クロロスルフォン化ポリエチレン

項目	内容
材料名	クロロスルフォン化ポリエチレン
略記号	CSM
IUPAC	Chlorosulfonated polyethylene
英語名	Chlorosulfonated Polyethylene Rubber
日本語名	クロロスルホン化ポリエチレン、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、CSMゴム
分類	合成ゴム、特殊ゴム、熱硬化性エラストマー
プラスチック分類	熱硬化性エラストマー・ゴム
化学式または代表構造	[-CH₂-CH₂-]_m[-CH₂-CH(Cl)-]_n[-CH₂-CH(SO₂Cl)-]_p
CAS No.	68037-39-8 などとして扱われる場合がある
構造・主成分	ポリエチレン主鎖に塩素基およびスルホニルクロリド基を導入したゴム状ポリマーである
主な用途	耐候性ゴム部品、ホース、シート、防水材、電線被覆、工業用ライニング、接着剤、塗料改質材

概要

クロロスルフォン化ポリエチレン（CSM）は、ポリエチレンを塩素化およびクロロスルフォン化して得られる特殊合成ゴムである。一般に、耐候性、耐オゾン性、耐薬品性、耐熱老化性に優れ、屋外で使用されるゴム部品、防水シート、電線被覆、工業用ホースなどに使用される。

CSMは、ポリエチレン由来の飽和主鎖を持つため、天然ゴムやジエン系ゴムに比べてオゾン劣化を受けにくい。さらに、塩素基による難燃性、耐油性、耐薬品性の向上、スルホニルクロリド基による加硫反応性を有する点が特徴である。

一方で、汎用ゴムに比べて材料価格は高く、加硫配合や加工条件の管理も重要である。実使用では、グレード、加硫系、充填材、使用温度、薬品濃度、応力、使用時間を確認して選定する必要がある。

特徴

項目	内容
長所	耐候性、耐オゾン性、耐熱老化性、耐薬品性、難燃性、耐摩耗性に優れる
短所	汎用ゴムより高価であり、低温柔軟性や一部溶剤への耐性は配合により制限される
外観	原料ポリマーは白色から淡色のゴム状またはチップ状である。配合後は黒色、白色、着色品などがある
耐熱性	一般に連続使用温度は100～130℃程度が目安であり、短時間ではより高温に耐える場合がある
耐薬品性	酸、アルカリ、酸化性雰囲気、水、オゾンに比較的強い。一方で、芳香族炭化水素、塩素系溶剤、ケトン、エステルでは膨潤しやすい場合がある
加工性	混練、押出、カレンダー、圧縮成形、トランスファー成形などに対応する。加硫条件と配合設計が重要である
分類上の注意	CSMは熱可塑性樹脂ではなく、加硫して使用する特殊ゴムである。分類上はゴムまたは熱硬化性エラストマーに含めるのが一般的である

構造式

CSMは、ポリエチレン主鎖の一部に塩素基（-Cl）とスルホニルクロリド基（-SO₂Cl）を導入した構造を持つ。代表的な構造は下記のように表される。

項目	構造・内容
代表的な構造単位	[-CH₂-CH₂-]_m[-CH₂-CH(Cl)-]_n[-CH₂-CH(SO₂Cl)-]_p
主鎖	ポリエチレン由来の飽和炭化水素主鎖
官能基	塩素基、スルホニルクロリド基
モノマーまたは構成単位	エチレン単位を主体とし、後処理により塩素化・クロロスルフォン化された構成を持つ
変性グレード	塩素含有量、スルホニルクロリド基量、ムーニー粘度、加硫性、耐熱性、押出性などを調整したグレードがある

