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| 胶是如何粘东西的 我们的唾液并不像蟾蜍的唾液那样有黏性，我们杂志所用的纸张也不像邮票的“背胶”那样遇湿变黏。但是，有不少人翻书的时候喜欢用手指头蘸上点唾液，点钞时也往往喜欢蘸上一点水，这是因为湿的手指肚儿和纸张之间的亲密接触能够最有效地“翻页”。如果说书页之间不存在胶，那又是什么在起作用呢？其实，这没什么神秘的，不过是一个电子交换、移动和借用的问题——这里的胶就是唾液的水分子和书页分子之间的建立的一种联系，在相互交换了一些电子之后，由于正电和负电之间存在吸引力，这些分子聚合在一起，这就像从管中挤出才有黏性的其他黏性材料所起的作用一样。但是，胶水的世界不只是这么简单，还有许多令人惊奇之处。 胶合现象尽管看似简单，但是却有许多理论专门来解释物体表面（所谓的基底）的原子和胶之间发生作用的机理。可粗分为三种情况。 第一种可能是一种真正的嵌入。胶之所以能嵌进去，是因为任何物质表面都是粗糙的，尽管我们用肉眼无法看到。 即使最光滑的物体，从弹子球到玻璃板，表面也都是粗糙的。当然，我们的触觉或视觉并不能感知它们的凹凸不平，因为这种不光滑是原子尺度上的，也就是埃（10-10米）的数量级。 这就是为什么说两个物体相接触时，它们实际上相互间几乎没有真正触及到，而只有极少数的原子能够“头碰头”。在某些特殊情况下，这个比例为1：10000，这意味着在一个小区域内如果有一个接触点，那么就会有1万个“真空”点。有一些胶正是利用了这些凹凸不平，因为它们慢慢渗入到这些微小的凹地，浸入到微小的缝隙之中，然后在要胶合的两个表面之间凝固，物体就像乐高玩具一样结合在一起。这种现象被称为机械黏合。 第二种是吸附黏合：一层极薄的胶水分子同物体基底的分子借助分子间的力（又称范德瓦尔斯力）连接在一起，溶剂一旦蒸发，这些分子就稳定下来，胶水凝固。这种联系被定义为电磁型的联系，就像手指肚儿一唾液一纸张的情况一样。 第三种理论是前一个理论的延伸，解释了胶水分子并不仅仅限于停留在基底表面，而是渗入到基底的分子之间，因此分子间的力在更深层发挥作用。 对摩擦的误解 几年前，凡是涉及摩擦的物理学文章都还在这样解释摩擦现象：如果一个物体很难在另一个物体上滑动，那么其原因就在于表面存在着微小的凹凸不平，即使那些表面看起来很光滑的物体也是如此。人们认为，高低不平相互嵌入就会引起摩擦。但是现在对黏合、抛光和润滑等进行的研究表明，实际情况却恰恰相反。尽管许多方面还必须有待澄清，但有一件事却是可以肯定的：摩擦取决于物体间的黏合，也就是取决于接触面之间的电磁力的作用。 所有的分子都带有运动着的电荷。实际上，因为电子带的是负电荷，与原子核所带电荷性质相反，电量相等，所以每个分子都是电中性的。然而，这并不意味着分子之间不存在电的相互作用。当两个物体进行接触时（杯子放到桌上，鞋跟踩在地板上等），基底分子相互接近，每个分子上所带的电荷会相互干扰：分属于两个表面的电子都有移动倾向，要在空间中重新分布，以使相互排斥减少到最低限度。这有点像汽车过于拥挤时乘客情愿选择下车去坐下一辆，为的是减少令人不愉快的身体接触。 电子的这种移动造成了不平衡：两个表面之一完全带负电；另一个表面则完全带正电，因为电子被挤跑了。