, завіс дисплеїв ноутбуків) через високу твердість і низьку пружність матеріалу. Також не варто застосовувати там, де відбуваються періодичні нагрівання та охолодження (клей викришується). Також як наповнювач можна використовувати дрібно розмелену штукатурку, гіпс, цеглу або бетон. При цьому, через токсичність суміші, слід вжити заходів безпеки.^[4]

Хоча первинне схоплювання клею настає за час від декількох секунд до хвилини, для досягнення остаточної міцності виробники радять витримати з'єднання на повітрі без робочого навантаження протягом декількох (до 24) годин.^[2]

Застосування

Поріз на руці закрито за допомогою медичного клею «Дермабонд» на основі ціаноакрилату

Ціаноакрилатні клеї легко склеюють непористі матеріали, що містять воду. Схоплюються менш ніж за хвилину, а повна міцність (на розрив) досягається за кілька годин. Однак міцність клейового з'єднання на зсув невисока, тому суперклей іноді застосовують як різьбовий фіксатор або для кріплення заготовки на токарному верстаті.

Октил-2-ціаноакрилат — найменш отруйний із ціаноакрилатів — застосовують у медичних цілях для склеювання ран і для зупинення кровотеч.^[5]

Розчинність

Метилціаноакрилат (основа найпоширеніших та дешевих клеїв) повільно розчиняється у воді, цей клей не водостійкий.

Етилціаноакрилат не розчиняється у воді, етанолі та багатьох інших речовинах, миттєво застигає у місцях зіткнення з ними. Розчиняється в нітрометані, який входить до складу рідин для видалення ціаноакрилатів. У рідкому вигляді добре розчинний в ацетоні. Добре розчиняється ацетонітрилом.

Також, для отримання клейового шва високої водостійкості, застосовують суттєво дорожчий пропілціаноакрилат.

Ціаноакрилати добре розчиняються під впливом концентрованого диметилсульфоксиду (ДМСО); розчин можна видалити поглинальним матеріалом. ДМСО, що вільно продається в аптеках під торговою назвою «Дімексид», за кілька годин повністю розчиняє залитий ним клейовий шов без механічних впливів. Слід пам'ятати, що багато видів пластмас та полімери вбирають ДМСО і відповідні деталі можуть зіпсуватися. Для видалення ціаноакрилату також ефективно використовують видальник клею «Секунда» — так званий антиклей (на основі пропіленкарбонату).

Техніка безпеки

Склеювання матеріалів, які містять синтетичні та / або натуральні волокна, зазвичай призводить до інтенсивної екзотермічної реакції. Тепло, що вивільняється, може спричинити опіки. Реакцію опосередковано можна використати для отримання вогню.^[6][7] Сертифікат безпечності матеріалу для ціаноакрилату забороняє під час роботи з клеєм носити бавовняний або вовняний одяг, особливо бавовняні рукавички.^[8]

Перманентний контакт із водою чи вологим середовищем спричиняє поступове зменшення міцності клейових з'єднань, що варто врахувати під час склеювання відповідальних з'єднань.

Токсичність

Випари ціаноакрилату, що є мономерами, можуть подразнювати слизові оболонки очей, носа і горла, але за достатньої концентрації вони моментально полімеризуються під впливом вологи і стають інертними. Вважається, що ризик може бути незначним, якщо працювати в добре провітрюваному приміщенні. За регулярної взаємодії з ціаноакрилатом близько 5 % людей відчувають симптоми, схожі на симптоми грипу. Ціаноакрилат також може подразнювати шкірний покрив та викликати алергічні шкірні реакції. У поодиноких випадках вдихання випарів може викликати астму. Токсичність різних ціаноакрилатів може суттєво відрізнятись.

Див. також

• Епонім