スチレン-ブタジエン-ゴムとは？わかりやすく解説

スチレン・ブタジエンゴムの構造式

スチレン・ブタジエンゴム (styrene-butadiene rubber) は代表的な合成ゴムであり、スチレンと 1,3-ブタジエンとの共重合体である。スチレンゴムあるいは SBR とも呼ばれる。

耐熱性、耐摩耗性、耐老化性、機械強度等に優れる一方、耐寒性や引き裂き強度においては他の汎用ゴムより劣る。品質が安定し良好な加工性を示すため、自動車用タイヤ材として最もよく使用される。現在、最も多量に生産されている合成ゴムである。

スチレン・ブタジエンゴムは、スチレンとブタジエンとの重合体に加硫することで得られる。スチレン含有率23.5%ものが主流である。スチレン・ブタジエンゴムの安定性はスチレンに含まれるベンゼン環に由来する。

歴史

スチレン・ブタジエンゴムは、1930年代にドイツで開発された。当時、第一次世界大戦後の増大するゴム需要から、先進各国では従来の天然ゴムに代わる人工のゴムを必要としており、合成ゴムの研究が進められていた。

天然ゴムの主成分はイソプレンの重合体であるが、イソプレン (CH=C(CH₃)−CH=CH₂) のように2つの二重結合が1つの単結合を挟んだ構造を持つジエン化合物の重合体からゴム様物質が得られると予測されており、1930年にはアメリカでイソプレン分子におけるメチル基を塩素原子で置換したクロロプレン (CH₂=CCl−CH=CH₂) の付加重合により、クロロプレンゴム (CR) が開発されている。

これに対してスチレン・ブタジエンゴムは、イソプレンのメチル基を水素原子で置換したブタジエン (CH₂=CH−CH=CH₂) とスチレン(C₆H₅−CH=CH₂) が共重合したものである。「ブナS (Buna S)」と名付けられ工業化された後、第二次世界大戦中にアメリカで政府管理の「合成ゴム計画 (Government Synthetic Rubber Program)」の下で "GR-S" として軍需用に大量生産された。

戦後、先進国における自動車の大衆的普及を通して需要が拡大し、現在世界中で生産される合成ゴム全体の約80%を占めるに至っている。

S-SBR

溶液重合法スチレンブタジエンゴム（S-SBR）の開発も進んだ。分子構造を精密に変換できる特質から、タイヤに製品化した際の転がり抵抗やグリップ性能の機能が向上するため、低燃費タイヤの原料として知られる。住友化学は、1977年からS-SBRの研究開発をはじめ、旭化成、ゼオンケミカルズとともにシンガポールのジュロン島においてS-SBRのプラントを開設し、世界最大の合成ゴム製造拠点の1つとなった^[1]。 S-SBRは、2014年現在経済産業省が定める機能性材料のモビリティ部門における高付加価値素材として位置づけられている^[2]。

性質

耐水性、耐アルコール性、耐塩基性に優れるが、エーテル、トルエン、ベンゼンなど有機溶剤や、石油類、有機酸、高濃度の無機酸への耐性に乏しい。二重結合を有するため他のゴムと同様、強い酸化力を持つオゾンに弱い。

物的には特に耐摩耗性に優れ、強度特性も良好であるが、引き裂き強度、耐火性が低い。ガス透過性はほとんどない。耐用温度範囲はおよそ −60 から 100 ℃ で、弾性が若干低く、動的発熱が大きいことが欠点である。

用途

工業用品全般、とくに自動車用タイヤ、ホース、履物、防振ゴムなどに使用される。

製法

スチレンと 1,3-ブタジエンの共重合により得られる。これに加硫することによって弾性や強度を加える。スチレン含有量や加硫度によって品質を調節する。

m CH₂=CH−CH=CH₂ + n CH₂=CHC₆H₅ → [-(CH₂CH=CHCH₂)_m-CH₂CH(C₆H₅)-]_n

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