Интересные факты о супер-клее


Что такое супер-клей?

Супер-клеем (или моментальным клеем, или секундным клеем) называют клей на основе синтезированного органического вещества – цианакрилата.

Большинство бытовых супер-клеев состоят примерно на 90% из этил-2 цианакрилата, порядка 9% полиметилметакрилата и других органических добавок, влияющих на их свойства. Широкое распространение получили супер-клеи в виде геля: они оставляют время, чтобы исправить ошибку, если вы соединили склеиваемые части неверно, а также (из-за своей низкой текучести) могут использоваться на вертикальных поверхностях.

Как работает супер-клей?

В тюбике или во флаконе, который вы купили в магазине, супер-клей находится в виде мономеров, представляющих собой короткие молекулярные «звенья».

Реакцию полимеризации,  т. е. образования длинных молекул-«цепей», вызывает содержащееся в воздухе и на поверхности материалов вода, точнее гидроксильные ионы воды. Но влажность воздуха – не постоянная величина, и зависит от многих факторов. Очевидно, что это влияет на результат склеивания. Если вы находитесь в месте с нулевой влажностью (в пустыне, например), не забудьте перед нанесением клея подышать на склеиваемые поверхности.

Удивительно, но среди химиков до сих пор нет точного понимания, почему полимеризация приводит к склеиванию. Другие клеи работают как  молекулярные «крючки и петельки», своего рода застёжка Велкро. И чем мощнее эта застёжка (толще слой клея), тем крепче склеивание.  Супер-клей работает по-другому: большинство специалистов считают, что клеящие свойства цианакрилату придают те же электромагнитные силы, что удерживают вместе атомы в молекуле. Но это силы «ближнего действия». Известно, что если приложить друг к другу две детали с идеально отшлифованными поверхностями, они буду удерживаться вместе и без клея. Это явление объясняет, почему токая плёнка супер-клея обеспечивает более прочное склеивание: чем плотнее мы прижмём друг к другу поверхности, тем сильнее будут действовать эти электромагнитные силы. А при толстом слое клея господствуют межмолекулярные силы отталкивания.

Кто и когда придумал супер-клей?

Как и многие полезные изобретения, супер-клей был открыт случайно. Причём дважды. 

Американский инженер Гарри Кувер (HarryCoover, умер в 2011 году) в 1942 году искал материал для оптической плёнки, необходимой для линз оружейного прицела. На основе одной из его формул был сделан материал, обладающий неожиданным и вредным для его задачи свойством: мгновенным и прочным склеиванием. Заниматься побочными проектами тогда было недосуг: шла война, и американская армия готовилась к высадке в Европе. Поэтому об удивительном веществе на время просто забыли.

Девятью годами позже, в 1951 году, когда Кувер работал в компании Кодак над проектом термоустойчивого полимерного купола для кабины самолёта, один из его сотрудников попробовал поместить плёнку из цианакрилата между призмами рефрактометра: призмы соединились намертво. В этот раз Кувер оценил потенциал полимера как сверхбыстрого и эффективного клея. Несколько лет потребовалось на разработку промышленной технологии, и в 1958 году Кодак выпустил первый коммерческий цианакрилатный клей под названием Eastman 910, который затем был переименован в SuperGlue, то есть Супер Клей.

Как лучше всего хранить супер-клей?

Идеальное место для хранения супер-клея до момента его использования – холодильник. Это не значит, что если держать супер-клей при комнатной температуре, то он испортится или утратит свои свойства.

Просто неизбежное постепенное снижение клеящих свойств при комнатной температуре будет происходить несколько быстрее. «Старение» клея вызывает не температура сама по себе, а диффузия молекул воды через стенки тюбика или флакона, которая происходит тем интенсивней, чем выше температура окружающей среды. Так как полимеризация цианакрилата происходит под действием воды, со временем в тюбике будет оставаться всё меньше мономеров, что приводит к снижению клеящих свойств. По этой же причине тюбик или флакон с клеем нужно как можно меньше держать открытым и плотно закрывать сразу после нанесения клея.

Однако после первого использования лучше хранить тюбик или флакон при комнатной температуре, потому что обеспечить полную герметичность в домашних условиях трудно, а в холодильнике риск образования конденсата внутри флакона будет выше.

Действительно ли супер-клей СУПЕР?

