标题：黏胶
简介
在英国北韦尔斯的海洋科学研究所中，一群科学家花了很多时间，观察苍蝇在墙壁上面，上上下下的走动。科学家并不是闲得没事干，事实上正好相反。他们想知道苍蝇凭什么能对抗地心引力，在墙面上随意行走。其实，在接合工艺学（zygology）上的任何创见，都有很重要的实际应用价值。所谓接合工艺学是研究东西结合的科学。楔片、钉子、螺丝与焊接，都在我们日常生活里扮演重要的角色，但是我们还需要各种黏着剂，否则日子会很难过：飞机会从天上掉下来，家具会散开，瓷砖会从墙面剥落，书与鞋子都无法黏合，连我们的假牙也套不住。想象一下，没有壁纸、邮票、胶带或利贴，会变成什么世界！  黏胶任何黏性研究，都应该从微观机制着手。因此，海洋科学实验所的研究人员，首先把苍蝇脚放大，仔细研究。苍蝇有六只脚，每只脚上都有两个小爪子，让它可以钩住任何凹凸不平的表面。但事情并没有这么单纯。苍蝇还可以在玻璃板等光滑平面上，随意走来走去，研究人员怀疑这里面藏有玄机，会不会是苍蝇脚底有什么分泌物作怪？他们决定仔细检查苍蝇走过的玻璃表面，看看是不是留有什么东西。果然不出所料。
油脂会不会是一种胶？
当研究人员用染色剂苏丹黑B（C29H24N6）处理苍蝇走过的玻璃表面时，发现玻璃上有油脂，使玻璃面出现细微的脚印。这些油脂会不会是一种胶？
为了测试这个想法，研究人员设计了细致精巧的实验。他们用强力胶在苍蝇背上黏上一条细线，再装上一个小仪器，测量要用多大的力道才能把苍蝇从玻璃上拉开。其次，他们让苍蝇走上铺了滤纸的木板，滤纸先浸过己烷（C6H14），己烷是可以溶解脂肪的溶剂。然后他们让苍蝇重新走过玻璃板，再用细线把它们拉起来。这次所需要的力量，只有之前的十分之一。
看起来，苍蝇真的是用胶把脚黏在墙上。但这里头有什么化学作用？黏性到底是怎么回事？口香糖会黏住头发，而却不会黏住铁氟龙，又要如何解释呢？为什么醋不会像糖水一样黏黏的呢？
黏性是非常复杂的事，与好几个因素有关。但基本原理是，两个表面靠得非常近时，会互相粘黏，这是因为任何一对原子或分子之间，都有吸引力。原子是由原子核与电子构成的，原子核带正电，几乎整个原子的质量都集中于此，电子带负电荷，绕原子核外的轨道旋转。在分子里，原子间结合形成化学键。化学键形成的原因是电子受两个原子核吸引，但电子并不是固定不动的，不管在任何时间，分子与原子内的电子会集中形成负电区，而原子核所在的地方会形成正电区。电荷这种暂时分开的现象，称为偶极。
偶极的负电端，会受邻近偶极的正电端吸引，这就是所谓的凡得瓦力。当两个表面非常靠近时，这两个表面的分子会受凡得瓦力互相吸引，产生黏着力。凡得瓦力非常小，但两个表面有无数亿对的偶极会互相吸引。如果真是这样，为什么无法让坏掉的椅子，靠在一起就自动黏合呢？
老实说，理论上这是可行的；但事实上，我们却不可能让两个表面的距离，近到使凡得瓦力得以发挥作用。不管一个表面看起来有多平、多光滑，从微观的尺度来看，上面一定会有凸起与凹洞。因为凡得瓦力只在数埃的范围内发挥作用，因此一个只有400埃（1埃等于10－8公尺）的高峰，就会使表面间的吸引力几乎消失殆尽。现在，如果其中一个表面是可以移动的（例如液体），它的分子可以流进另一个表面的凹洞，而且也把凸起包覆起来，使两个表面的分子间距，近到可以感觉出彼此的偶极。