结果就是，在它们之间产生了短程作用的相互吸引的电磁力，由此产生了摩擦。 无法抵抗的强力胶 由分子间的重要联系，人们可以明白为什么某些材料（比如纸与纸）很容易黏合在一起，而另外一些材料似乎对黏合剂的黏力具有抗性。比如，最好不要浪费胶水，试图让两块聚乙烯类的塑料（像食品包装用的塑料）粘在一起，因为这种塑料没有活跃的双键，也就是没有原子提供游离电子，因而无法创建同黏合剂的分子相互作用的“电磁桥”。 然而，有一种强力胶，几乎所有的材料都无法抵抗它的威力，这就是氰基丙烯酸酯黏合剂（一般叫做Attak），它借助涂抹之后发生的一系列化学反应发挥作用。实际上，在从管子里出来时，空气、光或者湿度足以产生所谓的聚合作用：黏合剂的分子结合成长链，长链相互链接，形成一张网，就像鱼网一样。这种交织使胶能够固化，而变得非常有效。 “这些产品的优势就是能够在一瞬间产生一种强大的黏合力。”德国汉高公司（Henkel）的化学家斯特凡诺?赫尼施（Stefano Hoenisch）解释说，“发生反应与氢氧根有关，也就是与存在少量的负电粒子有关，这些粒子由一个氧原子和一个氢原子构成，存在于同黏合剂相接触的物体的表面。然而这还不够，因为湿度也很重要。通常，在空气中和物体表面存在的湿度就足以激发聚合反应了。”这就是为什么超级胶不会粘在装它的管子里的原因，实际上，聚合作用在管内还没有发生，因此管内装的液体没有黏性。 起动聚合反应的另一个例子就是世界上“被舔得最多”的胶——信封和邮票上的胶。“这种黏合剂属于可湿润型。在经过涂抹之后，黏合剂（一般是‘水基’产品）被弄干。人们通常使用糊精、聚乙烯醇和PVP（聚乙烯基吡咯烷酮）类的黏合剂，当黏合剂湿润之后，就重新开始发挥作用，回到原始状态，邮票或者信封就能黏合了。” 除空气和湿度之外，还有一些胶在缺氧条件下发挥作用，比如厌氧胶，对金属表面（或者有紫外线的情况下）最为理想，也可用于透明塑料，或者作为电子元件的封蜡。这个领域的研究十分广泛：实际上有了黏合剂就可以建造复杂的结构，否则的话，即使仅从费用的角度来看也是无法实现的。比如，空中客车机翼的一部分，还有卫星的一些部分，以及太空探测器的太阳能电池板就是使用一种特殊的胶进行固定的。 从“古胶”到硅酮 我们新石器时代的祖先就会使用胶水。当然他们不是为了粘贴邮票，而是为了粘贴篮筐，装饰骷髅头。这是特拉维夫魏茨曼科学研究所的阿里?尼森鲍姆（Arie
Nissenbaum）研究员在对一个奇怪的黑色固体团进行研究后的发现，他不小心弄脏了一些出土文物，起初被错认为是沥青。但在用电子显微镜进行分析后，人们才发现这其实是一种动物源的材料——胶原，也就是大量存在于皮肤和软骨中的蛋白质和纤维物质。 直到20世纪初，源自大自然的胶仍然是人们惟一的可能选择。比如，第一次世界大战的飞机制造商采用的胶以酪蛋白（牛奶的主要蛋白质）为基础，它是固定木材的绝佳材料，然而这种胶有一个很大的缺陷：吸收潮气，滋生霉菌，这样，对胶合就会产生影响。自30年代开始，以合成物质为基础的胶开始增加，多亏了这种胶的出现，霉菌的危害减少，对于温度的耐受性增加。 今天，黏合剂常以硅硐为基础，这是1907年由英国化学家弗雷德里克?基平（Frederic Kipping）在实验室中获得的合成物质。其分子的主干是由氧和硅交替构成的原子链。