Cyanoacrylate Adhesives
Edward M. Petrie, Member of SpecialChem Technical Expert Team.
简介
氰基丙烯酸酯黏合剂最早在二十世纪七十年代作为商品在消费品市场上闻名。由于其独特性，最早被称为“超能胶”（superglue）。这个名字来源于氰基丙烯酸酯黏合剂具有其他黏合剂所没有特性。这种黏合剂不含溶剂，单组分，当被压在两种物体之间形成薄膜时可快速固化。还没有哪种黏合剂象氰基丙烯酸酯黏合剂一样，能如此快速、容易对多种物质进行黏结。
最早商用氰基丙烯酸酯黏合剂有很大局限性。既然它们天生就是热塑性塑料，氰基丙烯酸酯黏合剂表现出耐热性和耐化学性不好。当固化们变成又硬又脆的物质，表现出很低的冲击性和剥离性。这些缺点限制了氰基丙烯酸酯黏合剂大批量使用。
新的配方工艺极大地提高了这种瞬间胶(instant adhesive)表现形式。新配方中除了提供氰基丙烯酸酯黏合剂易用性外，还增加了具有结构胶的一些特性。表1 概述了现在氰基丙烯酸酯黏合剂体系中的优点和局限性。
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Benefits |
Limitations |
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Excellent Adhesion to a wide variety of substrates |
Blooming/frosting |
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Substrate variety |
Difficult to cure fillet or exposed liquid adhesive without activator |
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Simple cure mechanism |
Limited gap cure |
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Rapid strength development |
Stress cracking could occur to some plastics |
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High strenght possible on polyolefins and fluorocarbons using primers |
Soluble in polar solvents |
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Available in USP Class VI compliant formulations |
Thermal and chemical stability not as good as with certain other structural adhesives |
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High shear strength |
Unmodified formulations have low peel and impact strength |
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No measuring or mixing required |
Relatively high materials cost |
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Pungent odor associated with early formulations |
Table 1: Benefits and Limitations of Cyanoacrylate Adhesives [1]
固化机理
当在两个表面之间形成薄膜或与化学催化剂喷射，氰基丙烯酸酯黏合剂在室温快速固化形成坚硬的热塑性塑料，对很多物质表面有极好的黏结。氰基丙烯酸酯黏合剂在室温1分钟可达操作强度，24小时达到最终强度。氰基丙烯酸酯黏合剂在弱碱存在下经历阴离子聚合，比如水，在弱酸性条件下稳定。稳定剂一般由弱酸性气体组成，如SO2，NO或BF3。防止聚合的基本方法是使用聚乙烯瓶。当黏合剂接触轻微碱性表面，吸收痕量水或表面有氢氧根离子（OH-）中和黏合剂中的酸性，在几秒钟内快速聚合过程如图1
Figure 1: Chemical reaction of cyanoacrylate adhesives. [2]
因此局部快速黏结。操作时间取决于黏合剂种类，周围环境和相对湿度，材料表面情况（pH和吸收水量）。最佳黏合条件是周围环境相对在湿度在40%到60%之间。低湿度固化慢；高湿度固化快，但可能引起强度降低。图2 说明相对湿度对氰基丙烯酸酯黏合剂固化时间的影响。
Figure 2: Curing of cyanoacrylate adhesives as a function of relative humidity. [3]
为了达到牢固固化，需要很薄黏结膜。既然水作为固化机理起始者，在厚的黏结膜中湿气穿透对黏结中间部分可能被阻止。因此需要有足够的黏合剂填充在接缝中。氰基丙烯酸酯黏合剂 需要涂在一个表面上。
不使用表面处理剂，酸性表面固化可能被延迟或阻止固化，反更多的碱性表面加速固化。因此人体组织用氰基丙烯酸酯黏合剂可以快速黏结，不仅由于水的存在，而且也有氨基酸存在。这些性能引起人们在很多外科和牙科领域使用氰基丙烯酸酯黏合剂。
氰基丙烯酸酯黏合剂固化加速剂有冠醚、聚乙二醇低聚物、杯芳烃[2]。在早期加速剂一般为碳酸盐。现代加速剂包含有一定数量的有机和无机碱，一般溶解在溶剂中。通常加速剂被喷射在一个表面，而黏合剂被涂在另一个表面上。阻止加速剂对黏合剂固化，黏合部件是成对的。多余的黏合剂（比如黏合剂过量或用于金属固定黏合剂）一般在几秒钟固化在这种情况下，加速剂被直接喷射在液体氰基丙烯酸酯黏合剂上。
表面处理剂（primer）或加速剂（accelerator）一般使用在酸性表面或不吸水表面或无氢氧根离子（比如很多塑料和热塑体材料）。当使用一种或多种表面黏结时将加速氰基丙烯酸酯黏合剂固化。
表面处理剂一般制成己烷、丙酮或异丙醇溶液，很多生产厂家为他们的黏合剂提供合适的加速剂，推荐特殊化合物用于更多黏结应用。
