Супер клей

<час />

Фон

Клей представляет собой гелеобразное клеящее вещество, используемое для образования поверхностного соединения между отдельными материалами. В настоящее время существует пять основных видов клея. Клеи на основе растворителей содержат клеевую основу, смешанную с химическим растворителем, который делает клей растекающимся; клей сохнет по мере испарения растворителя. Большинство растворителей легко воспламеняются и быстро испаряются; Толуол, жидкий углеводород, получаемый из ископаемого топлива, часто используется. В эту категорию входят клеи, продаваемые как жидкие припои и так называемые контактные цементы.

Клеи на водной основе используют воду в качестве растворителя вместо химикатов. Они работают медленнее, чем клеи на основе химических растворителей; однако они негорючие. В эту категорию входят такие клеи, как белый клей и порошкообразный казеиновый клей, сделанные из молочного белка и смешанные дома или в магазине.

Двухкомпонентные клеи включают эпоксидную смолу и резорцин, кристаллический фенол, который можно синтезировать или сделать из органических смол. Одна часть содержит сам клей; другая часть - катализатор или отвердитель. Двухкомпонентный клей очень удобен для работы с металлами (автомобильный заполнитель вмятин - это двухкомпонентный клей), но для хорошего результата его необходимо тщательно перемешать.

Клей для шкуры животных пригоден для столярных и фанерных работ. Клей, сделанный из шкур, костей и других частей животных, продается либо в готовом виде, либо в виде порошка или хлопьев, которые можно смешивать с водой, нагревать и наносить горячим.

Цианакрилатные клеи, обычно называемые C.A.s, олицетворяют новейшие и самые прочные из современных клеев, которые производятся из синтетических полимеров. Полимер - это сложная молекула, состоящая из более мелких и простых молекул (мономеров), которые соединяются с образованием повторяющихся структурных единиц. После того, как полимерная реакция катализируется, ее может быть трудно остановить:естественный импульс к образованию полимерных цепей очень силен, как и образующиеся в результате молекулярные связи и основанные на них клеи. Дома и в офисе небольшие количества СА полезны для почти бесконечного количества ремонтов, таких как починка сломанной керамики, ремонт суставов и даже скрепление расколотых ногтей. В промышленности ЦА стали важными в строительстве, медицине и стоматологии.

Цианакрилатные клеи были обнаружены в лаборатории Kodak в 1951 году, когда два химика, доктор Гарри Кувер и доктор Фред Джойнер, попытались вставить пленку этилцианоакрилата между двумя призмами рефрактометра, чтобы определить степень его преломления или изгиба. свет, проходящий через него. Хотя первый вывод Кувера, Джойнера и других членов лабораторной группы заключался в том, что было испорчено дорогостоящее лабораторное оборудование, вскоре они поняли, что наткнулись на новый тип клея.

Перейти от лабораторной аварии к товарному продукту непросто; Kodak не начала продавать первый цианоакрилатный клей, Eastman 910, до 1958 года (компания больше не производит клеи C.A.). Сегодня несколько компаний делают C.A. клеи в различных рецептурах. У некоторых крупных производителей есть исследовательские лаборатории, чтобы реагировать на новые потребности в специальных рецептурах и разрабатывать новые и более совершенные C.A.s.

