シアノアクリレート

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メチルシアノアクリレートの化学構造式

シアノアクリレート: Cyanoacrylates)は、強力かつ速効性のある接着剤の一種であり、工業用、医療用、家庭用に使用される。シアノアクリレートは、保存できる期間が短く、未開封の場合でも製造から約1年、開封後は1ヶ月である。毒性はわずかである。

シアノアクリレートには、メチル-2-シアノアクリレートエチル-2-シアノアクリレート(欧米では一般に「Super Glue」、「Krazy Glue」といった商品名で販売されている[注 1]。)、n-ブチルシアノアクリレート、2-オクチルシアノアクリレート(医学獣医学および救急用品)が含まれている。オクチルシアノアクリレートは、毒性に配慮し、皮膚への刺激性やアレルギー反応を軽減するために開発された。 シアノアクリレートは、ときには、瞬間接着剤(instant glues)、パワー グルー(power glues)またはスーパー グルー(super glues)(「super glues」は商品名である)として、一般的に知られている[1]。欧米では"CA"の略号は、一般的に工業用グレードを表している。

開発[編集]

ハリー・ウェスリー・クーヴァー Jr.、2010年にバラク・オバマ米大統領からアメリカ国家技術賞を授与される直前の様子

シアノアクリレートの最初の特許は、1942年にグッドリッチ社から申請された[2]第二次世界大戦時、銃の照準器に適した透明プラスチック材料の探索の副産物として、それは見出された。1942年に、ハリー・クーヴァー率いる科学者チームが、接触するすべてのものを接着する化学処方を偶然発見した[3]。戦時中、その物質は顧みられず、応用開発は着手されなかったが、1951年にイーストマン・コダック社の研究者として働いていたクーヴァーと同僚のフレッド・ジョイナーは、シアノアクリレートを再発見した。二人はその物質の商業的可能性をよく理解しており、接着剤として1958年に初めて販売した、これが世界初の瞬間接着剤、商品名「イーストマン#910(Eastman #910)」(のちの「イーストマン910」)である。

1960年代に、イーストマン・コダック社はシアノアクリレートをロックタイト社へ販売供給し、ロックタイト社は、新たなブランド名「ロックタイト クイック セット404(Loctite Quick Set 404)」として販売を行なった。1971年、ロックタイト社は、自社の技術と生産ラインでシアノアクリレートを開発・製造し、「スーパー ボンダー(Super Bonder)」として販売した。 ロックタイト社は急速に市場シェアを拡大し、1970年代後半までには、北米における工業用シアノアクリレート市場で、イーストマン・コダック社のシェアを凌駕した。ナショナル・スターチ・アンド・ケミカル社(National Starch and Chemical Company)は、イーストマン・コダック社のシアノアクリレート事業を買収し、ほかのいくつかの買収した技術と組み合わせて、1970年代に「パーマボンド(Permabond)」を製造した。 その他のシアノアクリレートのメーカーとしては、ルパージュ社(LePage、1996年にヘンケル社が買収したカナダの会社)がある、ナショナル・スターチ・アンド・ケミカル社のパーマボンド事業部門はユニリーバ社の子会社となっている。ロックタイト、イーストマン、パーマボンドの3社合わせて、工業用シアノアクリレート市場の約75%を占めている[4]。2013年現在、パーマボンド社は、元の「910」配合の接着剤を現在でも継続して製造している。

特性[編集]

液体の状態では、シアノアクリレートはモノマーのシアノアクリレート分子からなる。 メチル-2-シアノアクリレート(CH2=C(CN)COOCH3 C5H5NO2)は、分子量111.1、引火点79 ℃、密度1.1g/mlである[5]。エチル-2-シアノアクリレート(C6H7NO2)は、分子量125、引火点>75 ℃である。取り扱いを容易にするため、シアノアクリレート接着剤にヒュームドシリカのような成分を配合し、粘度を上げるまたはゲル状とすることがよく行われる。さらに最近では、剪断強度を増加させるため添加剤を配合し、接着結合の耐衝撃性を高めるようなことも行われる。 このような添加剤としては、ロックタイト社の「Ultra Gel」ではゴムが含まれているが、ほかの接着剤では特定されていない。

