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シアノアクリレートは、エチルシアノアクリレートおよび関連エステルから誘導される、工業用、医療用、家庭用として使用される強力で速効性のある接着剤のファミリーです。モノマー中のシアノアクリレート基は、水の存在下で急速に重合して、長くて強い鎖を形成します。 [ 1 ]
シアノアクリレートの具体的な種類としては、メチル2-シアノアクリレート（MCA）、エチル2-シアノアクリレート（ECA、一般的に「スーパーグルー」や「クレイジーグルー」などの商品名で販売されている）、n-ブチルシアノアクリレート（n-BCA）、オクチルシアノアクリレート、および2-オクチルシアノアクリレート（医療、獣医、救急医療用途で使用）などがある。シアノアクリレート系接着剤は、一般的にインスタントグルー、パワーグルー、スーパーグルーなどと呼ばれることもある。工業用シアノアクリレートには、略称「CA」がよく用いられる。
シアノアクリレートの最初の特許は、1947 年にBF グッドリッチ社によって出願されました[ 2 ]。これは、戦時中の作業に適した透明なプラスチック製の銃の照準器用の材料を探していたことから生まれたものです。1942 年に、ハリー・クーバー・ジュニア率いる科学者チームが、接触するものすべてに付着する配合を発見しました[ 3 ]。チームはすぐにこの物質を戦時中の用途には不向きと判断しましたが、1951 年にイーストマン・コダックの研究員として働いていたクーバーと同僚のフレッド・ジョイナーがシアノアクリレートを再発見し、1954 年に特許を出願し、1956 年に特許が発行されました[ 4 ]。二人はその真の商業的可能性に気づき、この接着剤の一種が 1958 年に「Eastman #910」（後に「Eastman 910」）という名前で初めて販売されました。
1960 年代、イーストマン コダックはシアノアクリレートをロクタイトに販売し、ロクタイトはそれを再包装して「ロクタイト クイック セット 404」という別のブランド名で販売した。1971 年、ロクタイトは独自の製造技術を開発し、「スーパー ボンダー」と呼ばれる独自のシアノアクリレート製品ラインを発売した。ロクタイトは急速に市場シェアを獲得し、1970 年代後半には北米の工業用シアノアクリレート市場でイーストマン コダックのシェアを上回ったと考えられている。ナショナル スターチ アンド ケミカル カンパニーはイーストマン コダックのシアノアクリレート事業を買収し、1970 年代を通じて行われたいくつかの買収と統合してパーマボンドを設立した。シアノアクリレートの他の製造業者には、ルページ ( 1996 年にヘンケルに買収されたカナダの会社)、ユニリーバの子会社であったナショナル スターチ アンド ケミカルのパーマボンド部門などがある。ロックタイト、イーストマン、パーマボンドの3社で、工業用シアノアクリレート市場の約75%を占めていた。[ 5 ] 2019年現在パーマボンドはオリジナルの910配合の製造を続けた。[ 6 ]
最も一般的なモノマーはシアノアクリル酸エチルです。関連するエステルもいくつか知られています。取り扱いを容易にするため、シアノアクリル酸モノマーは、粘度を高めたりゲル状にしたりするために、ヒュームドシリカなどの成分と配合されることがよくあります。せん断強度を高めたり、耐衝撃性を向上させたりするための添加剤を含む配合も市販されています。このような添加剤には、ロックタイト社の「ウルトラゲル」のようにゴムが含まれる場合もあれば、その他の添加剤が含まれる場合もあります。
一般的に、C=C基は水（特に水酸化物イオン）の存在下で急速に連鎖成長重合を起こし、長くて強い鎖を形成して接着面同士を結合させます。シアノアクリレート系接着剤は、2つの表面が押し付けられない限り、比較的長い作業時間を有します。シアノアクリレート系接着剤の保存期間は一般的に短く、未開封の場合は製造から約1年、開封後は1ヶ月程度ですが、冷蔵保存することで延長できます。
