接着剤、分離に抵抗する表面付着によって機能的な方法で材料を一緒に保持できる任意の物質。一般的な用語としての「接着剤」には、セメント、粘質物、接着剤、およびペーストが含まれます。これらの用語は、接着結合を形成する任意の有機材料と交換可能に使用されることがよくあります。ポルトランドセメントなどの無機物質も、表面の取り付けによってレンガや梁などの物体をまとめて保持するという意味で、接着剤と見なすことができますが、この記事では、天然および合成の有機接着剤の説明に限定します。
天然接着剤は古くから知られています。3300年前のエジプトの彫刻は、ベニヤ板のように見えるものに薄いベニヤ片を接着したものを描いています。初期の不織布であるパピルスには、小麦粉ペーストで接着された葦のような植物の繊維が含まれていました。ビチューメン、木のピッチ、および蜜蝋は、古代および中世にシーラント（保護コーティング）および接着剤として使用されていました。照明された原稿の金箔は卵白で紙に接着され、木製の物体は魚、角、チーズからの接着剤で接着されました。動物と魚の接着剤の技術は18世紀に進歩し、19世紀にはゴム系とニトロセルロース系のセメントが導入されました。しかし、接着剤技術の決定的な進歩は20世紀に待ち受けていました。その間、天然接着剤は改良され、多くの合成物が市場から天然接着剤に取って代わるために研究所から出てきました。20世紀後半の航空機および航空宇宙産業の急速な成長は、接着剤技術に大きな影響を与えました。高度の構造強度を持ち、疲労と過酷な環境条件の両方に耐える接着剤の需要は、高性能材料の開発につながり、最終的に多くの産業用および家庭用アプリケーションに採用されました。
この記事は、接着の原理の簡単な説明から始まり、次に、天然および合成接着剤の主要なクラスのレビューに進みます。
粘着力
接着ジョイントの性能では、接着剤の物理的および化学的特性が最も重要な要素です。接着接合が適切に機能するかどうかを決定する上で重要なのは、被着体のタイプ（つまり、接合されるコンポーネント-例、金属合金、プラスチック、複合材料）と表面前処理またはプライマーの性質です。これらの3つの要素（接着性、被着体、表面）は、結合構造の耐用年数に影響を与えます。次に、結合構造の機械的動作は、ジョイント設計の詳細と、加えられた荷重が1つの被着体から他の被着体に伝達される方法に影響されます。
許容できる接着ボンドの形成に含まれるのは、接着する被着体を濡らして広げる接着剤の能力です。そのような界面分子接触の達成は、強力で安定した接着接合の形成における必要な最初のステップです。濡れが達成されると、固有の接着力がいくつかのメカニズムを介して界面全体に生成されます。これらのメカニズムの正確な性質は、少なくとも1960年代から物理的および化学的研究の対象となっており、その結果、多くの付着理論が存在しています。付着の主なメカニズムは吸着理論で説明されており、これは物質が分子間の密接な接触のために主に付着すると述べています。接着剤接合部では、この接触は、接着剤と被着体の表面層の分子が及ぼす分子間力または原子価力によって達成されます。
吸着に加えて、付着の他の4つのメカニズムが提案されています。最初の機械的インターロックは、接着剤が被着体表面の孔または表面の突起の周囲に流れ込むときに発生します。2番目の相互拡散は、液体接着剤が溶解して被着体材料に拡散するときに発生します。3番目のメカニズムである吸着と表面反応では、接着分子が固体表面に吸着して化学反応すると、結合が発生します。化学反応のため、このプロセスは上記の単純な吸着とはある程度異なりますが、一部の研究者は化学反応を全吸着プロセスの一部であり、別個の接着メカニズムではないと考えています。最後に、電子または静電引力理論は、静電力が、電子バンド構造が異なる材料間の界面で発生することを示唆しています。一般に、これらのメカニズムの1つ以上が、さまざまなタイプの接着剤と被着体の望ましいレベルの接着を達成する上で役割を果たす。
