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接着剤 せっちゃくざい adhesive

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ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典の解説

接着剤
せっちゃくざい
adhesive

2つの物体の接合に用いられる物質。デンプン糊,カゼインアラビアゴムなどの天然物のほか,多くの合成接着剤が種々の目的に応じて用いられている。エポキシ樹脂のように加熱して接着させる熱硬化性のものや,常温硬化性のもの,短時間で接着する瞬間接着剤などその種類は多い。

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デジタル大辞泉の解説

せっちゃく‐ざい【接着剤】

固体と固体とをはり合わせるのに用いる物質。でんぷんのり・カゼイン・にかわ・ゴムなどやフェノール樹脂ビニル樹脂エポキシ樹脂などの合成樹脂がある。

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百科事典マイペディアの解説

接着剤【せっちゃくざい】

固体と固体とを接合するために用いられる物質。一般には天然および合成高分子物質を主成分とするものをいい,セメントはんだなどは含めない。古くはもっぱら動植物性の天然物質が用いられたが,現在ではプラスチック系の強力なものが多数あり,紙・布・木材に限らずほとんどすべての材料の接着が可能となっている。
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世界大百科事典 第2版の解説

せっちゃくざい【接着剤 adhesive】

はり合わせたい物質の間に介在させて用い,それらを固着させる性質をもつ物質。一般にいう接着剤はとくに天然および合成高分子物質を主成分とするものが主で,はんだ,セメントなどは本質的には接着剤だが普通は接着剤と呼ばない。接着作業時に流動性をもち,後に固化する性質を本来もっているか,その性質を付与することができる物質は,原理的にはすべて接着剤として用いることができる。 接着の目的に応じて,接着剤と被着体の間の接着性,接着強さ,環境に対する抵抗性,作業性などの要求が異なるので,各種の接着剤が使い分けられる。

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大辞林 第三版の解説

せっちゃくざい【接着剤】

二つの物体を貼り合わせるために用いる物質。糊のりや膠にかわのほか、ポリ酢酸ビニル・クロロプレンゴム・尿素樹脂・エポキシ樹脂など合成樹脂や合成ゴムの類が多数開発されている。

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日本大百科全書(ニッポニカ)の解説

接着剤
せっちゃくざい
adhesives

同種あるいは多くの異種の固体を貼(は)り合わせるために用いられる材料。物体どうしをくっつけるためには、古くから、紐(ひも)や縄により結ぶ、ほぞを切ってはめ込む、釘(くぎ)を打つ、糊(のり)で貼り付けるなどの手段がとられていた。このうち糊による貼り付けが接着剤による接着の始まりである。接着ということばが日本に現れるのは、宇田川榕菴(ようあん)訳による『厚生新編(こうせいしんぺん)』が初出である。[垣内 弘]

沿革

中国では紀元前4000年、エジプトでは前3000年ごろから接着が行われていたようである。このとき使われた接着剤は、にかわ(膠)、牛乳の凝固物などである。中国では漆も用いられたと考えられている。
 日本では、漆で接着された弓が古墳から発見されている。白鳳(はくほう)・天平(てんぴょう)(7~8世紀)時代には、織物の仕上げに麩(ふ)の糊が使われている。米糊のことが文献に現れるのはそれより遅れ、平安中期の『延喜式』が初出である。このほかにも松脂(まつやに)、漆食(しっくい)などが使われていたが、江戸時代中期になりデンプン糊が普及している。しかし、固体と固体を貼り合わせるという本来の接着の近代工業化は、木材接着工業で始まったもので、日本では1907年(明治40)に最初の合板工場ができた。このときの接着剤はタンパク質系であろう。
 接着剤の製造が化学工業として成立するのは、フェノール樹脂やユリア樹脂(尿素樹脂)などの合成高分子工業が進展してからであり、とくに第二次世界大戦後にビニル系、合成ゴム系、ウレタン系、エポキシ系、シアノアクリレート系などの合成化合物が強力な接着剤として登場してきた。[垣内 弘]

