アクリロニトリルブタジエンゴム

項目内容
材料名アクリロニトリルブタジエンゴム
略記号NBR
IUPACpoly(acrylonitrile-co-buta-1,3-diene) と表記されることが多い。共重合比により厳密な構造は変化する。
英語名Acrylonitrile Butadiene Rubber / Nitrile Butadiene Rubber / Nitrile Rubber
日本語名・別名アクリロニトリル・ブタジエンゴム、ニトリルゴム、NBRゴム、ブナN
分類合成ゴム、熱硬化性エラストマー、耐油性ゴム
プラスチック分類ゴム・熱硬化性エラストマーに分類される。一般的な熱可塑性プラスチックとは異なり、加硫後は再溶融成形できない。
化学式または代表構造-[CH2-CH(CN)]x-[CH2-CH=CH-CH2]y
CAS No.9003-18-3 が一般的に用いられる。規格、用途規制、データベースにより 9005-98-5 が併記される場合がある。
構造・主成分アクリロニトリルと1,3-ブタジエンの共重合体である。アクリロニトリル含有量により、耐油性、耐寒性、反発弾性、加工性が変化する。
主な用途Oリング、オイルシール、ガスケット、燃料ホース、油圧ホース、ロール、パッキン、ベルト、手袋、接着剤、耐油性発泡体など。

概要

アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)は、アクリロニトリルとブタジエンを共重合して得られる代表的な耐油性合成ゴムである。一般にはニトリルゴムとも呼ばれ、鉱物油、潤滑油、燃料油などに対する耐性を必要とするシール材やホース材に広く使用される。

NBRの特性は、共重合体中のアクリロニトリル含有量に大きく依存する。アクリロニトリル量が高いほど耐油性、耐燃料油性、ガスバリア性は向上しやすいが、低温柔軟性や反発弾性は低下しやすい。一方、低ニトリル品は耐寒性に優れるが、耐油性は高ニトリル品に比べてやや劣る。

加硫ゴムとして使用されることが多く、カーボンブラック、可塑剤、加硫剤、老化防止剤、充填材などの配合により、硬さ、伸び、耐摩耗性、圧縮永久ひずみ、耐熱性を調整する。実使用では、グレード、配合、使用温度、油種、薬品濃度、荷重、応力、接触時間を確認して選定する必要がある。

特徴

長所
  • 鉱物油、潤滑油、グリース、脂肪族炭化水素に対する耐性が一般に良好である。
  • 耐摩耗性、引裂き強さ、機械的強度、シール性のバランスがよい。
  • 配合設計により、硬さ、柔軟性、耐寒性、耐燃料油性を比較的広い範囲で調整できる。
  • Oリング、ガスケット、ホース、ロールなどの工業部品に使いやすい。
  • 耐油性ゴムとしては入手性がよく、コストと性能のバランスに優れる。
短所
  • 分子骨格に二重結合を含むため、耐オゾン性、耐候性、耐紫外線性は一般に弱い。
  • 芳香族炭化水素、ケトン、エステル、塩素系溶剤では膨潤・軟化しやすい。
  • 高ニトリル品は耐油性に優れる一方、低温柔軟性が低下しやすい。
  • 加硫後は熱可塑性樹脂のように再溶融成形できない。
  • 屋外で長期使用する場合は、オゾン劣化、亀裂、硬化への対策が必要である。
外観

原料ゴムは淡黄色、黄褐色、褐色のベール状、クラム状、粉末状、ラテックス状などで供給される。実用部品ではカーボンブラックを配合することが多く、黒色の成形品として見られることが多い。無着色配合では淡色品も可能であるが、耐候性や補強性は配合により変化する。

耐熱性

NBRの連続使用温度は、一般的な加硫配合でおおむね -30 ~ 100℃程度、高耐熱配合や適切なグレードでは 120℃前後まで使用される場合がある。短時間では 125℃程度に耐えるグレードもあるが、長期使用では硬化、圧縮永久ひずみ、油中劣化を確認する必要がある。