Метод, с помощью которого полимеры действуют как клей, до конца не изучен. Большинство других клеев работают по принципу «крючок и петля» - Исходный ингредиент суперклея, этилцианоацетат, помещается в чайник с вращающимися лезвиями и смешивается с формальдегидом. Смешивание вызывает конденсацию - химическую реакцию, в результате которой образуется вода; эта вода затем испаряется при нагревании чайника. Когда вода испарится, в чайнике остается C.A. полимер. Затем котел снова нагревают, что вызывает термическое растрескивание полимера и образование реактивных мономеров, которые отделяются. Когда готовый клей наносится, эти мономеры рекомбинируются, образуя связь. клей образует микроскопические крючки и ушки, которые цепляются друг за друга, что-то вроде молекулярной липучки. С клеями, которые работают таким образом, чем толще нанесение, тем эффективнее склеивание. Однако цианоакрилатные клеи, по-видимому, связываются иначе. Современная теория приписывает адгезионные свойства цианоакрилатного полимера той же самой электромагнитной силе, которая удерживает все атомы вместе. Хотя значительная масса одного вещества будет электронным образом отталкивать любое другое вещество, два атома разных веществ, помещенные очень близко друг к другу, будут создавать силу взаимного притяжения. Эксперименты с несколькими веществами показали, что два куска одного и того же экспериментального материала (золото, например) можно заставить склеиваться друг с другом без использования дополнительного клея, если они будут помещены в непосредственной близости.

Это явление объясняет, почему тонкая пленка C.A. клей работает лучше, чем более толстый. Более тонкий клей можно прижать так близко к склеиваемому материалу, что на него возобладает электромагнитная сила. Более толстая пленка оставляет достаточно места между материалами, которые она связывает, так что молекулы могут отталкиваться друг от друга, и, следовательно, клей не будет удерживаться.

Сырье

Химические вещества, необходимые для образования цианоакрилатного полимера, включают этилцианоацетат, формальдегид, азот или другой инертный газ, ингибиторы свободных радикалов и поглотители оснований. Этилцианоацетат включает этил, углеводородный радикал (радикал представляет собой атом или группу атомов, которые, поскольку он содержит неспаренный электрон, с большей вероятностью реагирует с другими атомами), цианид и ацетат, сложный эфир, полученный при смешивании уксусной кислоты с спирт и удалив воду. Формальдегид - бесцветный газ, часто используемый при производстве синтетических смол. Азот - это самый распространенный газ в атмосфере Земли, составляющий 78 процентов от объема и также присутствующий во всех живых тканях. Поскольку он не реагирует с другими веществами, он обычно используется для буферизации высокореактивных элементов, которые в противном случае вступили бы в нежелательные реакции с смежными веществами. И ингибиторы свободных радикалов, и поглотители оснований служат для удаления веществ, которые в противном случае могли бы саботировать продукт.

Производственный
процесс

C.A. производятся в подогреваемых котлах, вмещающих от нескольких галлонов до нескольких тысяч галлонов; размер зависит от масштаба конкретной производственной операции.

Создание полимера

• 1 Исходный ингредиент - этилцианоацетат. Помещенный в стеклянный чайник с вращающимися лопастями для смешивания, этот материал затем смешивается с формальдегидом. Смешивание двух химикатов вызывает конденсацию Разделенные мономеры подают по трубопроводу во второй кетте. Переходя из одного сосуда в другой, мономеры проходят через серию охлаждающих змеевиков, которые позволяют им стать жидкими. Содержимое второй сборной емкости (содержащей жидкие мономеры) фактически является ЦА. клей, хотя от застывания их все же нужно беречь. Различные химические вещества, называемые ингибиторами свободных радикалов и поглотителями оснований, добавляются для осаждения примесей, которые в противном случае привели бы смесь в твердое состояние. После получения необходимых добавок клей фасуется соответствующим образом. химическая реакция, при которой образуется вода, которая затем испаряется при нагревании чайника. Когда вода испарится, в чайнике остается C.A. полимер.
• 2 Поскольку C.A. начнет отверждаться или затвердевать при контакте с любой влагой, пространство чайника, оставшееся пустым из-за испарения воды, заполнено инертным газом, например азотом.

