食品级高分子黏合材料(黏合高分子)

绝大多数黏合剂的主要成分都是高分子。

本文是“高分子科普”的第二篇，对高分子基础知识和概念感兴趣的话可翻看——

与你一起，理解“高分子”

黏合的底层原理——分子间作用力

水，也能被用来做黏合剂：可以粘接两片纸或者两片玻璃，只要不挥发，效果也还不错。

这是因为——水填补了材料之间的空隙，像一个“中间人”，跟两边的材料拉起了手，传递了“分子间作用力”。这就是黏合的底层原理。

黏合剂的原理：同时跟两边的材料拉起手

不过，我们注意到，水只能用来粘纸片或玻璃片，不能粘塑料或橡胶，为什么呢？

浸润——黏合的前提

从上图我们知道，黏合剂必须要“填补空隙”，但这件事儿，其实挺难。

比如，不粘锅表面的“特氟龙疏水涂层”，这类疏水材料的微小空隙，水根本无法进入，更别说跟材料“拉起小手”了。换言之，水无法“浸润”特氟龙的表面。

不同浸润程度的液滴形状

一种液体，总是有可能‘浸润’某些固体，而无法‘浸润’另外一些固体。

不浸润，就没法黏合。

而高分子往往要比水更容易浸润大多数表面，这就是为什么，绝大多数黏合剂的主要成分都是‘高分子’。

黏合剂与涂料：本质上的相似性

我们常说“如胶似漆”，那么胶（黏合剂）和漆（涂料）有什么本质上的相似性吗？

“感于心，合于行，亲于胶漆。”——《史记》

五颜六色的涂料

从上面的分析，我们可以想见：黏合剂和涂料，虽然一个用在两种材料之间，另一个用在一种材料之上，但是，它们有一个共同点，就是必须能浸润。

还有另外一个共同点，就是无论是胶还是漆，都必须能够“干”，或者说，必须能够“固化”。

怎么才能让黏合剂或涂料“固化”呢？

溶液挥发法

我们知道，如果不小心把‘可乐’洒在了桌子上，就得赶紧擦干净，不然，等可乐‘干’了以后，桌子上就变得黏糊糊的，这是因为可乐中的水份挥发掉了，最终留下了一层“糖膜”。

所以，可乐其实就是一种“溶液型黏合剂”；以前“糊窗户”时用的“糨糊”（淀粉溶于水），也同样是一种“溶液型黏合剂”；而且，两者都属于“水溶液黏合剂”。

邮票的背面，就有一层薄薄的“已经干了的”水溶液黏合剂（称为“背胶”），只要沾点水或唾液，就可以粘在信封上了。虽然方便，但也带来了一个问题——“怕水”。集邮的人都知道，把信封上的邮票泡在水中一会，就可以很容易把邮票撕下来，就是因为背胶重新吸水变成了溶液。

老物件——邮票：自带背胶

有什么办法吗？

我们知道，许多高分子的单体本身是不溶于水的，不过，我们可以加一点“表面活性剂”，像洗衣液一样，让本身不溶于水的高分子单体形成小液滴分散在水中，然后再设法让这些单体聚合，这样，高分子液滴就稳定地待在水中了。

