학문
완강한바다사자135
튜브 속에선 액체 상태이다가 공기 중에 나오면 몇 초 만에 붙는 순간접착제의 공학 원리
순간접착제는 튜브 밀폐 용기 안에 있을 때는 굳지 않는 액체 상태를 유지하다가, 밖으로 나와 물체 표면에 닿는 순간 순식간에 강력하게 굳어버리는게 어떤원리로 그렇게 되는지 알려주세요오!
2개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 완강한바다사자135님 장철연 전문가입니다.
순간접착제의 비밀은 사실 공기가 아니라 공기 중에 있는 아주 미량의 수분입니다.
순간접착제의 주성분인 시아노아크릴레이트는 튜브 안에서는 액체 상태로 안정적으로 존재하지만 밖으로 나오면 공기 중 습기나 물체 표면의 수분과 만나면서 순식간에 화학 반응을 시작합니다. 이때 개별 분자들이 손을 잡듯 길게 연결되어 거대한 고분자 사슬을 만드는 중합 반응이 일어나는데 액체가 고체 플라스틱처럼 변해버리는 것입니다. 이 반응은 몇 초 안에 진행될 정도로 매우 빠릅니다
제조사들은 접착제 안에 안정제를 넣어 중합 반응이 시작되지 않도록 억제합니다.
밀폐 용기 안에는 수분이 거의 없기 때문에 경화 반응이 일어나지 않습니다. 쉽게 말해 튜브 안은 화약에 점화장치가 없는 상태이고 밖으로 나오면 공기 중 수분이 점화장치 역할을 하는 셈입니다. 그래서 뚜껑을 제대로 닫지 않으면 입구 쪽 접착제가 먼저 굳어버리는 현상이 발생합니다
순간접착제가 굳을 때 약간 뜨거워지는 것은 접착제가 마르는 것이 아니라 실제로 화학 반응을 하면서 플라스틱 같은 고체로 변하고 있다라구 생각하시믄 됩니다
오늘도 좋은하루 되세요~
채택된 답변안녕하세요, 완강한바다사자135님. 이중철 전문가입니다.
먼저, 순간접착제가 튜브 용기 안에서는 액체 상태를 유지하다가 밖으로 나와 물체 표면에 닿는 순간 순식간에 굳는 이유는, 공기 중과 물체 표면에 존재하는 미세한 수분(물 분자)이 화학 반응을 일으키는 중합 개시제 역할을 하기 때문이에요.
밀폐된 용기 속에서는 수분이 차단되고 약간의 산성 안정제가 들어있어 반응이 억제되고 있지만, 밖으로 나오는 순간 수분과 만나 단분자 형태의 접착제가 고분자 사슬로 순식간에 결합하며 고체로 변하게 되는 것이랍니다.
■ 시아노아크릴레이트의 화학적 성질과 중합 반응
순간접착제의 주성분은 시아노아크릴레이트라는 반응성이 매우 뛰어난 단량체(단분자) 화합물인데요. 시아노아크릴레이트 분자는 물체 표면이나 공기 중에 존재하는 아주 미량의 수분 속 수산화 이온(OH-)을 만나는 순간 매우 빠르게 반응을 시작합니다. 수산화 이온이 접착제 분자 하나를 공격하여 활성화시키면, 이 활성화된 분자가 주변의 다른 접착제 분자들을 연속적으로 빠르게 붙여나가는 중합 반응(Polymerization)을 일으키는 것이랍니다. 이 화학적 사슬 반응이 단 몇 초 만에 일어나는 것이지요.
■ 튜브 내부에서 액체 상태를 유지하는 원리는..
접착제가 튜브 속에서 오랫동안 굳지 않고 액체 상태로 남아있을 수 있는 비밀은 수분 차단과 산성 안정제에 있는데요.
첫째, 튜브 용기는 외부 공기와 수분이 전혀 들어가지 못하도록 완전 밀폐 구조로 제작됩니다.
둘째, 제조업체에서는 접착제를 제조할 때 아주 미량의 산성 안정제(이산화황 등)를 함께 첨가합니다. 이 산성 성분은 혹시라도 내부로 침투할 수 있는 수분의 알칼리성 자극을 중화시켜 무력화하는 역할을 해요. 수분 자극이 차단된 상태에서는 단량체 분자들이 사슬 형태로 연결되지 못하므로 액체 상태를 지속해서 유지할 수 있는 것이에요.
■ 물체 표면에 접착되는 물리적 및 화학적 과정
접착제를 물체 표면에 바르면 표면에 넓게 퍼지면서 매우 얇은 액체 막을 형성해요. 아무리 건조해 보이는 물체의 표면이라도 미세한 관점으로 보면 수분 입자들이 얇게 존재하는데요. 얇게 펼쳐진 순간접착제는 이 수분 입자들과 수백만 개의 분자가 동시에 접촉하면서 순식간에 그물망 구조의 억센 고분자 플라스틱으로 변하게 됩니다. 이렇게 형성된 고체 플라스틱 층이 물체 표면의 미세한 홈과 요철 사이에 침투하여 단단히 매달리면서 두 물체를 강력하게 연결하게 되는 것이랍니다.
정리하자면,
순간접착제는 튜브 안에서는 수분이 차단되고 산성 안정제가 들어있어 액체 상태를 유지하지만, 용기 밖으로 나와 물체 표면의 미세한 수분을 만나는 순간 시아노아크릴레이트 분자들이 순식간에 긴 사슬 구조의 고체 플라스틱으로 변하는 화학적 중합 반응 때문에 몇 초 만에 붙는 것이랍니다.
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