Интересные факты о супер-клее

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.

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.

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.

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.

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.

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»

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.

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.

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.