一般に、シアノアクリレートは、水(特に水酸化物イオン)の存在下で素早く重合し、長く強固な高分子鎖を形成することで、接着する表面同士を結合する。 水分の存在が接着作用を引き起こすので、空気中の通常レベルの湿度に曝されると、数秒以内に薄皮が形成され始め、反応が非常に遅くなる。このため、シアノアクリレートは薄く塗布するとよい、そうすることで接着のための急速な反応の進行を確保できる。[要出典]

湿気との反応は、一度開封し再度封をした接着剤容器が、全く開封していないものより、すぐに使用できなくなる要因となる。 この保存期間の短さを最小限に抑えるために、シアノアクリレートを一旦開封したあと、シリカゲル乾燥剤の入った気密容器に保管することが有効である。別のやり方として、注射針をチューブの開口部に挿入する方法もある。接着剤を使用後、残っている接着剤がすぐに針を詰まらせ、湿気が抑えられる。使用前に針を加熱することによって(例えば、ライターで)詰まりを取り除くと、再使用できる[要出典]。また、重合は温度依存性であるので、水の凝固点以下で保管することで、重合反応は停止する、したがって冷凍庫に保管することも有効である。

メチル-2-シアノアクリレートの重合反応

用途[編集]

シアノアクリレート系接着剤である「Super Glue」のチューブ

挙動[編集]

シアノアクリレートは、主に接着剤として使用される。それを効果的に使用するには、いくつかの注意と知識が必要である。室温での保存期間は未開封で約12ヶ月、開封後は1ヶ月である。その接着剤は、エポキシとは異なり、隙間を埋めるのには適しておらず、適当な硬化が進まない厚塗りより、非常に薄く塗布するほうがより効果的に接着する。また、人間の皮膚や組織を含む多くの物質を接着する。さらに、綿羊毛のような天然繊維と発熱反応する、綿との反応は後述あり。

シアノアクリレート接着剤は、剪断強度が低く、あとで削り取るような部品の一時的な接着剤として使用されている。このような仮止めの一般例としては、旋盤上の捨てブロックへの工作物の接着取付け、またピンやボルトの接着固定、が挙げられる。また、迅速に接合する方法として、別のもっと遅効性でより弾力性のある接着剤とともに使用される、すなわち、第2の接着剤で固定されるまで、部品を適切な形に保持するのである。

シアノアクリレートは、滑らかな表面に塗布した場合でも、摩擦抵抗とならない。砂糖またはサンドペーパーのいずれかを使用すると、指先についたシアノアクリレートを除去することができる。

電子機器[編集]

シアノアクリレートは、電子機器の試作品(ワイヤラッピングを参照)やラジコン模型飛行機の組み立てにおいて、ナットとボルトが緩まないようにするために使用される。 その接着剤の金属への効果的な接着性と汎用性は、模型ミニチュア愛好家に人気がある[要出典]

観賞用の水槽[編集]

シアノアクリレート接着剤の耐水能力は、サンゴの株分け(fragging)を行なうアクアリウム愛好家に人気がある。ミドリイシのようなハードコーラルの切断枝は、ライブロック(採取したサンゴ礁)または「Milliput」(エポキシパテの商標)に接着して、新しい株を生育させることができる。この接着剤はタンク内で直接使用しても安全であり、安全のために硬化が必要なシリコーンとは異なっている。しかし、もとのシアノアクリレートは、水分と熱の両方に対して「弱い」耐性しかもたない接着剤として分類されている[6] 、しかし、無水フタル酸を含有させると、これら両方の特性を反対に高めると報告されている[7]

平滑表面の接着[編集]