这样做的好处是，当水份挥发后，得到的胶就不再会溶于水了。

这种黏合剂还有点小问题，就是挥发后的表面不太均匀，毕竟是由许多微粒组成的；而且多少也会挥发一点有机溶剂出来。

那么，有没有不需要溶剂的黏合剂呢？

热熔胶

想必大家对热熔胶比较熟悉，尤其是配套的“胶枪”，更是手工制作的明星工具——

热熔胶的工具——胶枪

热熔胶本质上是“热塑性塑料”或“热塑性弹性体”，总之是“热塑性”的。

根据上一篇文章可知，这是一类“未经交联的线型高分子”，本身结构强度不高，一旦再次受热又将流动脱落。

我们知道，交联是个好方法，交联后材料形成“网型高分子”，结构稳定强度高，能不能利用一下呢？

AB胶：结构黏合剂

AB胶（常称为“哥俩好”）就是两种组分混合后，发生了化学反应，即“交联”。

“开弓没有回头箭”，交联一旦发生，就无法再熔融或溶解了。

AB胶的胶枪：保证比例准确、混合充分

而交联后的高分子强度很高，可以承受很大的力，常常被称为“结构黏合剂”。

有没有什么办法，不需要混合，也能交联固化呢？

光固化胶

我们讲过，一些化学物质（引发剂）能够打开碳碳双键，以帮助实现单体的聚合（小分子拉起小手）；而有些引发剂需要特定波长光的照射才能激活，这就是光固化胶的原理。

光固化胶，由“待聚合的单体”和“待激活的引发剂”组成，当受到合适的光照时，引发剂被激活，单体开始聚合，材料就被粘到一起了。

光照条件，是很温和的一种条件，这是光固化胶的一大优势。比如‘补牙’的时候，如果是热固化或者化学固化，难免对口腔造成伤害，而光固化胶只需一个紫外灯照射，伸入口腔中，一照即可。

光固化胶补牙

如果说光固化胶还有什么缺点的话，那也挺显然——粘接的物体至少有一个是透明的；这么说起来，应用场景也很受限制。

502胶

502胶是我们日常生活中很常用且实用的胶水，使用方便，挤出涂抹后快速固化，什么都能粘，称为“万能胶”。

502胶——万能胶

502胶既不需要像AB胶一样混合组分，也不用光照，它是依靠什么固化的呢？

靠“水”固化。

原来，空气中包含大量的水蒸气（‘湿度’），当502胶中的一种组分遇到水分时就会发生聚合反应，完成固化。

还有一类也是靠空气中的水气来实现化学反应，就是“硅酮密封胶”（就是我们常说的“玻璃胶”）。

硅酮密封胶有特别多的类型与型号

至此，我们看到了依靠组分混合来固化的“AB胶”，依靠光照固化的“光固化胶”，依靠空气中水份固化的“502胶”和“硅酮密封胶”。但其实，最牛的固化方式，恰恰是——

“不固化”。

无需固化的胶

生活中，“透明胶”、“双面胶”、“不干胶标签纸”都很常用，它们都无需固化，这一类胶有个统一的名字——“压敏胶”。

各种胶带

这些胶都是典型的高分子，不会挥发也不会干，但是非常黏；正是由于太黏了，所以当我们第一次粘在物体表面时，很难将缝隙填满，会影响胶粘效果，所以我们要“压一压”。

另外，典型的高分子都有一个特性——“剪切变稀”，简单地说，就是不流动时非常黏，一旦流动起来就会变稀，流动越快就越稀，所以，它们有了“压敏”这个称呼，这就又从另一个角度告诉我们要“压一压”。

黏合剂之大有作为——3D打印

黏合剂几乎都能用来作为3D打印的墨水，因为黏合剂与3D打印墨水在本质上非常类似，都需要完成从流动状态向固化状态的快速转变。

比如光固化胶，我们可以用光斑在胶水平面上扫出各种形状，一层一层，就实现了3D打印。

不过这样还是不够快，我们还可以用”面光源“直接照出一个面的形状。

这样还是不够快，来自北卡来罗来纳大学的德西蒙尼教授发明了一种极其快速的光固化打印方法——连续液体界面提取技术（CLIP），这种方法在实际打印时，就像变魔术一样，从胶水池中“拉”出一个物体来！

德西蒙尼教授利用了光固化胶的一个非常有趣的特性——光固化胶中不能含有氧气。这也是为什么光固化胶在生产时，一定要去除其中溶解的所有氧气。而在CLIP工艺中，我们反其道行之，让池子的底面可以渗透氧气，这样，大概有0.1mm范围内不会固化，因此也不会“把底面粘上”，这样就可以实现连续地打印了。

这种CLIP的打印效率比传统SLA打印快100倍，这种技术刚出现时非常震撼，马上就登陆了Science杂志的封面。

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