概要
| 材料名 | 天然ゴム |
|---|---|
| 略記号 | NR |
| 英語名 | Natural Rubber |
| 日本語名 | 天然ゴム、ラテックス、ゴムラテック |
| 分類 | 天然系ゴム、ジエン系ゴム、非耐油性ゴム |
| 構造・主成分 | シス-1,4-ポリイソプレンを主成分とする天然高分子 |
| CAS | 9006-04-6 |
| 化学式 | C6H11NO |
| 主な用途 | タイヤ、防振ゴム、ベルト、ホース、ゴムロール、手袋、接着剤、免震ゴム |
工業的に使われている天然ゴムのほとんどはパラゴムノキ（Hevea braziliensis）の木から採取されるラテックスを主成分としたものである。
このラテックスを濃縮させた後に凝固剤で凝固させることで天然ゴム(生ゴム)となる。
天然ゴムの主産地は、タイ、インドネシア、ベトナム、マレーシアなどの東南アジアやアフリカ、中南米などの熱帯地域があるが、東南アジアだけで世界の80％程が生産されている。
天然ゴム（NR）はシス-1,4-ポリイソプレン35％，水60％，タンパク質2％，その他3％ の成分構成されており、基本特性はイソプレンゴムとほとんど同等となるが、一般物性と加工面では合成ゴムより反発弾性、引張強さ、引裂強さ、耐摩耗性、耐屈曲亀裂性に優れる。
一方で、耐油性、耐候性、耐オゾン性、耐熱老化性は弱い。屋外、油接触、オゾン環境、高温環境では、EPDM、NBR、クロロプレンゴムなどとの比較が必要である。
特徴
- もっともゴムらしい弾性を持ち、反発弾性、引張強さ、引裂強さ、耐摩耗性が良い。
- シス-1,4-ポリイソプレン構造により、伸長時に結晶化しやすく、高い強度を発現する。
- 低温柔軟性が良く、防振・緩衝・弾性部品に使いやすい。
- 耐油性、耐溶剤性、耐オゾン性、耐候性、耐熱老化性は弱い。
- 使用温度範囲：-70～120°C
- 圧縮性能：良好
- 耐摩耗性：良好
- ガス透過性：悪い
- 耐候性：劣化しやすい
- 耐水性：良好
- 耐オゾン性：劣化しやすい
- 耐鉱物油性溶解：悪い
- 耐化学薬品性：（悪い/良い）
- 難燃性：悪い（燃えやすい）
- 耐熱性：悪い（溶解）
- 硫黄加硫、カーボンブラック、シリカ、老化防止剤などの配合により物性が大きく変化する。
- 実使用では温度、応力、薬品接触時間、オゾン、紫外線、配合剤の影響を含めて評価する必要がある。
長所
- 引張強さ、伸び、引裂強さ、耐摩耗性、耐屈曲亀裂性が良い。
- 反発弾性が高く、防振、緩衝、タイヤ、ゴムロール用途に適する。
- 低温でも柔軟性を保ちやすい。
- 加工性が良く、ロール混練、押出、圧縮成形、カレンダー加工に適する。
短所
- 耐油性、耐燃料性、耐芳香族溶剤性は低い。
- 耐オゾン性、耐候性が低く、屋外使用では劣化防止設計が必要である。
- 耐熱老化性は合成ゴムより劣る場合が多い。
- 天然原料であるため、品質ばらつき、不純物、タンパク質、アレルギー対策に注意する。
成形加工
天然ゴムは熱可塑性樹脂のように射出成形温度だけで溶融成形する材料ではなく、混練、予備成形、加硫によりゴム弾性を発現させる材料である。
| 加工方法 | 適正 | 主な製品例 |
|---|---|---|
| 圧縮成形 | ◎ | パッキン、シート、ブッシュ、防振ゴム、厚肉ゴム部品 |
| トランスファー成形 | ○ | 複雑形状部品、金具接着品、精密ゴム部品 |
| 射出成形 | ○ | 量産ゴム部品、防振部品、工業用ゴム部品 |
| 押出成形 | ◎ | ホース、チューブ、シール材、異形押出品 |
| カレンダー加工 | ◎ | ゴムシート、タイヤ部材、ゴム引布 |
| ラテックス加工 | ◎ | 手袋、糸ゴム、フォーム、接着剤 |
構造式
天然ゴムの主成分は、イソプレンが1,4付加重合したシス-1,4-ポリイソプレンである。
構造単位：−[CH2−C(CH3)=CH−CH2]n−
天然ゴムはシス構造が主体であり、伸長時結晶化により高い引張強さ、引裂強さ、耐屈曲性を示す。トランス-1,4-ポリイソプレンであるガタパーチャとは性質が大きく異なる。