接着のプロセス

接着とは「同種あるいは異種の物体の接触面に、接着剤が介在して結合する現象」である。二つの物体の間に接着剤を塗り付けて接着させていくときには複雑なプロセスを経過する。そして十全な接着が完成するためにいくつかの条件がある。概説すると次のようなことが要点としてあげられる。
(1)接着される物体(被着体)の表面状態がどのようになっているか。
(2)塗布する接着剤は、被着体表面の全面的な接触を可能とするために液体になっている必要があり、その液体の粘性の大小。
(3)被着体の表面の材質と接着剤分子との間の化学的な親和力の有無。
(4)接着層の硬化による完成。これには物理的なものと化学反応のものとが入り混じっている。
 (1)の問題は、接着剤を物体の表面に塗布するときの表面は、平滑にみえても、細かに観察してみると凹凸や割れ目があり、その表面に塗布された液体が流れ込んで固まり、錨(いかり)をひっかけたような形で接合する場合が考えられる。この効果を投錨(とうびょう)効果という。
 固体表面とくに金属表面は、金属の内部と性質が異なっている。固体金属では、いくつかの価電子を失った金属陽イオンが結晶格子をつくって配列をつくり、その陽イオンに対応する電子が自由電子となって金属中を自由に動いている。そのために金属は導電性をもち、電圧をかければ電気が流れる。したがって金属の内部構造は比較的方向性がなく電子の偏りがないが、金属表面の原子は周囲の電子の半分が取り除かれているためにエネルギーの高い状態(化学反応がおこりやすい状態)になっていて、そのために空気中の酸素と結合して酸化皮膜をつくりあげている。金属の表面はつねに酸化皮膜に覆われ、それに水分やガスなどを吸着している。また油類による汚染もあるから、接着の前処理として、表面調整をしておく必要がある。サンドペーパーや研摩布による機械的研摩、トリクロロエチレンやアセトンなどの溶剤による洗浄が一般的な表面調整法である。
 (2)の粘性は、ある2枚の板の間に液体を挟み込み、強く押し付けていちおう接着させるときは粘性の低い液体が容易である。これを引き離すときは粘性が高いと困難となる。この点からのみ考えると、接着に際して押し付けるときは低粘度の液体であり、接着したあとでの化学反応や、溶剤の蒸発または吸収による濃厚化などで粘度が上昇するような物質が接着剤として有利である。この見方は力学的なものであり、実際の接着には界面での親和性が大きな役割を果たしている。
 (3)の界面の親和性は、液体の形の接着剤が被着体の表面をぬらすということである。接着する際には、十分にぬれている必要がある。この界面でのぬれは接着剤Lと被着体Cという両者の間の表面張力の差異に関係してくる。すなわち、接着剤の表面張力をガンマ・エルγLとし、被着体のそれをγCとすれば、γC≧γLの関係があれば被着体は接着剤でぬれることになり、接着剤の表面張力が小さいほどよくぬれる。
 金属表面はエポキシ樹脂やポリ塩化ビニルよりも水のほうがぬれやすい。この事実は、エポキシ樹脂で接着した金属板を長時間水中に浸漬(しんし)しておくと、接着界面に水分子が侵入してやがて接着がはがれてくることでもわかる。なんらかの方法で水が接着界面に侵入しないようにしておけばもちろん別である。
 被着体の表面が十分にぬれると、次に被着体の分子と接着剤の分子が結合して接着するのであるから、接着剤の化学構造は、もちろん接着強さに大きく関係する。接着剤と被着体との結合には、共有結合、イオン結合、水素結合、双極子どうしの力、分散力などが働くと考えられる。しかし、接着剤の場合、実際には共有結合やイオン結合による化学結合はほとんどなく、したがって現実の接着には双極子どうしの力などいわゆる分子間力が重要な要素となる。この分子間力をいいかえて実用的に使われている用語に溶解パラメーターsolubility parameterがある。
 似たものどうしが溶け合いやすいということは経験的に知られていた。これは、溶解パラメーター値の類似した物質どうしが溶け合いやすいことを意味する。接着の場合では接着剤と被着体のそれぞれの溶解パラメーターの値が似てくるほど親和性がよくなる。一般的には互いになじみやすいという。以上述べたのは、吸着説とよばれ、接着理論の主流となっている考えであるが、このほかに、分子の絡み合いが接着のおもな原因であるとする拡散説がある。しかし、実際の接着はもっと複雑であり、分子間力による結合と、絡み合いによる結合・投錨効果とがともにおこっているという説もある。
 (4)の接着層の硬化による完成というのは、液体の接着剤を被着体に塗布しても、液体がそのままの状態であれば接着強度は出てこない。液体が固化して強度をもった物質、この場合は高分子化合物になる必要があるということを意味する。[垣内 弘]