ほとんどの標準的なシアノアクリレート接着剤は、平滑なガラスにはあまりよく接着しない、ただし、ガラス用に特別配合されたシアノアクリレートまたはエポキシを塗布する前の迅速な仮止めとして使用することはできる[8]ガラス繊維のマットや薄い織物の周囲に機械的な接着結合を形成させることで、継ぎ目を補強したり、小さな部品を組み立てることができる。

充填材[編集]

ベーキングソーダ(重曹、炭酸水素ナトリウム)に添加すると、シアノアクリレート接着剤は硬くて軽量な接着剤を形成する(最初にベーキングソーダを使用して隙間を埋め、それからベーキングソーダに接着剤を滴下する)。これは、接着剤が単独ではうまく作用しない多孔質材料において、うまく機能する。この方法は、ポリスチレン発泡部品を組み立てたり修理したりするため、模型飛行機愛好家によって時に使用される。また、軽量飛行機の複合プロペラ羽根先端の小さな欠点を修復するためにも使用される。なお、シアノアクリレートとベーキングソーダとの反応は非常に発熱し、有害な蒸気も発生する。以下の綿と羊毛との反応を参照。

シアノアクリレートのブランドの1つである「SupaFix」は、充填剤として酸化カルシウムを使用しており、より硬い材料(モルタルのような手触り)となる、これは硬質材料を接合したり、ひび割れした鋳物を補修するために使用できる[9]

科学捜査[編集]

シアノアクリレートは、ガラス、プラスチックなどの非多孔質表面上の見えない指紋を捉えるための科学捜査手法として使用される[10]。シアノアクリレートは、温めて蒸散させ、目に見えない指紋残渣と大気中の水分と反応し、指紋隆起部上に白色ポリマー(ポリシアノアクリレート)を形成する。それから、その隆起部を記録する。発現された指紋は、もっとも表面にあり、白いプラスチックやそれに類似したものは除けば、肉眼で確認できる。蛍光や非蛍光染色を適用することにより、見えないまたは見えにくい指紋をさらに増幅できる。

木工[編集]

希薄なシアノアクリレート(CA)接着剤が木工に利用されている。これは、速乾性があり、光沢のある仕上げとして使用される。CAの硬化速度を調節するために、油(沸騰させた亜麻仁油のような油)が使用される。また、CA接着剤は隙間やひび割れを埋めるためにおがくず(鋸や研磨から発生)と組み合わせて使用される。これらの補修方法は、ピアノ響板、木製楽器、木製家具に使用されている。CA接着剤は、ペンブランク(ペンの軸胴部)の仕上げにも使用される、旋盤を使い薄層を複数回塗り重ね、硬く透明な仕上げをし、その後研磨して光沢が出るように仕上げる 。

医療[編集]

The arm of a child with a small cut, with a shiny layer of adhesive covering the cut region
医療用のシアノアクリレート接着剤である「Dermabond」でふさがれた傷口

CA接着剤は、1970年代初頭またはそれ以前まで、骨、皮およびカメの甲羅を修復するために獣医学で使用されていた。ベトナム戦争で病院に運ぶまでに負傷した兵士の出血を抑えるためにCAスプレーが使用されていると、1966年にハリー・クーヴァーは語っている。 n-ブチルシアノアクリレートは、1970年代から医療に使用されてきた。米国では、皮膚を刺激する可能性があるため、アメリカ食品医薬品局(FDA)は、医療用接着剤として「Dermabond」の使用を1998年まで承認していなかった[11]。研究により、シアノアクリレートは従来の吻合(縫合)よりも創傷閉鎖に対してより安全で機能的であることが確認されている[12]。接着剤は、創傷閉鎖について以下の点で優れている、必要な時間、感染の発生率(縫合では、皮膚の表皮真皮皮下脂肪層を糸が貫通するので汚染経路になり得る) 、および治癒後の傷跡の美観[13][14]

