今回のテーマは「接着」です。
物同士をくっつける「接着」ですが、物同士をくっつける際使う道具に接着剤と粘着剤があるな。まずは、接着剤と粘着剤の違いを解説していきます。
さらに、接着剤に注目し、接着剤が物同士を接着させる際のメカニズムを解説していく。
「接着」は生活の中に密接に関わっている現象で、非常に奥が深い現象です。今回は物同士をくっつける接着の原理と接着剤のメカニズムを物理に詳しいライターリックと一緒に解説していきます。
ライター／リック
大学院を修了するまで、研究に明け暮れた理系ライター。目の前で起きた現象を深掘りすることが大好きで、化学や物理など幅広く勉強している。現在は化学メーカーで技術職として働きながら、化学や物理の楽しさを発信していく。
物と物をくっつける「接着」と「粘着」
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物と物をくっつけることは、私たち自身、毎日のように行っています。その時に使う道具に接着剤や粘着剤がありますよね。接着剤と粘着剤の違いをご存じですか。まずは、「接着剤」と「粘着剤」の違いを解説していきます。
接着剤と粘着剤の違いを解説
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物同士をくっつける際、糊やテープ、瞬間接着剤などを使いますよね。物をくっつけるために使う道具に「接着剤」と「粘着剤」がありますが、2つの違いはなんでしょうか。
接着剤は「使う前は液体状で、貼り付けると固体になる」のに対し、粘着剤は「半固形の性質を持ち、常に濡れた状態」を保っています。
物同士を接着できる点では、接着剤も粘着剤も変わりませんが、物同士を接着させた後の状態が違うんです。接着剤は初めは液状ですが、乾燥や冷却、化学反応によって液体から固体に変化することで、物同士を接着させます。
対して、常に濡れた状態を保っている粘着剤は、接着剤のように状態変化が起こらずとも物同士を接着できるので、「すぐに」くっつけることができるんです。さらに、くっつけたもの同士をはがすこともできます。
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なぜ物同士がくっつくのか
物同士はくっつくとき、当然ですが、分子レベルで「近づく」ことが必要です。
しかし、物同士を近づけただけではくっつくことはできません。その理由は、固体と固体が近づくだけでは、分子同士が引き合う距離まで近づけることができないからです。固体表面はデコボコした状態のため、ぴったりと表面同士をくっつけることはできません。
そのため、物同士がくっつくためには、固体表面の「デコボコ」を埋めることが必要です。粘着剤や接着剤はそのデコボコに入り込んでいくことができます。
接着剤は入り込んだ液体が固体に変わることで新しい化学結合が生まれるため、物同士を接着させることができるんです。一方で、半固体の粘着剤はデコボコに入り込み広範囲で粘着剤と物が接着します。その結果、粘着剤と固体表面で大きな分子間力が働くので、強固に接着させることができるんです。
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物同士をくっつける4つのメカニズム
ここからは、物同士をくっつける際に働く4つのメカニズムを紹介していきます。
・ アンカー効果
・ 静電効果
・ 化学結合
・ 相互拡散
「アンカー効果」は固体表面のデコボコに粘着剤、液体の接着剤が入り込み、粘着剤は大きな分子間力で、接着剤は固まることで物同士を接着させます。
「静電効果」はくっつく物同士の電気的な偏りから、静電気の働きで接着が起こるんです。こすって帯電させたプラスチックの下敷きを髪の毛に近づけると静電気で髪が引き付けられ逆立つ現象と同じ原理ですね。
「化学結合」はくっつく物同士の界面で分子が化学変化を起こし、新しい化学結合が生まれることで接着が起こります。瞬間接着剤は、この原理を使って物同士をくっつけているんです。
「相互拡散」はくっつく物同士の表面を溶かして、分子を絡ませて固めることで、接着させます。プラモデルなどに使われる、溶剤が主成分の揮発性接着剤がこの原理を利用してるんです。
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接着剤のメカニズムを紹介
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ここからは、接着剤に注目して、メカニズムを解説していきますね。先ほど紹介した4つの効果のうち、接着剤はアンカー効果と化学結合を主に使って物同士を接着させます。
新しい化学結合を作るとき、乾燥や冷却、化学反応を刺激として使いますが、接着剤によって使う刺激も違うんです。2つの接着剤に注目して、メカニズムをチェックしていきましょう。
＼次のページで「水で固まる？瞬間接着剤の原理とは」を解説！／
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