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接着剤はなぜくっつくの?

2013年01月28日 17:50

接着剤

小ちゃい頃から糊、セメンダイン、アロンアロファと色々な接着剤を使って様々なものをくっつけてきた。頻繁に使っている割には、接着剤がなぜくっつくのかなどの原理なんか考えてみた事も無かった。多分接着剤が何故くっつくのかということに疑問を抱いた事がある人は研究者としてのセンスがあるのかもしれない。身近にある科学的現象なのに疑問にすら思わなかった者(自分を含めて)は研究の素質がないのかもしれない(今更分かってもどうしようもないが)。

遅まきながら接着のメカニズムを調べてみた。

接着とは「接着剤を媒介とし、化学的もしくは物理的な力またはその両者によって二つの面が結合した状態」を言うのだそうだ。接着には1.機械的結合 2.物理的相互作用 3.化学的相互作用 の3つがある(参考Wikipedia)。

1. 機械的結合とはアンカー効果とか投錨効果とも言われ、材料表面の凹凸に液状接着剤が入り込んで、そこで固まることによって接着が成り立つと言う考え方。木材や繊維、皮等の吸い込みのある材料の接着を説明するのに有効。

2. 物理的相互作用とは分子間力(ファン・デル・ワールス力)をいい、2次結合力ともいって接着剤の 基本的原理とされる。物体と物体とがナノサイズ的に近づけば、つまり完全にすき間なく密着させただけで接着剤などなくても強力に接着する。つまり物体の表面は電気的に中性にみえても、局部的に分子の+、-の偏位があり、それが静電気的に引き合い、強力な磁石のように離れなくなる。ヤモリの足が微細構造で壁や天井にくっつくのがこれだ。

3. 3つ目の化学的相互作用とは、一次結合力と言って最も強い接着力が期待される共有結合や水素結合を言う。接着剤と被着材が化学結合(共有結合、水素結合、共重合、縮合反応、付加反応)をする接着する。イソシアネート、エポキシ、シランカップリング処理などがこの例とされる。接着剤自体も硬化剤を使用して化学反応することになり、最も強い接着力を実現する

接着のプロセス

接着の原理から言えば接着剤と被着材はその分子間力の及ぶ範囲に接近していなければならない。
ここで「ぬれ」と言うことがだいじになる。油の上に水を落としても水は拡がらないがそれは相溶性(親和性)が悪いから。 相性がよく、馴染みがよい時に「ぬれ」が起り、そこに分子間力が働き接着が可能になる。 ポリエチレンやポリプロピレンは油のような性質をもっているために接着が困難と言うわけです。 接着剤は被着材の表面をぬらして拡がった後、固まって始めて接着が完了する。
ちなみに石の硬さなんかもこの化学結合に関係している。共有結合でガッチリ結合したモノがこれまた、ガッチリと結晶を形成すれば、もの凄く 硬くなるワケですが、普通に2つの固体材料をすり合わせてもくっつきませんこれでは分子間の距離が離れすぎているんです。平らに見える固体材料も分子レベルで考えればガタガタな表面状態なわけで、化学結合の効果を期待するには数nmの距離に近づく必要があり、接着力といえるほどの力を生み出すためにはすり合わせるだけでは全然足りないわけです。よって、接着剤は共通して液体(粘度の差はあるが)です。液体であればこの距離に充分入りこめ、化学結合力によって固体材料に吸着し、接着剤自体が硬化すれば見事に”接着”されるというわけです。

ダイヤモンド [炭素(C):立方晶形結晶] なんかは とんでもなく硬い。そのダイヤモンドを作るには地球内環境と同じ状態の高圧(10万気圧)高温(1600 度)下に炭素を置く(これを高圧合成法という)ことで分子同士を限りなく近づけて共有結合を作り出して接着力を生み出している訳です。


昔から使われている接着剤

昔から使われている接着剤にニカワがあります。「膠」と書きますが、昔は「煮皮」と書かれたように、獣類の皮や骨、腸、爪などを煮出した液を分離・冷却し、さらに乾燥させてつくります。主な成分は、タンパク質です。乾燥させたものを水につけてから加熱してとかすと、接着剤になります。
中国では紀元前4000年頃、エジプトでは紀元前3000年頃から、ニカワが接着剤として使われていました。古代中国の古墳や、古代エジプトのピラミッドから発見された棺や家具、美術工芸品などに、それを見ることができます。膠は、動物の皮革や骨髄から採られる強力な糊です。主成分は、コラーゲンという蛋白質の一種です。 
本来、接着剤としての用途が中心ですが、絵具や絵画下地のバインダー、また、膠をさらに純粋に生成した「ゼラチン」は食用や写真用にも使用されます。
コラーゲンといえば最近流行の肌の瑞々しさを保つために使用されています。骨は、コラーゲンの線維を網の目のように張り巡らし、これをムコ多糖たんぱく質)という糊で固めます。その骨組みにカルシウムやリンなどを沈着させます。更に体の中でのコラーゲンの役割は、細胞と細胞をつなぎ合わせる、いわば接着剤。細い紐状のコラーゲンは、架橋といって、互いに橋を掛け合って結びつく性質があり、これにより細胞同士をしっかりとつなぎ合わせています。コラーゲンは生体内でも人工的に使われてもいい接着剤なのです。
古くから用いられていた接着剤として、漆もあげられます。