耐薬品性

鉱物油、エンジンオイル、作動油、グリースなどには一般に良好である。低級アルコール、希酸、希アルカリ、水に対しても比較的安定である。一方、トルエン、キシレン、MEK、アセトン、酢酸エチル、ジクロロメタン、トリクロロエチレンなどでは膨潤や軟化が起こりやすい。

加工性

NBRは通常、ロール混練、ニーダー混練、押出、カレンダー加工、圧縮成形、トランスファー成形、ゴム射出成形などにより加工される。加硫工程を伴うため、熱可塑性プラスチックの射出成形や真空成形とは加工思想が異なる。ラテックス品は手袋、フォーム、含浸、コーティング用途に使用される。

分類上の注意

NBRはアクリロニトリルとブタジエンからなる合成ゴムであり、ABS樹脂とは異なる。ABSはアクリロニトリル、ブタジエン、スチレンを主成分とする熱可塑性樹脂である。また、水素化ニトリルゴム(HNBR)はNBRの二重結合を水素化して耐熱性、耐候性、耐オゾン性を高めた関連材料である。

構造式

項目構造・内容
代表的な構造単位-[CH2-CH(CN)]x-[CH2-CH=CH-CH2]y
アクリロニトリル単位-CH2-CH(CN)-
ブタジエン単位-CH2-CH=CH-CH2-、または重合条件により一部にビニル構造を含む。
モノマーアクリロニトリル:CH2=CH-CN、1,3-ブタジエン:CH2=CH-CH=CH2
構造式の表記アクリロニトリル単位とブタジエン単位がランダムに共重合した構造として扱われる。共重合比はグレードにより異なる。
変性グレードカルボキシル化NBR(XNBR)、水素化NBR(HNBR)、液状NBR、粉末NBR、NBR/PVCブレンド、NBRラテックスなどがある。

NBRでは、アクリロニトリル単位のニトリル基(-CN)が極性を与え、油や燃料に対する膨潤を抑える方向に働く。一方、ブタジエン単位はゴム弾性を与えるが、二重結合を含むためオゾンや酸化劣化の影響を受けやすい。

種類

種類の名称主成分または特徴長所短所主な用途
低ニトリルNBRアクリロニトリル含有量が低いグレード。目安として25%未満。耐寒性、柔軟性、反発弾性に優れる。耐油性、耐燃料油性は高ニトリル品より劣る。低温用シール、柔軟ホース、防振部品
中ニトリルNBRアクリロニトリル含有量が中程度の汎用グレード。目安として25~31%程度。耐油性、耐寒性、加工性のバランスがよい。極端な燃料油環境や低温環境では専用グレードが必要になる。Oリング、ガスケット、汎用パッキン、ロール
中高ニトリルNBRアクリロニトリル含有量が31~36%程度のグレード。耐油性と加工性のバランスに優れ、工業部品で使いやすい。低温柔軟性は低ニトリル品より低下しやすい。オイルシール、油圧ホース、燃料系部品
高ニトリルNBRアクリロニトリル含有量が36~43%程度のグレード。耐油性、耐燃料油性、ガスバリア性が高い。耐寒性、反発弾性、加工性が低下しやすい。燃料ホース、燃料シール、耐油パッキン
極高ニトリルNBRアクリロニトリル含有量が43%以上のグレード。燃料油、潤滑油に対する膨潤抑制に優れる。低温で硬くなりやすく、柔軟性が必要な用途では注意が必要である。耐燃料油部品、特殊シール、燃料系ガスケット
カルボキシル化NBR(XNBR)カルボキシル基を導入した変性NBR。耐摩耗性、引裂き強さ、接着性を高めやすい。配合や加硫系の管理が必要で、耐水性や金属塩の影響に注意する。ロール、ベルト、耐摩耗部品、接着用途
NBR/PVCブレンドNBRとPVCをブレンドした材料。耐候性、耐オゾン性、難燃性をNBR単独より改善しやすい。ゴム弾性や低温柔軟性は配合により低下することがある。ホース、電線被覆、シート、発泡体
NBRラテックス水分散体として供給されるNBR。薄膜成形、含浸、コーティングに適する。乾燥条件、凝固条件、残留成分の管理が必要である。手袋、不織布含浸、フォーム、紙・繊維処理
液状NBR低分子量の液状NBR。末端官能基を持つタイプもある。接着剤、シーラント、樹脂改質に使いやすい。単独でゴム部品にするには架橋設計が必要である。接着剤、エポキシ改質、シーラント、塗料改質

