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接着剤の仕組み

物と物を接合する接着剤のしくみを考えてみましょう。
最も理解しやすいのが、物と物を引っ掛ける方法です。
マジックテープとか面ファスナーと呼ばれているものをイメージすると理解しやすいです。
マジックテープは、一方の面に鉤状の繊維、もう一方の面にループ状の繊維が植え込んであって、双方の面を合わせると、ループ状の繊維の中に鉤状の繊維が引っかかって取れなくなります。
*「マジックテープ」は(株)クラレの面ファスナーの登録商標です。

この接着方式の場合は、接着する双方の面に引っ掛かるような窪みまた出っ張りがあり、接着剤は硬化して両面が引っ掛かる仲立ちをすることになります。

機械的な方法なので理解しやすいですが、引っ掛かるものがある面同士でなければ着かないので一般的ではありません。

次は、着ける物を構成している分子や原子と親しい分子や原子で作られたもの(接着剤)で、着ける物の仲立ちをするものです。
「友達の友達は友達」という話で、分子や原子の間に働く吸引力によって着けます。
分子や原子の間に働く力で最も大きいのは正負の電荷によるものです。
瞬間接着剤やエポキシ系接着剤など、多くの接着剤がこの方法によっています。
瞬間接着剤は空気中の水で、エポキシ系接着剤は二つの物質を混合したときに高分子になって固まります。
接着する物に含まれる原子や分子との吸引力を大きくするように接着剤に含まれる原子や分子を選びます。
このために、接着剤には良く着くものと着かないものが出てきます。

着ける物に適した条件は「表面自由エネルギー」が大きいことです。
「表面自由エネルギー」というのは、外部に露出している面にある原子や分子が他の分子や原子に着こうとするエネルギーです。
この事がよく解るのはテフロン加工がしてあるフライパンです。
水滴を垂らしても他の物に着こうとするエネルギーが小さいので水滴は広がらずに水玉になります。
表面自由エネルギーが小さくなる理由は簡単です。
先に挙げたテフロン加工のフライパンの場合にはフッ素が使われていますが、フッ素の原子は水素に次いで原子の大きさが小さく他の原子が最も近づける、原子が電子を引き付ける力は元素の中で最も大きい(電気陰性度が大きい)、反応しやすいので直ぐに反応して他を寄せ付けないことが表面自由エネルギーを小さくしています。
特にフッ素と炭素が結合すると、原子が小さいために近距離かつ電気陰性度が大きいために強力な共有結合が作られます。
共有結合は電子を共有する結合で、分子や原子間で働く力では最も大きいものです。
このため、他の原子が割り込めなくなるので、表面自由エネルギーが小さいということになります。
フッ素は極端な例ですが、接着剤は着ける物の表面にある分子や原子に好かれなければ用を成さないのです。


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