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合成ゴム ごうせいゴム synthetic rubber

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ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典の解説

合成ゴム
ごうせいゴム
synthetic rubber

天然ゴムと類似の物理的性質化学的性質をもった合成高分子化合物。 1926年ドイツブタジエンの重合によりブナゴムが合成されてから数多くのものがつくられ,石油化学工業の発達に伴い工業生産が行われている。

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デジタル大辞泉の解説

ごうせい‐ゴム〔ガフセイ‐〕【合成ゴム】

天然ゴムに類似した性質をもつ合成高分子化合物。耐油・耐熱・耐候性などが天然ゴムよりすぐれる。スチレンブタジエンゴムSBR)・ニトリルゴム・クロロプレンゴムなど。人造ゴム

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百科事典マイペディアの解説

合成ゴム【ごうせいゴム】

人工的に得られる鎖状高分子化合物弾性体の総称。工業的には1914年ドイツでジメチルブタジエンの重合によりメチルゴムを生産したのが初め。その後ブナネオプレンなどが発表され,第2次大戦を契機として米国で著しく発展。
→関連項目化学工業合成化学工業ゴムゴム工業スチレン石油化学工業フッ(弗)素樹脂

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世界大百科事典 第2版の解説

ごうせいゴム【合成ゴム synthetic rubber】

天然ゴムを原料としてゴム工業が興ったが,天然ゴムはその生産量に限度があり,急に需要がふえても工業製品のように容易に増産することはできない。また,その価格も世界情勢の動きを反映して大幅に変動することが多く,樹皮片,砂などの異物混入,品質のばらつきもあることなどから,供給や価格の面で安定が期待でき,かつ純度も高く品質の一定した合成ゴム製造の要望は大きかった。ゴムはまた軍需物資としてもきわめて重要なものであったため,各国において合成ゴムの研究が推進された。

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大辞林 第三版の解説

ごうせいゴム【合成ゴム】

弾性や強度が天然ゴムに似ており、耐熱・耐油・耐薬品・耐摩耗性などにすぐれた性質をもつ合成高分子化合物の総称。ブタジエン-ゴム・イソプレン-ゴム・スチレン-ブタジエン-ゴムなど。人造ゴム。

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日本大百科全書(ニッポニカ)の解説

合成ゴム
ごうせいごむ
synthetic rubber

天然ゴム(NR)に対して、人工的に合成されたゴム状物質あるいはゴム弾性体、およびそれらの原料である合成高分子化合物の総称。天然ゴムが主成分シス-1,4-ポリイソプレンであるのに対して、合成ゴムは原料および製造法の多様性のために多くの種類があり、その化学構造に従って特徴のある性質を示す。天然ゴムに乏しい耐油性、耐熱性、耐オゾン性などの物性を改良した合成ゴムが製造されている。[福田和吉]