成形加工

加工方法適性内容・注意点
ゴム射出成形加硫射出成形としてOリング、パッキン、シール部品に使用される。金型温度、加硫時間、スコーチに注意する。
圧縮成形代表的な成形方法である。少量多品種、厚肉部品、大型パッキンに適する。
トランスファー成形複雑形状やインサート成形に適する。流動性と加硫速度の調整が必要である。
押出成形ホース、チューブ、コード、異形押出に適する。押出後に連続加硫または二次加硫を行う。
カレンダー加工シート、布引き、ライニング材に適する。ロール粘着性、厚み精度、配合分散が重要である。
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。ホースは押出と加硫により製造される。
真空成形×加硫ゴムであり、熱可塑性シートのような真空成形には適さない。
切削加工硬質配合、厚板、ゴムロールでは切削・研磨が行われる。軟質品では寸法精度とバリに注意する。
ラテックス浸漬成形NBRラテックスに適する。手袋、薄膜、含浸製品で使用される。
接着剤・コーティング加工液状NBR、NBRラテックス、溶液タイプで使用される。溶剤、乾燥、基材密着性の確認が必要である。

評価記号:◎=適性が高い、○=適用可能、△=条件付きで可能、×=一般に不適である。

代表的な物性値又は機械的性質

項目単位代表値・目安備考
密度g/cm31.00 ~ 1.30原料ゴムは約0.96~1.00程度。加硫配合では充填材、可塑剤により変化する。
硬さShore A40 ~ 90シール材では50~80程度が多い。用途により低硬度・高硬度配合がある。
引張強さMPa10 ~ 25補強配合では30MPa程度に達する場合がある。
伸び%150 ~ 600硬さ、補強材、加硫条件により大きく変化する。
100%モジュラスMPa2 ~ 8ゴム材料では曲げ弾性率よりも引張モジュラスで評価されることが多い。
曲げ弾性率MPa参考値として数MPa~数十MPa一般的なゴムでは樹脂のような曲げ弾性率評価は適用しにくい。
アイゾット衝撃強さkJ/m2通常は規格値として扱わないゴム材料では反発弾性、引裂き強さ、圧縮永久ひずみなどで評価する。
荷重たわみ温度通常は適用しない熱可塑性樹脂用の評価項目であり、加硫ゴムでは連続使用温度や圧縮永久ひずみを確認する。
ガラス転移温度-55 ~ -15アクリロニトリル含有量が高いほど高温側に移動し、低温柔軟性は低下しやすい。
融点明確な融点なし非晶性の共重合体で、加硫後は溶融しない。
連続使用温度-30 ~ 100高耐熱配合では120℃前後まで使用される場合がある。油中、空気中、圧縮状態で寿命が異なる。
短時間耐熱温度120 ~ 125短時間の目安であり、長期使用では硬化、亀裂、圧縮永久ひずみを確認する。
吸水率%0.5 ~ 2.0配合、温度、浸漬時間により変化する。極性を持つため完全な非吸水材料ではない。
体積抵抗率Ω・cm108 ~ 1011カーボンブラック配合では低下する。絶縁用途では専用配合を確認する。
圧縮永久ひずみ%15 ~ 45温度、圧縮率、加硫系、配合により大きく変化する。シール用途では重要な評価項目である。
耐摩耗性良好XNBRや補強配合ではさらに改善される場合がある。
配合・複合材による代表的な違い
材料・配合例特徴物性上の傾向注意点
標準NBR配合中ニトリル~中高ニトリルNBRを用いた汎用配合。耐油性、加工性、機械強度のバランスがよい。耐候性、耐オゾン性は弱い。
カーボンブラック補強NBRカーボンブラックで補強した黒色配合。引張強さ、耐摩耗性、引裂き強さが向上しやすい。体積抵抗率は低下しやすい。硬さも上がりやすい。
白色充填NBRシリカ、炭酸カルシウムなどを用いた淡色配合。色調設計がしやすい。用途により食品機械・医療周辺部品で検討される。補強性、耐摩耗性はカーボンブラック配合と異なる。
繊維補強NBRアラミド繊維、綿布、ポリエステル繊維などと複合化した材料。引張方向の寸法安定性、耐圧性、耐引裂き性を高めやすい。ゴム単体ではなく複合部材として評価する必要がある。
NBR/PVCNBRにPVCをブレンドした材料。耐候性、耐オゾン性、難燃性を改善しやすい。低温柔軟性やゴム弾性は配合により変化する。
HNBRNBRを水素化した関連材料。耐熱性、耐候性、耐オゾン性、耐酸化性が向上する。NBRより高価であり、加工条件や配合も異なる。

