Cianoacrilato
Los cianoacrilatos son una familia de adhesivos fuertes de acción rápida con usos industriales, médicos y domésticos. Se derivan del cianoacrilato de etilo y ésteres relacionados. El grupo cianoacrilato en el monómero se polimeriza rápidamente en presencia de agua para formar cadenas largas y fuertes. Tienen alguna toxicidad menor.
Los cianoacrilatos específicos incluyen el 2-cianoacrilato de metilo (MCA), el 2-cianoacrilato de etilo (ECA, comúnmente vendidos bajo nombres comerciales como "Super Glue" y "Krazy Glue", o Toagosei), cianoacrilato de n-butilo (n-BCA), cianoacrilato de octilo y cianoacrilato de 2-octilo (utilizados en aplicaciones médicas, veterinarias y de primeros auxilios). El cianoacrilato de octilo se desarrolló para abordar los problemas de toxicidad y reducir la irritación de la piel y la respuesta alérgica. Los adhesivos de cianoacrilato a veces se conocen genéricamente como pegamentos instantáneos, pegamentos potentes o superpegamentos. La abreviatura "CA" se usa comúnmente para cianoacrilato de grado industrial.
Desarrollo
La patente original del cianoacrilato fue presentada en 1947 por B.F. Goodrich Company como consecuencia de la búsqueda de materiales adecuados para las miras de plástico transparente de las armas para el esfuerzo bélico. En 1942, un equipo de científicos encabezado por Harry Coover Jr. tropezó con una fórmula que se pegaba a todo lo que entraba en contacto. El equipo rechazó rápidamente la sustancia para la aplicación en tiempos de guerra, pero en 1951, mientras trabajaban como investigadores para Eastman Kodak, Coover y un colega, Fred Joyner, redescubrieron los cianoacrilatos. Los dos se dieron cuenta del verdadero potencial comercial y una forma del adhesivo se vendió por primera vez en 1958 con el título "Eastman #910" (más tarde "Eastman 910").
Durante la década de 1960, Eastman Kodak vendió cianoacrilato a Loctite, que a su vez lo volvió a empaquetar y lo distribuyó con una marca diferente, "Loctite Quick Set 404". En 1971, Loctite desarrolló su propia tecnología de fabricación e introdujo su propia línea de cianoacrilato, denominada "Super Bonder". Loctite ganó rápidamente participación de mercado y, a fines de la década de 1970, se creía que había superado la participación de Eastman Kodak en el mercado de cianoacrilato industrial de América del Norte. National Starch and Chemical Company compró el negocio de cianoacrilato de Eastman Kodak y lo combinó con varias adquisiciones realizadas a lo largo de la década de 1970 para formar Permabond. Otros fabricantes de cianoacrilato incluyen LePage (una empresa canadiense adquirida por Henkel en 1996), la División Permabond de National Starch and Chemical, que era una subsidiaria de Unilever. Juntos, Loctite, Eastman y Permabond representaron aproximadamente el 75 % del mercado de cianoacrilato industrial. A partir de 2019, Permabond continuó fabricando la fórmula 910 original.
Monómeros
En su forma líquida, el cianoacrilato se compone de monómeros de moléculas de éster de cianoacrilato. El 2-cianoacrilato de metilo (CH2=C(C≡N)COOCH3) tiene un peso molecular de 111,1 g/mol, un punto de inflamación de 79 °C (174 ° F; 352 K), y una densidad de 1,1 g/mL. El 2-cianoacrilato de etilo ((CH2=C(C≡N)COOCH2CH3)) tiene un peso molecular de 125 g/ mol y un punto de inflamación de más de 75 °C (167 °F; 348 K). Para facilitar el manejo, un adhesivo de cianoacrilato se formula con frecuencia con un ingrediente como sílice pirogénica para hacerlo más viscoso o similar a un gel. Más recientemente, las formulaciones están disponibles con aditivos para aumentar la resistencia al corte, creando una unión más resistente al impacto. Dichos aditivos pueden incluir caucho, como en el 'Ultra Gel' de Loctite, u otros que no se especifican.
En general, los grupos acrilo experimentan rápidamente una polimerización de crecimiento en cadena en presencia de agua (específicamente iones de hidróxido), formando cadenas largas y fuertes que unen las superficies unidas. Debido a que la presencia de humedad hace que el pegamento fragüe, la exposición a niveles normales de humedad en el aire hace que se comience a formar una capa delgada en segundos, lo que ralentiza mucho la reacción; por lo tanto, los cianoacrilatos se aplican como capas delgadas para asegurar que la reacción avance rápidamente para la unión.
Los adhesivos de cianoacrilato tienen una vida útil corta: aproximadamente un año desde la fabricación si no se abren y un mes una vez abiertos.