構造式を文字で表す場合、ポリエチレンの一部が下記のように置換されたものとして理解しやすい。

-CH₂-CH₂– ＋ Cl₂ ＋ SO₂ ＋ Cl₂ → -CH₂-CH(Cl)- / -CH₂-CH(SO₂Cl)-

種類

種類の名称	主成分または特徴	長所	短所	主な用途
一般用CSM	標準的な塩素含有量とムーニー粘度を持つグレード	耐候性、耐オゾン性、耐薬品性のバランスがよい	特殊グレードに比べて耐熱性や加工性の最適化範囲は限定される	ホース、シート、パッキン、防水材
高塩素タイプ	塩素含有量を高めたグレード	難燃性、耐油性、耐薬品性を向上させやすい	低温柔軟性が低下する場合がある	電線被覆、難燃ゴム部品、耐油部品
低粘度タイプ	加工性を重視した低ムーニー粘度グレード	押出成形、カレンダー加工、混練性に優れる	機械強度や耐圧用途では配合検討が必要である	シート、フィルム状製品、押出品
高粘度タイプ	機械強度や耐摩耗性を重視したグレード	強度、耐摩耗性、耐久性を得やすい	加工負荷が大きくなる場合がある	工業用ホース、ロール、耐摩耗部品
白色・淡色配合用CSM	白色充填材や着色配合に適したグレード	耐候性を活かした着色製品に適する	カーボンブラック補強品より機械強度が低くなる場合がある	外装材、防水シート、カラーゴム製品
接着剤・塗料用CSM	溶液化や樹脂改質に適したタイプ	耐候性、耐薬品性、接着性を付与しやすい	溶剤選定と粘度管理が必要である	接着剤、プライマー、塗料、ライニング材

成形加工

加工方法	適性	備考
射出成形	△	ゴム射出成形としては可能であるが、配合と加硫条件の管理が必要である
押出成形	◎	ホース、チューブ、電線被覆、プロファイル押出に適する
ブロー成形	×	一般的な熱可塑性樹脂のブロー成形には適さない
圧縮成形	○	パッキン、ガスケット、成形ゴム部品に使用される
トランスファー成形	○	複雑形状の加硫成形品に適用される場合がある
カレンダー加工	◎	シート、防水材、ライニング材の製造に適する
真空成形	×	熱可塑性シートのような真空成形には通常適さない
切削加工	△	加硫後のゴム製品として切断、打ち抜き、簡易加工は可能である
接着・塗工	○	溶液化グレードや配合により、接着剤、塗料、ライニング用途に使用される

代表的な物性値又は機械的性質

下表は一般的なCSM加硫ゴムの代表値である。実際の物性は、グレード、塩素含有量、加硫系、カーボンブラック、白色充填材、可塑剤、老化防止剤、試験条件により大きく変化する。

項目	単位	CSM 加硫ゴム	補強CSM配合	備考
密度	g/cm³	1.15～1.35	1.25～1.55	充填材量により変化する
硬さ	Shore A	50～80	60～90	配合により調整可能である
引張強さ	MPa	10～20	15～25	カーボンブラック補強で向上する
伸び	%	200～500	150～400	硬さ、加硫状態により変化する
曲げ弾性率	MPa	5～30	10～80	ゴム材料のため目安値である
アイゾット衝撃強さ	kJ/m²	破断しにくい	破断しにくい	硬質プラスチックのような評価には適さない場合がある
荷重たわみ温度	℃	該当しにくい	該当しにくい	加硫ゴムではHDTより耐熱老化性で評価される
ガラス転移温度	℃	-20～-30	-15～-30	グレード、可塑剤、配合により変化する
連続使用温度	℃	100～130	100～140	使用時間、空気中、薬品接触、応力条件で異なる
低温使用温度	℃	-20～-30	-10～-30	低温柔軟性は配合依存である
吸水率	%	0.1～0.5	0.1～0.8	充填材、配合により変化する
体積抵抗率	Ω・cm	10¹⁰～10¹⁴	10⁶～10¹²	カーボンブラック配合では低下する
耐オゾン性	–	◎	◎	屋外用途に適する代表的特性である
難燃性	–	○	○～◎	塩素含有量と難燃配合により変化する

耐薬品性

CSMは酸、アルカリ、酸化性雰囲気、水、オゾンに対して比較的良好な耐性を示す。一方で、芳香族炭化水素、塩素系溶剤、ケトン、エステルなどでは膨潤や軟化が発生する場合がある。下表は代表的な目安であり、実使用では温度、濃度、浸漬時間、応力、配合を確認する必要がある。