耐薬品性

薬品分類代表薬品評価備考
酸類希塩酸、希硫酸低濃度・常温では比較的安定である。高濃度、高温、長時間では確認が必要である。
酸類濃硫酸、硝酸、酸化性酸×酸化性の強い薬品では劣化しやすい。
アルカリ類水酸化ナトリウム、KOH、アンモニア水希アルカリでは比較的安定である。高濃度、高温では配合確認が必要である。
低級アルコール類メタノール、エタノール、IPA◎~○一般に良好である。ただし高温、長時間、混合溶剤では膨潤を確認する。
高級アルコール類・多価アルコールグリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール◎~○比較的良好である。添加剤抽出や高温水系での劣化を確認する。
グリコールエーテル類MMB、ブチルセロソルブなどSP値が近い場合があり、配合や温度により膨潤することがある。
芳香族炭化水素類ベンゼン、トルエン、キシレン×膨潤・軟化しやすく、一般に不適である。
脂肪族炭化水素類ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン○~△高ニトリル品では比較的良好であるが、低ニトリル品では膨潤しやすい場合がある。
燃料油ガソリン、軽油、灯油○~△アクリロニトリル含有量が高いグレードほど有利である。酸化燃料、アルコール混合燃料では確認が必要である。
鉱物油、エンジンオイル、作動油、グリースNBRの代表的な適用分野である。油種、添加剤、温度により膨潤率は変化する。
ケトンアセトン、MEK、MIBK×SP値が近く、膨潤・軟化しやすい。
エステル酢酸エチル、酢酸ブチル×膨潤しやすく、一般に不適である。
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×膨潤・抽出・軟化が起こりやすい。
水・温水水、温水◎~○常温水では良好である。温水、高温蒸気、長期浸漬では加水劣化や配合剤抽出を確認する。
オゾン・屋外環境オゾン、紫外線、屋外曝露×~△耐候性は弱い。屋外用途ではNBR/PVC、HNBR、EPDM、CRなどを検討する。

評価記号:◎=非常に良好、○=概ね良好、△=注意が必要、×=不適である。実際の耐薬品性は、グレード、配合、加硫状態、薬品濃度、温度、応力、接触時間により変化する。

SP値(溶解度パラメータ)
項目内容
NBRの代表的なSP値18.8 ~ 21.5 MPa1/2 程度
設計上の代表値20.0 MPa1/2 を目安として扱うことが多い。
変動要因アクリロニトリル含有量、加硫状態、充填材、可塑剤、老化防止剤、温度により変化する。
注意点SP値が近い溶剤では膨潤しやすい傾向があるが、耐薬品性はSP値だけでは判断できない。分子サイズ、極性、水素結合性、架橋密度、添加剤抽出、温度、応力も影響する。
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
薬品名SP値 MPa1/2NBRとの差SP値上の目安実用上の評価
47.927.9◎~○。常温水では良好。温水・蒸気では確認が必要。
メタノール29.79.7○。短時間では良好なことが多い。
エタノール26.06.0◎~○。一般に良好。
IPA23.53.5○。多くの配合で使用可能だが長期浸漬は確認する。
グリセリン36.116.1◎~○。一般に良好。
MMB22.72.7△。グリコールエーテル系では膨潤確認が必要。
アセトン20.10.1××。膨潤・軟化しやすい。
MEK19.01.0××。不適である。
酢酸エチル18.21.8××。エステル系溶剤では膨潤しやすい。
トルエン18.21.8××。芳香族炭化水素では膨潤しやすい。
キシレン18.02.0×~△×。一般に不適である。
ジクロロメタン20.20.2××。塩素系溶剤では膨潤・軟化しやすい。
n-ヘキサン14.95.1○~△。高ニトリル品では有利だが、配合により膨潤する。
シクロヘキサン16.83.2○~△。接触条件を確認する。
鉱物油16 ~ 182 ~ 4◎。NBRは耐油性ゴムとして使用されるが、油種と添加剤で膨潤率は変化する。
ガソリン14 ~ 164 ~ 6△~○○~△。高ニトリル品を選定し、アルコール混合燃料では確認する。