シアノアクリレートは主に接着剤として使用されます。薄い層は効果的に接着しますが、厚い層は接着力が著しく低下します。人間の皮膚や組織、天然繊維、綿、羊毛、皮革など、多くの物質を接着します。
シアノアクリレート系接着剤はせん断強度が低いため、後で切断する必要がある場合の仮止め用接着剤として使用されます。一般的な例としては、旋盤でワークピースを犠牲接着ブロックに取り付けたり、ピンやボルトを締め付けたりすることが挙げられます。また、より硬化速度は遅いものの、より耐久性の高い別の接着剤と併用することで、迅速に接合部を形成し、2つ目の接着剤が硬化するまで部品を適切な位置に保持することもできます。
シアノアクリレート系接着剤は滑らかな表面との接着力が弱く、摩擦によって容易に剥がれてしまう。その良い例として、シアノアクリレートは研磨剤（砂糖やサンドペーパーなど）によって人間の皮膚から除去できるという事実が挙げられる。
シアノアクリレート接着剤は、人間医学と獣医学で広く使用されています。[ 7 ] 1970年代初頭、あるいはそれ以前から、骨、皮、亀の甲羅の修復に獣医学で使用されていました。ベトナム戦争では、負傷した兵士が病院に搬送されるまで出血を抑えるためにシアノアクリレートスプレーが使用されました。[ 8 ]
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います。米国では、皮膚を刺激する可能性があるため、米国食品医薬品局（FDA）は、1998年にダーマボンド（2-オクチルシアノアクリレート）で医療用接着剤としての使用を承認しました。[ 9 ] 1986年の独立した研究では、シアノアクリレートは従来の縫合（ステッチ）よりも創傷閉鎖においてより安全で機能的である可能性があることが示唆されています。[ 10 ]シアノアクリレートは縫合不要の創傷修復に広く使用されていますが、「既存の接着剤は、縫合糸やステープルを完全に置き換えるのに十分な接着強度をまだ欠いています。」[ 7 ]
ロッククライマーの中には、指先の皮膚の損傷を修復するためにシアノアクリレートを使用する人もいます。[ 11 ] [ 12 ]同様に、弦楽器奏者は、シアノアクリレートを使用して保護用の指キャップを作ることができます（通常、活動していない、または事故によりタコが剥がれたとき）。この接着剤は毒性がそれほど高くなく、剥がれた皮膚とともにすぐに剥がれますが、大量の接着剤とその蒸気を直接皮膚に塗布すると、化学火傷を引き起こす可能性があります。[ 13 ]
標準的な「瞬間接着剤」は 100% エチル 2-シアノアクリレートですが、特定の用途向けに多くのカスタム配合 (例えば、91% ECA、9% ポリ(メタクリル酸メチル)、0.5% 未満のヒドロキノン、少量の有機スルホン酸 [ 14 ] 、および医療用途向けの化合物n-ブチルシアノアクリレートのバリエーション[ 10 ] )が使用されるようになりました。 3 つのシアノアクリレート化合物が局所皮膚接着剤として入手可能です。2-オクチルシアノアクリレートは、Dermabond、SurgiSeal、および LiquiBand Exceed として販売されています。n-ブチルシアノアクリレートは、 Histoacryl、Indermil、GluStitch、GluSeal、PeriAcryl、および LiquiBand として販売されています。化合物エチル 2-シアノアクリレートは、Epiglu として入手可能です。[ 15 ]
エステル置換基は接着剤の生体適合性にいくつかの影響を与える。側鎖が長いほど硬化接着剤の柔軟性が高まり、皮膚の柔軟性によりよく適合し、硬化後のホルムアルデヒドの放出が遅くなる可能性がある。[ 16 ]アルコキシエチル置換基も研究されており、医療用接着剤として有望であることが示されている。[ 17 ]