シアノアクリレートを使用して、指先の皮膚の損傷を修復するロッククライマーもいる[15][16]。同様に、弦楽器奏者は手指(指たこ)の保護にシアノアクリレートを使用することもある。 CA接着剤は毒性も非常に低く、素早く皮膚を被覆できるが、接着剤とその飛散成分を大量に皮膚につけると、薬傷を引き起こす可能性がある[要出典]

一般的な「スーパーグルー」は100%エチルシアノアクリレート(ECA)であるが、特定の用途に対して、いろいろと配合がカスタマイズされている(例えば、91%ECA、9%ポリメタクリル酸メチル、0.5%ヒドロキノン、および少量の有機スルホン酸[17] 、医療用には n-ブチル-シアノアクリレートの誘導体)。現在、3種のシアノアクリレート化合物が皮膚用の接着剤として入手できる。2-オクチル-シアノアクリレートが「Dermabond」、「SurgiSeal」という商品名で販売されている。 n-2-ブチル-シアノアクリレートは、「Histoacryl」、「Indermil」、「GluStitch」、「GluSeal」、「PeriAcryl」、「LiquiBand」として販売。2-エチル-シアノアクリレートは、「Epiglu」として販売されている[18]

アーチェリー[編集]

シアノアクリレートはアーチェリーで矢のシャフトに矢羽を付けるために使われる。いくつかの特別な矢羽用接着剤は、特別キットで再パッケージ化されたシアノアクリレートが主である[19]。接着剤チューブは細長い金属ノズルを備えている場合が多いが、これは、矢羽のベースに接着剤を塗布する際の精度を向上させ、シャフトへ確実に結合するためのものである。

化粧品[編集]

シアノアクリレートは、爪の先端や爪を覆うといった人工爪の強化のために、化粧/美容産業で「爪の接着剤」として使用されている、ときには、眼に入って薬傷を負う事故も発生している[20]

安全性の問題[編集]

皮膚損傷[編集]

CA接着剤が身体に付着すると、皮膚の一部がちぎれて傷を負う可能性がある[21][22]。しかし、力に頼らなくとも、接着剤は時間の経過とともに自然に皮膚から剥がれる(4日までには)。植物油を接着剤の上とその周囲に塗布することによって、剥がれを加速させることができる。まぶたが接着した場合は、医師に相談すべきである[23]

毒性[編集]

CAからの蒸散物は、シアノアクリレートのモノマーが揮発したもので、目、鼻、咽喉の粘膜を刺激する。それらは、粘膜中の水分によってすぐに重合され、不活性になる。これらのリスクは、換気の良い場所でCAを使用することで最小限に抑えることができる。約5%の人が、暴露を繰り返した後、CAの蒸散物に敏感になり、インフルエンザ様の症状を引き起こすことがある[24]。CAは皮膚刺激性物質でもあり、アレルギー性の皮膚反応を引き起こす。アメリカ合衆国産業衛生専門家会議(ACGIH)は、CAの暴露限界として 200 ppb閾値を決めている。まれに、吸入により喘息が引き起こされることがある。 なお、すべてのシアノアクリレート接着剤の毒性が個別に測定されている訳ではない、なぜなら、非常に多数の接着剤があり、それぞれ様々なシアノアクリレートの配合成分を含有しているからである。

英国の安全衛生庁および米国国家毒性プログラムは、エチルシアノアクリレートの使用は安全であり、追加の調査は不要であると結論づけている[25]。2-オクチルシアノアクリレートは、より長い有機骨格のために非常にゆっくりと分解し、接着剤は組織毒性の閾値に達しない。エチルシアノアクリレートの毒性が問題となる場合は、縫合で使用される2-オクチルシアノアクリレートが好ましい。

綿、羊毛、その他の繊維材料との反応 [編集]