種類
標準天然ゴム
| 名称 | 標準天然ゴム |
|---|---|
| 構成 | シス-1,4-ポリイソプレンを主成分とする天然ゴム |
| 特徴 | 高弾性、高強度、耐摩耗性、耐屈曲性に優れる |
| 主な用途 | タイヤ、防振ゴム、ベルト、ホース、ゴムロール |
RSS・TSRグレード
| 名称 | RSS、TSR、SMR、STRなど |
|---|---|
| 構成 | 天然ラテックスを凝固・乾燥・シート化又はブロック化した原料ゴム |
| 特徴 | タイヤ、工業用ゴム部品で広く使用される標準原料である |
| 主な用途 | タイヤ、防振ゴム、ベルト、ホース、一般工業用品 |
脱タンパク天然ゴム
| 名称 | 脱タンパク天然ゴム、低アレルゲン天然ゴム |
|---|---|
| 構成 | 天然ゴム中のタンパク質成分を低減したグレード |
| 特徴 | 医療・衛生用途でタンパク質由来のアレルギーリスク低減を目的とする |
| 主な用途 | 手袋、医療用部材、衛生用品、ラテックス製品 |
エポキシ化天然ゴム
| 名称 | エポキシ化天然ゴム |
|---|---|
| 構成 | 天然ゴムの二重結合の一部をエポキシ化した改質天然ゴム |
| 特徴 | 天然ゴムより耐油性、ガスバリア性、制振性を改善した材料である |
| 主な用途 | タイヤ、制振材、接着剤、耐油性を必要とするゴム部品 |
代表的な物性値又は機械的性質
| 性質 | 単位 | 天然ゴム 標準加硫品 | カーボンブラック補強品 | ラテックス製品 |
|---|---|---|---|---|
| 比重 | － | 0.91 ～ 0.93 | 1.05 ～ 1.20 | 0.92 ～ 0.98 |
| 硬さ | ショアA | 30 ～ 80 | 50 ～ 90 | 20 ～ 60 |
| 引張強さ | MPa | 15 ～ 30 | 18 ～ 30 | 15 ～ 28 |
| 引張伸び | ％ | 500 ～ 800 | 400 ～ 700 | 600 ～ 900 |
| 引裂強さ | kN/m | 30 ～ 80 | 40 ～ 100 | 20 ～ 70 |
| 反発弾性 | － | ◎ | ○ ～ ◎ | ◎ |
| 耐摩耗性 | － | ◎ | ◎ | ○ |
| 耐熱性 | ℃ | 約70 ～ 100 | 約80 ～ 100 | 約60 ～ 80 |
| 耐寒性 | ℃ | 約-50 ～ -60 | 約-40 ～ -60 | 約-50 |
| 耐候性 | － | △ | △ ～ ○ | △ |
| 耐オゾン性 | － | × | × ～ △ | × |
| 体積固有抵抗 | Ω・cm | 1013 ～ 1015 | 106 ～ 1012 | 1013 ～ 1015 |
耐薬品性
天然ゴムは水、低濃度酸、低濃度アルカリ、アルコールには比較的安定である。一方、鉱物油、ガソリン、芳香族溶剤、塩素系溶剤、エーテル、ケトン、エステルには膨潤・軟化・劣化しやすい。
| 薬品・溶剤 | 耐性 | 備考 |
|---|---|---|
| 水 | ◎ | 常温では安定である。長期高温水では配合剤溶出や劣化に注意する。 |
| 低濃度酸 | ○ | 無機酸の低濃度では比較的使用できる場合がある。 |
| 高濃度酸 | × | 酸化劣化、硬化、軟化、強度低下に注意する。 |
| 低濃度アルカリ | ○ | 常温低濃度では比較的安定である。 |
| 高濃度アルカリ | △ ～ ○ | 高温・長時間では配合剤や加硫系の影響を受ける。 |
| アルコール | ◎ | メタノール、エタノール、IPAには比較的良好である。 |
| ケトン | × | アセトン、MEKで膨潤・軟化しやすい。 |
| 芳香族溶剤 | × | トルエン、キシレン、ベンゼンで大きく膨潤しやすい。 |
| 油・燃料 | × | 鉱物油、ガソリン、軽油には不適である。耐油用途ではNBR等を検討する。 |
更に詳しくはプラスチックの耐薬品性一覧表を参照。
SP値（溶解度パラメータ）