歴史

1826年イギリスのファラデーは、天然ゴムの主成分がイソプレンと同じC5H8であることを明らかにした。1860年ウィリアムスCharles Greville Williams(1829―1910)は天然ゴムの乾留によってイソプレンを単離し、構造単位であることを明らかにした。それ以来、合成ゴムをつくる試みが続けられた。19世紀後半に天然ゴムの生産地が東南アジアを中心とした地域に集まり、天候や戦争によってゴム資源の不足する国々が現れた。天然ゴム代替を目的として合成ゴムの製造が試みられ、20世紀初めには天然ゴム類似のゴム状物質の合成が、研究上確立された。
 第一次世界大戦中、連合軍によって封鎖されたドイツは、1914年ジメチルブタジエンを原料にしてメチルゴムの製造を初めて行った。これが世界初の工業化された合成ゴムである。しかし、自動車用タイヤなどの性能が天然ゴム製品に比べて劣り、戦争終了とともに生産は中止された。1927年にはブタジエンのナトリウム触媒による重合でブナBuna(ナトリウムnatriumを用いブタジエンbutadienを重合するの意)の工業化が行われた。1930年代に入り乳化重合法が完成して、1933年ブナS(ブタジエンとスチレンとの共重合体)と、1934年ブナN(ブタジエンとアクリロニトリルとの共重合体)の製造が工業化した。一方、アメリカでは特殊ゴムとして1927年多硫化系ゴム(商品名チオコール)が開発され、1931年クロロプレン系合成ゴム(商品名ネオプレン)の製造が工業化された。第二次世界大戦に入り天然ゴム資源の欠乏したアメリカは、政府の管理下にGR-S(ドイツのブナSのこと。GRは政府のゴムgovernment rubberの略)とGR-A(ブナN)など汎用(はんよう)ゴムの生産を開始、1945年には年産82万トンに達した。戦後、これらは民間企業に移され、GR-SはSBR、GR-AはNBRの略称に変えられている。ドイツやアメリカのほかカナダ、フランス、ソ連などの各国でも合成ゴムの製造が開始された。
 天然ゴムの不足と自動車のタイヤ用ゴムの需要の増大に伴って、合成ゴム生産量は第二次世界大戦後急増して今日に至っている。その基礎は石油化学工業の発展と高分子化学工業の進歩にあり、合成ゴム生産量は1962年には天然ゴム生産量と並んだ。その後の合成ゴム生産量の増加はつねに天然ゴムより上回っている。合成ゴムの種類も多くなり、1954年にはアメリカで初めて天然ゴムと同じ化学構造をもったシス-1,4-ポリイソプレンの合成(合成天然ゴム)に成功した。このように合成ゴム工業は質・量ともに確固たる基盤のうえにたち、今日の隆盛を築いた。
 日本では石油化学工業の誕生とともに1959年(昭和34)にSBRの生産が開始されて以来、各種合成ゴム生産量の合計は1978年に100万トン、2004年(平成16)に160万トンを超えた。これは同年の世界の生産量1200万トンの13%にあたる。[福田和吉]

製造法と特性

合成ゴム製品の基本的な構造は、高分子量の線状高分子が適当な架橋をしたものであり、非晶性でガラス転移温度が低い。原料ゴムは石油化学製品のモノマー(単量体)を重合して製造される。合成ゴム製品は原料ゴムの種類と架橋方法によって、特徴のある物性を示す。一般的な合成ゴムの加工法は天然ゴムと同じで、原料ゴムを(1)可塑性と粘着性を高めるために素練りをし、(2)各種配合剤を混合して混練り後、(3)各種目的物に成形、(4)加熱加硫してゴム製品とする。加硫は原料ゴムの構造に依存して、硫黄(いおう)によるほか、過酸化物や金属酸化物による場合もある。
 合成ゴムはその種類によって、弾性、耐摩耗性、耐熱性、耐老化性、耐寒性、耐オゾン性、耐油性、耐薬品性などの性質のいくつかがとくに優れており、広範囲に使われている。[福田和吉]

