물건끼리 붙일때 사용하는 순간 접착제는 어떤 화학적 원리를 가지고 있나요?

Question

문득 아이들 요청으로 순간접착제로 부러진 물건을 붙이다 보니 이런 순간 접착제는 어떤 화학적 원리가 숨어 있는지 궁금하여 문의 드립니다

Answer 1

ㅇ순간 접착제는 주로 시아노아크릴레이트라는 화합물을 기본 성분으로 사용하는데, 이 화합물은 공기 중의 수분과 반응해 빠르게 경화되는 특성을 가지고 있어요. 순간 접착제의 화학적 원리는 이렇습니다.

시아노아크릴레이트는 단량체 상태로 존재하며, 매우 작은 분자 구조를 가지고 있어요. 순간 접착제를 물건에 바르면 공기 중의 수분이나 물건 표면에 존재하는 미세한 수분과 만나게 돼요. 그러면 시아노아크릴레이트 단량체가 수분과 반응하면서 중합 반응을 일으키는데, 이 과정에서 단량체들이 빠르게 결합해 고분자 구조로 바뀌게 돼요. 이 중합 반응은 아주 빠르게 일어나며, 단단한 고분자 네트워크를 형성하게 됩니다.

이 고분자 네트워크는 접착제를 바른 두 물건 표면을 강하게 결합시켜 줍니다. 순간 접착제가 이렇게 빠르게 경화되고 강한 접착력을 가지는 이유는 시아노아크릴레이트의 화학적 구조 덕분이에요. 이 구조는 반응성이 매우 높아서 공기 중의 수분과 즉각적으로 반응할 수 있기 때문이죠.

그래서 순간 접착제를 사용할 때는 공기 중의 습도나 접착할 표면의 상태에 따라 경화 속도가 달라질 수 있어요. 공기 중의 습도가 높거나 표면에 수분이 많으면 경화 속도가 더 빨라질 수 있고, 반대로 건조한 환경에서는 조금 더 시간이 걸릴 수도 있어요.

Answer 2

안녕하세요. 윤보섭 과학전문가입니다.

순간접착제의 주된 화학적 원리는 '라디칼 중합 반응'인데 순간접착제의 주성분인 시안아크릴레이트(cyanoacrylate) 계열의 액체 단량체는 공기 중 수분과 접촉하게 되면 라디칼 개시제 역할을 하는 아닐린(aniline)과 반응하여 라디칼 중합 반응이 급격히 진행됩니다. 그래서 매우 짧은 시간에 액체 상태에서 고체 고분자로 급격히 변화하면서 순간적으로 접착이 이루어지는 것입니다.

Answer 3

안녕하세요. 류경범 과학전문가입니다.

순간 접착제의 화학적 원리는 주로 시아노아크릴레이트라는 물질의 특성에 의한 것입니다.

이 물질은 액체 상태에서 공기 중의 수분과 만나면 매우 빠른 속도로 중합 반응을 일으키고, 이 과정에서 고분자 화합물을 형성합니다. 그리고 이 고분자 화합물이 물질과 물질을 연결하는 역할을 하여 접착 효과를 나타냅니다.

이러한 중합 반응은 시아노아크릴레이트 분자가 결합할 표면에서 수분을 빨아들여 물과 반응하고 긴 사슬을 형성하여 즉각적인 결합이 되는 것으로 이 과정에서 약간의 가스와 열이 발생하기도 합니다.

Answer 4

안녕하세요. 김재훈 과학전문가입니다.

순간 접착제의 주요 성분은 시아노아크릴레이트로, 이 화합물은 공기 중 수분과 만나면 급격히 변화하여 고분자를 형성합니다. 이 고분자 네트워크는 물체를 끈끈하게 붙여주는 역할을 합니다. 더불어 표면 처리 기술을 활용하여 접착력을 강화하는데, 이는 미세한 표면 거칠기를 만들어 고분자 네트워크가 더 깊숙이 밀착할 수 있도록 돕습니다. 이처럼 순간 접착제는 중합 반응과 표면 처리 기술의 조합으로 물건을 튼튼하게 연결해주는 역할을 합니다.

Answer 5

안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.

접착제 역사는 3300년 전 이집트로 거슬러 올라간다. 두 물체 사이에 송진이나 식물의 액체 성분을 넣어두면 재료가 붙는다는 것을 발견한 것이 시초다.

이후 개발된 접착제는 크게 세 가지 종류로 발전해 왔다.

먼저 녹말풀 등과 같이 고분자를 용액으로 사용하는 것, 두 번째는 시아노아크릴레이트, 비스아크릴레이트 등과 같이 처음에는 저분자의 액상이던 것이 붙은 다음 중합반응으로 고분자가 되는 것, 마지막으로 에틸렌비닐아세테이트나 폴리아미드와 같이 고분자의 고체를 가열해 용융시켜 붙이는 것이다.

종류는 다르지만 이들 접착제의 원리는 거의 동일하다.

아무리 표면이 매끄러운 물체라도 현미경으로 들여다보면 그 표면은 매우 울퉁불퉁하다. 접착제는 이 틈 사이로 스며들어가 굳어 서로를 붙게 만드는 것이다.

주변에서 쉽게 볼 수 있는 액상 접착제는 보관 용기 안에 있을 때에는 별다른 접착력을 보이지는 않다가 밖으로 나오면 착 달라붙는다.

왜 그럴까? 이유는 접착제에 안정제가 함께 들어 있기 때문이다. 안정제가 접착제를 낱개 분자형태로 존재하게 만들어 접착을 막는다.

하지만 접착물질이 공기나 물속에 노출되면 안정제가 제 기능을 발휘하지 못하게 된다.

이때 낱개 분자들이 수백~수천 개로 결합하는 중합반응을 일으키면서 결합한다. 이 결합이 강할수록 접착력이 강해진다.

이와는 다른 형태의 접착제도 있다. 바이오칩이나 바이오센서를 제작하려면 DNA 같은 생분자를 표면에 고정시켜야 한다.

따라서 바이오칩이나 바이오센서를 만들 때 쓰는 접착제는 일반 접착제와 달리 ‘포스트잇’처럼 붙였다 떼었다하는 기능이 있어야 한다.

이런 기능을 가진 접착제 중에서 가장 강력한 접착제는 ‘아비딘-비오틴 접착제’다. 아비딘은 단백질로 계란 흰자에 함유돼 있는 성분이며, 비오틴은 비타민H 또는 B7이다.

이 두 분자의 복합체는 자연물질의 복합체 중 가장 결합력이 강한 것으로 알려져 있다. 접착제의 강도를 말할 때 ‘결합상수’로 비교하는데 아비딘-비오틴 접착제의 결합상수는 1013~1015나 된다.

이 의미는 분자수가 결합상수에 해당하는 1013~1015개 만큼을 넘어서야 비로소 결합하지 않는 분자가 1-2개 생긴다는 뜻이다.