Судите сами: если на подъёмный кран подвесить стальной цилиндр диаметром чуть меньше трёх сантиметров, то к нему супер-клеем можно приклеить стальную конструкцию весом в тонну и она будет держаться на весу сколь угодно долго.

Супер-клей и сода

Обычная пищевая сода при соединении с супер-клеем быстро затвердевает. Это свойство можно использовать, когда зазоры между склеиваемыми поверхностями слишком велики для любого типа супер-клея (больше 0,5 мм), а также когда мелкие фрагменты ремонтируемой вещи утрачены: сода окаменеет и заполнит пустоты. Нужно только иметь в виду, что при смешивании супер-клея и соды выделяется тепло.

Супер-клей в медицине

Хотя одним из неприятных свойств супер-клея является его способность мгновенно склеивать пальцы при неосторожном обращении, он не вызывает аллергии или заражения. Благодаря этому специальные супер-клеи применяются в хирургии для склеивания костей, хрящей и быстрого закрытия операционных швов. Есть сведения также об использовании супер-клея американскими солдатами во время войны во Вьетнаме для предохранения открытых ран от заражения до момента оказания профессиональной медицинской помощи.

Супер-клей в криминалистике

Благодаря свойству супер-клея полимеризоваться под действием влаги, его используют для обнаружения отпечатков пальцев. Правда, для этого применяется не жидкий клей, а пары клея: их направляют из баллона на место предполагаемых отпечатков, и дактилоскопический рисунок становится видимым, после чего его можно перенести на плёнку, либо сфотографировать.

Супер-клей как лак

Иногда супер-клей может успешно заменить лак для дерева. Разумеется, не стоит пытаться покрывать супер-клеем паркет: выйдет очень дорого. 

Но, если вам нужно сделать так, чтобы поверхность (желательно плоская) небольшого предмета из дерева мягких пород приобрела благородный вид и прочность стекла, есть простой и быстрый способ: распределите несколько капель супер-клея по поверхности с помощью ненужной пластиковой карточки и через несколько минут зачистите поверхность мелкой шкуркой. Благодаря тому, что супер-клей впитывается в поры дерева очень быстро и тут же затвердевает, вам не придётся, как в случае с лаком, многократно наносить лак, ожидать просушки, шлифовать и снова наносить лак.

Активаторы, ускорители и замедлители

Не все материалы можно одинаково легко склеить супер-клеем. Существуют т. н. «неактивные» материалы, которые чрезвычайно трудно склеить не только супер-клеем, но и другими типами клеев. 

Наиболее распространённые из них – полиэтилен, полипропилен, тефлон, стиропор (он же пенопласт или пенополистирол). Для того, чтобы сделать их поверхность более «активной» и пригодной к склеиванию супер-клеем, используются жидкости- активаторы, или праймеры. Активатор (праймер) наносится на поверхность такого «неактивного» материала перед склеиванием и после его испарения (что занимает не более минуты) поверхности можно склеивать супер-клеем.

Ускоритель, или акселератор, – тоже жидкость, наносимая на одну из склеиваемых поверхностей до (иногда и после) супер-клея. Но его назначение иное: он ускоряет действие клея или усиливает его способность заполнять пустоты. Он полезен, когда нужно что-то приклеить к пористой вертикальной поверхности или к поверхности неправильной формы. Ускоритель может выручить и при склеивании на морозе, когда, как известно, воздух суше, чем при положительной температуре.

Замедлители, или ингибиторы, не наносятся на поверхности в процессе склеивания, а добавляются в супер-клей в процессе производства. Это слабые кислоты, и их роль – регулировать скорость полимеризации клея, сделать её «программируемой» производителем, потому что для различных применений может понадобиться супер-клей с разным временем «схватывания»

«Иней» на тюбике.
Что это и не опасно ли?

Иногда на тюбике или колпачке супер-клея после первого использования появляется белый налёт, похожий на иней или снег. Иногда из этого делают ошибочный вывод о ненадлежащем качестве супер-клея. На самом деле это результат реакции паров супер-клея с атмосферной влагой, находящейся на поверхности тюбика. Склеить пальцы этот клей уже не сможет, обычное мытьё рук полностью решает проблему.

Супер-клей и натуральные материалы.

