为什么胶水有时候粘不牢?

我们在生活中可能都遇到过这样的情形:贴到瓶子上的标签, 一松手就从瓶子上滑落;粘到墙上的挂钩, 看上去很牢固, 可挂上重物后就连挂钩带重物一起摔到地上;刚买的新鞋, 穿了没几天鞋面和鞋底就分了家 。 这些情况都说明, 本来应该把两个物体牢固粘在一起的胶, 并没有真正尽到它们的职责 。
为不同的材料和不同的应用场合选择合适的胶往往并非易事, 很多时候甚至只能通过经验来判断 。 不过我们仍然可以从最基本的科学原理来分析一下, 当胶粘不牢的时候, 问题可能出在哪里 。
让我们不妨先回顾一下笔者《胶带是如何粘住物体的?》一文(http://zhidao.baidu.com/daily/view?id=5421&preview=1)中介绍过的万能胶的工作原理 。 万能胶这种常见的胶的主要成分是氰基丙烯酸乙酯, 这是一种粘度很低、易于流动的液体 。 当我们需要用万能胶粘合两个物体时, 只要滴几滴在其中一个物体的表面上, 让氰基丙烯酸乙酯的液体在固体表面铺展开形成一层薄膜, 再把另一个物体覆盖上去, 随着氰基丙烯酸乙酯在水汽作用下固化变成聚氰基丙烯酸乙酯, 两个物体就被牢固粘住一起了 。
【为什么胶水有时候粘不牢?】现在问题来了:氰基丙烯酸乙酯的液体为什么会在固体表面铺展开来?有的朋友可能会说, 俗话说, 人往高处走, 水往低处流, 重力使然嘛!的确, 液体不像固体那样能够保持固定的形状, 因此总是会在重力作用下到处流动 。 然而如果你仔细观察一下落在不粘锅表面的水滴, 或者落在玻璃表面的水银液滴, 就会发现这句话并不总是正确的 。 在这两种情况下, 液滴都不再自发地铺展在固体表面, 而是尽量保持球形 。 这是为什么呢?
当氰基丙烯酸乙酯安静地呆在瓶子里的时候, 它们的分子通过分子间作用力彼此吸引 。 当我们把液体滴到固体表面时, 这种吸引力会促使氰基丙烯酸乙酯保持球形的液滴 。 然而我们之前提到过, 分子间作用力不仅存在于同种分子之间, 也存在于不同的分子之间 。 此时此刻, 固体表面的分子与氰基丙烯酸乙酯分子也存在一个互相吸引的作用, 这个作用会促使液体不再保持液滴形状, 而是在固体表面铺展开 。 那么氰基丙烯酸乙酯的液滴将何去何从呢?这就取决于两种分子间作用力的“较量”了 。
如果氰基丙烯酸乙酯分子与固体表面分子之间的吸引力要强于氰基丙烯酸分子彼此之间的吸引力, 那么氰基丙烯酸乙酯的分子就会在固体表面分子的“勾引”下在固体的表面铺展开, 形成均匀的一层膜 。 这种现象, 我们称为氰基丙烯酸乙酯的液体能够浸润某种固体 。 之后我们把另一个固体盖在这层膜上面, 使之充分接触 。 随后氰基丙烯酸乙酯固化成聚氰基丙烯酸乙酯, 于是两块固体就被粘在一起 。 相反, 如果氰基丙烯酸乙酯分子之间的吸引力更强, 那么它们就不大愿意在固体表面铺展开, 而是倾向于继续保持球形的液滴, 也就是说, 不容易浸润这种固体 。
液体是否能够在固体表面自发扩展还可以从能量的角度考虑 。 固体与气体接触的地方总是有一个额外的能量, 叫做表面能, 因为在表面处固体分子不得不与气体分子相接触 。 一个表面总是希望这个能量越低越好 。 如果把一层液体覆盖在固体表面, 那么固体改和液体接触, 液体则与气体接触, 虽然一个表面变成了两个表面, 很多情况下总的表面能反而降低了 。 在这种情况下, 液体自然容易在固体表面浸润 。 相反, 如果某种液体覆盖上去后表面上的能量反而显著升高, 那么浸润就变得不大可能发生 。

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