接着結合の形成において、移行ゾーンは、被着体と接着剤との間の界面に生じる。中間相と呼ばれるこのゾーンでは、接着剤の化学的および物理的特性が非接触部分のものとはかなり異なる場合があります。一般に、相間組成は接着接合部の耐久性と強度を制御し、主にある被着体から別の被着体への応力の伝達に関与すると考えられています。間期領域は、環境破壊の場所であることが多く、関節不全を引き起こします。
接着結合の強さは通常、破壊試験によって決定されます。破壊試験では、試験片の破壊点または破壊線に設定された応力が測定されます。剥離、引張重ね剪断、へき開、疲労試験など、さまざまな試験方法が採用されています。これらのテストは、さまざまな温度およびさまざまな環境条件下で行われます。接着接合部を特徴付ける別の方法は、中間相の単位領域を切断するのに費やされるエネルギーを決定することです。このようなエネルギー計算から得られた結論は、原則として、応力分析から得られたものと完全に同等です。
接着剤
事実上すべての合成接着剤と特定の天然接着剤は、巨大分子であるポリマー、またはモノマーとして知られている何千もの単純な分子の結合によって形成される高分子で構成されています。ポリマーの形成（重合として知られる化学反応）は、重合が接着結合の形成と同時に行われる（エポキシ樹脂とシアノアクリレートの場合のように）「硬化」ステップ中に発生する可能性があります。スチレン-イソプレン-スチレンブロックコポリマーなどの熱可塑性エラストマーと同様に、接着剤として材料を適用する前に形成されます。ポリマーは、強度、柔軟性、および被着体の表面に広がり、相互作用する能力、つまり許容可能な接着レベルの形成に必要な特性を付与します。
天然接着剤
天然接着剤は、主に動物または植物由来です。20世紀半ば以降、天然産物の需要は減少していますが、特定の製品は、特に段ボール、封筒、ボトルラベル、製本、カートン、家具、ラミネートフィルムやフォイルなどの木および紙製品で使用され続けています。 。また、さまざまな環境規制により、再生可能資源由来の天然接着剤が新たに注目されています。最も重要な天然産物を以下に説明します。
動物のり
動物用接着剤という用語は通常、皮膚、骨、筋肉の主要なタンパク質成分である哺乳類のコラーゲンから調製された接着剤に限定されます。酸、アルカリ、または温水で処理すると、通常は不溶性のコラーゲンがゆっくりと溶解します。元のタンパク質が純粋で変換プロセスが穏やかな場合、高分子量の製品はゼラチンと呼ばれ、食品や写真製品に使用できます。より強力な処理によって生成された低分子量の材料は、通常、純度が低く、色が濃く、動物用のりと呼ばれます。
動物用接着剤は伝統的に、木材の接合、製本、サンドペーパーの製造、ゴム引きのテープなどの用途に使用されてきました。高い初期粘着性（粘着性）の利点にもかかわらず、多くの動物用接着剤が変更されているか、完全に合成接着剤に置き換えられています。
カゼイン接着剤
この製品は、牛乳から得られるタンパク質であるカゼインを水性アルカリ性溶媒に溶解して作られています。アルカリの程度と種類は製品の挙動に影響します。木材の接着において、カゼイン接着剤は一般に、耐湿性と老化特性において真の動物用接着剤より優れています。カゼインは、塗料やコーティングの接着特性を改善するためにも使用されます。
血液アルブミン糊
このタイプの接着剤は、新鮮な動物の血液または水が加えられた乾燥した可溶性の血液粉末から得られる血液成分である血清アルブミンから作られます。卵白-水混合物にアルカリを添加すると、接着特性が向上します。血液からの接着剤製品のかなりの量が合板産業で使用されています。
澱粉とデキストリン
デンプンとデキストリンは、トウモロコシ、小麦、ジャガイモ、または米から抽出されます。それらは、水に可溶または分散可能であり、世界中の植物源から得られる植物性接着剤の主要なタイプを構成します。でんぷんとデキストリンの接着剤は、段ボールやパッケージング、壁紙の接着剤として使用されます。
