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2節 合成ゴム

 

◆ラテックスと生ゴム

ゴム樹(何種かあるが,主にへベアブラジリエンシスが利用される)の樹皮に切付けを行うと牛乳状の樹液が流出し,これをラテックスという。ラテックスの成分は,水60%,ゴム炭化水素36%,タンパク質2%,その他糖類等2%である。ゴム炭化水素は,疎水性のコロイド粒子となって分散しており,タンパク質等がこれを保護している。

ラテックスに少量のギ酸や酢酸,または亜硫酸ナトリウム等を加えてゴム分を凝固させ,これを圧延・水洗して乾燥させたものが生ゴムである。

生ゴムの主成分は,シス-1,4構造のポリイソプレン(9394)で,他に樹脂,タンパク質,糖類等を含み,平均分子量は30万,平均重合度は4400程度である。

 

◆加硫

生ゴムは,温度により物理的性質が変化する。高温では可塑性となり,弾性も小さくなる。低温では部分的に結晶となり,弾性を失う。グッドイヤーは,生ゴムに硫黄を加えて熱する事により,この欠点をなくした。硫黄は,ゴム分子間に橋架けを行うので,この様な効果が現れる。一般に,ゴム分子間に架橋構造をつくる操作を加硫という。

加硫に用いる硫黄の量は,普通0.33.5%で,5%以下の場合は弾性の大きい軟質ゴムとなる。30%以上では,硬いエボナイトとなる。

加硫促進剤として,ZnOMgOの他,有機化合物等が用いられる。

 

◆ゴムの弾性

普通の固体の弾性は,分子間力や原子間の結合力に起因し,その弾性率は非常に大きい。また,温度による影響は殆ど受けないが,高温では少し低下する。

ゴムの鎖状分子は,らせん状の構造をとり,これが折れ曲がった糸くずの様になって無秩序に配列している。分子間は,所々で架橋構造を持ち,分子間の滑りを防いでいる。加硫を行うと架橋の数が増え,弾性率が大きくなる。最も弾性率が大きくなるのは,硫黄を1.52.0%加えた時である。

ゴムの弾性は,ゴム分子の熟達動による。したがって,十分な弾性を示すには,一定以上の温度が必要である。低温では結晶化し,ガラス状になる。高温では,分子鎖がブラウン運動を行い,弾性が大きくなる。例えば,ゴムひもに錘を吊して伸ばし,これに熱湯をかけると,ゴムひもは収縮して錘を持ち上げる。

ゴムは,引き伸ばすと数倍の長さまで伸び,ゴム分子は引き伸ばされ,束状の繊維に似た構造をとる。外力を取り去ると,分子の熱運動により元の状態に戻る。

 

● ゴム類似天然高分子化合物

グッタペルカは,ガタバーチャやグタペルカとも呼ばれ,熱可塑性である。赤鉄科のParaquiumの葉から得られる。構造は,トランス-1,4-ポリイソプレンで,白色で硬い。ゴルフボールの外皮や歯科充填剤に用いられる。

チクルは,赤鉄科のAchras zapoteから得られ,トランス形とシス形の1,4-ポリイソプレンを31の混合比で含んでいる。室温では硬いが,噛んでいると次第に軟化し,チューインガムの原料に使用される。

 

◆合成ゴム

イソプレンによく似た構造の単量体を付加重合させ,天然ゴムとよく似た性質を持つ合成ゴムをつくる事ができる。単量体により,種々の異なった特性を持つ合成ゴムができる。

日本でのゴム消費量のうち,合成ゴムはその6割を占める。ゴムの使用目的は,タイヤやチューブが多く,その他には,ベルトやホース等がある。

 

合成ゴムの構造

名称・略称

原料(単量体)

主要構造

スチレン–ブタジエン

スチレン

CH2CH(C6H5)

1825wt

ゴムSBR

ブタジエン

CH2CH=CHCH2

8275wt

ブタジエンゴムBR

ブタジエン

CH2CH=CHCH2

 

イソプレンゴム

イソプレン

CH2C(CH3) =CHCH2

 

ブチルゴムIIR

イソブテン

CH2C(CH3)2

9996wt

イソプレン

CH2C(CH3) =CHCH2

14wt

クロロプレンゴムCR

クロロプレン

CH2CCl=CHCH2

 

アクリロニトリル–

アクリロニトリル

CH2CH(CN)

 

ブタジエンゴムNBR

ブタジエン

CH2CH=CHCH2

 

フッ素ゴムFKM

CF2=CH2CF2=CFCF3

CF2CH2–,–CH2CF(CF3)

 

シリコーンゴムQ

(Si(CH3)2O) 4

Si(CH3)2O

 

 

合成ゴムの性質

名称

使用温度〔℃〕

耐性のよい性質・物質

名称

使用温度〔℃〕

耐性のよい性質・物質

SBR

42120

摩耗性,水蒸気

CR

32130

摩耗性,気候

BR

73120

反発弾性,摩耗性,寒

NBR

42130

油,水蒸気

IR

50120

弾性,摩耗性,寒

FKM

10300

熱,気候,酸,炎

IIR

60150

屈曲,気候,油,酸塩基

Q

70280

熱,寒,塩基,水蒸気

 

 








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