黏膠

来源:www.uuuwell.com

   

1簡介編輯在英國北韋爾斯的海洋科學研究所中一群科學家花了很多時間觀察蒼蠅牆壁上面上上下下的走動科學家並不是閑得沒事幹事實上正好相反他們想知道蒼蠅憑什麼能對抗地心引力在牆面上隨意行走其實在接合工藝學zygology上的任何創見都有很重要的實際應用價值所謂接合工藝學是研究東西結合的科學楔片釘子螺絲與焊接都在我們日常生活里扮演重要的角色但是我們還需要各種黏著劑否則日子會很難過飛機會從天上掉下來傢具會散開瓷磚會從牆面剝落書與鞋子都無法黏合連我們的假牙也套不住想象一下沒有壁紙郵票膠帶或利貼會變成什麼世界 黏膠

任何黏性研究都應該從微觀機制著手因此海洋科學實驗所的研究人員首先把蒼蠅腳放大仔細研究蒼蠅有六隻腳每隻腳上都有兩個小爪子讓它可以鉤住任何凹凸不平的表面但事情並沒有這麼單純蒼蠅還可以在玻璃板等光滑平面上隨意走來走去研究人員懷疑這裡面藏有玄機會不會是蒼蠅腳底有什麼分泌物作怪他們決定仔細檢查蒼蠅走過的玻璃表面看看是不是留有什麼東西果然不出所料

2油脂會不會是一種膠編輯當研究人員用染色劑蘇丹黑BC29H24N6處理蒼蠅走過的玻璃表面時發現玻璃上有油脂使玻璃面出現細微的腳印這些油脂會不會是一種膠

為了測試這個想法研究人員設計了細緻精巧的實驗他們用強力膠在蒼蠅背上黏上一條細線再裝上一個小儀器測量要用多大的力道才能把蒼蠅從玻璃上拉開其次他們讓蒼蠅走上鋪了濾紙的木板濾紙先浸過己烷C6H14己烷是可以溶解脂肪溶劑然後他們讓蒼蠅重新走過玻璃板再用細線把它們拉起來這次所需要的力量只有之前的十分之一

看起來蒼蠅真的是用膠把腳黏在牆上但這裡頭有什麼化學作用黏性到底是怎麼回事口香糖會黏住頭髮而卻不會黏住鐵氟龍又要如何解釋呢為什麼醋不會像糖水一樣黏黏的呢

黏性是非常複雜的事與好幾個因素有關但基本原理是兩個表面靠得非常近時會互相粘黏這是因為任何一對原子或分子之間都有吸引力原子是由原子核與電子構成的原子核帶正電幾乎整個原子的質量都集中於此電子帶負電荷繞原子核外的軌道旋轉在分子里原子間結合形成化學鍵化學鍵形成的原因是電子受兩個原子核吸引但電子並不是固定不動的不管在任何時間分子與原子內的電子會集中形成負電區而原子核所在的地方會形成正電區電荷這種暫時分開的現象稱為偶極

偶極的負電端會受鄰近偶極的正電端吸引這就是所謂的凡得瓦力當兩個表面非常靠近時這兩個表面的分子會受凡得瓦力互相吸引產生黏著力凡得瓦力非常小但兩個表面有無數億對的偶極會互相吸引如果真是這樣為什麼無法讓壞掉的椅子靠在一起就自動黏合呢

老實說理論上這是可行的但事實上我們卻不可能讓兩個表面的距離近到使凡得瓦力得以發揮作用不管一個表面看起來有多平多光滑從微觀的尺度來看上面一定會有凸起與凹洞因為凡得瓦力只在數埃的範圍內發揮作用因此一個只有400埃1埃等於10-8公尺的高峰就會使表面間的吸引力幾乎消失殆盡現在如果其中一個表面是可以移動的例如液體它的分子可以流進另一個表面的凹洞而且也把凸起包覆起來使兩個表面的分子間距近到可以感覺出彼此的偶極