シアノアクリレートは、ガラスやプラスチックなどの非多孔質表面上の潜在指紋を採取するための法医学ツールとして使用されます。 [ 18 ]シアノアクリレートを加熱すると、目に見えない指紋の残留物や大気中の水分と反応して、指紋の隆線上に白いポリマー（ポリシアノアクリレート）が形成されます。その後、隆線を記録することができます。現像された指紋は、ほとんどの表面（白いプラスチックなどを除く）で肉眼で見ることができます。目に見えない、または見えにくい指紋は、発光性または非発光性の染色を施すことでさらに鮮明にすることができます。
シアノアクリレートは、美容業界でまつげエクステの接着剤、またはネイルチップやネイルラップなどの人工爪の「ネイル接着剤」として使用されていますが、点眼薬と間違えられて偶発的な損傷（接着および/または化学的眼損傷）を引き起こすことがあります。[ 19 ]
シアノアクリレートは、試作電子機器（ワイヤラッピングに使用）、飛行機模型の組み立て、ナットやボルトの固定剤として使用されます。金属の接着におけるその有効性と汎用性の高さから、模型やミニチュア愛好家の間で人気があります。[ 20 ]
シアノアクリレート接着剤は耐水性があるため、サンゴの断片化に海水水槽愛好家の間で人気があります。ミドリイシなどの硬質サンゴの切断された枝は、ライブロック（採取したサンゴ礁）またはミリパット（エポキシパテ）に接着して、新しい断片が成長できるようにします。硬化しないと安全にならないシリコンとは異なり、水槽内で直接使用しても安全です。ただし、接着剤の一種として、従来のシアノアクリレートは、湿気と熱の両方に対する耐性が「弱い」と分類されています[ 21 ]。ただし、無水フタル酸の添加により、これらの特性の両方が打ち消されると報告されています[ 22 ] 。
シアノアクリレート接着剤は、淡水および海水水槽のアクアスケープにおいて、生きた植物の根茎を木片や石片に固定する目的で頻繁に使用されます。薄いシアノアクリレート接着剤は木工にも使用されます。[ 23 ]速乾性で光沢のある仕上げとして使用できます。煮亜麻仁油などの油を使用して、シアノアクリレートの硬化速度を制御できます。シアノアクリレート接着剤は、のこぎりや研磨で出たおがくずと組み合わせて、空隙やひび割れを埋めるためにも使用されます。これらの修復方法は、ピアノの響板、木製楽器、木製家具に使用されます。シアノアクリレート接着剤は、旋盤で削られたペンブランク（ペンを回転させるための木製ブランク）の仕上げにも使用され、複数の薄い層を塗布して硬く透明な仕上げを作り、その後研磨して光沢のある仕上げにします。
趣味の用途によっては、シアノアクリレート系接着剤に重曹（炭酸水素ナトリウム）[ 24 ]や酸化カルシウム[ 25 ]などの無機充填剤を混ぜたものが求められる場合がある。
シアノアクリレート系接着剤は、身体の部位をくっつけ、剥がそうとすると皮膚が剥がれることがあります。[ 26 ] [ 27 ]しかし、無理に剥がさなければ、接着剤は時間とともに（最大4日間）自然に皮膚から剥がれます。接着剤は化学火傷を引き起こす可能性もあるため、露出した皮膚は石鹸と温水で洗い流す必要があります。[ 28 ]接着剤の近く、上、周囲に植物油やアセトンを塗布すると、剥がれが早まります。 [ 29 ]接着剤が目に入ると重傷を負う可能性があります。その場合は、目をぬるま湯で15分間洗い流し、医師の診察を受けてください。[ 28 ]
