胶者,以为和也。如果有东西碎了,我们首先就会想能不能用胶再粘起来。不管是塑料、木材、金属还是陶瓷,大都能用相应的胶粘剂粘接,胶还能用来粘飞机、假肢、伤口,甚至我们身体里的胶原蛋白也是“胶”的一种。胶几乎到了无处不在的程度,以至于有人说我们的世界都是用胶粘接在一起的。
其实早在冰川时期,远古人为了制造出杀伤力更大的捕猎工具,会采集天然的沥青用以固定和粘接锋利的石头和木棍。在几千年以前,人类已经用粘土、淀粉、松香和动物血等天然物质作胶粘剂,来粘接城墙砖块、棺椁缝口及房屋木柱榫头等。
中国也是使用胶粘剂较早的国家。据文字记载和考古证实,中国在秦汉时代就广泛应用天然胶粘剂,制造与使用方法在文献中也多有记载,如《考工记》中就记录了鹿胶、马胶、牛胶、鼠胶、鱼胶、犀胶等动物胶的颜色和用法,《齐民要术》里也记载了用动物皮煮胶的方法及其质量标准。
再比如中华文明独创的建筑胶粘剂糯米砂浆。大约1500年前,古代中国的建筑工人将糯米和熟石灰以及碎砂石混合,制成了超强度的糯米砂浆,然后将其填补在砖石的空隙中。这种粘接材料让包括长城在内的许多中国古代的宏伟建筑历经千年风雨仍然保持着稳定坚固的状态。
粘接原理
对于胶粘剂对被粘物形成一定粘合力的机理,至今研究的尚不完善,概括起来有五种理论:
①机械理论,认为胶粘剂能渗透深入到被粘物表面的孔隙中去,固化时通过镶嵌将被粘物连接起来;
②吸附理论,认为粘接力是靠胶粘剂和被粘物分子之间的吸附作用形成的;
③扩散理论,认为胶粘剂和被粘物分子之间不仅互相接触,还必须相互扩散才可能形成牢固的粘合;
④静电理论,认为胶粘剂与被粘物之间有双电层存在,由于双电层的静电吸引而形成粘合力;
⑤分子理论,认为胶粘剂与被粘物只要能达到分子接触,则分子间的相互作用和化学键或双电层相互吸引等,都能形成粘合力。
天然胶粘剂
早期人类使用的都是天然胶粘剂,包括动物胶、植物胶和矿物胶。来源于动物蛋白质的如骨胶、酪素胶、鱼胶、血胶等,称为动物胶。来源于植物的如淀粉、阿拉伯树胶、海藻酸钠、木质素、单宁、松香、生漆等,称为植物胶。来源于石油、煤的如沥青等,称为矿物胶。
合成胶粘剂
天然胶粘剂来源丰富,价格低廉,多数是水溶性或水分散性,无毒或低毒。但耐水性不好,产量和质量容易受原料生产的地区、气候等因素影响。到了近代,特别是工业革命以后,人类对胶粘剂的需求越来越大,对性能的要求也越来越高,传统方法获得的天然胶粘剂已经不能满足需求了。
1912年美国的L.H.贝克兰首先发现了新物质酚醛树脂,并将其作为胶粘剂用于木材粘接,开启了人工合成胶的时代。此后,化学家们在酚醛树脂的基础上逐渐发明出了多种新型的粘接材料。20年代末至30年代初,脲醛树脂作为胶粘剂用于木材工业,胶粘剂开始了以合成树脂胶粘剂为主的发展道路。40~50年代,不饱和聚酯、环氧树脂和聚氨酯胶粘剂问世,合成橡胶和热塑性树脂在粘接领域中得到了广泛的应用;此后又开发了合成橡胶改性的合成树脂胶粘剂,即橡胶-树脂胶粘剂,并成功地用于粘接飞机机身部件。于是,胶粘剂进入了粘接金属结构部件的发展阶段。此后,合成胶粘剂在不断增加新品种,这些新型胶迅速改变了一些行业传统的生产工艺,不但可以提高生产效率还能促使产品小型化和轻量化。
“万能胶”502
现在市场上的胶水种类很多,性能也各异,但要说日常生活中最常使用的,502胶水应该算一个,虽然用过它的人大概率都被它粘到过手指,但由于粘接性能优异,价格也便宜,所以502仍然被当成是家庭常备胶水的首选。
502是以α-氰基丙烯酸乙酯为主,加入增粘剂、稳定剂、增韧剂等材料合成的。是一种无色透明的液体,并具有易挥发性,具有遇微量水分即聚合固化,固化速度快、使用方便、粘接力强以及适用多种粘接材料等优点。但是502胶水为什么要用“502”而不是其它的数字命名,它究竟代表了什么特殊的含义?有人说这种胶水是通过502次实验才成功的,所以叫502。也有人说是按照胶粘剂成分中基团的类型来命名。比如甲酯就是1,命名为501;乙酯就是2,命名为502;丙酯就是3,命名为503。
1942年,美国的哈里·库弗博士研制出了能在常温下能快速(几十秒钟)固化的氰基丙烯酸酯胶粘剂,1958年这种速干胶由伊士曼柯达公司投放市场,称其为Super Glue,开创了瞬间粘接的新时代。
当时中国也有人注意到了这种新型胶粘剂,这就是葛增蓓,他也肩负起来发明中国速干胶的任务。1964年,葛增蓓在当时的北京中科院化学所研制出了中国自己的速干胶。这款速干胶被命名为KH502,其中的“KH”是当时中科院化学所的简称,而“502”则是当时研制它的实验室的房间号。
后来新研制出的胶水也有些沿用了502这样用数字表示型号命名的规则,但后面的数字不是房间号了。此时胶粘剂有了国家分类标准,再出现新的胶粘剂就按照国家标准来命名,名称中的数字就表示胶水类别、物理形态、粘稠程度以及具体成分等实际含义了。(马烨华)