只要沾一点蜜在两根手指之间，就知道我在说什么了。蜂蜜有足够的移动力，可以填满两个表面上所有的空隙，使表面与蜂蜜间的距离很接近，足以触发凡得瓦力。但只有移动力还不足以形成化学键。水也会流动，也能形成凡得瓦力，但并不会黏黏的，这是为什么呢？这就要谈到黏着剂的另一项条件了。好的黏着剂，不但能与两个表面分别紧密连结，黏着剂分子之间也要能形成键结，当两个表面受外力分开时，黏着剂分子也还能紧密结合。
水可以与两个表面分别紧密结合，但水分子之间的键结太弱，受到压力很容易就分开。如果水结成冰，水分子间的键结力就非常强，因此两块湿木片只要经过冰冻，就可以黏得牢牢的。
蜂蜜不像水，它里面有糖分子，不但彼此紧密结合，也能与其它的分子结合，因此蜂蜜会黏黏的，但是还没有黏到可以做黏着剂的程度。良好的黏着剂，必须很容易流动，能轻易覆盖住想要接着的表面，与这些表面产生有效的凡得瓦键。接下来，它要能固化变硬，在本身的分子间形成紧密强固的结构，不轻易分开。就像前面水结冰的例子。
当然，我们希望这些变化都在常温发生。有一种用水与面粉调出的简单黏胶，就是个好例子。这种面糊在湿湿的时候，很容易移动，但干了之后，长链的淀粉分子会互相纠结，变得很难分开。蛋白质分子也有类似的功能。马蹄与马皮可以萃取出明胶，因此从前常把退役的老马，送去制胶工厂当明胶的原料。今天，我们已经很少用淀粉或明胶，多半使用合成胶，例如用简称PVA的聚乙烯醇（H[CH2CH(OH)]nH）。把PVA溶在水里，就是很受学生欢迎的白胶。它的流动性好，但水分蒸发后，就会变硬。
还有一种更好的黏着剂，可以把东西牢牢黏起。这种黏着剂的分子很小，很容易流动，可以覆盖住整个要黏着的面积，之后经过化学作用，分子间相连接成巨分子或聚合物。AB胶与瞬间胶就是以这种方式作用的。
AB胶
AB胶含有两种成分，会反应产生聚合物，而瞬间胶里面有一种小分子，叫做氰基丙烯酸酯（C8H11NO2），它接触到空气里的水气时，会紧紧结合成类似聚合物的长链状结构，把两个面紧紧黏住。瞬间胶的效果，其实与空气里的水分有密切的关系。因此，如果有人问你，为什么瞬间胶在迈阿密的效果比在凤凰城好，你就可以告诉他原因了。
显然，对黏着剂的首要要求，就是能够容易流动，轻易覆盖住要胶合的表面。但这问题其实相当复杂，并不像表面上那么简单。有人可能直觉认为，这应该只与黏着剂的黏性有关。其实不然。滴一滴油到长炳铁锅，再滴一滴油到不沾锅里，比较它们的不同，你就会知道了。铁锅里的油会散开，但长柄锅里的油会结在一起形成小油滴。这是黏着剂原子之间的结合力，及黏着剂原子与锅子表面原子间的结合力，两者差异的表现；这也代表这个表面的原子可以给其它物质多少吸引力。
从锅子的例子来看，显然铁氟龙能给的吸引力非常小。铁氟龙是长链碳原子化合物，每个碳原子上还接了两个氟原子。氟由碳的结构上伸出，代表分子对外的接触点，也就是可能与别的东西的原子结合的位置。但氟一旦与碳连接后，就出了名死心塌地的安分，不再对任何对象有兴趣。因此，蛋或其它的东西就没有办法黏在不沾锅上。
