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第35章 胶粘的情况

我听一些科学电视节目说,没有人完全知道什么成分能使胶水粘住东西。这个话对吗?为什么胶水可以粘住东西?这跟胶水的类型有关系吗?各种胶水有什么共同特点吗?

我们日常使用的即时贴、胶棒、万能纸与贴纸已是司空见惯,所以如果得知设计新胶粘剂正是科学界的热门领域,你也许会觉得惊奇。制造黏性更强的胶粘剂,并开发它们新的用途,重要的是了解什么东西有黏性。

人们习惯认为“胶水”与“胶粘剂”两词可以互相替换。但事实上,胶水是由自然材料制成的,而胶粘剂则来自人工合成材料,前者比后者的历史要长得多。考古学家们认为,早在公元前4000年,古代人民便开始使用有黏性的树木汁液来粘贴摔破的陶器。蜂蜡与焦油也早已用于修补船的木板缝。历史上被用以制作胶水的还有鱼、动物皮革与蹄脚等。

白色胶水,比如Elmer公司出产的胶水,即胶粘剂,其工作原理是水的挥发。当Elmer胶水中的水逐渐挥发,充满材料细缝中的聚醋酸乙烯乳液形成一种柔韧的化学键,使材料粘合在一起。

万能胶的主要化学成分为氰基丙烯酸酯。水可以使氰基丙烯酸酯分子之间相互连接,形成一张坚固的塑料网。万能胶之所以“万能”,是因为几乎所有东西表面都有水的踪影。

即时贴可以很容易地撕下再粘上,因为贴纸后边的粘贴剂中有一层薄而不平的微球。这些小球粘住了物体表面,但小球之间的间隙并没有被粘住。在电子显微镜下观察,即时贴的胶粘剂表面崎岖不平,而胶带纸的粘结剂则平坦而均匀。

即使关于人工合成的胶粘材料,科学家们依然有一两个问题需要求助于大自然母亲。近来,壁虎爬墙的惊人能力给予科学家一些启发。壁虎每个脚上有500000根微小刚毛,而每根刚毛上又有1000个末端平坦的纤毛,称为铲状匙突。

铲状匙突的分子上带有不平衡的电荷,这与壁虎爬上的物体表面分子相互作用,将分子们拉近。这些相互作用(被称为范德华力)只在电子移动时产生。在某个时刻,电子也许会更多集中于分子的一段,使得分子一端出现暂时性的阴极,另一端则表现为暂时性的阳极。这种电极分离使得电子在邻近分子间运动,电极随之同步波动,保持了在大范围的分子间的引力。范德华力是这些每个脚上成千上万铲状匙突引力的总和,于是粘力非常强大。

研究者们利用这些信息开始研究一种超级黏的材料。它仿造壁虎脚趾上的铲状匙突,拥有许多纳米突起。如果这种材料可以大量制造,便可以制造重复使用的胶带,甚至水下胶带。