合成ゴム

III

合成ゴムの分類と種類

合成ゴムは、大きくわけて、天然ゴムの代替品としてつかうことを目的につくられたものと、天然ゴムの欠点である摩耗しやすく油に弱いという性質を改善するためにつくりだされたものとがある。

分類としては、化学的構造により、単位分子中の主鎖に二重結合を2つもつジエン系と、二重結合をもたない非ジエン系とに大きくわけられる。

ジエン系ゴム
天然ゴム(NR、JISによる略号、以下同)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリル・ブタジエンゴム(NBR)
非ジエン系ゴム
ブチルゴム(IIR)、エチレン・プロピレンゴム(EPM、EPDM)、ウレタンゴム(U)、シリコーンゴム(Q)、クロロスルホン化ポリエチレン(CSM)、塩素化ポリエチレン(CM)、アクリルゴム(ACM)、エピクロロヒドリンゴム(CO、ECO)、フッ素ゴム(FKM)

さらに、原料に1種類のモノマーをつかって付加重合によりつくられるものと、原料に2種類以上のモノマーをつかって共重合反応を利用してつくられるものがある。

そのため、JIS K6397 原料ゴム及びラテックスの略号(以下JIS)では化学構造をもとに合成ゴムの分類をさだめ、グループによる分類をおこなっている。

Mグループ： ポリメチレン型の飽和主鎖をもつゴム重合体
Oグループ： 主鎖(鎖式化合物の幹となる炭素骨格のこと)に炭素と酸素をもつゴム
Rグループ： 主鎖に不飽和炭素結合(→ 飽和化合物)をもつゴム
Qグループ： 主鎖にケイ素と酸素をもつゴム
Uグループ： 主鎖に炭素と酸素および窒素をもつゴム
Tグループ： 主鎖に硫黄と酸素および炭素をもつゴム
Zグループ： 主鎖にリンと窒素をもつゴム

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イソプレンゴム(IR)

イソプレンCH₂=C(CH₃)CH=CH₂の付加重合でつくられたゴムで、天然ゴムとほぼ同じ構造をもち、よく似た性質をしめす。そのため、合成天然ゴムともよばれている。純粋なイソプレンからできているために、天然ゴムにくらべて品質が均一であること、異物の混入がないこと、吸水性が少なく臭気もほとんどないことなどの特長がある。機械的強度としては、弾性や耐摩耗性などは大きいが、引張強さは天然ゴムにややおとる。

天然ゴムの構成要素である重合体のポリイソプレンはシス–1,4結合が100%であるのに対し、イソプレンゴムでは95%程度であった。しかし最近では、新触媒の開発がすすみ、シス–1,4結合が100%のものもできるようになってきている。

用途としては、天然ゴムとともに、タイヤや靴底、ベルト、ホース、医療用製品など、幅広く利用されている。しかしながら、天然ゴムと同様に耐熱性や耐油性におとるため、機械内部から液体や気体がもれないようにするためのシールパッキンなどにはもちいられていない。

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ブタジエンゴム(BR)

ブタジエンCH₂=CHCH=CH₂の付加重合でつくられ、シス型(シス–1,4結合)を90%以上ふくむものがゴムとして使用されるが、トランス型(トランス–1,4結合)やビニル型(1,2結合)の割合が高いものはプラスチックとして利用される。→ 幾何異性体

高い反発弾性(反発する力)をもち、耐寒性や耐老化性にすぐれているが、とくに耐摩耗性がすぐれ、低温時においても良好な特性をしめす。単独で使用されることは少なく、天然ゴムや、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)などとまぜてタイヤにもちいられることが多い。

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スチレン・ブタジエンゴム(SBR)

天然ゴムの代用品として1933年にドイツで開発された合成ゴム。スチレンC₆H₅CH=CH₂とブタジエンCH₂=CHCH=CH₂の共重合からつくられるが、ナトリウム触媒で重合させたことから、それぞれの頭文字をとりブナSとよばれていた。乳化剤でモノマーを乳化し、乳濁液(エマルション)として重合をおこなう乳化重合法あるいは、モノマーを有機溶媒にとかして重合させる溶液重合法でつくられる。

天然ゴムに似た性質をもつが、天然ゴムにくらべると弾性が低い。老化しにくく、鉱油に対する耐性はないが、植物油に対しては耐性がある。弾性や強度特性、耐摩耗性などのバランスがよく、加工も容易であることから汎用(はんよう)ゴムとして、合成ゴムの中ではもっとも多く生産されている。

用途としては、自動車用タイヤに多くがつかわれている。そのほか、天然ゴムとまぜあわせて防振ゴムやホース、ベルト、履物など、一般工業用品材料として多量に生産・消費されている。

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クロロプレンゴム(CR)

デュポンの商品名であるネオプレンという名称でも知られている合成ゴムで、1930年にアメリカの化学者カロザースにより開発された。天然ゴムの構成要素であるイソプレン(2–メチル–1,3–ブタジエン)C₅H₈のメチル基のかわりに、塩素が入ったクロロプレン(2–クロロ–1,3–ブタジエン)CH₂=C(Cl)CH=CH₂の付加重合でつくられている。

分子構造中に塩素をふくむため難燃性であり、耐油性や耐熱性にもすぐれ、耐候性や耐オゾン性も良好である。接着剤やゴムベルト、ホース、電線などの一般工業用ゴム製品に広くもちいられている。