合成ゴム

合成ゴムは人工エラストマーです。これらは石油副産物から合成されたポリマーです。米国では年間約3,200万トン（3,500万ショートトン、3,100万ロングトン）のゴムが生産されており、そのうち3分の2が合成ゴムです。合成ゴムは天然ゴムと同様に、自動車産業においてタイヤ、ドアや窓のプロファイル、Oリングやガスケットなどのシール、ホース、ベルト、マット、床材など、多くの用途があります。これらは、特定の製品や用途の信頼性を向上させることができるさまざまな物理的および化学的特性を提供します。合成ゴムは、熱安定性と油や関連化合物に対する耐性という2つの主要な点で天然ゴムよりも優れています。 ^{[ 1 ]}合成ゴムは、タイヤなどの製品の寿命を縮める可能性のある酸素やオゾン などの酸化剤に対してより耐性があります。合成ゴムは、樹液中の化学物質から作られる他のゴムとは異なり、石油化学物質から作られています。   

1890年代から自転車、特に空気入りタイヤの使用が拡大したことで、ゴムの需要が増加した。1909年、ドイツのエルバーフェルトにあるバイエル研究所で働いていたフリッツ・ホフマン率いるチームがイソプレンの重合に成功し、最初の合成ゴムが作られた。^{[ 2 ] [ 3 ]}

1930年にロシアのセルゲイ・レベデフ、アメリカのウォレス・カロザース、ドイツの科学者ヘルマン・シュタウディンガーがそれぞれ独立して発表した研究は、1931年にデュポン社でE.K.ボルトンの指導の下、ネオプレンとして知られる最初の成功した合成ゴムの1つの開発につながった。ネオプレンは熱や油やガソリンなどの化学物質に対して非常に耐性があり、燃料ホースや機械の絶縁材として使用されている。チオコール社は、エチレンジクロリドをベースにした競合するタイプのゴムに自社の名前を付けた。^{[ 4 ]}

1935年、ドイツの化学者たちは、ブナゴムとして知られる一連の合成ゴムの最初のものを合成した。これらは共重合体であり、ポリマーは2つのモノマーが交互に並んだものであった。他のブランドには、1935年にウォルド・セモンが開発したコロシールや、 1940年にソビエトの研究者が作ったソブプレンなどがある。 ^{[ 5 ]}

第二次世界大戦

第二次世界大戦中、米国における合成ゴムの生産は大幅に拡大した。これは、日本がアジアの大部分、特に天然ゴムの世界的な供給源であったイギリス領マラヤ（マレーシア）とオランダ領東インド（インドネシア）の東南アジア植民地を征服した後、1942年半ばまでに枢軸国が世界の限られた天然ゴム供給のほぼすべてを支配したためである。^{[ 6 ]}しかし、合成ゴムの生産は、米国がゴム不足に陥るという脅威を排除するには十分ではなかった。^{[ 7 ]}

ポイントブランク作戦のナチス・ドイツの爆撃目標には、シュコパウ工場（年間5万トン）とレックリングハウゼン近郊のヒュルス合成ゴム工場（3万トン、17％）^{[ 8 ]} 、ライン川東岸のドゥーツにあるケルニッシェ・グミフェーデン・ファブリークのタイヤ・チューブ工場^{[ 9 ]}が含まれていた。イタリアのフェラーラにある合成ゴム工場（川の橋の近く）は1944年8月23日に爆撃された^{[ 10 ]。}他の3つの合成ゴム施設は、ルートヴィヒスハーフェン/オッパウ（1万5000トン）、ハノーバー/リマー（再生、2万トン）、レバークーゼン（5000トン）にあった。ナチス占領下のポーランド、オシフィエンチムにある合成ゴム工場は、1944年3月5日に建設中であった^{[ 11 ]。}この工場はIGファルベン社によって運営され、SSによってアウシュヴィッツIII収容所（モノヴィッツ）から強制労働力が供給されていた^{[ 12 ] [ 13 ]}。

最も一般的な合成ゴムは、スチレンと1,3-ブタジエンの共重合によって得られるスチレンブタジエンゴム（SBR）です。その他の合成ゴムには以下のようなものがあります。

• イソプレンの重合によって製造されたポリイソプレン
• 2-クロロブタジエンの重合によって製造されたネオプレン
• シアノブタジエンまたは2-プロペンニトリルとブタジエンから作られるニトリルゴム

これらの多くのバリエーションは、モノマーの混合物と立体化学を制御できるさまざまな触媒を使用して調製できます。^{[ 14 ]}

ポリイソブチレンまたはブチルゴムは、ライニングを通して空気が拡散しにくいため、タイヤのインナーチューブやライニングによく使用されます。これは、エネルギー損失と熱の蓄積を最小限に抑えるためにタイヤのサイドウォールによく使用されるシス-ポリブタジエンよりもはるかに弾力性の低い材料です。弾力性が非常に高いため、スーパーボールにも使用されています。屋根材などの外装シートに広く使用されているエラストマーは、ハイパロンまたはクロロスルホン化ポリエチレンです。EPRなどの合成ゴムは、電気絶縁にも使用できます。

合成ゴムは、石油由来のモノマーを重合させることによって製造されます。製造工程では、合成ゴム分子の分子量と特性を制御できます（天然ゴムとは異なります）。合成は主に段階成長重合と連鎖成長重合によって行われます。^{[ 15 ]}

段階成長重合では、モノマーまたはオリゴマーが、縮合（小さな副生成物を放出する）や重付加（副生成物を放出しない）などの反応によって結合してポリマーを形成する。

連鎖成長重合では、ラジカル、イオン、または配位触媒によって開始された反応部位にモノマーが付加されることでポリマー鎖が成長します。この方法は、開始、成長、および停止の段階を含みます。

天然ゴムは、ヘベア・ブラジリエンシスという植物の樹液から得られるもので、主にポリシスイソプレンから成ります。

合成ゴムは、他のほとんどの人工ポリマーと同様に、様々な石油由来のモノマーから作られています。

合成ゴムの中には、天然ゴムよりもオゾンによる分解を受けにくいものがあります。天然ゴムは鎖状構造に二重結合があるためオゾンによる分解を受けやすいのですが、合成ゴムの中にはこれらの結合を持たないものがあり、そのためオゾンによる分解に対してより耐性があります。例としては、バイトンゴム、エチレンプロピレンジエンモノマー（EPDM）、ブチルゴムなどが挙げられます。

合成ゴムの新しい種類として、熱可塑性エラストマーが挙げられる。これは、従来の天然ゴム加硫ゴムとは異なり、容易に成形できる。ポリウレタンの場合は結晶による架橋、SBSブロック共重合体の場合は非晶質領域による架橋によって、その構造が安定化されている。