只要沾一點蜜在兩根手指之間就知道我在說什麼了蜂蜜有足夠的移動力可以填滿兩個表面上所有的空隙使表面與蜂蜜間的距離很接近足以觸發凡得瓦力但只有移動力還不足以形成化學鍵水也會流動也能形成凡得瓦力但並不會黏黏的這是為什麼呢這就要談到黏著劑的另一項條件了好的黏著劑不但能與兩個表面分別緊密連結黏著劑分子之間也要能形成鍵結當兩個表面受外力分開時黏著劑分子也還能緊密結合

水可以與兩個表面分別緊密結合但水分子之間的鍵結太弱受到壓力很容易就分開如果水結成冰水分子間的鍵結力就非常強因此兩塊濕木片只要經過冰凍就可以黏得牢牢的

蜂蜜不像水它裡面有糖分子不但彼此緊密結合也能與其它的分子結合因此蜂蜜會黏黏的但是還沒有黏到可以做黏著劑的程度良好的黏著劑必須很容易流動能輕易覆蓋住想要接著的表面與這些表面產生有效的凡得瓦鍵接下來它要能固化變硬在本身的分子間形成緊密強固的結構不輕易分開就像前面水結冰的例子

當然我們希望這些變化都在常溫發生有一種用水與麵粉調出的簡單黏膠就是個好例子這種麵糊在濕濕的時候很容易移動但幹了之後長鏈的澱粉分子會互相糾結變得很難分開蛋白質分子也有類似的功能馬蹄與馬皮可以萃取明膠因此從前常把退役的老馬送去制膠工廠當明膠的原料今天我們已經很少用澱粉或明膠多半使用合成膠例如用簡稱PVA的聚乙烯醇H[CH2CH(OH)]nH把PVA溶在水裡就是很受學生歡迎的白膠它的流動性好但水分蒸發后就會變硬

還有一種更好的黏著劑可以把東西牢牢黏起這種黏著劑的分子很小很容易流動可以覆蓋住整個要黏著的面積之後經過化學作用分子間相連接成巨分子或聚合物AB膠與瞬間膠就是以這種方式作用的

3AB膠編輯AB膠含有兩種成分反應產生聚合物而瞬間膠裡面有一種小分子叫做氰基丙烯酸酯C8H11NO2它接觸到空氣里的水氣時會緊緊結合成類似聚合物的長鏈狀結構把兩個面緊緊黏住瞬間膠的效果其實與空氣里的水分有密切的關係因此如果有人問你為什麼瞬間膠在邁阿密的效果比在鳳凰城好你就可以告訴他原因了

顯然對黏著劑的首要要求就是能夠容易流動輕易覆蓋住要膠合的表面但這問題其實相當複雜並不像表面上那麼簡單有人可能直覺認為這應該只與黏著劑的黏性有關其實不然滴一滴油到長炳鐵鍋再滴一滴油到不沾鍋里比較它們的不同你就會知道了鐵鍋里的油會散開但長柄鍋里的油會結在一起形成小油滴這是黏著劑原子之間的結合力及黏著劑原子與鍋子表面原子間的結合力兩者差異的表現這也代表這個表面的原子可以給其它物質多少吸引力

從鍋子的例子來看顯然鐵氟龍能給的吸引力非常小鐵氟龍是長鏈碳原子化合物每個碳原子上還接了兩個氟原子氟由碳的結構上伸出代表分子對外的接觸點也就是可能與別的東西的原子結合的位置但氟一旦與碳連接后就出了名死心塌地的安分不再對任何對象有興趣因此蛋或其它的東西就沒有辦法黏在不沾鍋上

