粘着テープの仕組み

重要なポイント

それは流水と同じくらい遍在しているかもしれません。ほとんど同じくらい便利だと言う人もいるかもしれません。 3M が 1925 年に粘着テープを導入するまで、主な接着手段は非常に永久的で厄介なものでした。

1925 年に誕生したマスキング テープは、当時人気だった自動車にツートンカラーのペイントを適用するという、非常に特殊な問題を解決することを目的としていました。

マスキングテープが登場する以前、自動車販売店は接着剤と紙を使って各色の用途ごとに「マスキングオフ」を行っていました。紙を剥がすと、数え切れないほどの塗装が台無しになってしまいました。 3M の若い研究助手であるリチャード・ドリューは、そのような台無しな仕事とその後の猛烈な罵りを目撃しました。接着剤の経験がまったくなかったドリューは、乾いたペイントを剥がさずに剥がすことができる接着剤を作成することをその場で決めたようです 。 2年後、マスキングテープが登場しました。

次に彼は、後に Scotch® Magic Tape と呼ばれる透明なセロハン テープを発明しました。ギフトラッピングは決して同じではありません。

毎日の家事も解決しないでしょう。大恐慌の時代、ほとんどの人がテーブルクロスや室内装飾品などを交換するのではなく修理しなければならなかったとき、透明テープは早くて安価で、見た目にも満足のいく解決策を提供してくれました。その結果、多くの企業が廃業したり、かろうじてやっていく中で、Magic Tape は 3M を存続させるだけでなく繁栄させ続けました 。

現在、粘着テープには、ラッピング用のセロハン仕上げとラベル用のマット仕上げがあります。分厚いダクトテープは多くの家の修理に欠かせないものですが、両面テープはポスターを貼り付けるのに使用されます。茶色のテープがパッケージを包み、伸縮性のある接着剤が包帯として機能します。テープで 2 つの素材を接合することは、あまりにも長い間一般的に行われてきたため、人々は「どうやってそれを行うのですか?」と尋ねることをほとんど考えません。

結局のところ、テープはかなり注目に値します。接着そのものではなく、テープに使用される特定の種類の接着剤が日常生活に欠かせないものとなっています。粘着テープで使用される「粘着性」は、接着するために化学的プロセスではなく主に物理的プロセスに依存するという点で異なります。

粘着性の科学

確かに接着はテープから始まったわけではありません。古代エジプトの木工職人は、動物性コラーゲンから作られた天然接着剤を使用していました。蜜蝋や樹脂などの天然の粘性物質は、常に材料を効果的に結合してきました 。

テープが登場する以前の現代では、接着剤やエポキシが粘着力のほとんどを担っていました。しかし、特に家庭用では重大な欠点がありました。従来の接着剤は、汚れ、永続性、乾燥による固い仕上げのため、通常は化学的手段で接着するため、日常の小規模で迅速な作業にはあまり適していませんでした。

テープに使用される接着剤は異なる働きをします。それらは感圧接着剤( PSA ) と呼ばれ、シリコーン、アクリル、ゴムなどの材料が含まれます。これらのポリマーには粘着性を高めるために粘着性の樹脂が添加されています 。これらの PSA は、化学反応ではなく物理反応に基づいて接着します。これは、テープの取り外し可能性や柔軟性などの品質に貢献します。これは、私たちがテープで最も気に入っている点の一部です。

感圧接着では、湿潤力とファンデルワールス力という 2 つの主なプロセスが作用します。前者は接着を確立します。後者はそれをより強力にします。

濡らし方はとても簡単です。この場合、固体接着剤が基材 (テープが貼り付けられる素材) に浸透する方法を指します。テープに使用される固体接着剤は、表面エネルギーが低いため、濡れ性に優れています。つまり、その表面分子が頻繁に動き回ったり、エネルギーを与えられたりして、結合が緩くなります。この特性により、接着剤の分子は、たとえ固体であっても、基材材料の細孔に比較的容易に流れ込むことができます。必要なのは少し圧力をかけるだけです。そして、基材への流入能力が優れているほど、物理的な結合が強くなります。