接着の強度

強力に接着しているということは、凝集破壊あるいは界面破壊をおこさないということである。接着剤として施された液体または加熱によって液化したものは、溶媒の蒸発または吸収によって固化したり、あるいは化学反応によって高分子化合物に成長して固化する。このようにしてできあがった接着剤の層の高分子皮膜が、被着体の固体表面とどの程度固着しているかということを調べるには、接着を完成してから両方から引張り切断し、その引張り切断強度を測定したりする。接着層に気泡や割れ目などの欠陥部ができる場合が多いが、このような欠陥は膜の厚さが厚いほど生じやすいので、できるだけ接着剤層は薄いほうが有効である。接着の引張り切断強度は、(1)接着剤自身が破壊する凝集破壊、(2)接着剤と被着体との間が破壊する界面破壊、(3)被着体が切断する材料破壊、とに分かれる。
 (1)は接着層を形成している高分子化合物自体のじょうぶさであり、(2)は先に述べた分子間力ないし溶解パラメーターの値に関係してくる。(3)の場合は接着は完全である。接着したものがはがれるのは(2)の場合が多い。[垣内 弘]

接着方法の種類と接着剤の分類

接着剤を用いる接着の方法は、接着される物体(被着体)に適した接着剤を選択し、どのような方法で接着するかということがたいせつである。にかわ、デンプン糊のように、その水溶液の水(溶媒)が蒸発するもの(溶媒蒸発型接着剤)にかわって、現在ではプラスチックを溶剤として有機溶媒に溶かしたもの、また水を溶媒にしてエマルジョン(乳濁液)の形にしたものが出現していて、これは溶剤蒸発型接着剤とよばれる。エマルジョン型は、樹脂の粒子が水中でエマルジョンの形で浮遊懸濁している。乾燥するとこの微粒子が凝集して連続的な皮膜をつくる。乾燥後は耐水性も大きく可撓(かとう)性(たわみに耐える性質)にも富んでいる。水や有機溶媒を使ったものは粘度の調整や保存にも有利であるが、その溶剤を吸収する面または蒸発させる余裕のある場合でないと、乾燥固化しないし、また溶剤蒸気が健康に有害な場合も多い。
 感圧型接着剤は、押し付けることにより接着するものである。絆創膏(ばんそうこう)や粘着テープのように押し付けるだけで接着が完成すれば使い勝手がよい。粘着テープは接着力が低いので、接着面積を広くして接着力をカバーしている。カラーフィルムをマウントするスライドフレームの内側に塗布したものや、一部の封筒に塗布されたようなものがある。この系統に属するものには天然ゴム、合成ゴム、ポリ酢酸ビニルを部分的に加水分解したもの、ポリビニルエーテルなどがある。
 感熱型接着剤は、加熱によってすばやく接着が完成する。しかも接着力も比較的大きい。身近に見られる例としてポリエチレンやポリ塩化ビニルフィルムでつくった袋に生鮮食料品等を入れて熱溶着することが広く行われている。またポリ塩化ビニルやポリ酢酸ビニルの溶液を、あらかじめセロファン、紙、アルミ箔(はく)などに塗布乾燥しておいて、接着すべき部分に熱を加えながら圧力を加えれば、樹脂が熱で軟化し接着が完成する。
 この感熱型接着剤は高速度の自動包装などに用いられるだけでなく、加熱時には樹脂が軟化し冷却すればただちに固化する性質を利用して、紙コップ、化粧品のボール箱、雑誌の製本などホットメルトhot-melt接着剤として多量に使用されている。感熱型接着剤は軟化点が70ないし110℃ぐらいの熱可塑性樹脂を用いるために、接着部分に熱が加わればふたたび軟化して接着力が低下する。この感熱型接着剤に属する接着剤はポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、塩化ゴム、ポリエチレンや天然樹脂などである。
 化学反応型接着剤は、液状の接着剤を塗布し、化学反応によって重合または三次元化させることによって接着するもので、触媒などを加えることもある。金属どうしの接着など、接着しにくくかつとくに強い接着力、耐熱性、耐水性、耐油性などが要求される構造用接着剤としてこの型のものが使われる。木材接着剤のユリア樹脂やメラミン樹脂のように、揮発性成分を蒸発ないし木片に吸収させながら化学反応で硬化していくものには溶剤蒸発型のものもある。溶剤の蒸発と並行して化学反応によって樹脂化していく。揮発性成分のないものは無溶剤型接着剤として大きな接着力を発揮する。[垣内 弘]