SP値は溶解・膨潤の初期判断に有効であるが、NBRは加硫ゴムであるため、熱可塑性樹脂のように単純な溶解挙動だけでは評価できない。実際には、体積変化率、硬さ変化、引張強さ変化、重量変化、圧縮永久ひずみを確認することが望ましい。

製法

原料
  • アクリロニトリル
  • 1,3-ブタジエン
  • 乳化剤
  • ラジカル開始剤
  • 分子量調整剤
  • 停止剤
  • 老化防止剤
重合方法

NBRは一般に乳化重合により製造される。低温で行うコールド重合品と、比較的高温で行うホット重合品があり、分子量分布、加工性、ゲル分、機械物性が変化する。アクリロニトリル含有量、ムーニー粘度、安定剤、形状により多数のグレードが設定される。

代表的な反応式
工程反応式・内容
共重合n CH2=CH-CN + m CH2=CH-CH=CH2 → -[CH2-CH(CN)]x-[CH2-CH=CH-CH2]y
ラテックス生成水中で乳化重合し、NBRラテックスを得る。
凝固・洗浄凝固剤によりポリマーを析出させ、残留乳化剤や塩類を洗浄する。
乾燥・ベール化乾燥後、ベール、クラム、粉末、ラテックスなどの形態で供給される。
配合・加硫カーボンブラック、可塑剤、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤などを混練し、成形後に加硫する。
ペレット化やコンパウンド

NBRは熱可塑性樹脂のようなペレット成形材料として扱うより、ベール状の原料ゴムを混練してコンパウンド化することが多い。粉末NBRやNBR/PVCブレンドでは、樹脂改質、摩擦材、接着剤、発泡体などに使いやすい形態で供給される場合がある。

添加剤、充填材、強化材
  • 補強材:カーボンブラック、シリカなど
  • 充填材:炭酸カルシウム、クレー、タルクなど
  • 可塑剤:耐油性を考慮したエステル系、ポリエーテル系など
  • 加硫剤:硫黄系、有機過酸化物系など
  • 老化防止剤:酸化防止剤、オゾン劣化防止剤など
  • 強化材:繊維、布、コード、金属インサートなど

詳細な利用用途

分野主な用途採用理由注意点
自動車オイルシール、Oリング、燃料ホース、ガスケット、ダイヤフラム、グロメット耐油性、耐燃料油性、シール性、耐摩耗性が必要な部位に適する。高温化、バイオ燃料、オゾン環境ではHNBR、FKM、ECOなども比較する。
電気・電子ゴム足、緩衝材、ローラー、ケーブル周辺部材、絶縁補助部品柔軟性、耐油性、耐摩耗性を付与しやすい。カーボンブラック配合では絶縁性が低下する場合がある。
機械部品油圧シール、空圧シール、パッキン、ガスケット、ロール、ベルト潤滑油や作動油と接触する環境で使いやすい。圧縮永久ひずみ、摺動摩耗、温度、油種を確認する。
医療・衛生ニトリル手袋、薄膜製品、医療周辺部材ラテックスアレルギー対策用途で天然ゴム代替として使われる場合がある。医療用途では規格、抽出物、残留成分、滅菌適性を確認する。
食品機械パッキン、シール、ホース、ローラー油脂や洗浄液に接触する部位で検討される。食品接触規制、洗浄薬品、温水、蒸気条件を確認する。
建築・設備配管パッキン、空調設備シール、防振材、断熱発泡材油分、冷媒油、機械油に対する耐性が必要な設備で使われる。屋外曝露やオゾン環境では劣化しやすいため、EPDM、CR、NBR/PVCも比較する。
印刷・搬送ゴムロール、搬送ロール、印刷ロール耐摩耗性、耐油性、機械強度を調整しやすい。インキ溶剤、洗浄溶剤、可塑剤移行を確認する。
接着剤・塗料接着剤改質、シーラント、プライマー、樹脂改質剤柔軟性、耐油性、接着性を付与できる。溶剤選定、相溶性、乾燥条件、耐薬品性を確認する。