Usos
Propiedades generales
Los cianoacrilatos se utilizan principalmente como adhesivos. Las capas delgadas se unen de manera efectiva, las capas gruesas mucho menos. Unen muchas sustancias, incluidos la piel y los tejidos humanos, las fibras naturales, el algodón, la lana y el cuero.
La cola de cianoacrilato tiene una baja resistencia al cizallamiento, lo que ha llevado a su uso como adhesivo temporal en casos en los que es necesario cizallar la pieza posteriormente. Los ejemplos comunes incluyen montar una pieza de trabajo en un bloque de pegamento de sacrificio en un torno y apretar pasadores y pernos. También se usa junto con otro adhesivo más lento, pero más resistente, como una forma de formar rápidamente una unión, que luego mantiene las piezas en la configuración adecuada hasta que el segundo adhesivo se haya fraguado.
El pegamento a base de cianoacrilato tiene una unión débil con superficies lisas y, como tal, cede fácilmente a la fricción; un buen ejemplo de esto es el hecho de que los cianoacrilatos pueden eliminarse de la piel humana mediante abrasivos (por ejemplo, azúcar o papel de lija).
Electrónica
Los cianoacrilatos se usan para ensamblar prototipos electrónicos (usados en envoltura de alambre), modelos de aeronaves voladoras y como vendajes de retención para tuercas y pernos. Su eficacia para unir metales y su versatilidad general los han hecho populares entre los aficionados al modelado y las miniaturas.
Acuarios
La capacidad del pegamento de cianoacrilato para resistir el agua lo ha hecho popular entre los aficionados a los acuarios marinos para fragmentar corales. Las ramas cortadas de corales duros, como Acropora, se pueden pegar a un trozo de roca viva (coral de arrecife cosechado) o Milliput (masilla epoxi) para permitir que crezca el nuevo fragmento. Es seguro usarlo directamente en el tanque, a diferencia de la silicona, que debe curarse para ser segura. Sin embargo, como clase de adhesivos, los cianoacrilatos tradicionales se clasifican como adhesivos "débiles" resistencia tanto a la humedad como al calor, aunque la inclusión de anhídrido ftálico contrarresta ambas características. El pegamento de cianoacrilato también se usa con frecuencia en el paisajismo acuático, tanto en acuarios de agua dulce como marinos, con el fin de asegurar los rizomas de plantas vivas a piezas de madera o piedra.
Superficies lisas
La mayoría de los adhesivos de cianoacrilato estándar no se adhieren bien al vidrio liso, aunque se pueden usar como una unión temporal rápida antes de la aplicación de un epoxi o cianoacrilato específicamente formulado para usar sobre vidrio. Se puede formar una unión adhesiva mecánica alrededor de la estera o el tejido de fibra de vidrio para reforzar las juntas o fabricar piezas pequeñas.
Relleno
Cuando se agrega al bicarbonato de sodio (bicarbonato de sodio), el pegamento de cianoacrilato forma un relleno adhesivo duro y liviano. Esto funciona bien con materiales porosos que no funcionan bien con el adhesivo solo. Los modeladores de aeronaves a veces utilizan este método para ensamblar o reparar piezas de poliestireno. También se utiliza para reparar pequeñas mellas en el borde de ataque de las palas de madera de las hélices de las aeronaves ligeras, aunque esta técnica se limita al uso en aeronaves matriculadas en el "experimental" categoría (las hélices compuestas se pueden reparar de manera similar usando epoxis de dos partes). Esta técnica también se puede utilizar para rellenar las ranuras de la cejilla de una guitarra para poder cortar otras nuevas. La reacción entre el cianoacrilato y el bicarbonato de sodio es muy exotérmica (genera calor) y también produce vapores nocivos.
Una marca de cianoacrilato, "SupaFix", usa óxido de calcio como relleno, lo que brinda un resultado aún más duro (textura similar a la de un mortero) que se puede usar para unir materiales duros e incluso reparar fundiciones agrietadas.
Forense
El cianoacrilato se usa como herramienta forense para capturar huellas dactilares latentes en superficies no porosas como vidrio, plástico, etc. El cianoacrilato se calienta para producir vapores que reaccionan con los residuos invisibles de las huellas dactilares y la humedad atmosférica para formar un polímero blanco (policianoacrilato) en las crestas de las huellas dactilares. A continuación, se pueden grabar las crestas. Las huellas dactilares reveladas son, en la mayoría de las superficies (excepto en plástico blanco o similar), visibles a simple vista. Las impresiones invisibles o poco visibles se pueden mejorar aún más aplicando una mancha luminiscente o no luminiscente.
