Сейчас в WikiPRO 3913 статей и 32 647 страниц на русском языке.

Универсальный суперклей секунда - цианоакрилатный клей

Материал из ВикиПро: Отраслевая энциклопедия. Окна, двери, мебеля
Перейти к: навигация, поиск
Мне нравится
27

Известный в оконном производстве клей «секунда» был изобретён во время Второй мировой войны в 1942 году американским химиком Гарри Кувером. Как и всё гениальное клей был открыт совершенно случайно. Кувер в те военные годы работал на компанию «Kodak» и занимался поиском прозрачных пластиков для оптических прицелов.

Изобретённое вещество — эфир цианоакриловой кислоты, цианоакрилат, — CH2 = C(CN)COOR. Для выполнения поставленной задачи цианоакрилат был непригоден, т.к. при малейшем присутствии влаги вещество становилось липким и клейким.

В 1951 году цианоакрилат снова вспомнили во время создания термостойких покрытий для реактивных самолётов. У Кувера и его коллеги Фреда Джойнера был большой список разных материалов свойства которых они изучали с помощью различных приборов. После окончания работы с одним из цианоакрилатов, с порядковым номером в списке 910, Джойнер обнаружил, что линзы одного из приборов намертво слиплись.

Гарри Кувер вспомнил о своих поисках в 1942 году и решил, что на основе цианоакрилата можно создать «суперклей». Учёный убедил свою компанию в этом. Кувер и Джойнер потратили около семи лет на разработку оптимального состава. В 1958 году на рынке был представлен первый «суперклей». Суперклею присвоили его порядковый номер из списка предшествующему открытию — Eastman 910.

Изначально клей не стал пользоваться популярностью. Ситуация стала меняться после того, как Гарри Кувер посетил популярное в те годы в Америке телешоу и продемонстрировал возможности клея. Суперклей долгое время присутствовал в различных американских ток-шоу, где демонстрировались все его новые и потрясающие свойства. Цианокрилатный клей мог склеивать любые поверхности, даже если они не были предварительно защищены должным образом.

Хотя разбогатеть за счёт своего изобретения Горри Куверу так и не удалось, свою востребованность суперклей получил после того, как срок патента закончился. Компания «Kodak» не смогла извлечь большой финансовой выгоды из суперклея и продала бизнес компании «National Starch» в 1980 году.

Как он работает

Почему же «суперклей», склеивающий между собой различные материалы за секунды, не застывает внутри тюбика?

Основным компонентом клея является циоаноакрилат. В составе клея он занимает 90–99% процентов. Для полимеризации цианоакрилатов требуется наличие влаги, поэтому при расфасовке клея используется воздух с очень низкой влажностью. Так же в клей добавляют кислотные стабилизаторы препятствующие полимеризации молекул клея. При нанесении клея на склеиваемую поверхность стабилизатор нейтрализуется щелочной средой основы или частично ионизированными молекулами воды присутствующими в атмосфере.

Полимеризация происходит как показано на рисунке:

1. Клей в жидком состоянии: мономер(белые шарики) поддерживают кислотные стабилизаторы (красные шарики) предотвращающие полимеризацию. Влага на поверхности (синие шарики).
2. Влага (синие шарики) нейтрализует стабилизатор(красные шарики). начинается реакция полимеризации.
3. Начинается реакция полимеризации.
4. Образуются поперечные молекулярные связи (происходит сшивка).

Теоретически могут возникнуть проблемы при склеивании цианоакрилатом в условиях низких температур — морозный воздух содержит очень мало влаги.

Виды по составу

«Суперклей» представляет собой жидкий мономер того или иного ацианоакрилата. Общая формула цианоакрилатных клеев CH2 = C(CN)COOR (эфир ацианоакриловой кислоты), где в зависимости от химической природы радикала R (R- этил, метил, бутил, пропил и др.) в сложных эфирных группах возможны изменения технических свойств клея. Например влияют на такие свойства как физико-механические характеристики, теплостойкость, скорость отверждения, водостойкость и т.д.

Клей может содержать модифицирующие добавки. В качестве таких добавок используются бифункциональные соединения улучшающие теплостойкость и водостойкость клеевых соединений. Например тепловой интервал может вырасти от -196 до 125 °С или от -60 до 300 °С (но кратковременно). Применение в качестве модифицирующих небольших добавок циклопентадиена, дивинилбензола и глицидилметакрилата увеличивает их водостойкость. Для повышения водо- и вибростойкости цианакрилатных клеев в их состав вводят 0,1–5 % (мас.) эфира абиетиновой кислоты и глицерина, для повышения адгезионной прочности клеевых соединений - небольшие добавки 3,4,5-тригидроксибензойной кислоты или её эфиров. Модифицированные цианакрилатные клеи обладают такие свойствами как устойчивость к органическим растворителям например к бензину, спирту, к нефтяным и минеральным маслам, имеют электроизолирующие свойства.

