Цианоакрилаты — эфиры цианакриловой кислоты, основной компонент цианоакрилатных клеев, применяемых для быстрого склеивания материалов, в том числе в быту. Химическая формула .
Распространённое 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. В СССР клей выпускался под названием «циакрин».
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.
Механизм клеящего действия
«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.
Жидкий цианакрилат способен к анионной полимеризации под действием слабощелочных агентов, в том числе и обычной воды. 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. Также, по утверждению в описаниях производителей, 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 акрилоподобный наполненный пластик, и в ряде случаев может успешно заменить эпоксидные композиции, в том числе армированные стеклосеткой, однако следует принять меры безопасности из-за токсичности полученной смеси. Также в качестве наполнителя можно использовать мелко размолотую штукатурку или бетон, например, пыль, получаемую при сверлении отверстий в таких материалах.
Хотя первичное схватывание клея наступает за время от секунд до минут, для окончательного набора прочности производители предписывают выдержку соединения на воздухе без рабочей нагрузки в течение нескольких (до 24) часов. В герметичной упаковке клей неактивен и может долго оставаться жидким, но начинает действовать только при реакции с атмосферной влагой.
Применение
Цианоакрилатные 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.В ходе Вьетнамской войны использовался для оказания первой медицинской помощи при ранениях. Несмотря на потенциальную токсичность, многими с успехом используется на свой страх и риск для заклеивания трещин на пятках, ран, остановки кровотечений после инъекций. В данном случае надо нанести каплю клея, и, вытащив иглу[откуда?], сразу после нанесения капли на место укола, прижать её стерильной салфеткой. Методика эффективна при несворачивании крови из-за особенностей препарата, погрешностей укола или состояния организма, при котором получасовое прикладывание спиртового тампона не приводит к остановке кровотечения из-за устойчивой пассивации инъекционного туннеля вытекающим лекарством. При прижатии бумажная салфетка мгновенно приклеивается, создавая круглое пластиковое пятно заделки. Лишнюю бумагу аккуратно обрывают по контуру, нажимая пальцем на само пятно (чтоб не сорвать эту «заплатку» вместе с остальной салфеткой). Через несколько дней салфетка отвалится в процессе регенерации кожи. В редких случаях возможен ожог, поскольку клей в процессе полимеризации на салфетке может сильно нагреться. Решает проблемы долго не заживающих повреждений кожи, например, ожогов на сгибе пальца, склеивает треснувшие ногти.
Пары цианоакрилата применяются для обнаружения отпечатков пальцев на предметах. Способ дает хорошие результаты, особенно при использовании паров цианоакрилата в вакуумной камере.
Растворимость
Метилцианоакрилат (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
Склеивание 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. Сертификат безопасности материала для цианоакрилата запрещает при работе с клеем носить хлопчатобумажную или шерстяную одежду, в особенности хлопчатобумажные перчатки.
Токсичность
Пары 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.