就像挂在圣诞树枝杈上的小球一样，挂在这个主干上的是不同的有机分子团，它们决定着硅硐的类型：液体、润滑剂、弹胶物等等。 吝啬的胶条生产商 世界上大名鼎鼎的黏合剂当属一般称作Scotch的那种胶带（现在，它已经成为一系列产品的商标名），由理查德?德鲁（Richard Drew）发明，他是一位班卓琴演奏家，1923年开始为美国3M公司工作。那么，苏格兰（Scotch）是怎样成为一种胶条的商标名的呢？ 他生产的第一卷透明胶条并不十分好用，因为只在胶条的边缘涂上了胶，而中间部位则没涂。正是数不清的失败过程中，德鲁听到有人说：“向你的顶头上司那些苏格兰人说，给我们再增加点胶吧。”德鲁立马想到，这话对于解决胶条不黏的问题倒是蛮合适的。由于苏格兰人在英语中为Scotch，德鲁便给新胶条取了“苏格兰”这个商标名（在中国也称“思高”）。 今天，这个家喻户晓的胶条不但是日常家居的常备之物，还使科学家们揭示了一个秘密。法国国家科学研究中心的西普里安?盖伊（Cyprien Gay）和埃尔夫阿托化学公司（CNRS-Elf Atochem实验室的卢兹维克?莱布勒）（Ludwik Leibler）都认为： cotch同物体表面粘得太紧了，把它们分开所需的能量远远高于理论功行赏所必需的能量（大约是1万倍）。原因很简单：无论是胶里面还是物体表面的凹凸不平中包含的小气泡，其作用就像许多小吸盘，它们相互吸附的作用使Scotch的黏合力成倍增加。实验是在显微镜下进行的。当撕下贴在玻璃上的一段胶条时，拉长的气泡内的低压倾向于使两个表面结合在一起，就好像一排小活塞。一旦气泡膨胀，小气泡就彼此融合在一起。到一定程度时，如此胀大的气泡网达到了拉力的极限，空气开始从外部进入气泡。这种现象也可以听见，也就是人玻璃上撕下胶条时通常听到的那种响声。 经得住微笑考验的黏合剂 有时黏合剂还会给我们带来惬意的微笑。补牙用的充填材料是以化合物为基础的，为了保持美观，现在前牙一般使用光敏复合树脂等，后牙除使用传统的银汞合金（呈金属灰色，氧化后变成灰黑色，确实有碍美观）外，现在已经出现了一种与建造飞机和赛车部件的材料相同的高强度的合成树脂，其机械特性表现得恰到好处，这就是轻巧、坚固，而且还很美观，可以选择与牙齿颜色最接近的颜色。它惟一的缺点就是“凝固”阶段有向填充修复的中心收缩的倾向，会使充填物稍微离开牙壁。一些特殊的黏合剂——牙齿珐琅质的黏合剂使这个问题得到了了解决。 “在牙齿的珐琅质出现龋齿的时候，”米兰圣保罗大学牙科主任福斯托?费拉里奥（Fausto Ferrario）解释说，“在去除了龋组织之后，要为牙齿备洞，增加其粗糙度，用一种以正磷酸为基础的凝胶进行处理。这种操作使黏合剂的第二种成分——一种以甲基丙烯酸羟乙酯为基础的液体树脂能够渗入到由前面的处理所产生的凹凸不平之中：然后黏合剂在特殊灯的光照下进行聚合反应，这样就能使牙齿和修复部分合二为一，把充填物与牙壁的脱离限制到最小程度。”目前的化学反应限制了树脂与牙齿的紧密黏合，因为充填料的含水量大大高于牙齿的珐琅质。费拉里奥继续说：“在实施黏合阶段，保持牙齿合适的湿度是极其困难的，牙齿水分太多会阻止树脂与牙齿很好地黏合，因为树脂必须同胶原纤维黏；而牙齿失水多又会使组织的胶原纤维脱落。”
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