分散接着

ロンドン分散力は、近接した2つの非極性分子間の瞬間的な双極子モーメントによって生じる。電子軌道のランダム性により、分子内の電荷分布が不均一になる瞬間が生じ、一時的な双極子モーメントを持つ別の分子との間に静電引力が生じる。分子が大きいほど双極子モーメントも大きくなるため、分散力も強くなる。

キーソム力（双極子-双極子相互作用とも呼ばれる）は、分子内の原子間の電気陰性度の差によって永久双極子を持つ2つの分子間で生じる力である。この双極子によって、2つの分子間にクーロン引力が働く。

デバイ力、すなわち双極子誘起双極子相互作用も、分散接着において重要な役割を果たす。これは、非極性分子が近傍の極性分子との相互作用によって一時的に分極した際に生じる。非極性分子に生じたこの「誘起双極子」は、永久双極子に引き寄せられ、デバイ引力が生じる。

接着の化学的メカニズムに分類されることもある水素結合は、分散メカニズムによって接着強度を高めることができる。^{[ 3 ]}水素結合は、フッ素、酸素、窒素などの小さく電気陰性度の高い原子に水素原子が結合した分子間で起こる。この結合は自然に極性があり、水素原子はわずかに正の電荷を帯び、もう一方の原子はわずかに負の電荷を帯びる。2つの分子、あるいは1つの大きな分子上の2つの官能基でさえ、キーソム力によって互いに引き合うことができる。

特定の接着システムを構成する材料の化学構造は、システム全体の接着力に大きな影響を与えます。なぜなら、構造によって分子間相互作用の種類と強度が決まるからです。他の条件が同じであれば、分散力が大きくなる大きな分子は、同じ基本的な化学構造を持つ小さな分子よりも接着力が強くなります。同様に、極性分子は、同サイズの非極性分子にはないキーソム力とデバイ力を持ちます。接着界面を介して水素結合を形成できる化合物は、さらに高い接着力を発揮します。

濡れ性とは、2 つの表面の熱力学的適合性の尺度です。表面がよく適合している場合、表面は互いに相互作用しようと「望んで」、両相の表面エネルギーを最小化し、表面は密接に接触します。^{[ 4 ]}分子間引力は距離と強く相関するため、相互作用する分子が近いほど引力は強くなります。したがって、濡れ性が良く、接触する表面積が大きい 2 つの材料は、分散メカニズムにより、より強い分子間引力とより大きな接着強度を持ちます。

表面粗さも接着強度に影響を与える可能性があります。1～2マイクロメートル程度の粗さの表面は、表面積が大きいため濡れ性が向上します。そのため、より近い距離で分子間相互作用が多く発生し、より強い引力とより大きな接着強度が得られます。粗さが10マイクロメートル程度になると、コーティングは効果的に濡れることができなくなり、接触面積が減少し、接着強度が低下します。^{[ 5 ]}

接着強度は、接着接触部のサイズと巨視的な形状にも依存します。平らだが奇妙な形状の面を持つ硬いパンチを柔らかい相手から慎重に引き剥がすと、剥離は瞬時に起こりません。代わりに、剥離前線は尖った角から始まり、最終的な形状に達するまで内側に移動します。^{[ 6 ]}平らな接触部の接着強度を決定する主なパラメータは、接触部の最大線形サイズであると考えられます。剥離のプロセスは、実験的に観察されるように、フィルムで見ることができます。^{[ 7 ]}