天然ゴムのSP値は、未加硫ゴム、加硫ゴム、充填材、軟化剤、樹脂成分、老化防止剤の配合により変動する。代表的な天然ゴムのSP値はおおむね16.5 ～ 17.5 MPa1/2付近であり、非極性炭化水素系溶剤に近いため膨潤しやすい。
| 項目 | SP値（δ） MPa1/2 | 備考 |
|---|---|---|
| 天然ゴム（NR・標準） | 16.5 ～ 17.5 | 非極性溶剤、芳香族溶剤、鉱物油で膨潤しやすい。 |
| 天然ゴム 加硫品 | 16.8 ～ 17.8 | 架橋により溶解はしにくくなるが、膨潤は起こりやすい。 |
| 天然ゴム カーボンブラック補強品 | 17.0 ～ 18.0 | 補強により機械強度は向上するが、耐油性の本質的改善は限定的である。 |
| 天然ゴム ラテックス品 | 16.5 ～ 17.5 | 薄肉製品では溶剤浸透が早く、膨潤・白化に注意する。 |
| 脱タンパク天然ゴム | 16.5 ～ 17.5 | 主鎖構造は天然ゴムと同等であり、耐溶剤性も同等範囲である。 |
| エポキシ化天然ゴム | 18.0 ～ 20.5 | 極性が高くなり、天然ゴムより耐油性とガスバリア性が改善する。 |
溶解性の目安
| SP値差（Δδ） | 溶解・膨潤の目安 | 天然ゴムでの注意点 |
|---|---|---|
| 0 ～ 2 | 溶解又は大きく膨潤しやすい | 未加硫ゴムは溶解、加硫ゴムは大きく膨潤しやすい。 |
| 2 ～ 5 | 膨潤・軟化の可能性がある | 配合、架橋密度、温度、接触時間により評価が変わる。 |
| 5以上 | 溶解しにくい | SP値差が大きくても、酸化性薬品、オゾン、熱では劣化する場合がある。 |
SP値から見た耐溶剤性
| 薬品・溶剤 | SP値（δ）MPa1/2 | SP値差 | 評価 | 備考 |
|---|---|---|---|---|
| 水 | 47.9 | 約30.9 | ◎ | SP値差が大きく、常温では膨潤しにくい。 |
| メタノール | 29.7 | 約12.7 | ◎ | 比較的良好である。 |
| エタノール | 26.0 | 約9.0 | ◎ | 常温短時間では比較的安定である。 |
| IPA（イソプロパノール） | 23.5 | 約6.5 | ○ | 概ね良好だが、配合剤抽出には注意する。 |
| アセトン | 20.0 | 約3.0 | × | 膨潤・軟化しやすく、洗浄溶剤として不適である。 |
| MEK（メチルエチルケトン） | 19.0 | 約2.0 | × | SP値が近く、膨潤・軟化が大きい。 |
| 酢酸エチル | 18.6 | 約1.6 | × | 膨潤しやすい。接着・塗装工程では注意する。 |
| トルエン | 18.2 | 約1.2 | × | 天然ゴムを大きく膨潤させる代表的溶剤である。 |
| キシレン | 18.0 | 約1.0 | × | 芳香族炭化水素であり、膨潤・強度低下に注意する。 |
| ヘキサン | 14.9 | 約2.1 | × | 非極性炭化水素で膨潤しやすい。 |
| ガソリン | 約14 ～ 16 | 約1 ～ 3 | × | 耐燃料性は低い。燃料接触部には不適である。 |
| 鉱物油 | 約15 ～ 17 | 約0 ～ 2 | × | 膨潤しやすく、耐油用途ではNBRやFKMを検討する。 |
| 水酸化ナトリウム水溶液 | 47付近 | 約30 | ○ | 低濃度常温では比較的良好であるが、高温・高濃度では注意する。 |
| 塩酸水溶液 | 水系 | － | ○ ～ △ | 低濃度では使用できる場合がある。高濃度、長時間では劣化に注意する。 |
| 濃硫酸 | 35以上 | 約18以上 | × | SP値差だけでは判断できない。酸化・炭化劣化の危険がある。 |
◎：非常に良好 ○：概ね良好 △：注意が必要 ×：不適
※ 耐溶剤評価は、天然ゴムのSP値中央値（約17 MPa1/2）を基準とし、溶剤とのSP値差および実際のゴム耐薬品性を総合的に考慮した参考評価である。
実務上の注意
- SP値は溶解・膨潤予測の一次判断であり、耐久性そのものではない。
- 天然ゴムは加硫していても、トルエン、キシレン、ガソリン、鉱物油で膨潤しやすい。
