Cianoacrilato

Estrutura da cadeia principal de um polímero de cianoacrilato

Os cianoacrilatos são uma família de monômeros vinílicos e de adesivos de ação rápida, com usos industriais, médicos e domésticos. Os mais usados como adesivos são ésteres alquílicos do ácido 2-cianoacrílico, entre eles o cianoacrilato de etila. Sua estrutura geral pode ser representada por CH2=C(CN)CO2R. Os grupos nitrila e éster tornam a ligação dupla muito suscetível ao ataque de nucleófilos, e uma fina camada de umidade sobre uma superfície costuma bastar para iniciar rapidamente a polimerização.

Entre os cianoacrilatos específicos estão o 2-cianoacrilato de metila (MCA), o 2-cianoacrilato de etila (ECA, vendido sob marcas como "Super Glue" e "Krazy Glue"), o n-butil cianoacrilato (n-BCA), o cianoacrilato de octila e o cianoacrilato de 2-octila, usado em aplicações médicas, veterinárias e de primeiros socorros. Os adesivos de cianoacrilato também são chamados genericamente de cola instantânea ou supercola. A abreviação "CA" é usada com frequência para cianoacrilatos de grau industrial.

No Brasil, a Henkel comercializa adesivos instantâneos à base de éster de cianoacrilato sob a marca Loctite Super Bonder. Em Portugal, produtos de cianoacrilato da Loctite são comercializados como Super Cola 3.

Desenvolvimento

Harry Wesley Coover Jr. pouco antes de receber a Medalha Nacional de Tecnologia e Inovação em 2010

Em 1947, Alan E. Ardis, da B. F. Goodrich Company, depositou uma patente para a preparação de monômeros de alquil alfa-cianoacrilato, concedida em 1949.

Durante a Segunda Guerra Mundial, Harry Coover Jr. trabalhou com cianoacrilatos enquanto participava de pesquisas da Eastman Kodak sobre materiais transparentes para miras de precisão. Os compostos foram considerados inadequados para essa finalidade porque aderiam facilmente às superfícies. Em 1951, Coover e seu colega Fred Joyner voltaram a trabalhar com cianoacrilatos durante pesquisas sobre polímeros resistentes ao calor e reconheceram seu potencial como adesivos. Uma patente foi depositada em 1954 e concedida em 1956. Uma forma comercial do adesivo começou a ser vendida em 1958 com o nome "Eastman #910", depois "Eastman 910".

Na década de 1960, a Eastman Kodak forneceu cianoacrilato à Loctite, que o reembalou e distribuiu sob a marca "Loctite Quick Set 404". Em 1971, a Loctite desenvolveu sua própria tecnologia de fabricação e lançou uma linha de cianoacrilatos chamada "Super Bonder". A empresa ganhou participação de mercado rapidamente e, no fim da década de 1970, acreditava-se que já tivesse superado a Eastman Kodak no mercado industrial de cianoacrilatos da América do Norte. A National Starch and Chemical Company comprou o negócio de cianoacrilatos da Eastman Kodak e reuniu aquisições realizadas durante a década de 1970 sob a marca Permabond. Outros fabricantes incluíam a LePage, empresa canadense adquirida pela Henkel em 1996. Loctite, Eastman e Permabond respondiam juntas por cerca de 75% do mercado industrial de cianoacrilatos. A Permabond continua a comercializar o adesivo 910.

Polimerização

Estrutura química do cianoacrilato de etila, precursor de muitos adesivos comerciais

O monômero mais comum em adesivos instantâneos é o cianoacrilato de etila. São conhecidos outros ésteres relacionados. Para facilitar o manuseio, o monômero pode ser formulado com um ingrediente como sílica pirogênica, que aumenta a viscosidade e permite produzir géis. Há formulações com aditivos destinados a aumentar a resistência ao cisalhamento, ao descascamento ou a impactos. Esses aditivos podem incluir borracha ou outros elastômeros.

A cura dos adesivos ocorre principalmente por polimerização aniônica ou de caráter aniônico. Os grupos nitrila e éster ligados ao carbono alfa retiram densidade eletrônica da ligação dupla e tornam o carbono beta fortemente eletrofílico. Espécies nucleofílicas, bases fracas, água e álcoois podem iniciar a reação. Em uma junta adesiva, a umidade normalmente presente sobre as superfícies costuma ser suficiente para iniciar rapidamente a polimerização. O crescimento produz cadeias de poli(cianoacrilato) e prossegue até que o monômero seja consumido ou ocorra transferência ou terminação da cadeia.