Такие материалы, как натуральная кожа, шерсть, и, особенно, хлопок, супер-клеем не только склеиваются, но и вступают с ним в реакцию с выделением тепла. Кроме этого, нужно иметь в виду, что стандартный супер-клей создаёт достаточно жесткий, не гибкий клеевой слой, и это особенно проявляется в таких пористых материалах. Поэтому для подобных материалов лучше использовать специальные супер-клеи, обладающие малой текучестью и дающие гибкий клеевой шов.

Я увлекался химией в школе, я хочу знать о супер-клее еще больше.
Как выглядит химическая формула супер-клея?

Формула этил-2 цианакрилата, основного компонента большинства коммерческих супер-клеев:

C6H7NO2

Как производится супер-клей?

Для производства супер-клея необходим этилцианакрилат, формальдегид, азот или другой инертный газ, а также поглотители примесей и ингибиторы свободных радикалов. 

Этилцианакрилат включает этил – углеводородный радикал (радикал представляет собой атом, или группу атомов, которые,  благодаря наличию электронов со свободной связью, активнее других вступают в реакции с другими атомами), цианид и ацетат (эфир, получаемый путём смешивания уксусной кислоты со спиртом с последующим удалением воды). Формальдегид представляет собой бесцветный газ и часто используется в производстве синтетических смол. Азот – наиболее распространённый газ в земной атмосфере (78% объёма) и содержится во всех живых организмах. Из-за его свойства не вступать в реакцию с другими веществами он обычно используется как барьер между веществами, которые не должны вступать между собой в нежелательную реакцию. Ингибиторы свободных радикалов и поглотители служат для удаления веществ, которые, оставшись в продукте, будут ухудшать его свойства.

Супер-клей производится в подогреваемых котлах, вмещающих от 20 до 20 000 литров в зависимости от масштаба производства.

shema-kontakt01.png

Исходный компонент супер-клея, этилцианакрилат, помещают в реактор с вращающимися лопастями и перемешивают с формальдегидом. Перемешивание вызывает конденсацию воды, которая затем выпаривается. Чтобы пар не остался в котле (и не вступил потом в реакцию с супер-клеем), он вытесняется азотом. В результате в котле остаётся полимер цианакрилата. Далее котёл вновь нагревают (до 150°С), вызывая термический крекинг полимера и выделение мономеров (крекинг – это процесс, вызывающий разрыв молекулярных связей). А при использовании супер-клея происходит обратный процесс: восстановление молекулярных связей, то есть полимеризация.

shema-kontakt02.png

Так как мономеры легче полимера, они поднимаются наверх и поступают из котла во второй коллектор. Этот процесс похож на дистилляцию, только в результате получается не спирт, а супер-клей. При переходе из одного сосуда в другой мономеры двигаются через серию охлаждающих змеевиков, конденсируясь в них в жидкое состояние. Для повышения качества супер-клея может использоваться двойная перегонка, а иногда и тройная.

Во втором, сборном, контейнере накапливается супер-клей в виде  жидкого мономера. Для связывания нежелательных побочных продуктов перегонки сюда же добавляют ингибиторы свободных радикалов и поглотители примесей. Но их количество столь мало (тысячные доли процента), что из готового продукта их не удаляют. Если при контроле качества осадочные частицы можно будет рассмотреть через мощный микроскоп, это считается признаком сильного загрязнения, и вся партия уничтожается. В этот же контейнер потом добавляются различные добавки, модифицирующие различные свойства супер-клея, например, вязкость или время схватывания. Существуют добавки, которые позволяют супер-клею работать с  материалами, которые склеить без этих добавок было бы невозможно.

Производство супер-клея требует тщательного контроля качества, поскольку полимеризация мономеров происходит как цепная реакция и распространяется на всю массу нанесённого клея, и из-за этого любая ошибка в процессе производства может привести к потере тысяч литров готового продукта. Поэтому сырьё подвергается строгому входному контролю. Затем, несмотря на то, что процесс полностью автоматизирован, нужно строго следить за продолжительностью перемешивания, количеством смеси на каждой стадии, температурой нагрева и охлаждения.

Готовый супер-клей фасуется в тубы или флаконы. Фасовка может происходить при атмосферном воздухе, но для достижения максимального качества лучше производить фасовку в камере с инертным газом, чтобы полностью исключить контакт клея с влагой, содержащейся в воздухе. Каждая партия супер-клея подвергается контролю качества по многим параметрам: прочности клеевого соединения на разрыв, на сдвиг, скорости схватывания, вязкости и пр.