薬品分類	代表例	評価	備考
酸類	塩酸、希硫酸、酢酸	◎	一般に良好であるが、高温・高濃度酸では確認が必要である
酸化性酸	硝酸、濃硫酸、クロム酸	○～△	濃度、温度により劣化する場合がある
アルカリ類	NaOH、KOH、水酸化ナトリウム水溶液	○	低～中濃度では比較的安定しやすい
低級アルコール類	メタノール、エタノール、IPA	○	短時間接触では比較的安定しやすい
高級アルコール類	グリセリン、ベンジルアルコール、MMB	○～△	分子構造や温度により膨潤する場合がある
芳香族炭化水素類	トルエン、キシレン、ベンゼン	×	膨潤、軟化を起こしやすい
脂肪族炭化水素類	ヘキサン、ヘプタン、ミネラルスピリット	△	耐油性はあるが、長時間接触では膨潤に注意する
ケトン	アセトン、MEK、MIBK	×	膨潤、軟化、溶解に注意が必要である
エステル	酢酸エチル、酢酸ブチル	×	膨潤しやすく、シール用途では不適となる場合が多い
塩素系溶剤	ジクロロメタン、クロロホルム、トリクロロエチレン	×	溶解・膨潤しやすい
水・温水	水、温水、海水	◎	一般に良好であり、防水用途に使用される
油	鉱物油、潤滑油、作動油	○～△	NBRほどの耐油性ではない場合があり、油種確認が必要である
燃料	ガソリン、軽油、灯油	△～×	芳香族成分を含む燃料では膨潤しやすい
オゾン・屋外環境	大気、紫外線、オゾン	◎	CSMの代表的な長所である

SP値（溶解度パラメータ）

CSMの代表的なSP値（δ）は、概ね18～20 MPa^1/2程度が目安である。塩素含有量、スルホニルクロリド基量、配合材、可塑剤、加硫状態により変化する。

SP値は溶解・膨潤の傾向を見るための目安であり、耐薬品性をSP値だけで判断することはできない。結晶性、架橋密度、極性、薬品濃度、温度、接触時間、応力、充填材の影響を合わせて確認する必要がある。

溶解性の目安

SP値差	溶解・膨潤の目安	判定
0 ～ 2	膨潤・軟化しやすい	×
2 ～ 5	条件により膨潤する	△
5 ～ 8	短時間接触では比較的安定	○
8以上	溶解・膨潤しにくい	◎

SP値から見た耐溶剤性

CSMのSP値を19 MPa^1/2として、代表的な溶剤とのSP値差を示す。実際の耐性は、架橋密度、充填材、温度、使用時間、溶剤混合比により変化する。

薬品名	SP値 MPa^1/2	CSMとの差	評価	備考
水	47.9	28.9	◎	SP値差は大きく、実用上も比較的良好である
メタノール	29.7	10.7	○	短時間では比較的安定しやすい
エタノール	26.0	7.0	○	濃度、温度により確認が必要である
IPA	23.5	4.5	△	条件により膨潤する場合がある
アセトン	19.9	0.9	×	SP値が近く、膨潤・軟化に注意する
MEK	19.0	0.0	×	膨潤しやすい代表的溶剤である
酢酸エチル	18.6	0.4	×	膨潤、軟化に注意が必要である
トルエン	18.2	0.8	×	芳香族溶剤のため不適となる場合が多い
キシレン	18.0	1.0	×	膨潤しやすい
ヘキサン	14.9	4.1	△	長時間接触では膨潤に注意する
グリセリン	33.8	14.8	○～◎	SP値上は良好だが、温度条件を確認する

製法

CSMは、原料となるポリエチレンを溶液または分散状態で塩素化し、さらに二酸化硫黄および塩素を反応させてクロロスルフォン化することで製造される。主鎖はポリエチレン由来であり、後変性によって塩素基およびスルホニルクロリド基が導入される。

原料

ポリエチレン
塩素
二酸化硫黄
反応溶媒または分散媒体
安定剤、加工助剤、加硫剤、充填材など

代表的な反応式

基本反応は、ポリエチレン主鎖の水素が塩素基およびスルホニルクロリド基に置換される反応として表すことができる。

[-CH₂-CH₂-]_n ＋ Cl₂ → [-CH₂-CH(Cl)-]_n ＋ HCl

[-CH₂-CH₂-]_n ＋ SO₂ ＋ Cl₂ → [-CH₂-CH(SO₂Cl)-]_n ＋ HCl

製造工程の概要

工程	内容
原料ポリエチレンの準備	分子量、結晶性、分岐度などが管理されたポリエチレンを使用する
塩素化	ポリエチレンの一部に塩素を導入し、極性と反応性を付与する
クロロスルフォン化	二酸化硫黄と塩素によりスルホニルクロリド基を導入する
洗浄・中和	副生する塩化水素や残留反応成分を除去する
乾燥・ペレット化	チップ、クラム、ペレットなど取り扱いやすい形状にする
コンパウンド	カーボンブラック、白色充填材、可塑剤、加硫剤、安定剤などを混練する
加硫	金属酸化物や加硫促進剤を用いて架橋し、ゴム弾性と耐久性を付与する