Os cianoacrilatos permanecem manipuláveis enquanto ainda não entraram em contato suficiente com uma superfície capaz de iniciar a cura. Depois de aplicados entre peças bem ajustadas, o desenvolvimento da resistência da junta pode ocorrer em segundos ou minutos, dependendo da formulação, do material, da umidade e da espessura da camada. A vida útil do adesivo ainda não curado também depende da formulação, da temperatura e da exposição à umidade.

Polimerização do 2-cianoacrilato de metila

Propriedades gerais

Os cianoacrilatos são usados principalmente como adesivos de cura rápida. Em geral, trabalham melhor em linhas de união finas e em peças bem ajustadas. Formulações convencionais curadas podem apresentar boa resistência à tração e ao cisalhamento, mas formam materiais relativamente rígidos e frágeis, com menor resistência ao descascamento e ao impacto e capacidade limitada de preencher folgas. A incorporação de elastômeros e outros agentes de tenacificação pode melhorar essas propriedades.

Eles podem unir numerosos substratos, entre eles metais, cerâmicas, plásticos, borrachas, madeira e tecidos biológicos. O desempenho depende do material, da preparação da superfície, da geometria da junta e da formulação. Alguns plásticos de baixa energia superficial exigem tratamento ou primer.

A rigidez da junta também permite alguns usos temporários em oficinas, como a fixação de uma peça a um bloco sacrificial durante determinadas operações de usinagem. Cianoacrilatos também podem ser empregados para manter rapidamente peças na posição enquanto outro adesivo de cura mais lenta endurece.

Alguns cianoacrilatos de cadeia curta podem produzir o fenômeno chamado blooming ou frosting. Nesse processo, monômero volatilizado se deposita e polimeriza nas proximidades da linha de união, formando um resíduo esbranquiçado. Cianoacrilatos de menor pressão de vapor são usados em formulações de baixo odor e baixo blooming.

Em 2023, pesquisadores produziram objetos plásticos de poli(cianoacrilato de etila) e demonstraram sua despolimerização térmica para recuperar o monômero. Em uma mistura de PECA com diversos plásticos limpos, a recuperação de cianoacrilato de etila chegou a 92%. Quando o PECA foi misturado a resíduos plásticos municipais não lavados e não separados, a recuperação foi de 75%.

Usos

Tubo de "Super Glue", uma cola de cianoacrilato

Medicina e veterinária

Braço de uma criança com um pequeno corte coberto por uma camada brilhante de adesivo
Ferida de incisão fechada com Dermabond, adesivo médico à base de cianoacrilato

Os cianoacrilatos são usados como adesivos teciduais na medicina humana e veterinária. Durante a Guerra do Vietnã, formulações de cianoacrilato foram usadas como agentes hemostáticos temporários em feridos, permitindo controlar hemorragias até o tratamento cirúrgico convencional.

Nos Estados Unidos, a Food and Drug Administration (FDA) aprovou em 26 de agosto de 1998 o Dermabond, uma formulação de cianoacrilato de 2-octila, para aplicação tópica destinada a manter aproximadas as bordas de determinadas incisões cirúrgicas e lacerações simples. A autorização especificava que o produto podia ser empregado junto a suturas subcuticulares, mas não em substituição a elas quando essas suturas fossem necessárias.

Em lacerações traumáticas simples e selecionadas, adesivos teciduais podem ser uma alternativa aos métodos convencionais de fechamento. Uma revisão sistemática encontrou resultados cosméticos semelhantes, menor dor e menor tempo de procedimento, mas também um pequeno aumento no risco de deiscência em comparação com o fechamento convencional. Em feridas submetidas a maior tensão, suturas ou outros dispositivos de fechamento podem continuar necessários.

O n-butil cianoacrilato também é injetado por via endoscópica ou radiológica para obliterar varizes gastrointestinais e controlar hemorragias varicosas. Adesivos de cianoacrilato são empregados ainda em procedimentos endovenosos não térmicos para fechar veias safenas insuficientes.

