粘着力について

私は粘着力を、

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テープを貼ったところに「真空」ができて、これが引き剥がそうとするときに「入り込もうとする大気圧によって押され」この場合は、下の物がくっついてくると解釈しているが、この他にも粘着力の要素はあるのだろうか?

だがこれを考えると大気圧のない宇宙空間では粘着力が働かなくなってしまうではないか。

太陽からの紫外線は粘着材において光化学反応を引き起こし、変質することによって粘着性能が低下するおそれがある。このため、紫外線照射設備を用いて、粘着材の耐久性を評価した。結果を図 2 に示す。シリコーン系粘着材では劣化は確認できなかったが、アクリル系粘着材では照射量が 増えるにつれ、劣化が進むことが分かった。

ヤモリが垂直の壁でもするすると登ってしまうのは皆さん見たことあると思います。あれ、なんで壁から落ちないか知ってましたか? 実は足の裏に微かな毛が生えていて、その毛が生みだすファンデルワールス力を利用して壁にくっついているんです。

原子核の周りを回っている電子は均等に配置されていないため、わずかな電界が発生し中性分子にプラスとマイナスが発生します。プラスに帯電している部分は近くにある分子のマイナスに帯電している部分を引きつけます。その結果「くっつく」ということが起きます。しかも極限の温度、圧力、放射能状況でもこのくっつく力は継続されます。

シリコーン接着剤は、人工衛星でなくとも使った人は多いと思います。人工衛星でも使用されることは多いです。

 

人工衛星ではエポキシ系とシリコーン系の2つがもっとも使われます。

エポキシやシリコーン以外にもアクリル系やブタジエンゴム系、ニトリルゴム系など世の中には接着剤がたくさんありますが、この二つが謁見しています。

宇宙空間では大気による保護がないために、太陽光の直射日光が、地球にいるよりダイレクトに影響をうけます。

 

人工衛星の温度も、場所(主に太陽電池セルパネル)によっては100℃近くからマイナス120℃近くまで温度が変化します。

すなわち耐温度特性が良くないといけないんですね。

 

同じく宇宙空間では、太陽光からの紫外光を直接受けるために、耐紫外線特性が高くないといけないんですね。

 

全般的な特性として、シリコーン接着剤は宇宙で使いやすいんですね。

シリコーン接着剤は、様々な接着剤メーカーで製造されているのですが、その中でも宇宙特有の要素は必要になってきます。

 

一つはオフガスという、真空状態で発生ガス量が少ないことが必要です。

ガスが発生してしまうと、他の物質に付着したり、接着剤内にガスが発生して接着力が落ちてしまいます。国際宇宙ステーションの中だと意識的に放出しないとずっと留まり続けてしまいます。

宇宙では重力が無視できるほど小さくなります。宇宙ステーションの中では宇宙飛行士がふわふわ浮きながら、まるで空中を泳ぐように移動しています。使っている道具も、手を離すと浮いて目を離すとどこかに飛んで行ってしまうので、マジックテープがついており、壁のマジックテープにくっつけて置いておきます。ガムテープを使うこともあります。重力のない宇宙では粘着性のある「テープ」が大活躍しているのです。水に限らず、分子には「分子間力」という力がはたらいており、 できるだけくっつき合って、他と接する面積を小さくしようとして集まります。
ある量の塊が表面積を最も小さくした状態は、球です。
ですから、水の固まりもできるだけ球に近づこうと集まっています。
 ヤモリテープの接着力はファンデルワールス力という物質間の相互作用力に由来しており、一般的な粘着テープが高分子粘着材を使用しているのに対して、接着界面を全く汚染させないクリーンな接着が実現できることが最大の特長です。特に、直径1 〜数nm柔軟性に富む繊維状物質であるカーボンナノチューブ (CNT)を配向成長させて作製したヤモリテープは、実際のヤモリに匹敵するせん断接着力を有することが分かっています。CNTヤモリテープは、被着物を汚染させず、真空中でも安定なことに加え、炭素由来の帯電防止性、排熱性など魅力的な機能も有し、従来の粘着テープ基材が適用できなかった環境・用途での活躍が期待できます。

粘着テープは、相手にくっつく力=粘着力、粘着剤内部の結合力=凝集力、基材とくっつく力=投錨力、3つの力のバランスで成り立っています。この3つのバランスを調整することによりテープの特徴が現れ、実際の用途に最適なテープが生まれてくるのです。

粘着力の単位は?
 

粘着力(単位:N/10㎜、N/25㎜)

ファンデルワールス力がどうやら正体のようだ。これを考えると+に帯電したもの同士のほうがくっつきやすく、-に帯電したもの同士のほうがくっつきやすいということになる。そもそもくっつくものによってくっつくものがちがうということか。なんでもかんでもセロテープでくっつければいいと育ってきたから「なんで木にくっつかないのか、とか、壁にはくっつかないのか」とか子供ごころに考えていたものだ。そのくせグルーオンみたいなものだとかグラビトンだとかを考えているのだからおかしなものだ。フォトンさえもよくわかっていないのに。クロマトグラフィーなんかの浸透圧も、あれもファンデルワールス力でよいのだろうか?圧力差といったものも「よく入り込む」ものなのだ。これはたとえ物質が変わっても変わらないのだろう。基本的には。水と油で圧力がちがえばどんどん入り込む。これと水と油のファンデルワールス力のちがいか。斥力といえば斥力なのだろう。反発力というか。グラビトンも性質のちがいを利用してなにかできないだろうか。+の陽子があつまるグルーオンフォトンは密接に関係しているが、とうぜんグラビトンだってこれに比例している。ブラックホールになって突如「グラビトン体」となって重力以外の情報がなくなるのはどうもいい方にも利用できるような気がする。ホーキング輻射の性質もそうなのだ。いったい何を放出しているというのか。hのグルーオンなのかフォトンなのかウィークボソンなのか、それ以外なのか。詳細にその放射についてわかったら新粒子だったりするのかそれがダークエネルギーダークマターの一部であるとは大いに考えうる話だ。この観察についても決して無駄ではあるまい。大量のダークエネルギーを放出していてダークエネルギーは体積要素がhでもハンパないかも、とか。それでいて空間はカンペキに引き延ばすほどの。一方木にはあまりテープがつかないが、これは接着面が小さいのと、マイナスイオンみたいなものがテープの要素と反発しているようだと解釈している。