為什麼膠水有時候粘不牢？

我們在生活中可能都遇到過這樣的情形：貼到瓶子上的標籤，一鬆手就從瓶子上滑落；粘到牆上的掛鉤，看上去很牢固，可掛上重物後就連掛鉤帶重物一起摔到地上；剛買的新鞋，穿了沒幾天鞋面和鞋底就分了家。這些情況都說明，本來應該把兩個物體牢固粘在一起的膠，並沒有真正盡到它們的職責。

為不同的材料和不同的應用場合選擇合適的膠往往並非易事，很多時候甚至只能通過經驗來判斷。不過我們仍然可以從最基本的科學原理來分析一下，當膠粘不牢的時候，問題可能出在哪裡。

讓我們不妨先回顧一下筆者《膠帶是如何粘住物體的？》一文(http://zhidao.baidu.com/daily/view?id=5421&preview=1)中介紹過的萬能膠的工作原理。萬能膠這種常見的膠的主要成分是氰基丙烯酸乙酯，這是一種粘度很低、易於流動的液體。當我們需要用萬能膠粘合兩個物體時，只要滴幾滴在其中一個物體的表面上，讓氰基丙烯酸乙酯的液體在固體表面鋪展開形成一層薄膜，再把另一個物體覆蓋上去，隨著氰基丙烯酸乙酯在水汽作用下固化變成聚氰基丙烯酸乙酯，兩個物體就被牢固粘住一起了。

現在問題來了：氰基丙烯酸乙酯的液體為什麼會在固體表面鋪展開來？有的朋友可能會說，俗話說，人往高處走，水往低處流，重力使然嘛！的確，液體不像固體那樣能夠保持固定的形狀，因此總是會在重力作用下到處流動。然而如果你仔細觀察一下落在不粘鍋表面的水滴，或者落在玻璃表面的水銀液滴，就會發現這句話並不總是正確的。在這兩種情況下，液滴都不再自發地鋪展在固體表面，而是盡量保持球形。這是為什麼呢？

當氰基丙烯酸乙酯安靜地呆在瓶子里的時候，它們的分子通過分子間作用力彼此吸引。當我們把液體滴到固體表面時，這種吸引力會促使氰基丙烯酸乙酯保持球形的液滴。然而我們之前提到過，分子間作用力不僅存在於同種分子之間，也存在於不同的分子之間。此時此刻，固體表面的分子與氰基丙烯酸乙酯分子也存在一個互相吸引的作用，這個作用會促使液體不再保持液滴形狀，而是在固體表面鋪展開。那麼氰基丙烯酸乙酯的液滴將何去何從呢？這就取決於兩種分子間作用力的「較量」了。

如果氰基丙烯酸乙酯分子與固體表面分子之間的吸引力要強於氰基丙烯酸分子彼此之間的吸引力，那麼氰基丙烯酸乙酯的分子就會在固體表面分子的「勾引」下在固體的表面鋪展開，形成均勻的一層膜。這種現象，我們稱為氰基丙烯酸乙酯的液體能夠浸潤某種固體。之後我們把另一個固體蓋在這層膜上面，使之充分接觸。隨後氰基丙烯酸乙酯固化成聚氰基丙烯酸乙酯，於是兩塊固體就被粘在一起。相反，如果氰基丙烯酸乙酯分子之間的吸引力更強，那麼它們就不大願意在固體表面鋪展開，而是傾向於繼續保持球形的液滴，也就是說，不容易浸潤這種固體。

液體是否能夠在固體表面自發擴展還可以從能量的角度考慮。固體與氣體接觸的地方總是有一個額外的能量，叫做表面能，因為在表面處固體分子不得不與氣體分子相接觸。一個表面總是希望這個能量越低越好。如果把一層液體覆蓋在固體表面，那麼固體改和液體接觸，液體則與氣體接觸，雖然一個表面變成了兩個表面，很多情況下總的表面能反而降低了。在這種情況下，液體自然容易在固體表面浸潤。相反，如果某種液體覆蓋上去後表面上的能量反而顯著升高，那麼浸潤就變得不大可能發生。

當液體覆蓋在某種固體的表面時，原有的固體-氣體表界面被固體-液體界面和液體-氣體界面所代替。如果固體-液體界面和液體-氣體界面的表面能之和小於固體-氣體界面的表面能，那麼這種覆蓋就是可以自發進行的，即液體能夠浸潤固體表面