Alguns praticantes de escalada em rocha usam cianoacrilato para reparar danos à pele das pontas dos dedos. Músicos de instrumentos de cordas também podem formar coberturas protetoras nos dedos com cianoacrilatos quando perdem os calos. Adesivos domésticos, porém, não são equivalentes a formulações médicas e podem causar irritação, adesão indesejada ou queimaduras durante a polimerização.

Há formulações de "supercola" compostas quase inteiramente por 2-cianoacrilato de etila, enquanto outras contêm espessantes, estabilizantes, modificadores de impacto e outros componentes. Uma formulação já documentada continha 91% de ECA, 9% de poli(metacrilato de metila), menos de 0,5% de hidroquinona e uma pequena quantidade de ácido sulfônico orgânico.

Entre os cianoacrilatos empregados em adesivos cutâneos estão o cianoacrilato de 2-octila, usado no Dermabond, e o n-butil cianoacrilato, usado em produtos como Histoacryl. O 2-cianoacrilato de etila também foi empregado em algumas formulações médicas.

O tamanho do grupo alquila afeta a degradação e a biocompatibilidade. Cianoacrilatos de cadeia mais curta degradam-se mais rapidamente, enquanto cadeias mais longas reduzem a velocidade de formação de formaldeído durante a degradação hidrolítica e tendem a produzir materiais mais flexíveis. Substituintes alcoxi-etila também foram estudados como adesivos médicos.

Ciência forense

O cianoacrilato é usado em ciência forense para revelar impressões digitais latentes em superfícies não porosas, como vidro e plástico. O adesivo é aquecido para gerar vapor de cianoacrilato, que se deposita e polimeriza preferencialmente sobre os resíduos das cristas papilares, formando um depósito esbranquiçado que torna a impressão visível. Compostos presentes nesses resíduos, entre eles espécies carboxilato, podem iniciar a polimerização. A umidade afeta o processo, mas não é considerada o único iniciador da reação durante a revelação de impressões digitais. Depois da fumigação, corantes luminescentes ou outros tratamentos podem aumentar o contraste da impressão.

Cosméticos

O cianoacrilato é usado nos setores de cosmetologia e beleza como adesivo para extensão de cílios e como "cola para unhas" em alguns tipos de unhas postiças. A semelhança entre algumas embalagens de cola e recipientes de medicamentos oftálmicos pode causar aplicação acidental nos olhos, levando à adesão das pálpebras e outras lesões oculares.

Aplicações especializadas e hobbies

Os cianoacrilatos são usados na montagem de protótipos de eletrônica, inclusive em conexões por enrolamento de fio, em aeromodelos e na fixação de pequenas peças. Também são usados por praticantes de modelismo em escala e de miniaturas.

Adesivos de cianoacrilato são usados para fixar fragmentos de coral a rochas, discos e outros suportes em aquários, cultura de corais e pesquisas experimentais. Géis de cianoacrilato formulados para aquários também podem curar debaixo d'água. A resistência prolongada à umidade e ao calor, porém, depende da formulação, e cianoacrilatos convencionais podem apresentar desempenho inferior ao de outros adesivos estruturais nessas condições. A inclusão de anidrido ftálico foi usada para melhorar essas características em determinadas formulações.

A cola de cianoacrilato também é usada no aquapaisagismo, para fixar rizomas de plantas a madeira ou pedra. Em marcenaria, cianoacrilatos de baixa viscosidade podem ser usados em pequenos reparos e como acabamento de secagem rápida. A cola também pode ser combinada com serragem para preencher pequenos vazios e rachaduras. Em peças torneadas, como corpos de canetas de madeira, sucessivas camadas finas podem formar um revestimento duro e brilhante.

Algumas aplicações de hobby usam cola de cianoacrilato misturada a cargas inorgânicas, como bicarbonato de sódio. Também existem cargas minerais comerciais para cianoacrilatos de baixa viscosidade.

Segurança

Lesões cutâneas

Adesivos de cianoacrilato podem colar partes do corpo entre si, e a tentativa de separá-las à força pode arrancar pele. Sem aplicação de força, a cola costuma se desprender gradualmente conforme a camada superficial da pele é renovada. Água morna com sabão, óleo ou, em algumas situações, acetona podem ajudar a soltar a união.