但我們還沒把所有的故事和盤托出呢計算顯示即使接觸面全部由黏膠有效覆蓋黏膠對錶面的黏合力還是大過凡得瓦力的總合這是怎麼回事呢這裡面其實還有另一個效應存在黏著劑覆蓋了表面硬化之後從微觀的尺度看有許多小氣泡陷在表面的凹洞裡這些氣泡也有吸力要拉開這兩個接合面還必須破壞這些氣泡才行由於我們有各種各樣的表面所以市面上的黏膠也有各種各樣不同的化學成分以應所需不同的黏膠硬化后強度也大不相同沒有可以接合所有東西的萬用膠如果真有這種東西那我們要怎麼拿下它的瓶蓋

我們常會發現黏膠的新用途例如我們正開始試著不用手術線改用瞬間膠縫合傷口我們也開始用黏膠來黏合食道上的裂縫以及由濕疹引起的指甲裂縫腦外科手術也開始使用黏膠補強血管的弱點

但就像其它的化學物質一樣黏膠也會有問題只要問問那位誤把瞬間膠當成鼻噴劑的人就行了所幸鼻子里的黏液阻止瞬間膠黏住組織醫生最後從他的鼻子里弄出一塊硬膠來這團硬膠形狀就像鼻腔內部的模型還有個粗心的母親把瞬間膠當眼藥膏抹進嬰兒眼睛里醫生只好把嬰兒全身麻醉再動手術切開眼皮還有破壞者在一間愛爾蘭酒吧的馬桶座塗了瞬間膠不知情的顧客一屁股坐上去就下不來了這類的傳聞逸事是很難認真追查的在經人發現送醫之前他有好長一段時間可以仔細觀察蒼蠅怎麼在牆面上行走當然在送醫過程他的屁股還是黏在馬桶座上醫生用丙酮C3H6O溶解瞬間膠才把他從膠著的困境中救了出來

除了丙酮還有其它物質也可以溶解瞬間膠乙腈CH3CN也有這種本事而且在卸假指甲時特別特別有效如果使用得當它們算很安全但如果吃進肚子里就很難說了乙腈在體內新陳代謝後會釋放出氰化物CN曾發生可怕的乙腈中毒意外一個16個月大的嬰兒居然吞食了十五到三十毫升的乙腈溶劑母親立刻把嬰兒送到毒物管制中心但母親與毒物管制中心的人沒溝通好產生了一點誤會中心的人誤以為小孩子吃到的是去光水或丙酮這模擬較不危險的化學藥劑因此並未採取特殊的急救措施第二天上午嬰兒就死了又是一個乙?毒物的犧牲者

黏膠的本身也牽涉到一些健康問題記不記得1995年轟動一時的電視連續劇歡樂單身派對Seinfeld的最後情節傑瑞的朋友喬治幾乎要結婚了喬治與未婚妻蘇珊忙著寄結婚請帖但後來卻遲遲沒有進行婚禮這大概讓喬治鬆了一口氣因為蘇珊中毒了而這全是喬治的錯這個小氣鬼買的信封是最便宜的蘇珊用舌頭舔濕信封的封口膠導致中毒劇中暗示如果喬治不那麼小氣這種事是可以避免的因為較貴的信封封口的黏膠質量較好毒性較低這段劇情有可能是真實故事的翻版嗎絕不可能

我們的法令對信封上的封口膠有非常嚴格的安全標準因為很可能有人會把它吞下肚所以規定這種黏膠要達到食物的安全標準這類黏膠的種類很多水溶性阿拉伯膠來自洋槐糊精則是玉米澱粉做的至於最適用的則是聚乙烯醇我們也試過別的東西來加強黏膠的彈性與塗布質量如甘油玉米糖漿醇類尿素硅化鈉與乳狀的蠟我們還試用過一些防腐劑安息香酸鈉C6H5CO2Na四基氨水化合物以及酚類物質這些東西當然不可能好吃但至少是無毒的事實上蟑螂只要有封口膠可以吃就能夠存活很久

