Химия суперклея
Сегодня мы разберём химию суперклея. Почти вековая история суперклея начинается в 1942 году, когда Гарри Куверу, американскому химику, удалось получить вещество с уникальными клеящими характеристиками — цианакрилат. О нем вспомнили спустя 9 лет, когда американцам потребовался клеящий состав, устойчивый к высоким температурам для военного авиастроения. Продолжив работу в компании «Истмен Кодак», Гарри Кувер с коллегой Фредом Джойнером методом многочисленных опытов разработали цианоакрилатную основу для суперклея. Продукт вышел на рынок в 1958 году под маркой Eastman 910.
Клеевой состав получил популярность не сразу. Разработчик суперклея продемонстрировал уникальные свойства цианакрилата на американском телевизионном шоу. На сцену перед зрителями был опущен трос. Гарри Кувер намазал металлический стержень клеем, прижал к тросу и выждал несколько секунд. После чего ухватился руками за полученную конструкцию и повис в воздухе – приспособление выдержало вес ученого и присоединившегося к нему ведущего телепередачи. Мир узнал о невероятных возможностях суперклея.
В 1980 году компания Kodak продала бизнес по производству цианакрилата бренду National Starch. В настоящее время изготовлением суперклеев занимаются многие отечественные и зарубежные компании, добавляя в состав вспомогательные компоненты.
«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.
Схема синтеза алкил-2-циаоакрилатов представлена ниже и основана на термическом распаде эфиров 3-ацетокси-2-цианопропионовой кислоты, получаемых из натриевых производных соответствующих эфиров циануксусной кислоты и хлорметилового эфира уксусной кислоты:
В промышленности используют другой способ:
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.
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.
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.
Суперклей также используется в медицине. Впервые он был использован в медицинских целях во время войны во Вьетнаме. Тогда медики американским солдатам, в буквальном смысле «склеивали» раны, чтобы остановить кровотечение и с наименьшей потерей крови доставить раненых в госпиталь или вернуть на поле боя. В то время этот способ действительно спас множество жизней. Но первые «суперклеи», созданные на основе метил-2-цианоакрилата и этил-2-цианоакрилата, вызывали аллергические реакции и воспалительные процессы. Позже появился менее токсичный бутил-2-цианоакрилат. В настоящее время в медицине используется «суперклей» на основе октил-2-цианокрилата.
Интересные факты:
Шведские учёные 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.
Нейрохирурги клиники Канзасского университета спасли жизнь трёхнедельного младенца, у которого произошёл разрыв аневризмы артерии в головном мозге. Специалисты клиники заклеили место разрыва артерии ребёнка медицинским «суперклеем», который за несколько секунд буквально «запаял» место кровоизлияния в мозг.