一部の接着剤は、時間の経過とともに分子が基材材料の奥深くに浸透するため、より強力な結合を形成します。ただし、最初から、別の物理現象が感圧接着の強度を高めます。ファンデルワールス力と呼ばれる分子引力は、テープに圧力がかかる前から作用します。

ファンデルワールス力は、通常は正または負の電荷を持たない分子間の弱い引力です。陽子と電子が全体に均一に分布していない一部の主に中性の分子は、双極子モーメントとして知られる電荷を示すことがあります。

感圧接着剤中の分子は双極子モーメントを示すことがあり、基材の表面分子に近づくと対応する双極子モーメントを誘発します。逆に帯電した接着剤と基材の分子は、接触すると物理的な結合を形成し、湿潤ベースの接着力が強化されます。

ただし、接着力は方程式の一部にすぎません。粘着テープの美しさは、その接着力と同じくらいそのデザインにもあります。

付箋を粘着テープに変える

プレゼントを包んだり、マカロニアートを吊るしたり、漏れのあるパイプを一時的に修理したり、輸送のために荷物を密封したりするために、ロールからテープを剥がすたびに、私たちはおそらくロール自体の天才を見逃しているでしょう。最も注目すべき点は、なぜ接着剤が裏地や基材にはくっつくのに、それ自体にはくっつかないのかということです。

テープがロール状でない場合、ジャンク引き出しに放り込むのは多少困難になるでしょう。そして、粘着テープではない「接着剤」は通常接着剤であり、滴り落ちて永続的です。すっきり、コンパクト、そして簡単に仕上がるのはテープ部分のおかげです。

テープの製造プロセスはかなり均一です。すべての粘着テープには 4 つのコンポーネントがあります 。

層は大きなシートとして適用され、最終的に丸められて、店で購入する幅 1、2、または 3 インチのロールのテープにカットされます。

最終コーティングであるリリースでは、粘着性と凝集性という、粘着性の世界における興味深い区別が強調されます。接着では、ある種類の分子が別の種類の分子にくっつきます。凝集では、1 種類の分子がそれ自身にくっつきます。テープは両方を使用します 接着剤の分子は基材の分子にくっつく、つまり接着しますが、互いにくっつく、つまり凝集することもあります。これが当てはまらない場合、粘着物質は一緒に保持されません。剥離コーティングによりテープ表面の凝集が防止され、簡単に巻き取ることができます。

そして、マスキングテープと一部のとても幸せな自動車塗装業者として始まったものが、今ではそれ自体が一つの産業となっています。腐食を防ぐために飛行船の金属骨格には粘着テープが巻かれています。彼らは少なくとも 1 機の月着陸船を断熱し、アポロ11 号の宇宙飛行士が月面で月着陸船のフェンダーを修理するのを支援しました。彼らはバックミラーを車に固定し、数百万人のスクラップブッカーが、位置が数ミリずれても髪の毛が引き裂かれるのを防ぎます 。

感圧接着剤を使用すると、ポストイットを作成することもできます。流水ではありません。でも、もうすぐです。

著者のメモ: 粘着テープの仕組み

NASA が月着陸船の断熱に使用したテープ (この目的のために特別に開発され、膨大な温度範囲でも粘着性を維持できるテープ) についてさらに詳しい情報を探していたところ、古いダクトでつぎはぎされたアポロ着陸船の写真も見つけました。陰謀論者たちは、アポロ着陸船にダクトテープがあったことから、月面着陸はでっち上げであることが裏付けられたと判断した。

家に転がっている道具が人類を月に連れて行くのに使えるはずがない、というのがおそらく一般的な見方だろう。そして今回の場合、実際にはミッション中に脱落した着陸船のフェンダーを簡単に修理しただけだった。しかし、ダクトテープは、不運なアポロ 13 号の宇宙飛行士を地球に帰還させる上でも重要な役割を果たしました。私の言いたいことは簡単に言うと、粘着テープがまさに革命的な発展であることを研究で学びました 。ニューヨーク近代美術館が「謙虚な傑作」と呼ばれる展示で粘着テープを特集し、リチャード・ドリューが全米発明家の殿堂入りを果たしたのには、誰から見ても理由が​​あります。

感圧接着剤を擁護するために、月面着陸が捏造されたとしても、ダクトテープはおそらくその証拠にはなりません。