A polimerização é exotérmica. Quando uma quantidade grande de adesivo cura rapidamente, o calor liberado pode produzir queimaduras térmicas, risco que aumenta muito quando o cianoacrilato entra em contato com determinados tecidos fibrosos.

O contato com os olhos pode causar lesões graves. A área deve ser enxaguada com água e avaliada por profissionais de saúde, sem tentativa de separar à força tecidos aderidos.

Toxicidade

O vapor dos monômeros de cianoacrilato pode irritar olhos e vias respiratórias. Exposição repetida ou prolongada também pode causar sensibilização cutânea ou respiratória em algumas pessoas. Casos de rinite e asma ocupacional ligados à exposição a cianoacrilatos foram documentados. Para o 2-cianoacrilato de etila, a base de dados da Occupational Safety and Health Administration apresenta os valores da ACGIH de 0,2 parte por milhão como média ponderada no tempo e 1 parte por milhão como limite de curta duração.

Polímeros de cianoacrilato de metila e etila podem sofrer despolimerização quando suficientemente aquecidos, regenerando parte do monômero. O 2-cianoacrilato de etila também se decompõe quando aquecido intensamente ou queimado, produzindo gases e vapores tóxicos ou irritantes, entre eles óxidos de nitrogênio e compostos de cianeto.

A degradação hidrolítica dos adesivos teciduais de cianoacrilato pode liberar formaldeído. A velocidade dessa formação diminui com o aumento do tamanho do grupo alquila e da massa molecular do polímero. Essa diferença é uma das razões para o uso médico de derivados de cadeia mais longa.

Adesivos de cianoacrilato também foram estudados por sua atividade antibacteriana.

Reação com algodão, lã e outros materiais fibrosos

O contato de cianoacrilato líquido com algodão pode desencadear polimerização extremamente rápida e exotérmica. As numerosas hidroxilas da celulose aceleram a reação, e a temperatura pode subir o suficiente para causar queimaduras profundas ou até chamuscar o tecido. Reações semelhantes podem ocorrer com lã e outros materiais que acelerem a polimerização.

Por isso, algodão, cotonetes e roupas de algodão não devem ser usados para limpar derramamentos de cianoacrilato. Algumas fichas de dados de segurança recomendam evitar especialmente luvas de algodão ao manusear o produto.

Solventes e descolantes

A acetona, encontrada com frequência em removedores de esmalte, pode amolecer determinados cianoacrilatos curados. Outros produtos descolantes usam solventes como dimetilformamida. Nitrometano, dimetilsulfóxido e diclorometano também aparecem na literatura sobre remoção ou dissolução de cianoacrilatos. A gama-butirolactona também pode remover cianoacrilato curado. Também existem descolantes comerciais à base de carbonato de propileno.

Vida útil

Os adesivos de cianoacrilato têm vida útil limitada porque pequenas quantidades de umidade, bases ou outras impurezas podem iniciar lentamente a polimerização. Formulações comerciais contêm estabilizantes ácidos e inibidores de radicais para reduzir a polimerização durante o armazenamento.

Um fabricante informava que uma embalagem fechada e mantida em local fresco e seco, a cerca de 13 °C, podia ter a vida útil ampliada de aproximadamente um ano para pelo menos 15 meses. A mesma orientação recomendava deixar a embalagem atingir a temperatura ambiente antes de abri-la após a refrigeração, para reduzir a condensação, e usar o produto aberto em até 30 dias.

Outro fabricante informa vida útil máxima de 12 meses para alguns cianoacrilatos quando as embalagens originais são armazenadas entre cerca de 2 e 4 °C. A quantidade de inibidor adicionada à formulação afeta a estabilidade no recipiente e também pode alterar o comportamento de cura.

Uma ficha técnica antiga da Weicon afirmava que determinadas formulações fechadas podiam ser armazenadas por períodos muito longos a −20 °C, desde que o conteúdo retornasse à temperatura ambiente antes da abertura. As recomendações não são universais e devem ser seguidas conforme a formulação. A ficha técnica brasileira do Loctite Super Bonder Original, por exemplo, informa vida útil de 20 meses e armazenamento a temperatura não superior a 25 °C.

À medida que envelhecem no recipiente, adesivos de cianoacrilato podem começar a polimerizar, ficando mais viscosos e apresentando cura mais lenta.

Ver também

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Leitura adicional

Ligações externas

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