無論是從哪種角度去解釋，固體的性質對於液體能否浸潤它的表面都是至關重要的。事實上，當液滴的尺寸小到一定程度，它能否在固體表面鋪展開完全取決於雙方的性質，連重力也失去了「發言權」。

如果某種膠不能浸潤要粘合的固體，那麼即便我們用力迫使它在固體表面鋪展，液體仍然不能很好地覆蓋固體表面的某些部位。這樣，當膠固化後，膠的固體與被粘合的固體之間就不能很好接觸，互相之間的吸引作用也就不夠強烈，稍微受到外力的作用就很容易被分開，也就是說，膠粘不牢了。

如果膠不能浸潤要粘合的物體，二者之間就不能充分發生接觸（右）。在受到外力時，這樣的地方就容易斷裂

在常見的固體中，紙張、木材、玻璃和金屬等材料相對比較容易讓液體在其表面浸潤，而許多塑料和橡膠則不大容易讓液體浸潤它們的表面，至於以「不粘」著稱的聚四氟乙烯等少數材料，那更是老大難，不經過特殊處理往往很難將它們粘合起來。另一方面，對於同一種固體，大多數有機物往往要比水更容易浸潤固體表面，這就是為什麼許多膠都會使用有機物作為溶劑的一個重要原因。因此，選擇膠時，膠本身的性質必須與要粘合的固體的性質相匹配。生產廠家通常會在包裝上註明某種膠使用的材料範圍，如果你想要粘合的材料不在其中，那就要多加小心。

要想讓膠把物體粘牢，除了選擇性能與被粘合的固體匹配的膠，被粘合物體表面的清潔也是非常關鍵的。這是因為許多固體的表面被油污或者灰塵玷污後，膠的液體會不再容易在浸潤它們的表面，粘合的效果就大打折扣。因此在用膠粘合它們之前，必須先用適當的方法將固體表面清理乾淨。

好了，現在我們選擇了合適的膠，要粘合的固體表面也清洗乾淨了，可是粘好的物體還是輕輕一碰就分開，這又是怎麼回事呢？

讓我們再來看這樣一個例子：在一塊潔凈的玻璃表面塗上薄薄一層水，再將另一塊玻璃放上去，只要輕輕一按，兩塊玻璃就像是變成了一塊玻璃。這是因為水分別與兩塊玻璃的表面形成良好的接觸，因此通過分子間作用力把它們連在一起。也就是說，水在這裡實際上起到了膠的作用。

然而只要我們稍稍用力，兩塊玻璃就可以被分開，表明水這種膠的強度並不高。顯然，這是因為水始終保持在液體狀態，自然無法承受很高的外力。所以，一種膠要想粘得牢固，不僅必須要與被粘合物體形成良好的接觸，還必須能夠順利完成固化，形成強度很高的固體。如果後面這個環節出了問題，那麼膠同樣會粘不牢。例如有的膠必須要在高溫條件下才能完成固化。用這樣的膠去粘合物體時，如果只是在室溫下放置，哪怕過了三五年，夾在兩個物體之間的膠仍然只是黏糊糊的液體，自然不可能粘牢。所以我們在使用膠的時候，必須要認真遵循使用說明，讓膠順利完成固化，這樣才能得到應有的強度。

當然，無論多麼堅固強勁的固體，受到的外力超過了一定程度，仍然逃不掉分崩離析的命運。因此，如果你選擇了能夠浸潤被粘合物體表面的膠，也嚴格按照使用說明讓膠固化，但膠仍然粘不牢固，那很可能是你要求的使用強度遠遠超過了這種膠的能力範圍。例如塗在便利貼(post-it note)背面的膠強度就不高，這樣才能讓使用者很方便地把它從一個物體上取下再粘到另一個物體上。這樣的強度粘一張紙片綽綽有餘，但要想承受數十公斤的重物無異於異想天開。又如許多物體是通過一類被稱為熱熔膠的膠粘合的，這類膠的一個顯著特點是室溫下強度很高，但是溫度升高後就會變得很差，如果被粘合物體要經常在高溫環境下使用，使用這一類膠顯然是不合適的。如果膠粘不牢是由於這個原因的話，那麼解決辦法也很簡單：換一種膠吧。

（作者：嵌段共聚物）

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