膠水為什麼能粘？
用一個腦筋急轉彎式的回答方法，答案是十分簡單的：因為不能粘的不會被叫做膠水。但如果嘗試正面回答這個問題，對於大部分朋友而言可能會有一些困難。作為粘接兩個物體的中間體，膠水是我們生活中熟悉而又陌生的一種化工產品，熟悉在於你知道它遍佈你的生活，陌生在於你大概率並不瞭解你使用的膠水由何物質組成以及如何完成它的職能。接下來讓我們嘗試瞭解這個你生活中熟悉的陌生人——膠水。
一、膠粘的基本原理
我們來簡單的回想一下，你是如何把兩張紙用膠水粘在一起的。你取來瞭兩張平整的紙，拂去表面的浮塵，向其中一張紙上塗佈瞭一些膠水，這些膠水一點點浸潤瞭塗佈的區域，接下來將另一張紙壓在上面，你會發現紙變得有些潮濕，等待膠水幹透，粘接的工作結束瞭。 你得到瞭粘在一起的兩張紙，它們粘接部分的結構是這樣的：
粘起來的紙（示意圖）
它們三部分組合在一起，像一塊完整的固體。當你嘗試拉開這個組合，對兩張紙施加反向的力的時候，顯然，有力在阻礙你，把兩張紙往回拉，我們可以將這個力稱之為——膠粘力。經過中學化學學習的朋友也許已經想到瞭一些東西，不過我們照顧一下忘記瞭的同學，先假裝沒想到。
在回答膠粘力究竟是什麼之前，我們需要一些基礎知識。作為現代人的我們知道物質由分子、原子或離子組成，我們日常接觸的固體物質為什麼沒有散開，而凝聚在一起呢？容易想到，一定是因為有微觀層面的相互作用。經過中學化學學習的朋友可以想到，原子或離子之間的力，有化學鍵和金屬鍵，分子之間的力，有范德華力和氫鍵。
考慮到我們一般不希望膠水破壞被粘接的材料，嘗試利用分子之間的力成為大量而普遍的選擇，這便是膠粘力的一種主要的來源——分子間相互作用。所以一種膠水粘物品的基本原理便可以簡單通俗地總結為：被粘物體通過與“膠水分子”緊密接觸，形成分子之間的相互作用（范德華力和氫鍵），後膠水固化形成固體，從而將被粘物體粘接瞭起來。這便是吸附理論的簡單通俗的表述，它適用於大部分膠水粘接的主要機理解釋。當然除瞭吸附理論，還有機械理論、擴散理論、靜電理論和弱邊界層理論，有興趣的讀者可以自行搜索學習。
需要特別註意的是這個“緊密接觸”，這指的是能夠讓界面形成分子間作用力的距離。由於分子間作用力生效的距離在1nm以內，僅靠粗糙的固體表面接觸實質上並不能實現這個距離，微觀上仍然是固-氣-固的形態，並不構成固-固“緊密接觸”。這對於膠水的浸潤性提出瞭要求，浸潤性保證膠水可以較好地將被粘接材料的氣-固界面轉變成液-固界面，達成緊密接觸。
二、“膠水分子”是什麼？
讓我們進行一些稍微深入的思考，如果讓我們選一種分子當“膠水分子”，參照上文的基本原理，大概有這幾個方面是我們需要考慮的：
- 分子間作用力與分子量正相關，因此我們要選擇分子量大的分子來提供較大的分子間作用力，同時保證固化後能形成固體，具備機械強度；
- 這個分子應當能配置成一種能潤濕被粘物的液體，這樣才能和被粘接的材料緊密接觸；
- 正常的使用方法下，不會對人產生明顯的毒害作用；
- 有可靠的從自然界獲取或化學合成的方法；
- 粘好之後的物質應當有穩定的化學性質，不能輕易被反應掉。
理論上符合這些條件的，便可以作為“膠水分子”的選擇，用材料學術語表述的話——粘料，它是決定膠粘劑性能的基本成分，又稱基料或膠料。
漿糊