Carpintería
La cola fina de cianoacrilato tiene aplicación en carpintería. Se puede utilizar como un acabado brillante de secado rápido. Se puede usar un aceite, como el aceite de linaza hervido, para controlar la velocidad a la que se cura el cianoacrilato. El pegamento de cianoacrilato también se usa en combinación con aserrín (de una sierra o lijado) para rellenar huecos y grietas. Estos métodos de reparación se utilizan en cajas de resonancia de pianos, instrumentos de madera y muebles de madera. El pegamento de cianoacrilato también se usa en el acabado de espacios en blanco para bolígrafos (piezas en blanco de madera para girar bolígrafos) que se han girado en un torno mediante la aplicación de varias capas delgadas para crear un acabado duro y transparente que luego se puede lijar y pulir hasta obtener un acabado brillante.
Médica y veterinaria
(feminine)
El pegamento de cianoacrilato se usaba en veterinaria para reparar huesos, pieles y caparazones de tortuga a principios de la década de 1970 o antes. Harry Coover dijo en 1966 que se usó un aerosol de cianoacrilato en la Guerra de Vietnam para reducir el sangrado en los soldados heridos hasta que pudieran ser llevados a un hospital. El cianoacrilato de n-butilo se ha utilizado médicamente desde la década de 1970. En los EE. UU., debido a su potencial para irritar la piel, la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. (FDA) no aprobó su uso como adhesivo médico hasta 1998 con Dermabond (cianoacrilato de 2-octilo). Un estudio independiente de 1986 sugiere que el cianoacrilato puede ser más seguro y más funcional para el cierre de heridas que las suturas (puntos) tradicionales. El adhesivo es superior en cuanto al tiempo necesario para cerrar las heridas, la incidencia de infecciones (los canales de sutura a través de las capas de grasa epidérmica, dérmica y subcutánea de la piel introducen rutas adicionales de contaminación) y, finalmente, la apariencia cosmética.
Algunos escaladores utilizan cianoacrilato para reparar los daños en la piel de las yemas de los dedos. De manera similar, los instrumentistas de instrumentos de cuerda pueden formar protectores para los dedos (por lo general, cuando pierden los callos debido a la inactividad o accidentes) con cianoacrilatos. Si bien el pegamento no es muy tóxico y se desgasta rápidamente con la piel mudada, aplicar grandes cantidades de pegamento y sus vapores directamente sobre la piel puede causar quemaduras químicas.
Mientras que el "superpegamento" es 100 % 2-cianoacrilato de etilo, muchas formulaciones personalizadas (p. ej., , 91 % ECA, 9 % poli(metacrilato de metilo), <0,5 % de hidroquinona y una pequeña cantidad de ácido sulfónico orgánico, y variaciones sobre el compuesto n-cianoacrilato de butilo para aplicaciones médicas) se han llegado a utilizar para aplicaciones específicas. Hay tres compuestos de cianoacrilato actualmente disponibles como adhesivos tópicos para la piel. El cianoacrilato de 2-octilo se comercializa como Dermabond, SurgiSeal y, más recientemente, LiquiBand Exceed. El cianoacrilato de n-butilo se comercializa como Histoacryl, Indermil, GluStitch, GluSeal, PeriAcryl y LiquiBand. El compuesto 2-cianoacrilato de etilo está disponible como Epiglu.
El sustituyente éster tiene varios efectos sobre la biocompatibilidad del adhesivo. Las cadenas laterales más largas dan como resultado una mayor flexibilidad del adhesivo curado, lo que permite una mejor adaptación a la flexibilidad de la piel y puede dar como resultado una liberación más lenta de formaldehído después del curado. Los sustituyentes alcoxietilo también se han investigado y se han mostrado prometedores como adhesivo médico.
Tiro con arco
El cianoacrilato se usa en el tiro con arco para pegar las plumas a las astas de las flechas. Algunos pegamentos especiales para emplumar son principalmente cianoacrilato reempaquetado en kits especiales de pegamento para emplumar. Dichos tubos a menudo tienen una boquilla de metal larga y delgada para mejorar la precisión al aplicar el pegamento a la base de las plumas y asegurar una unión segura al eje de la flecha.
Cosméticos
El cianoacrilato se usa en la industria de la belleza y la cosmetología como pegamento para extensiones de pestañas o como "pegamento para uñas" para algunas mejoras de uñas artificiales, como puntas de uñas y envolturas de uñas, y a veces se confunde con gotas para los ojos que causan lesiones accidentales (lesiones químicas en los ojos).
Cuestiones de seguridad
Lesiones en la piel
Los adhesivos de cianoacrilato pueden adherirse a partes del cuerpo y pueden producirse lesiones cuando se arrancan partes de la piel. Sin embargo, sin fuerza, el pegamento se separará espontáneamente de la piel con el tiempo (hasta cuatro días). La separación se puede acelerar aplicando aceite vegetal cerca, sobre y alrededor del pegamento. En el caso de párpados pegados, especialmente si ha entrado en contacto con el globo ocular, se debe consultar a un médico.