 漆といえば輪島塗に代表されるように、現在は塗料としての用途が一般的。また英語で漆器のことを「japan」と言うように、国際的にも日本の漆は有名ですが、古くは主に接着剤として使われていました。
 漆の原料はウルシの木からとれる樹液です。これを、中国では紀元前2000年頃から顔料の結合剤として使用していました。
漆液は、ウルシオール、ゴム質、含窒素物、水分等から構成される。漆の主成分はウルシオールとラッカーゼで、ウルシオールが多いほど質の良い漆。ウルシオールを含んでいる割合は日本産の漆で約66%、中国産で61~63%、ベトナム産で約34%。ペンキや洗濯物は中の水分や溶剤が蒸発して「乾く」が、漆は主成分のウルシオールと酸化酵素ラッカーゼとの反応で塗膜を作る。漆の乾燥とは、酵素が高分子を作るということ。漆を塗った漆器は見た目もよくなお強固になることで物理的に弱い材料で出来ている木工品によく使われる。

要するに接着剤は2つの物の間にしみ込んで分子間力の及ぶように限りなく近づき、更には化学結合なども起こして固まり2つの物を接着させる。
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なぜ勝海舟は評価が低い?

2013年01月08日 18:49

「半藤一利著幕末史」

正月の休み中に読んだ本で興味深かったのは「半藤一利著幕末史」で幕末を官軍側からではなく幕府側から眺めた本である。
よく歴史は勝者によって作られるというけれど、幕末の出来事も薩長の都合のいい様に改竄された部分が往々にしてある。なにしろ作者の半藤は東京生まれで、父方の出身が戊辰戦争で最後まで徹底に抵抗して城下全体が焼け野原となった朝敵藩である越後長岡藩ということで、薩長嫌いが子供の頃から身にしみていた訳だから、明治維新という言葉さえむかつき、「徳川家の瓦解」だと言えと思っているくらいです。だから西郷隆盛は偉人というよりも毛沢東と同じ破壊者で坂本龍馬にいたっては独創的なものは何も無く、みんな他人のアイデアのパクリであるなどといった文字が並ぶのです。

その幕末の中で活躍の割に評価が低い人物に勝海舟がいることにも納得できません。そういう私も勝海舟の幕末から明治への移行における役割は非常に重要だったと考えている一人ですが、あまり共感してくれる人はいません。勝海舟は潔く幕府と運命をともにしなかったためか幕府の裏切り者の様に言われ、運命をともにし、最後まで徹底抗戦を叫び(日本人はこのように忠義を最後まで尽くすという事が大好き)お役御免となり後に処刑された小栗上野介や最後まで抗戦し、函館の五稜郭まで行った榎本武揚に比して人気がなく評価が低い。一方、日本人はNHKの大河ドラマで始まった会津藩の松平容保の幕府への忠義ぶりや徹底抗戦には涙を流す程の感激ぶりなのです。

勝海舟(幼名驎太郎)は旗本小普請組(41石)の父「勝小吉」と母「信」の間に生まれ、10歳過ぎから島田虎之介の道場に通い、剣は直心影流の免許皆伝の腕前。しかしこれからの世は剣術の時代ではないと悟り、オランダ語を学び精通。清でアヘン戦争が起こった時には18歳になっていた。アヘン戦争のショックから大きく海外に目を向ける事になり、世界情勢を知るため佐久間象山の下で学ぶようになる。

そんな時(1853)にペリー艦隊が来航し開国を要求される。老中首座の阿部正弘は幕府の決断のみで鎖国を破ることに慎重になり、海防に関する意見書を幕臣はもとより諸大名から町人に至るまで広く募集した。勝驎太郎(31歳)や河合継之助(27歳)も意見書を出したが、勝の意見書はピカ一で幕府異国応接掛の岩瀬忠震と海防掛の大久保忠寛に認められ、これが出世の糸口になった。勝はそれまで単なる御家人で江戸城内に上がったことはなかったが,その後、様式学校、のちの長崎海軍伝習所設立のための専門委員に抜擢される。その時の建白書には「海からくる奴を防ぐには軍艦を買う事(造る事が出来ないので)そしてそれを動かす海軍の人たちを育てる事」が簡要だと言っている。そして(1855年)海軍士官養成の長崎海軍伝習所の実質的所長に任命され、オランダ船のスームピング号を貰い受け観光丸と名付けて約200名の生徒を集め実習を開始する。このときの老中阿部正弘は「これは幕府に取って一大事な仕事である。一人一人の名誉などを考えたりしないで、国のため日本のために役立つように頑張って欲しい」と訓示し、藩を離れて日本のためにという考えがこれから世に広まりだす。これが、薩長を含めて様々な藩から生徒が集まり、新たな人脈が出来て、明治の世の海軍の礎になって行く訳です。