В составе цианакрилатных клеев допускают присутствие до 10% стабилизаторов, пластификаторов, активаторов (при недостаточной влажности). В качестве активаторов могут применять продукт AC-15 (15-20 %-й раствор N,N-диметиланилина в этаноле) АВ-10 (10 %-й раствор карбоната калия в воде). После нанесения активатора на поверхность, нужно сделать выдержку для удаления растворителя, а уже затем склеить по обычной для данного клея технологии. Вещества, регулирующие вязкость (загустители). Например в гелевых «суперклеях» применяют ультрадисперный оксид кремния, а для повышение адгезии (полиакрилы, поливинилацетат). Для предотвращения самопроизвольной полимеризации используют ингибиторы отверждения. Для придания тепло- и электропроводящих свойства в состав ингибиторов добавляют наполнители - мелкодисперсные порошки металлов. Электро- и теплопроводящие клеи насчитывают два компонента: цианоакрилатное связующее и наполнитель. Смешивание происходит перед применением клея и продолжается до образования однородной массы.

Области применения

В основной своей массе «суперклей» применяется для склеивания не пористых материалов. В первую очередь цианоакрилатные клея используют там, где требуется быстрое склеивание: для резиноуплотнителей в оконном производстве, для крепления навесных радиоэлементов, деталей узлов в приборостроении, оптических деталей, микросхем, стоек, шайб, монтажных жгутов и отдельных проводников к основаниям плат, а также для закрепления других элементов радиоаппаратуры. За скорость схватывания от нескольких секунд до 1-3 минут, цианоакрилатные клея имеют второе имя нарицательное «секунда».

Быстрота и минимальная токсичность одного из цианоакрилатов (Октил-2-цианоакрилат) применяется в хирургии для склеивания ран и остановки крови. Во время Вьетнамской войны он использовался американскими солдатами для оказания первой медицинской помощи при ранении, и использовался в качестве баллончика спрея. Совсем недавно Шведские учённые из «Королевского технологического института» совершили прорыв в медицине, они изобрели "суперклей" для лечения переломов. По технологии использования, клей для костей наносится на область перелома и высушивается с помощью галогенной лампы. Когда клей высыхает, кости срастаются, а сам клей абсорбируется в организме.

В быту часто применим любительский способ применения клея секунды и пищевой соды в качестве эпоксидной композиции для заполнения швов, трещин, сколов. Смесь твердеет мгновенно и напоминает акрилоподобный пластик.

Если перечислять области применения «суперклея»: оконное производство; обработка пластмасс, резины, эластомеров; производство игрушек; изготовление украшений; канализационная сантехника; строительство с применениями металлоконструкций; автомобилестроение; авиастроение; судостроение; кожевенная, обувная промышленность; рекламная отрасль; электротехническая промышленность; медицина и др.- то по праву цианоакрилатные клея можно назвать супер-универсальными. Технические характеристики.

Отверждаются цианакрилатные клеи при комнатных температурах. Время для отверждения клея при 20 °С – несколько минут. Процесс отвердевания клея ускорится при наличии на склеиваемых поверхностях влаги. Время «схватывания» цианоакрилатных клеев – от пары секунд до нескольких минут в зависимости от композиции клея, вида склеиваемого материала и влажности окружающего воздуха. Время полного отвердевания 24 ч при 20 °С и влажности воздуха не менее 55 %.

Клеи на основе цианоакрилатов легко выдерживают нагрузки 150 кг/см2, а более совершенные, от ирландской компании Loctite — 250 кг/см2. Не так давно «суперклей» от компании Loctite попал в Книгу рекордов Гинесса, выдержав вес двух автомобилей общей массой 5 тонн, прикреплённых к стальной балке девятью каплями клея и поднятыми на большую высоту с помощью крана.

Растворимость и техника безопасности

Цианакрилат размягчается под воздействием диметилсульфоксида, после чего его можно легко удалить механически. Растворяется в нитрометане, который используется в жидкостях для удаления цианаокрилатов и размягчается в ацетоне.

Запрещается при работе с клеем носить шерстяную или хлопчатобумажную одежду, особенно х/б перчатки, во время работы или транспортировки цианоакрилата. Соприкосновение клея с материалами содержащими целлюлозу может привести к интенсивной экзотермической реакции, высвобождаемое тепло может стать причиной ожогов, если использовано большое количество цианоакрилата. Данная реакция может быть использована для получения огня.

Вклад участника

Марков Игорь