種類

合成ゴムの種類は化学構造の違いからジエン系(R)、オレフィン系(M)、多硫化系(T)、シリコーン系(Q)、フッ素系(FK-)、ウレタン系(U)、およびエーテル系(O)などに分類される。通常、固形ゴムであるが、ラテックスや液状ゴムがある。用途別にはタイヤなどに多量に使われる汎用ゴムと、工業用や医療用の特殊ゴムに分類される。汎用ゴムはスチレン・ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、およびイソプレンゴム(IR)であり、このうちIRの生産量は少ない。特殊ゴムは準汎用のエチレン・プロピレン・ジエンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム(CR)およびアクリロニトリル・ブタジエンゴム(NBR)などである。新しいタイプのゴムとして、物理的橋架けの熱可塑性エラストマー(熱可塑性ゴム)および鎖延長橋架けによって硬化する液状ゴムがある。カッコ内は、国際標準化・規格設定機関であるASTMインターナショナル(旧アメリカ材料試験協会)による略称。
(1)スチレン・ブタジエンゴム(SBR) 汎用ゴムの代表として、もっとも大量に生産されている。大部分は乳化重合によって合成され、E-SBRと略称、一部は溶液重合によって合成され、S-SBRと略称。通常、E-SBRは、スチレン(23.5%)とブタジエンの低温ラジカル共重合によって得られるランダム共重合体である。スチレンを50%以上含むSBRはハイスチレンゴムとよばれ、硬質ゴム製品の靴底や床タイルなどの用途がある。SBRラテックスは、乳化重合を停止した後濃縮して安定剤を加えたゴムの乳濁液である。
(2)ブタジエンゴム(BR) 高シスBRと低シスBRがある。高シスBRは、ブタジエンのツィーグラー(チーグラー)系触媒による溶液重合で合成され、シス-1,4結合が96%以上の立体規則性ポリマーである。汎用ゴムとしてSBRに次いで多く使われる。低シスBR(シス-1,4結合10~35%、トランス-1,4結合57~66%)はリチウム系触媒の溶液重合あるいは乳化重合によって製造される汎用ゴムである。このうち乳化重合法低シスBRはラテックスとしてABS樹脂用に使われる。また、ツィーグラー系触媒の種類によって高トランスBRや高1,2BRなどの立体規則性ポリマーができる。
(3)クロロプレンゴム(CR) クロロプレンの乳化重合で合成され、トランス-1,4結合を80%以上含む。酸化マグネシウムや酸化亜鉛で架橋してゴム製品とする。難燃性であり、耐油性・耐候性に優れ、全体的に物性が均衡のとれた性質であり、結晶化しやすく、ゴム糊(のり)としたときの接着性がよい。
(4)アクリロニトリル・ブタジエンゴム(NBR) アクリロニトリル(15~50%)とブタジエン(85~50%)の乳化重合によって製造される。加硫ゴム製品はとくに耐油性が優れており、アクリロニトリル含有量の多いほど耐油性が高くなる。天然ゴムより、耐屈曲亀裂(きれつ)性、耐オゾン性、電気絶縁性などは劣る。
(5)イソプレンゴム(合成天然ゴム、IR) シス-1,4結合が94%以上のポリイソプレンであり、天然ゴムと同じ化学構造をもつ。ツィーグラー系触媒あるいはアルキルリチウム触媒によるイソプレンの溶液重合で合成される。天然ゴムとほとんど同じ性質を示すが、未加硫ゴムの強度が低く、トラックや航空機用の重負荷タイヤには適さない。
(6)ブチルゴム(IIR) イソブチレンに3%程度のイソプレンを加え、塩化アルミニウム触媒などにより低温溶液重合して合成される。加硫ゴム製品は気体透過性が天然ゴムの10分の1と低く、反発弾性が低い。
(7)エチレン・プロピレンゴム(EPM・EPDM) エチレンとプロピレン(6対4~7対3)の共重合体(EPM)および両モノマーに5%以下の非共役ジエン(たとえばエチリデンノルボルネン)を加えた三成分共重合体(EPDM)である。いずれもツィーグラー系触媒による溶液重合で合成される。EPDMは準汎用ゴムとして普及し、通常の加硫によってゴム製品ができる。
(8)エチレン・酢酸ビニルゴム(EVM) エチレンと酢酸ビニル(25~40%)の共重合体である。酢酸ビニル組成の低いときは熱可塑性エラストマーであり、高くなると過酸化物で架橋することができる。耐寒性があまりよくない。
(9)アクリルゴム(ACM) アクリル酸エステルを主成分とする合成ゴムである。2-クロロエチルビニルエーテルあるいはアリルグリシジルエーテルとの共重合体が代表的である。アミン類で架橋するが、硫黄で加硫するタイプもある。
(10)フッ素ゴム(FKM) フッ素を含む合成ゴムの総称である。フッ化ビニリデンと六フッ化プロピレンあるいは五フッ化プロピレンの共重合体が代表である。耐熱性、耐油性、耐薬品性がゴムのなかでもっとも優れているが、高価である。
(11)ポリエーテルゴム(O) 主鎖がエーテル結合をもつ合成ゴムの総称。ヒドリンゴムともよばれる。エピクロロヒドリン重合体(CO)とエピクロロヒドリン‐エチレンオキシド共重合体(ECO)が代表的である。ジアミンや過酸化物で架橋して製品とする。耐油性、耐熱性、耐オゾン性、低温物性が優れている。工業用として自動車や航空機の部品に使われる。
(12)クロロスルホン化ポリエチレン(CSM) ポリエチレンに塩素と硫黄を反応させ、部分的に塩素と塩化スルフリル基を置換した合成ゴムである。金属酸化物で架橋して製品とする。不飽和結合がないので、耐オゾン性、耐熱老化性、耐薬品性などが優れている。
(13)多硫化系ゴム(T) 主鎖がポリスルフィド結合-Sn-(n=2~4)をもつ合成ゴムの総称。ビス(2-クロロエトキシ)メタンのような有機二塩化物と多硫化ソーダの重縮合で合成される。金属酸化物で架橋して製品とする。
(14)ウレタンゴム(U) 両末端にヒドロキシ基をもつポリエーテルジオールあるいはポリエステルジオールとジイソシアナートの重付加反応によって合成されるポリウレタンがプレポリマーであり、それぞれEUおよびAUと略称される。これに鎖延長・橋架け剤を加えて成形し、製品とする。成形法によって、(a)注形加工するキャストタイプ、(b)通常のゴムのように加工するミラブルタイプ、および(c)射出成形加工する熱可塑性タイプの3種類に分けられる。(a)のタイプがもっとも多く、プレポリマーが液状であり、液状ゴムとよばれる。(c)のタイプは長鎖状のポリウレタンであり、熱可塑性エラストマーとよばれる。
(15)シリコーンゴム(Q) オルガノシロキサン結合-Si(R,R')-O-の単位をもつ線状重合体のうち、半流動性の固体が原料ゴムである。有機過酸化物で架橋するか、ビニル基側鎖を含むものは硫黄で加硫して製品とする。無機のガラスと同じ主鎖をもち、低温でも弾性を示すので使用温度範囲が広い。
(16)その他 プロピレンとブタジエンの交互共重合体(交互PBR)、アクリロニトリルとイソプレンの共重合体(NIR)などのジエン系ゴムがあり、シクロオレフィンの開環重合によって合成されるポリアルケナマーゴムもある。また、エチレンスルフィドとプロピレンスルフィドの開環共重合によって合成されるポリチオエーテルゴムがある。[福田和吉]