日米修好通商条約が結ばれ、アメリカへ特使を派遣する(1860年)事になり咸臨丸が行く事になって勝驎太郎が艦長に抜擢される。福沢諭吉も同じ船でアメリカに渡る訳ですが、後に書いた本に「勝艦長は船酔いして全く役に立たなかった」とある。これがまた勝の人気をなくす原因になっていて役に立たないくせに威張り散らしたと後世で言われる訳です、しかし本著者の半藤はそんな事はあり得ない、すでに長崎で何度も船に乗り、難破しかけた事もあるくらいだし、船酔いなんかあり得ないと反論しています。

また大政奉還論は坂本龍馬が唱えたという事になっていますが、実際は大久保忠寛と勝驎太郎の二人がすでに提案していたものを坂本龍馬と山内容堂が正式に持ち出したものであるらしいです。なんと言っても勝驎太郎の最大の功績は江戸城無血会場で、平和裏に政権交代を行なわせたことです。

勝驎太郎と西郷隆盛が知り合ったのは長州征伐の軍総参謀長に西郷が決まって、その時神戸で繰練所つくりをやっている勝驎太郎という幕府の上の方に聡明なる人物がいるので話を聞こうという事になって会ったのが始めです。勝驎太郎は西郷に対して「1. 幕府は土台が腐り切っている。幕府を相手にしない方がいい。2. 緊急の兵庫開港日がすでに決まっている。外国人は幕府の役人を軽蔑し切っている。雄藩の賢公4、5人の共和政治で物事を決めるが宜しい。3. 雄藩連合の合議制による連合政権こそ現状打破の最上の策」と話します。こんな事をずけずけ言うのですから、幕府よりの藩からは嫌われて当たり前。
西郷は最初は頭から叩いてへこましてやるつもりだったのが論破するなんてとんでもないと頭を下げた。「佐久間象山なんて問題にならない、はるかにできた人間である。佐久間も学問と見識はりっぱであるが、実際の政治的危機に直面した時には勝先生しかいない」。それくらい勝にぞっこんほれた訳です。その頃、神戸繰練所の塾頭だったのが坂本龍馬です。そして勝の紹介で龍馬も西郷に会う事になります。

1868年鳥羽伏見の戦いで錦の御旗が翻ったとたん慶喜は朝廷に楯突く事はできないと、大阪城を抜け出し開洋丸にのって江戸に無断で帰ります。そして松平容保達に「恭順する謹慎して戦争はしない」と心の内を打ち明けます。
江戸に帰ると慶喜は勝を呼びつけますが、勝はなぜ大阪城に籠り戦わなかったのか?圧倒的に多数の1万の軍隊に無傷の海軍がいて戦えば勝てたはずだと問いつめますが、慶喜は何も答えず反対に「頼れるのはその方ひとりである。ただ一人であるぞ」と泣きつかれ勝は決心します。そしてこれから自分がやろうとしていることは徳川のためでもない、薩摩や長州のためでもない、わが日本国のための大事業だと気を新たにします。著者はこうも言っています。「幕末には随分いろんな人が出てきますが、自分の藩がどうのといった意識や利害損得を超越して日本国ということを大局的に見据えてきちんとことにあったったのは勝一人だと」

そして西軍は江戸を目指して進撃し、駿府に到着し、江戸城総攻撃の日程を決定します。勝は山岡鉄舟を使者にして参謀西郷に書簡を送り、「あなた方がどのような処置をしてもなにも申し上げない。ただ処置が正しいものであれば日本国にとって良い事であるが、間違ったことをすれば日本国の大失敗である。そして乱臣賊子である汚名は一生きえないであろう。戦争の無い静かな解決を望む」と述べます。

西郷は駿府を起ち江戸に向います。勝は和戦両方の構えをし、ナポレオンのモスクワ遠征のことをすでに知っていたらしく、いざとなったら江戸を火の海にするとまで脅しています。薩摩藩邸で最後の交渉をし、西郷はあっさりと「戦争は好んでいたすべきものではありませんから、明日の総攻撃は中止します」との確約を取り付けます。
しかし交渉で一番難しいのは慶喜の身柄安全の確認をいかにするかいうことで、第2次世界大戦の終戦にあたって天皇の身柄をどうするか、その点を陸軍大臣阿南大将が、我々が武器を捨てた後、天皇が絞首刑になったらどうするのかと最後まで頑張ったのと同じことです。

慶喜の身柄も交渉で無事確保でき、江戸城無血開城を導いた立役者はまさに勝なのに、どちらかというと攻める気満々の薩摩の西郷の方が評価が高いのも納得できません。とにかく勝てば官軍なのです。敗軍の将兵を語らずというのか勝は明治に入って反論はせず、どちらかと言えば幕府の侍達の生活の面倒を見る事に心を砕いたようです。


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