在現代化學尚未構建的時期，古人就有粘接書紙，裱補圖書的需求。一種重要的材料被創造並使用——漿糊。
漿糊（圖片來自互聯網）
生活閱歷豐富的朋友也許曾經用過，面粉或米漿加水熬煮，便能得到最簡單的漿糊，使用它粘接書紙的古人也許並不瞭解其中最為關鍵起到粘接效果的物質——淀粉。
淀粉的結構（直鏈淀粉）
作為一種天然高分子，淀粉具有較大的分子量，易於從玉米、小麥、馬鈴薯、大米和木薯等植物中提取獲得，無毒無害，性質穩定。與水加熱後，淀粉顆粒破碎糊化，便形成瞭均勻的凝膠相，可以浸潤紙張與纖維素分子緊密接觸。綜上淀粉符合瞭所有之前提到的條件，加之羥基的存在使得淀粉分子也能較好的與纖維素分子形成氫鍵，進一步提升瞭漿糊粘接紙張的粘接性能。
古人對於基礎的淀粉漿糊有諸多改進的嘗試，除瞭原料的精制和熬煮方法的改良，古人還嘗試向其中加入藥物等輔料以期達到防腐、防蟲蛀、防潮和延長儲存時間的效果，形成瞭較為完善的漿糊配方，例如明代高濂所著《遵生八箋·燕閑清賞箋》的法糊方：“白面一斤，浸三五日，候酸臭作過，入白芨面五錢，黃蠟三錢，白蕓香三錢，石灰末一錢，官粉一錢，明礬二錢。用花椒一二兩煎湯，去椒，先投蠟、礬、蕓香、石灰、官粉熬化，入面作糊，粘褙不脫。又法：飛面一斤，入白芨末四兩，褚樹汁調，亦妙。”
到瞭現代，我們對於這種以淀粉為主要粘料的漿糊有瞭一個嚴謹的名字——淀粉基膠粘劑，化學和材料學的研究者證實瞭淀粉基膠粘劑粘接的機理除瞭前文所述的吸附理論，還包括靜電理論、擴散理論和機械理論。並且眾多研究者使用多種現代的化學方法對於淀粉進行氧化、酯化等改性來改善膠粘劑的性能，淀粉基膠粘劑也被廣泛應用於木材加工、醫藥、紡織、建築和紙基材料，續寫著淀粉漿糊的悠長歷史。
PVA膠水
文具膠水（圖片來自互聯網）
對於年輕的朋友來說，上面這樣的膠水更像是生活中經常出現的膠水，這種膠水的組成成分很少被我們關註，細心的朋友可以在這些膠水的產品頁面發現它們的主要成分是PVA——聚乙烯醇
由於乙烯醇並不能穩定的單獨存在，所以聚乙烯醇的生產實際上是由聚醋酸乙烯酯水解得到的。
看著式子右邊的產物，我們不難發現，聚乙烯醇作為聚合物分子量很大，並且豐富的羥基使得其能較好溶於水，配置成能浸潤紙的液體，讀到這裡的朋友應當可以參照前文，自行解釋PVA膠水粘接紙張的原理瞭。
值得一提的是，會有朋友擔心孩子用的膠水含有甲醛。這樣的擔心是有道理的，因為曾經的文具膠水主要成分並非聚乙烯醇，而是聚乙烯醇酸性條件下與甲醛的縮合產物——聚乙烯醇縮甲醛。這樣的生產方式得到的膠水遊離甲醛含量約為0.2%。
好在由於標準逐漸嚴格和科學技術進步，更為安全的膠水配方和更為環保的生產方法已經使得原先的生產方式被淘汰出文具膠水的生產，更嚴格的國標保障著我們手裡的每一瓶膠水不會危害我們的身體健康。
三、結語
千年以前的人類從大自然取材制備天然的膠粘劑，現在的人類則發展出瞭廣泛的合成方法制備性能更強、用途更廣的合成膠粘劑。合成膠粘劑產業是人類工業進程樹上的一個小小的枝杈，然而其廣泛的應用幾乎覆蓋瞭整棵工業進程樹。種類繁多的膠粘劑被開發出來應用於建築、汽車、電子、航空航天等等方面，默默地為人類改造世界，改善生活提供助力。
第25屆中國國際膠粘劑劑密封劑展將於2022年9月28-30日在武漢舉辦，這是一個免費向觀眾開放的會議，諸位在武漢的朋友若是有興趣，不妨一看。