但我们还没把所有的故事和盘托出呢。计算显示，即使接触面全部由黏胶有效覆盖，黏胶对表面的黏合力，还是大过凡得瓦力的总合，这是怎么回事呢？这里面其实还有另一个效应存在。黏着剂覆盖了表面、硬化之后，从微观的尺度看，有许多小气泡陷在表面的凹洞里。这些气泡也有吸力，要拉开这两个接合面，还必须破坏这些气泡才行。由于我们有各种各样的表面，所以市面上的黏胶，也有各种各样不同的化学成分，以应所需。不同的黏胶硬化后，强度也大不相同。没有可以接合所有东西的万用胶，如果真有这种东西，那我们要怎么拿下它的瓶盖？
我们常会发现黏胶的新用途。例如，我们正开始试着不用手术线，改用瞬间胶缝合伤口；我们也开始用黏胶来黏合食道上的裂缝，以及由湿疹引起的指甲裂缝；脑外科手术也开始使用黏胶补强血管的弱点。
但就像其它的化学物质一样，黏胶也会有问题，只要问问那位误把瞬间胶当成鼻喷剂的人就行了。所幸鼻子里的黏液阻止瞬间胶黏住组织。医生最后从他的鼻子里，弄出一块硬胶来，这团硬胶形状就像鼻腔内部的模型。还有个粗心的母亲把瞬间胶当眼药膏，抹进婴儿眼睛里。医生只好把婴儿全身麻醉，再动手术切开眼皮。还有破坏者在一间爱尔兰酒吧的马桶座涂了瞬间胶，不知情的顾客一屁股坐上去，就下不来了。（这类的传闻逸事，是很难认真追查的。）在经人发现送医之前，他有好长一段时间可以仔细观察苍蝇怎么在墙面上行走。当然在送医过程，他的屁股还是黏在马桶座上。医生用丙酮（C3H6O）溶解瞬间胶，才把他从胶着的困境中救了出来。
除了丙酮，还有其它物质也可以溶解瞬间胶。乙腈（CH3CN）也有这种本事，而且在卸假指甲时特别特别有效。如果使用得当，它们算很安全，但如果吃进肚子里，就很难说了。乙腈在体内新陈代谢后，会释放出氰化物（CN）。曾发生可怕的乙腈中毒意外，一个16个月大的婴儿居然吞食了十五到三十毫升的乙腈溶剂。母亲立刻把婴儿送到毒物管制中心，但母亲与毒物管制中心的人没沟通好，产生了一点误会。中心的人误以为小孩子吃到的是去光水或丙酮，这模拟较不危险的化学药剂，因此并未采取特殊的急救措施。第二天上午，婴儿就死了。又是一个乙?毒物的牺牲者。
黏胶的本身也牵涉到一些健康问题。记不记得1995年轰动一时的电视连续剧「欢乐单身派对」（Seinfeld）的最后情节？杰瑞的朋友乔治几乎要结婚了，乔治与未婚妻苏珊忙着寄结婚请帖，但后来却迟迟没有进行婚礼（这大概让乔治松了一口气）。因为苏珊中毒了，而这全是乔治的错。这个小气鬼买的信封是最便宜的，苏珊用舌头舔湿信封的封口胶，导致中毒。剧中暗示如果乔治不那么小气，这种事是可以避免的。因为较贵的信封，封口的黏胶质量较好，毒性较低。这段剧情有可能是真实故事的翻版吗？绝不可能。
我们的法令对信封上的封口胶，有非常严格的安全标准，因为很可能有人会把它吞下肚，所以规定这种黏胶要达到食物的安全标准。这类黏胶的种类很多：水溶性的阿拉伯胶来自洋槐树，糊精则是玉米淀粉做的，至于最适用的，则是聚乙烯醇。我们也试过别的东西，来加强黏胶的弹性与涂布质量，如：甘油、玉米糖浆、醇类、尿素、硅化钠、与乳状的蜡。我们还试用过一些防腐剂，像：安息香酸钠（C6H5CO2Na）、四基氨水化合物以及酚类物质。这些东西当然不可能好吃，但至少是无毒的。事实上，蟑螂只要有封口胶可以吃，就能够存活很久。