Отделение мономеров от
полимера

• 3 Затем чайник нагревается до температуры примерно 305 градусов по Фаренгейту (150 градусов по Цельсию). Нагревание смеси вызывает термическое растрескивание полимера, в результате чего образуются реактивные мономеры (химически этилцианоакрилатные эфиры; при немного другом процессе возможны метилцианоакрилатные эфиры), которые при нанесении готового клея рекомбинируют с образованием связи.
• 4 Поскольку мономеры легче полимера, они улетучиваются вверх и по трубопроводу выводятся из котла во второй коллектор. Процесс мало чем отличается от дистилляции, хотя целью является скорее клей, чем алкогольный напиток. Переходя из одного сосуда в другой, мономеры проходят через серию охлаждающих змеевиков, которые позволяют им стать жидкими. Для получения высококачественного продукта может быть проведена вторая перегонка, а некоторые производители могут даже перегонять мономеры в третий раз.

Предотвращение лечения

• 5 Содержимое второй сборной емкости (содержащей жидкие мономеры) фактически является ЦА. клей, хотя от застывания их еще нужно предохранять. Различные химические вещества, называемые ингибиторами свободных радикалов и поглотителями оснований, добавляются для осаждения примесей, которые в противном случае привели бы смесь в твердое состояние. Поскольку количество примесей и осадков невелико (измеряется не более чем в миллионных долях), нет необходимости удалять их из C.A. смесь. Если бы частицы осадка были видны даже при нескольких сотнях увеличений, это было бы признаком серьезного загрязнения, и партия была бы уничтожена.

Добавки и упаковка

• 6 C.A. клей может получить любые добавки, которые пожелает производитель. Эти добавки могут контролировать вязкость C.A. (на самом деле, продается как минимум три разных толщины), или они могут позволить клею работать на материалах, которые раньше не могли. Более высокая вязкость желательна, когда склеивание должно выполняться на не очень хорошо соприкасающихся поверхностях; более густая вязкость позволяет клею заполнять пустые пространства до того, как он схватится. Без других добавок может потребоваться ограничить использование ЦА на непористых поверхностях. С добавками в C.A. или с некоторой подготовкой поверхности C.A. будет работать очень хорошо. C.A. технология достаточно развита, чтобы производитель мог удовлетворить запрос клиента на сертификат C.A. это скрепит практически любую заданную пару поверхностей.
• 7 C.A. теперь можно добавлять в пробирки, используя обычные, хотя и без влажности, методы. После того, как трубка заполнена, верхняя часть устанавливается и обжимается, а нижняя часть трубки закрывается обжимом. Поскольку большинство металлических трубок вступают в реакцию с КА, упаковочные трубки обычно изготавливаются из пластика, такого как полиэтилен, хотя возможны и алюминиевые трубки. Когда-то C.A. подвергается воздействию влаги или щелочи на воздухе или на склеиваемых поверхностях, мономеры будут реполимеризоваться и затвердеть, образуя чрезвычайно прочную связь между двумя веществами. Реакция полная; вся сумма C.A. нанесенные на вещества будут полимеризоваться.

Контроль качества

Чтобы продукт работал должным образом, необходимо осуществлять тщательный контроль качества. Поскольку полимеризация мономеров является универсальной реакцией (она распространяется по всему количеству клея, нанесенного на поверхность, так что к тому времени, когда реакция закончится, клей не останется неполимеризованным), любой недостаток на любом этапе производственного процесса может повлиять на тысячи галлонов материала.

Огромное внимание уделяется качеству химикатов и материалов, поступающих на завод. В идеале все поставщики должны иметь утвержденные процедуры контроля качества, чтобы гарантировать доставку качественной продукции на завод.

Хотя производственный процесс является автоматическим, он тщательно контролируется на предприятии на всех этапах эксплуатации. Операторы должны следить за продолжительностью перемешивания, количеством смеси на каждой стадии и температурой, чтобы при необходимости отрегулировать машины.

Готовый продукт также проходит испытания перед отправкой. Наиболее важным является сопротивление сдвигу, мера силы, необходимой для нарушения удерживающей способности клея. Меры прочности на сдвиг обычно достигают нескольких тысяч фунтов силы на квадратный дюйм.