加熱すると、硬化したポリマーが解重合して、非常に刺激性の強いガス状生成物が発生します。これらは膜内の水分によってすぐに重合し、不活性になります。これらのリスクは、シアノアクリレートを換気の良い場所で使用することで最小限に抑えることができます。人口の約 5% は、シアノアクリレートの蒸気に繰り返し曝露されると感作され、インフルエンザのような症状が現れる可能性があります。[ 30 ]シアノアクリレートは皮膚刺激物でもあり、アレルギー性皮膚反応を引き起こす可能性があります。米国産業衛生専門家会議(ACGIH) は、許容濃度を 200 ppb としています。まれに、吸入によって喘息が誘発されることがあります。さまざまなシアノアクリレート配合物を含む接着剤が多数あるため、すべてのシアノアクリレート接着剤の毒性を単一の方法で測定することはできません。
英国の保健安全庁と米国の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、追加の研究は不要であると結論付けています。[ 31 ]化合物2-オクチルシアノアクリレートは、より長い有機骨格（共有結合した炭素分子の列）のため、はるかにゆっくりと分解し、接着剤は組織毒性の閾値に達しません。エチルシアノアクリレートの毒性の問題のため、縫合には2-オクチルシアノアクリレートの使用が好まれます。[ 32 ]
シアノアクリレートを綿（ジーンズ、綿棒、綿球、特定の糸や布地）、皮革、羊毛などの天然素材に塗布すると、強力で急速な発熱反応が起こります。この反応はグラスファイバーやカーボンファイバーでも起こります。放出される熱は重度の火傷を引き起こす可能性があり[ 33 ]、刺激性の白い煙を発生させることもあります。シアノアクリレートの安全データシートには、シアノアクリレートを塗布または取り扱う際には、綿（ジーンズ）や羊毛の衣服、特に綿の手袋を着用しないように指示されています[ 34 ] 。
アセトンは、ネイルポリッシュリムーバーの成分として（または金物店で純粋な形で）よく見られる溶剤で、硬化したシアノアクリレートを軟化させる能力があります。[ 35 ]他の溶剤には、ニトロメタン、ジメチルホルムアミド、[ 36 ]ジメチルスルホキシド、塩化メチレンなどがあります。[ 37 ]硬化したシアノアクリレートを除去するためのもう1つの有効な溶剤は、ガンマ-ブチロラクトンです。[ 38 ]市販の剥離剤も入手可能で、その多くは炭酸プロピレンをベースとしています。
シアノアクリレート系接着剤は保存期間が短い。日付が印字された容器は、接着剤がまだ使用可能であることを確認するのに役立つ。あるメーカーは、以下の情報とアドバイスを提供している。
未開封の状態で冷蔵庫など約 55 °F (13 °C) の温度で保管すると、シアノアクリレートの保存期間は製造から約 1 年から約 15 か月に延長されます。接着剤を 6 か月以内に使用する場合は、冷蔵する必要はありません。シアノアクリレートは湿気に敏感で、涼しい場所から暖かい場所に移動すると結露が発生します。冷蔵庫から取り出した後は、開封する前に接着剤を室温に戻すのが最善です。開封後は 30 日以内に使用する必要があります。開封済みの容器は冷蔵しないでください。[ 39 ]
別のメーカーは、シアノアクリレート系接着剤の一部は、元の容器を35 ～ 40 °F (2 ～ 4 °C)で保管すれば、最長 12 か月の保存期間が得られると述べています。[ 40 ]あるメーカーは、保存期間に関する質問への回答として、シアノアクリレート系接着剤にはボトル内での硬化を遅らせるための阻害剤が含まれていること、阻害剤の量が保存期間に影響すること（ただし、阻害剤が多い接着剤は用途によっては促進剤を塗布する必要がある場合がある）など、非常に詳細な説明をしています。[ 41 ]
未開封の状態で家庭用冷凍庫の一般的な温度である-4 °F（-20 °C）で保管し、使用前に内容物を室温に戻すことで、重合はほぼ停止し、ほぼ無制限の保存期間が得られます。[ 42 ]冷えた状態で容器を開けると、容器内で空気中の水分が凝縮する可能性があります。
シアノアクリレートは経年劣化すると重合し、粘度が増し、硬化速度が遅くなります。同じ化学組成で粘度の低いシアノアクリレートで希釈することができます。[ 30 ]