なぜ、ある接着剤は剥がすとすぐに落ちてしまうのに、ある接着剤は溶接と同じくらい強いのでしょうか?異なる力

接着剤はなぜ物を接着するのに使えるのでしょうか?もちろん「粘着性」のためです。では、なぜ粘着性があるのでしょうか?

すべて接着剤ですが、接着剤の種類によって粘度が大きく異なります。私たちがよく使う透明テープのように、破ると剥がれてしまう接着剤もあれば、溶接に匹敵する粘度を持つ接着剤もあります。一度くっついてしまうと、502、溶接剤、漏れ止め用の強力テープなど、何をしても取り除くことができません。実際、「接着剤」が物をくっつけるのに使用できる理由は、本質的には特定の力が働いているためであり、異なる接着剤の粘度が異なるのは、粘着性が同じ力によって引き起こされるわけではないためです。この問題を単純かつ理解しやすいものにするためには、やはり物質の性質から始める必要があります。マクロ的な視点から見ると、異なる物質はそれぞれ全く異なる構造を持ちますが、ミクロ的な視点から見ると、すべての物質は個々の原子で構成されています。

原子は非常に小さな微視的構造であり、主に原子核と原子核の外側にある電子の 2 つの部分から構成されています。

電子は負に帯電し、原子核は正に帯電しており、この 2 つが結合すると原子は電気的に中性になります。原子よりも大きい物質構造は分子であり、原子で構成されています。では、どのような力によって 2 つの異なる原子が結合して分子が形成されるのでしょうか?それは「化学結合」です。いわゆる化学結合とは、簡単に言えば、電子の交換によって生成される 2 つの原子間の結合力です。原子であろうと分子であろうと、安定性を維持するために重要な要素が 1 つあります。それは静電気のバランスです。つまり、分子内の正に帯電した原子核と負に帯電した電子が完璧なバランスを達成できなければならず、その結果、電荷を持たない原子または分子が得られることになります。

分子は一般的に電気的に中性ですが、常にそうであるとは限りません。

分子内の電子は静止しているわけではなく、常にランダムに運動しており、この運動により分子の一部では電子が多くなり、他の部分では電子が少なくなります。このとき、分子は明確な磁気特性を持つ磁石のようになり、片方の部分は正に帯電し、もう一方の部分は負に帯電します。したがって、ある分子の正に帯電した部分が別の分子の負に帯電した部分を引きつけ、2 つの分子は吸着、つまり結合します。 1857年、物理学者ファンデルワールスが初めてこの分子間相互作用力を発見したため、「ファンデルワールス力」とも呼ばれています。

ファンデルワールス力は 2 つの分子を結合させることができますが、2 つの物質が完全に結合できるほど近い必要があるという厳しい条件があります。

これを実現するにはどうすればよいでしょうか?一見非常に平らに見える 2 つの物質を一緒にして強く押したとしても、顕微鏡レベルでは依然として非常に離れた距離にあります。これらを完全に組み合わせるには、「接着剤」という媒体が必要です。最も滑らかに見える物体でも、実際には顕微鏡レベルでは凹凸があります。接着剤は本質的に柔らかく、粘弾性のある流体物質です。物体に接触すると、物体の表面にあるさまざまな穴や亀裂に素早く流れ込み、それらを埋めます。この時点で、接着剤と物体の表面は完全にフィットしたと言えるため、ファンデルワールス力が働き始め、分子同士がしっかりと吸着されます。これが、接着剤が物にくっつく内部原理です。

ここで言う接着剤とは、透明テープなどの普通の接着剤のことです。この種の接着剤は物にくっつくことはできますが、剥がれてしまうと剥がれてしまうことは誰もが知っています。なぜ？

ファンデルワールス力は弱い相互作用なので、この力自体はそれほど強くありません。では、なぜ一部の接着剤は溶接に匹敵するほどの非常に高い粘度を持つのでしょうか?これらのスーパーグルーに働いているのはファンデルワールス力ではなく、さらに強力な別の力、水素結合です。いわゆる水素結合とは、ある分子内の水素原子と別の分子内の酸素原子の間に働く引力のことです。分子内の異なる原子は電子を共有しますが、酸素原子のようにより多くの電子を吸収しようとする原子もあります。酸素原子はすべての電子を自分の側に引き寄せますが、水素原子は簡単に電子を失います。

酸素原子は電子を独占するのが好きですが、水素原子は電子を失いやすいため、酸素原子は負の電荷を帯び、水素原子は正の電荷を帯びます。

したがって、2 つの分子が出会うと、一方の分子内の正に帯電した水素原子が、もう一方の分子内の負に帯電した酸素原子と一緒に吸着します。この力は非常に強く、これが水素結合です。表面的には、水素結合はファンデルワールス力に似ているように見えますが、本質的には水素結合は強い相互作用力であるため、その強さはファンデルワールス力よりもはるかに大きくなります。非常に粘着性の高い接着剤の主成分は、水素結合を含む高分子物質です。物体の表面に付着して固まると、2 つの物体がしっかりと結合し、分離しにくくなります。接着剤によって硬化速度が異なるため、すぐに硬化する接着剤もあれば、より長い待ち時間を必要とする接着剤もあります。

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