綿、革または羊毛(綿棒、綿花、特定の糸または織物)などの天然素材にシアノアクリレートを塗布すると、強力で急速な発熱反応が起こる。この反応は、ガラス繊維および炭素繊維でも起こる。放出される熱は、重度のやけど[26] 、綿製品の発火、または刺激性の白煙の発生を引き起こす可能性がある。シアノアクリレートの安全データシート(SDS)は、その取り扱いの際に、綿または羊毛の衣服、特に綿の手袋を着用しないように指示している[27]

溶剤と除去剤[編集]

アセトンは、一般的に除光液に含まれ、硬化したシアノアクリレートを軟化できる広く入手可能な溶剤である[28]。他の溶媒としては、ニトロメタンジメチルスルホキシド、および塩化メチレンがある。γ-ブチロラクトンもまた、硬化したシアノアクリレートを除去するために使用できる[29]。市販品の接着除去剤も入手可能である。

保存[編集]

CA接着剤は保管寿命が短い。日付印をつけた容器は、接着剤が機能を保っているかを保証するのに役立つ。 あるメーカーは、以下のような情報とアドバイスを提供している:

約13℃(55°F)の冷蔵庫のような涼しく乾燥した場所に開封しないで保管すると、シアノアクリレートの保管寿命は製造から約15ヶ月まで延長できます。6ヶ月以内に接着剤を使用する場合は、冷蔵する必要はありません。シアノアクリレートは水分に敏感であり、冷たい場所から高温の場所に移動させると結露するので、冷蔵庫から取り出した後、開封前に接着剤を室温状態にすることが最善です。開封後30日以内に使用してください。開けた容器は冷蔵しないでください[30]

ほかのメーカーは、未開封容器を2〜4℃(35〜40°F)で保存すると、いくつかのシアノアクリレートは最大12ヶ月の保存できるとしている[31]。ユーザーフォーラムや一部の製造元は、家庭用冷凍庫の典型的な温度である-20°C(-4°F)で未開封で保管し、使用前に内容物を室温に戻すようにすることで、ほとんど無制限の保存期間が達成できるとしている[32]。開けた容器を再冷凍すると、空気中の水分が容器内で凝縮することがある。しかし、趣味人からの報告によると、CAを冷凍庫に保存すると、シアノアクリレートを無期限に保存できるという。

シアノアクリレートは経時劣化すると、重合が進むことで濃厚になり、よりゆっくりと硬化するようになる。そのような場合は、より低い粘度を有する同じ化学組成のシアノアクリレートで希釈することができる[33]。シアノアクリレートを-18°C(0°F)以下で保存すると、重合プロセスがほぼ停止し、劣化を防ぐことができる。

関連項目[編集]

脚注[編集]

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注釈[編集]

  1. ^ 日本では「アロンアルフア」などの商標が知られている。

出典[編集]

  1. ^ Oxford English Dictionary, 2nd ed. cites "Croid Super Glue can be used..." (1937); "‘Gunk’ is what workers in the Chrysler Corporation factory call their superglue named Cycleweld" (1944)
  2. ^ Patent for synthesis of cyanoacrylate”. Google. 2016年2月22日閲覧。
  3. ^ Inventor of the Week Archive”. Lemelson-MIT Program (2004年9月). 2009年5月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年2月13日閲覧。
  4. ^ HBS, "Loctite Corporation: Industrial Product Group," 15 July 1991, p.3
  5. ^ International Chemical Safety Card METHYL 2-CYANOACRYLATE ICSC:1272 (英語版), ILO&WHO, http://www.inchem.org/documents/icsc/icsc/eics1272.htm 
  6. ^ Petrie, Edward M. (2000). Handbook of adhesives and sealants. New York: McGraw-Hill. p. 354. ISBN 0-07-049888-1. 
  7. ^ Petrie, Edward M. (2000). Handbook of adhesives and sealants. New York: McGraw-Hill. p. 389. ISBN 0-07-049888-1. 
  8. ^ Archived copy”. 2014年12月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年8月11日閲覧。
  9. ^ [1]
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参照[編集]

外部リンク[編集]