如果對黏膠還有任何疑慮的話可能是它會引起某些過敏反應有少數人會對地毯背膠傢具上光膠甚至假指甲里的黏膠過敏對黏膠過敏的事件我有一件很好玩的例子而且我與當事人相當熟我有個朋友多年來一直過敏流眼淚流鼻水呼吸急促起先醫生以為是花粉引起的因此當她過敏的情況愈來愈嚴重時就為她做一系列的過敏原測試但奇怪的是她對這些一般性的過敏原都沒有反應有一天她正好又為過敏所苦惱碰到一位舊識就對老友訴苦這位老朋友想了想忽然問她是不是戴假指甲因為發問的這位老朋友以前也遭受到同樣的困擾但自從拿下要用黏膠粘黏的假指甲後過敏癥狀就不葯而愈了我朋友一聽立刻趕回家取下假指甲你也知道發生什麼事了吧第二天起她的過敏就一去不返了

我正好在此時介入此事就建議我朋友做個對照實驗證實自己的假設她本身是藥劑師知道如何進行科學調查她戴上假指甲就過敏拿下來就沒事後來她的醫生測試她對指甲黏膠氰基丙烯酸酯的反應發現果然是陽性的從此每次她的醫師碰到新病人不管是男是女總是會問對方有沒有戴假指甲當我在廣播節目里談到這個奇怪的故事時得到另外一位女士熱烈的迴響她還提供了另一則有趣的故事這位女士裝了假牙卻對假牙用的丙烯酸酯類黏膠過敏之後她每次經過修指甲的美容院都會有過敏反應我無法證實她說的情節但在奇異的過敏世界里什麼怪事都可能發生

4黏膠故事編輯關於黏膠還有個故事值得一說就是美國3M公司首席科學家席爾巴Spencer F. Silver的故事雖然他不是家喻戶曉的人物但他發明的利貼Post-It卻幾乎是人人皆知1998年美國化學學會特別因為他發明利貼而頒獎給他他發明的這種特殊黏膠要它黏就黏要撕下來就撕下來而這種東西的背後有一段很奇妙的故事

1968年席爾巴博士為3M公司研究出一種對壓力很敏感的黏著劑這種東西可以立刻黏著在表面上但是當你想把它拿下來時卻又不會傷到它原先附著的表面今天這種產品已經相當普遍到處都有可隨時去除的黏著劑但在1968年沒有人知道有這種東西科學家確實知道有些聚合物在某種條件下是可以剝除的譬如天然橡膠但它們的特性都很不理想於是席爾巴開始著手研究他做出一些合成聚合物最後得到一種黏著力不強但很容易撕開的東西但它有個缺點不是每次都能撕得乾乾淨淨的後來連席爾巴自己也對這東西喪失興趣了

幸好在1970年代早期XX3M公司的化學工程師富萊Arthur Fry對這東西感興趣更巧的是富萊參加教會的唱詩班需要可以貼在樂譜上的小紙條在特定的幾頁做記號正好他記得席爾巴發明過一種不太黏的黏膠於是他用這種黏膠塗在紙條的背面用來標示樂譜這樣子紙條既不會掉且容易撕下也不留痕跡這就是利貼的雛型

後來富萊又花了一年半改善它的缺點他發展出一種初級膠用來把黏著劑黏在紙上讓黏著劑不會黏到便條紙要貼上的物質表面然後他發展出製造這種便條紙的機器但利貼並不是一上市就造成轟動它是靠巧妙的銷售策略來推動的3M公司在美國愛達荷州的波夕市分送免費贈品給上班族用過的人有九成在贈品用完後會掏腰包再買來用今天的利貼採用了非常複雜的技術已經真的可以一再重複使用它的黏性來自尿素甲醛樹脂的微小顆粒在壓力之下這些小顆粒會XX但不會同時全部XX一張利貼便條可以重複使用多少次呢我不知道應該做個實驗來試試我會寫張便條提醒自己這件事當然是寫在利貼上啦