接着剤の応用面での広がり

工業用接着剤としてもっとも歴史の古い合板用(主としてユリア系)と、その他の木工用(主として酢酸ビニルエマルジョン系)の二大分野での使用量が減少し、需要の第3位と第4位を占める建築用(主として合成ゴム系と酢酸ビニルエマルジョン系)、紙と包装材料用(酢酸ビニルエマルジョン系、ホットメルト接着剤、EVAエマルジョン系、ポリウレタン系など)でのシェアが増加している。とくに建築用の伸びは目覚ましく、木工用との差は縮まってきた。
 輸送部門は主として自動車用で、車内の断熱材の貼り付け用(主として合成ゴム系)に大量に使われてきた。現在では繊維用(主として酢酸ビニルアクリル共重合系エマルジョン)を追い越している。靴・履き物用としての接着剤(ヘップサンダル用の主として合成ゴム系)は、一時は急上昇したが現在は落ち着いている。
 注目されるのは最近の新しい接着剤とその用途である。たとえば、産業用から家庭用までの汎用接着剤としてエポキシ樹脂がある。主材のエポキシ樹脂と硬化剤とを混合して使用する二液性の主として常温硬化型と、エポキシ樹脂にあらかじめ硬化剤とを混合しておく、加熱硬化型とがある。この硬化剤の混合比は硬化物の物性に影響するので注意を要する。
 機能性接着剤として電導性接着剤がある。接着剤に導電性物質を配合したものである。エポキシ樹脂に銀粉を高充填(じゅうてん)したものが一般的でかつ信頼性がある。特異なものとして嫌気性接着剤がある。空気(酸素)の存在下では硬化せず、たとえばネジ止めのように金属間細隙で空気が遮断されるとラジカル重合して硬化する接着剤である。またシアノアクリレートモノマーが被着材表面で微量の水分を開始材として瞬間的にアニオン重合をおこして硬化して接着を完成するという接着剤の例もある。
 接着剤の将来像として、接着力の発現をコントロールできる接着剤の開発が期待されている。たとえば、部品の組立て作業中は粘着程度であり、部品が最適の位置に設定できたら、加熱、光照射または超音波などで接着を完成させる粘着接着剤の開発、また自動車エンジンや電子機器周辺の高温に耐える耐熱性接着剤の開発などである。[垣内 弘]
『柴崎一郎著『接着革命――接着剤100パーセント活用法』(1982・講談社) ▽井本稔著『わかり易い接着の基礎理論』(1985・高分子刊行会) ▽日本接着学会編『接着剤データブック』(1990・日刊工業新聞社) ▽遠山三夫著『高圧接着剤(粘着剤)――その機能と仕組み』(1992・高分子刊行会) ▽水町浩ほか監訳『接着大百科』(1993・朝倉書店) ▽本山卓彦著『接着おもしろテクノロジー』(1996・日刊工業新聞社) ▽日本材料科学会編著『接着と材料』(1996・裳華房) ▽沖津俊直著『接着剤の実際知識』(1996・東洋経済新報社) ▽永田宏二著『接着のおはなし』(1997・日本規格協会) ▽竹本喜一・三刀基郷著『接着の科学――くっつく仕組みから新しい接着剤まで』(1997・講談社) ▽宮入裕夫監修『接着技術のはなし』(1997・日本実業出版社) ▽日本化学会編、中前勝彦ほか著『接着・粘着の化学と応用』(1998・大日本図書) ▽シーエムシー編・刊『エレクトロニクス接着材料市場――接着剤、粘着テープ、封止材、SMT、はんだ』(1998) ▽アルフォンス・V・ポシャス著、水町浩ほか訳『接着剤と接着技術入門』(1999・日刊工業新聞社) ▽シーエムシー編・刊『水溶性高分子の開発技術』(1999) ▽本山卓彦監修『機能性エマルジョンの基礎と応用』(2000・シーエムシー) ▽日本接着学会編『接着ハンドブック』(2001・日刊工業新聞社) ▽速見諒三監修『セラミックスの接着と接合技術』(2002・シーエムシー) ▽永田宏二監修『新世紀の接着剤と接着技術』(2002・シーエムシー) ▽三刀基郷著『トコトンやさしい接着の本』(2003・日刊工業新聞社) ▽日本規格協会編・刊『JISハンドブック 接着』2003年版(2003) ▽井本稔・黄慶雲著『接着の科学』(岩波新書)』

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世界大百科事典内の接着剤の言及

【絵具】より

…絵具の種類,性質は展色剤の違いによる。展色剤は顔料を支持体の面に広くひろげるのを助けるとともに,両者の接着剤として作用する。展色剤の性質により絵具は水性,油性,その他に大別できる。…

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