膠水是怎麼把東西粘在一起的?

2020-12-19 騰訊網

有這麼一樣東西,可能你的辦公桌上就有,雖然不起眼,但關鍵時刻卻能起到大作用,比如貼發票的時候我們就離不開它。沒錯,它就是膠水。

一管膠水大概能用上兩三年,但就是面對這麼一管常見的膠水,你知道它為什麼能將兩張紙粘在一起嗎?

今天小科就從科學的角度帶大家詳細地了解膠水這種常見的日用品。

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從糨糊到化學合成

說起膠水的歷史,其實每年春節老人們粘貼春聯用的糨糊就算一種頗具歷史感的「膠水」了。

糨糊製作方法簡單,用澱粉或者糯米加水熬成糊狀即可,用來貼對聯,不僅粘性好,還無毒無害,可以說是古代人民智慧的產物了。

古人具體是什麼時候發明糨糊的,還沒有確切的記載,但有史料證明,秦朝修建長城的時候,工人們在水泥中混入了黏糊的米湯,才使得這種粘合劑比普通水泥更防水,這裡的米湯就是用糯米熬製成的。

其實,在此之前,人們就發現有些植物上流出的「液體」也具有粘性,也就是我們現在知道的天然橡膠、天然樹膠。

後來人們又開始用動物的皮毛、內臟製造黏合劑。在我國,很早就有史書記載了利用魚鰾製作的黏合劑,人們將魚鰾蒸煮搗碎,製成魚膠,用來粘接家具或者密封填縫。

但這些還都是以動植物為基礎進行簡單的加熱、融化等步驟製成的膠。

到了20世紀,工業迅速發展,1909年美籍比利時化學家貝克蘭發明了工業酚醛樹脂,這是合成樹脂膠粘劑的開端。

貝克蘭於1912年向世人展示了用酚醛膠粘接的膠合板,大大降低了膠合板的生產成本,並且增強了膠合板的耐久性和粘接強度。

化學家貝克蘭

在第二次世界大戰前,溶劑型的天然橡膠佔了大部分膠粘劑的市場,自1932年出現了橡膠膠粘劑後,「組成橡膠類」膠粘劑逐步進入市場,並且與環氧樹脂或其它樹脂相配合,大大擴展了使用規模。

第二次世界大戰之後,新的高分子材料陸續出現,世界進入了高分子化學時代,合成橡膠、合成樹脂等研製工作開始在全世界盛行。膠粘劑也有了相應的技術創新。

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粘性全靠高分子間的拉力

其實不管是天然的膠還是化學合成的膠,其「粘性」的原理是相似的,都是靠膠水中高分子間的拉力來實現的。

水作為高分子的載體,載著高分子體慢慢地浸入到物體(比如紙張)的組織內。當膠水中的水分消失後,膠水中的高分子體就依靠相互間的拉力,將兩個物體緊緊地結合在一起。

當我們用膠水時,有時會不小心擠出過多的量,反而使粘貼效果不好。這是因為塗膠量過多會使膠水中的高分子體相互擁擠在一起,形成不了相互間最強的吸引力。同時,高分子體間的水分也不容易揮發掉。

塗膠量過多時,膠水主要起到填充作用,而不是粘接作用。物體間的粘接靠的不是膠水的粘結力,而是膠水的「內聚力」。當然,有些膠水的溶劑不是水,換成了其它溶劑,但原理是一樣的。

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換湯不換藥

我們在買膠水時,經常會聽到一些膠水的名字,502、101、熱熔膠、快幹膠等,那麼這些膠有什麼區別呢?

首先解答一下大家的一個小疑問:502為什麼叫502,不叫520?

關於這個問題,有一個比較靠譜的說法是,根據結構命名法,最後一位代表基團,1代表甲基,2代表乙基,3代表丙基,502的主要成分是α-氰基丙烯酸乙酯,5是膠水分類,乙基表示2。

而且只有中國有這個名字,歐洲和美國基本稱它為Super Glue,而日本叫瞬間接著劑,沒有502這個名字。

關於101的命名,沒有比較可靠的說法,可能只是生產廠家取的名字以作標識。

從成分上來說,101與502的成分區別不大,只是在硬化後,101膠水軟一點,502膠水硬一點,所以101更適合橡膠類粘結,502適合不易發生形變的粘結。

502與101都屬於粘性比較強的膠水,它們的固化原理是吸收空氣中微量的水,並在水的催化下發生加聚反應,從而迅速固化將被粘物粘牢。

EVA熱熔膠是一種不需溶劑、不含水分100%的固體可熔性聚合物。它在常溫下為固體,加熱熔融到一定溫度變為能流動且有一定粘性的液體。

熔融後的EVA熱熔膠呈淺棕色或白色,EVA熱熔膠由基本樹脂、增粘劑、粘度調節劑和抗氧劑等成分組成。由於其製備方式簡單,廣泛應用於機械化包裝、家具製作、製鞋、無線裝訂、電子元件及日常用品粘接。

快幹膠,顧名思義即瞬間快速粘結用膠水,加入增粘劑、增稠劑、穩定劑、增韌劑、阻聚劑等,通過先進生產工藝合成的單組份快速固化膠粘劑,是一種高強度、快速粘著劑,特別適合使用於木器工業。

總的來說,不同類型的膠水就是採用不同的化合物,製成了不同的膠,再添加不同的增粘劑、增稠劑等,使得粘性和其他特性不一樣,但本質上都是依靠高分子間作用力來實現粘結物體的!

來源:數字北京科學中心

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