Toxicidad
Los vapores del cianoacrilato son una forma vaporizada del monómero de cianoacrilato que irrita las sensibles membranas mucosas del tracto respiratorio (nariz, garganta y pulmones) y los ojos. Se polimerizan inmediatamente por la humedad de las membranas y se vuelven inertes. Estos riesgos se pueden minimizar utilizando cianoacrilato en áreas bien ventiladas. Alrededor del 5% de la población puede sensibilizarse a los vapores de cianoacrilato después de una exposición repetida, lo que provoca síntomas similares a los de la gripe. El cianoacrilato también puede irritar la piel y causar una reacción alérgica en la piel. La Conferencia Estadounidense de Higienistas Industriales Gubernamentales (ACGIH) asigna un límite de exposición de valor límite de umbral de 200 partes por billón. En raras ocasiones, la inhalación puede desencadenar asma. No existe una medida única de toxicidad para todos los adhesivos de cianoacrilato debido a la gran cantidad de adhesivos que contienen diversas formulaciones de cianoacrilato.
El Ejecutivo de Salud y Seguridad del Reino Unido y el Programa Nacional de Toxicología de los Estados Unidos han concluido que el uso de cianoacrilato de etilo es seguro y que no es necesario realizar estudios adicionales. El compuesto cianoacrilato de 2-octilo se degrada mucho más lentamente debido a su estructura orgánica más larga (serie de moléculas de carbono unidas covalentemente) y el adhesivo no alcanza el umbral de toxicidad tisular. Debido a los problemas de toxicidad del cianoacrilato de etilo, se prefiere el uso de cianoacrilato de 2-octilo para las suturas.
Reacción con algodón, lana y otros materiales fibrosos
La aplicación de cianoacrilato a algunos materiales naturales como el algodón (jeans, bastoncillos de algodón, bolas de algodón y ciertos hilos o telas) o el cuero o la lana da como resultado una reacción exotérmica potente y rápida. Esta reacción también ocurre con fibra de vidrio y fibra de carbono. El calor liberado puede causar quemaduras graves o liberar un humo blanco irritante. Las hojas de datos de seguridad de materiales para cianoacrilato instruyen a los usuarios a no usar ropa de algodón (jeans) o de lana, especialmente guantes de algodón, al aplicar o manipular cianoacrilatos.
Disolventes y desligantes
La acetona, que se encuentra comúnmente como una fracción del quitaesmalte (o en ferreterías en forma pura), es un solvente ampliamente disponible capaz de suavizar el cianoacrilato curado. Otros solventes incluyen nitrometano, dimetilformamida, sulfóxido de dimetilo y cloruro de metileno. Otro disolvente viable para eliminar el cianoacrilato curado es la gamma-butirolactona. También hay disponibles desligantes comerciales, muchos basados en carbonato de propileno.
Vida útil
Los adhesivos de cianoacrilato tienen una vida útil corta. Los recipientes con sello de fecha ayudan a garantizar que el adhesivo aún sea viable. Un fabricante proporciona la siguiente información y consejos:
Cuando se mantiene sin abrir en una ubicación fresca y seca, como un refrigerador a una temperatura de unos 55 °F (13 °C), la vida de estante de cyanoacrylate se extenderá de aproximadamente un año de fabricación a al menos 15 meses. Si el adhesivo debe ser utilizado dentro de seis meses, no es necesario refrigerarlo. Los Cyanoacrylates son sensibles a la humedad, y pasar de un lugar fresco a caliente creará condensación; después de retirarse del refrigerador, es mejor dejar que el adhesivo alcance la temperatura ambiente antes de abrirse. Después de la apertura, debe ser utilizado dentro de 30 días. Los contenedores abiertos no deben ser refrigerados.
Otro fabricante dice que se obtiene la vida útil máxima de 12 meses para algunos de sus cianoacrilatos si los envases originales se almacenan a una temperatura de 35 a 40 °F (2 a 4 °C). Los foros de usuarios y algunos fabricantes dicen que se puede lograr una vida útil casi ilimitada si se almacena sin abrir a −4 °F (−20 °C), la temperatura típica de un congelador doméstico, y se permite que el contenido alcance la temperatura ambiente antes de su uso. Abrir un contenedor mientras está frío puede causar que la humedad del aire se condense en el contenedor; sin embargo, los informes de aficionados sugieren que almacenar cianoacrilato en un congelador puede conservar el cianoacrilato abierto indefinidamente.
A medida que los cianoacrilatos envejecen, se polimerizan, se espesan y curan más lentamente. Se pueden diluir con un cianoacrilato de la misma composición química pero de menor viscosidad. El almacenamiento de cianoacrilatos por debajo de 0 °F (−18 °C) prácticamente detendrá el proceso de polimerización y evitará el envejecimiento.