関連材料との比較

比較材料特徴NBRとの違い
HNBR(水素化ニトリルゴム)NBRを水素化して二重結合を減らしたゴム。NBRより耐熱性、耐候性、耐オゾン性に優れるが、一般に高価である。
FKM(フッ素ゴム)耐熱性、耐油性、耐薬品性に優れる高機能ゴム。NBRより高温・薬品環境に強いが、コストが高く、低温柔軟性は配合により注意が必要である。
EPDM耐候性、耐オゾン性、耐水性に優れる非極性ゴム。NBRより屋外用途に強いが、鉱物油には弱い。
CR(クロロプレンゴム)耐候性、難燃性、バランスに優れる汎用合成ゴム。NBRより耐候性は良いが、耐油性はNBRが有利なことが多い。
ACM(アクリルゴム)耐熱油性に優れる自動車用ゴム。NBRより高温油に強いが、耐寒性や水系薬品では注意が必要である。
SBR(スチレンブタジエンゴム)タイヤ、靴底、一般ゴム部品に多い汎用ゴム。NBRより耐油性は大きく劣るが、コストや汎用性に優れる。
BR(ブタジエンゴム)反発弾性、耐摩耗性、耐寒性に優れるゴム。NBRより耐寒性や反発弾性は良いが、耐油性は劣る。
ABS樹脂アクリロニトリル、ブタジエン、スチレンからなる熱可塑性樹脂。NBRはゴムであり、ABSは硬質の熱可塑性樹脂である。名称が似るが用途と加工法は大きく異なる。

代表的なメーカー

メーカー代表製品・ブランド概要
日本ゼオン株式会社NipolNBR、HNBR、特殊合成ゴムを展開する主要メーカーである。低ニトリルから極高ニトリル、XNBR、液状NBR、粉末NBRなどの系列がある。
ENEOS Materials CorporationNBRグレードアクリロニトリル含有量やムーニー粘度の異なるNBRを展開している。耐燃料油性、耐油性、加工性を用途に応じて選定する。
ARLANXEOKrynac、Perbunan、Baymod NNBRの主要グローバルメーカーの一つである。一般用途、耐摩耗用途、改質用途向けのグレードを展開している。
VersalisEuroprene NNBRおよびNBR/PVC系グレードを展開している。ロール、床材、ホース、工業部品などに使用される。
Kumho PetrochemicalKUMHO KNB各種NBRグレードを展開している。ガスケット、ホース、ロール、靴底、耐油性工業部品などで使用される。
NitriflexNitriflex NBRブラジルのNBRメーカーとして知られる。耐油性、耐燃料性を必要とするホース、Oリング、ガスケット、ベルト用途向けのグレードがある。
SynthosKER欧州系の合成ゴムメーカーであり、NBRグレードを展開している。用途や地域により入手性は確認が必要である。

関連キーワード

アクリロニトリルブタジエンゴム  NBR  ニトリルゴム  NBRゴム  ブナN  耐油性ゴム  合成ゴム  熱硬化性エラストマー  HNBR  XNBR  NBRラテックス  NBR/PVC  Oリング  オイルシール  ガスケット  燃料ホース

タイトルとURLをコピーしました