如果对黏胶还有任何疑虑的话，可能是它会引起某些过敏反应。有少数人会对地毯背胶、家具上光胶甚至假指甲里的黏胶过敏。对黏胶过敏的事件，我有一件很好玩的例子，而且我与当事人相当熟。我有个朋友多年来一直过敏，流眼泪、流鼻水、呼吸急促。起先医生以为是花粉引起的，因此当她过敏的情况愈来愈严重时，就为她做一系列的过敏原测试。但奇怪的是，她对这些一般性的过敏原都没有反应。有一天，她正好又为过敏所苦恼，碰到一位旧识，就对老友诉苦。这位老朋友想了想，忽然问她是不是戴假指甲？因为发问的这位老朋友，以前也遭受到同样的困扰，但自从拿下要用黏胶粘黏的假指甲后，过敏症状就不药而愈了。我朋友一听，立刻赶回家，取下假指甲。你也知道发生什么事了吧？第二天起，她的过敏就一去不返了。
我正好在此时介入此事，就建议我朋友做个对照实验，证实自己的假设。她本身是药剂师，知道如何进行科学调查。她戴上假指甲就过敏，拿下来就没事。后来她的医生测试她对指甲黏胶，氰基丙烯酸酯的反应，发现果然是阳性的。从此，每次她的医师碰到新病人，不管是男是女，总是会问对方，有没有戴假指甲。当我在广播节目里谈到这个奇怪的故事时，得到另外一位女士热烈的回响。她还提供了另一则有趣的故事。这位女士装了假牙，却对假牙用的丙烯酸酯类黏胶过敏。之后，她每次经过修指甲的美容院，都会有过敏反应。我无法证实她说的情节，但在奇异的过敏世界里，什么怪事都可能发生。
黏胶故事
关于黏胶，还有个故事值得一说，就是美国3M公司首席科学家席尔巴（Spencer F. Silver）的故事。虽然他不是家喻户晓的人物，但他发明的利贴（Post-It）却几乎是人人皆知。1998年，美国化学学会特别因为他发明利贴而颁奖给他。他发明的这种特殊黏胶，要它黏就黏，要撕下来就撕下来。而这种东西的背后，有一段很奇妙的故事。
1968年，席尔巴博士为3M公司研究出一种对压力很敏感的黏着剂，这种东西可以立刻黏着在表面上，但是当你想把它拿下来时，却又不会伤到它原先附着的表面。今天，这种产品已经相当普遍，到处都有可随时去除的黏着剂。但在1968年，没有人知道有这种东西。科学家确实知道，有些聚合物在某种条件下，是可以剥除的，譬如天然橡胶，但它们的特性都很不理想。于是席尔巴开始着手研究，他做出一些合成聚合物，最后得到一种黏着力不强但很容易撕开的东西。但它有个缺点：不是每次都能撕得干干净净的。后来连席尔巴自己也对这东西丧失兴趣了。
幸好，在1970年代早期进入3M公司的化学工程师富莱（Arthur Fry）对这东西感兴趣。更巧的是，富莱参加教会的唱诗班，需要可以贴在乐谱上的小纸条，在特定的几页做记号。正好，他记得席尔巴发明过一种不太黏的黏胶，于是他用这种黏胶，涂在纸条的背面，用来标示乐谱，这样子纸条既不会掉且容易撕下也不留痕迹。这就是利贴的雏型。
后来富莱又花了一年半改善它的缺点。他发展出一种初级胶，用来把黏着剂黏在纸上，让黏着剂不会黏到便条纸要贴上的物质表面。然后他发展出制造这种便条纸的机器。但利贴并不是一上市就造成轰动，它是靠巧妙的销售策略来推动的。3M公司在美国爱达荷州的波夕市分送免费赠品给上班族，用过的人有九成在赠品用完后，会掏腰包再买来用。今天的利贴，采用了非常复杂的技术，已经真的可以一再重复使用。它的黏性来自尿素甲醛树脂的微小颗粒。在压力之下，这些小颗粒会破裂，但不会同时全部破裂。一张利贴便条，可以重复使用多少次呢？我不知道。应该做个实验来试试。我会写张便条，提醒自己这件事，当然是写在利贴上啦。