熱可塑性エラストマー(熱可塑性ゴム)

加熱すると軟化して成形できるが、室温付近では通常のゴムと同様の力学的性質を示す、物理的な架橋をもつゴムの総称である。プラスチックのように熱可塑性を示すことから、熱可塑性エラストマーとよばれる。代表的なものはABA形ブロック共重合体である。たとえばAブロックはポリスチレンのようなハードセグメント、Bブロックはポリブタジエンのようなソフトセグメントである。分子量が数千程度の屈曲性をもつ柔軟な分子鎖からなるBブロックがゴムの性質を現す部分であり、その両末端の硬いAブロック集合部が分子間凝集力によって物理的架橋点をつくる。加熱してAブロックの軟化温度以上になれば流動性を示す。熱可塑性ポリマーとしての利点をもつ反面、耐熱性と耐溶剤性が劣る。前記のABAトリブロックあるいはテレブロック体のほか(BA)nマルチブロック体がある(図A)。[福田和吉]

液状ゴム

分子量が数千程度で屈曲性が高く、両末端にヒドロキシ基やアミノ基などの官能基をもつ液状のプレポリマー(テレキリックポリマーともいう)が原料であり、これに多官能性化合物を加えて鎖延長と架橋を行ってゴム製品とする。このようなゴムを総称して液状ゴムという。成形加工が容易であり、複雑な成形物や狭い空間のシーリング材として利用できる(図B)。[福田和吉]

合成ゴムの将来

このように合成ゴムは、原料と重合法、さらに加硫法などの多様性のために多くの新しい種類が開発されてきた。このうち汎用ゴムはSBRとBRにEPDMが加わってきた。機械工業、自動車工業、電気電子産業などの発展とともに用途が拡大している特殊ゴムは、今後も新しい種類の開発が可能である。たとえば、感光性、導電性、磁性あるいは生体適合性などの機能性合成ゴムがつくられており、加圧導電性ゴムは電子機器やカメラのスイッチに使われている。[福田和吉]
『浅井治海著『ゴムの実際知識』(1974・東洋経済新報社) ▽山田準吉著、日本化学会編『産業化学シリーズ ゴム』(1975・大日本図書) ▽田中康之・浅井治海著『ゴム・エラストマー』(1993・大日本図書)』

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