世界上最强的胶水是什么：粘合剂背后的超粘科学
文摘
教育
2024-08-01 16:51
英国
Education in Chemistry (eic) 杂志是英国皇家化学会的化学教育杂志，致力于为化学教师分享有用的教育教学新闻、文章以及资源。
本文介绍了胶水的历史和科学原理，重点介绍了世界上最强的胶水 —— 一种合成环氧树脂。
作者 Kit Chapman 是一位屡获国际奖项的科学记者，对科学史和元素发现特别感兴趣。他拥有桑德兰大学的科学史和科学哲学博士学位以及布拉德福德大学的药学硕士学位。
胶水帮助我们把当今世界凝聚在一起。但是，什么是将您的作业纸、摔坏的杯子或做受伤的手指粘合在一起的最佳粘合剂呢？答案比抓起最近的胶水要复杂亿点点。
自然界中有很多粘性物质，例如含糖的水基树液。通常是这种粘性的来源不是分子内的化学键，而是分子之间的相互作用（分子间作用力）。例如，水分子由于其极性而天然就具有粘性。处于分子中心的氧中心有两对孤对电子，它们被其他水分子附近的氢原子吸引。这些分子之间形成氢键——一种分子间作用力。由于每个水分子可以形成四个氢键（每个氢一个，氧原子上的孤对电子两个），这使得水具有“粘性”。 别在家尝试，一些创伤医生使用特殊配制的医用胶水来帮助弥合伤口范德华力是另一种分子间作用力。它们依赖于表面积的大小，同时也是壁虎的脚可以粘在墙上的原因。如果你想了解更多，Laurie Winkless 的《粘性》一书是一个很好的起点。
人类制作胶水已有大约 20 万年的历史。其中的大部分时间，我们都借助天然具有粘性的植物物质混合在一起来制作胶水，但到了公元前 2000 年左右，我们已经学会了从马和牛等死去的动物身上制作粘合剂。我们通过加工（煮沸动物的结缔组织）来获得胶原蛋白 (collagen)，进而制得粘合剂。事实上，胶原蛋白这个词源于希腊语 kolla，本来是胶水的意思。 胶原蛋白是一种由氨基酸组成的长纤维链，通过氢键与其他链相互连接，然后与涂抹的表面形成化学键。由于这些长聚合物链能够稍稍拉伸，所以胶水不易碎，也不会断裂——所以很多胶水的金刚钻不仅仅是本身的粘性，而是柔韧性。今天最好的胶水仍然依赖于这些长链，但不再通过动物产品获得。在 20 世纪，公司开始使用合成高分子研发胶水。它们也能与表面发生化学键合，但形成的键要强得多。一个合成胶水的例子是氰基丙烯酸乙酯（ECA），它是“Super Glue”等胶水的主要成分。美国制造商最初在二战期间创造出它是为了生产塑料的枪械瞄准镜，但很快就放弃了这种胶水，因为它太粘了。不过，在后续的其他战争中发现了强力胶的真正用途。医务人员使用这种粘合剂来弥合枪伤，帮助受伤的士兵止血。我们不建议在家尝试这种方法，但一些创伤医生会用特殊配制的医用胶水来帮助弥合伤口。世界上最强的胶水仅需3克就能抬起惊人的 17.5 吨！合成胶水的工作原理各不相同，具体取决于它们要完成的工作。有些胶水，例如用于模型的塑料胶水，含有溶剂，当暴露在空气中时溶剂蒸发，干燥后会变硬。最强的胶水往往是树脂，我们一般通过将两种不同的成分混合在一起反应生成树脂。这会引起放热的化学反应，形成牢固的分子键，几乎能把任何东西粘在一起。 因此，世界上最强的胶水是环氧树脂也就不足为奇了。德国德路工业粘合剂的“DELO MONOPOX”目前保持着胶水举起最重重量的吉尼斯世界纪录。这种特殊的胶水买不到，因为它是工业强度胶水的特殊配方版本，添加额外的填料和进行热处理后变得非常坚固。2019 年，DELO 将一个钢制圆筒粘在装满混凝土石板的卡车和起重机臂之间。他们将40 米长起重机臂伸向空中，把卡车抬离地面一米高。最后，仅 3 克世界上最强的胶水就能举起惊人的 17.5 吨重物！![]()
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