詳細な利用用途

分野	用途例	採用理由
自動車	ホース外層、耐候性カバー、シール材、防振ゴム部品	耐オゾン性、耐熱老化性、耐候性が必要なため
電気・電子	電線被覆、ケーブルシース、難燃ゴム部品	難燃性、耐候性、電気絶縁性を付与しやすいため
機械部品	ガスケット、パッキン、ロール、耐摩耗シート	耐薬品性、耐摩耗性、ゴム弾性を活かせるため
建築・設備	防水シート、屋根材、ライニング材、シーリング材	屋外耐候性、耐オゾン性、耐水性が高いため
化学設備	薬品ホース、タンクライニング、保護シート	酸、アルカリ、水系薬品への耐性があるため
船舶・海洋	防水材、保護カバー、海水接触部品	耐水性、耐候性、耐オゾン性を活かせるため
医療	一般工業用ゴム部品として限定的	医療用途では規格、抽出物、生体適合性の確認が必要である
食品機械	周辺カバー、非接食品接触部のゴム部品	食品接触用途では法規制、グレード、溶出性確認が必要である
接着剤・塗料	プライマー、耐候性塗料、ゴム系接着剤	塩素含有ポリマーとして接着性、耐候性を付与できるため

比較材料	特徴	対象材料との違い
クロロプレンゴム（CR）	耐候性、耐油性、難燃性のバランスがよい汎用特殊ゴム	CSMの方が耐オゾン性、耐候性に優れる場合が多いが、CRは加工性と汎用性に優れる
エチレンプロピレンゴム（EPDM）	耐候性、耐オゾン性、耐水性に優れる	EPDMは耐候性に優れるが、CSMは難燃性、耐油性、薬品耐性で有利な場合がある
アクリロニトリルブタジエンゴム（NBR）	耐油性に優れる代表的なゴム	NBRは耐油性に優れるが、CSMは耐候性、耐オゾン性、耐熱老化性で優れる
塩素化ポリエチレン（CPE）	ポリエチレンを塩素化したエラストマーまたは樹脂改質材	CSMはスルホニルクロリド基を持ち、加硫性やゴム用途での特性が異なる
シリコーンゴム（VMQ）	耐熱性、耐寒性、電気特性に優れる	シリコーンゴムは耐熱・耐寒性に優れるが、CSMは耐候性、機械強度、耐薬品性のバランスで選ばれる
フッ素ゴム（FKM）	耐熱性、耐油性、耐薬品性に非常に優れる高機能ゴム	FKMは高性能だが高価である。CSMは耐候性とコストのバランスを取りやすい
ポリエチレン（PE）	汎用熱可塑性樹脂で、耐水性、電気特性に優れる	PEは熱可塑性樹脂であり、CSMはPEを化学変性した加硫ゴムである

代表的なメーカー

CSMは過去にHypalonの名称で広く知られたが、供給状況は時期により変化している。下表は代表例であり、実際の入手性、グレード、規格適合性は各メーカーまたは販売代理店に確認する必要がある。

メーカー	代表製品・ブランド	概要
Tosoh Corporation（東ソー）	TOSO-CSM など	クロロスルフォン化ポリエチレン系ゴムを扱う代表的メーカーの一つである
Denka Company Limited（デンカ）	CSM系材料、特殊ゴム関連グレード	クロロプレンゴムなど特殊ゴム分野で知られる国内メーカーであり、関連材料の確認対象となる
DuPont	Hypalon	過去に広く使用された代表ブランドであるが、現在の供給可否は確認が必要である
中国系CSMメーカー	CSMグレード各種	複数メーカーが工業用CSMを供給している。品質、規格、長期供給性の確認が必要である