- オゾン、紫外線、熱、酸化性薬品ではSP値差が大きくても劣化する場合がある。
- 最終判断は実使用条件での浸漬試験、圧縮永久ひずみ試験、応力負荷試験で行う。
特に注意が必要な溶剤
- トルエン・キシレンなどの芳香族溶剤は、天然ゴムを大きく膨潤させる。
- ガソリン・軽油・鉱物油は、耐油性が低いため不適である。
- アセトン・MEK・酢酸エチルは、膨潤、軟化、配合剤抽出を起こしやすい。
- 濃硫酸、濃硝酸、強酸化剤は、SP値では予測できない化学劣化を起こす。
溶解性の目安
天然ゴムは未加硫状態では、トルエン、キシレン、ベンゼン、ヘキサン、シクロヘキサンなどの非極性溶剤に溶解又は大きく膨潤する。加硫ゴムでは三次元架橋により完全溶解はしにくいが、溶剤を吸収して膨潤し、硬さ低下、強度低下、寸法変化を生じる。
SP値から見た耐溶剤性
天然ゴムのSP値は炭化水素系溶剤に近いため、SP値差の小さい溶剤ほど膨潤しやすい。特にトルエン、キシレン、ヘキサン、ガソリン、鉱物油は不適である。
製法
パラゴムノキ(Hevea brasiliensis)の樹皮に傷を付け、その切り口から流出する乳白色の液体（ラテックス）を集める。
これに有機酸を加えてポリイソプレン粒子を凝固させ，乾燥させたものを生ゴムという。
基本的な流れ：天然ラテックス → ろ過・濃縮 → 酸凝固 → 洗浄 → 圧延・シート化 → 乾燥 → 天然ゴム原料
この生ゴムに硫黄（5~8%）と加硫促進剤などを添加して練り上げて全体に硫黄が混合された状態で、約140℃に加熱しながら加圧すること（加硫）により、鎖状ゴム分子の二重結合の部分で硫黄原子が架橋構造（ジスルフィド結合）となることによりゴムの分子構造が変化する事で強い弾性と耐熱性のあるゴム製品が出来る。
加硫反応の概念式：ポリイソプレン鎖 + 硫黄 + 加硫促進剤 → 硫黄架橋天然ゴム
この天然ゴムは，一般に物性と加工面で合成ゴムよりすぐれている点が多い
- ラテックス採取：ゴムの木から乳液状の天然ラテックスを採取する。
- 凝固：酢酸、ギ酸などでラテックスを凝固させる。
- 乾燥：シート又はブロック状にして乾燥する。
- 混練：硫黄、加硫促進剤、カーボンブラック、老化防止剤などを配合する。
- 加硫：加熱によりポリイソプレン鎖間に架橋を形成し、ゴム弾性を発現させる。
詳細な利用用途
代表用途
- 自動車タイヤ
- 防振ゴム
- 免震ゴム
- ベルト
- ホース
- ゴムロール
- 手袋
- 接着剤
工業用途
- コンベヤベルト、伝動ベルト
- 防振マウント、ブッシュ、パッド
- 鉄道・橋梁・建築用の弾性支持材
- ゴム引布、ライニング材、緩衝材
- ラテックスフォーム、糸ゴム、医療・衛生用品
関連材料との比較
| 比較材料 | 違い | 選定ポイント |
|---|---|---|
| IR | IRは合成ポリイソプレンであり、天然ゴムに近い性質を持つ。 | 高い弾性と安定品質を重視する場合はIR、引裂強さやコストを重視する場合は天然ゴムを検討する。 |
| SBR | SBRは天然ゴムより耐摩耗性、耐老化性、価格面で有利な場合がある。 | タイヤ、ベルトなどで天然ゴムとブレンドして使われる。 |
| BR | BRは反発弾性と耐摩耗性に優れるが、引裂強さは天然ゴムに劣る場合がある。 | 低発熱、耐摩耗、低温特性を重視する場合に検討する。 |
| NBR | NBRは耐油性に優れるが、天然ゴムほどの反発弾性は得にくい。 | 油、燃料、グリースに接触する用途ではNBRを優先する。 |
| EPDM | EPDMは耐候性、耐オゾン性、耐熱性に優れるが、耐油性は低い。 | 屋外、温水、耐候用途ではEPDMを検討する。 |
| CR | CRは耐候性、難燃性、耐油性のバランスが良い。 | 天然ゴムより環境耐性を重視する場合に検討する。 |
代表的なメーカー
| メーカー・供給元 | 代表的な製品・商品名 | 備考 |
|---|---|---|
| 天然ゴム産地・加工メーカー | RSS、TSR、SMR、STR、SIRなど | タイ、マレーシア、インドネシアなどの天然ゴム原料が広く使用される。 |
| タイヤメーカー | 天然ゴム配合タイヤ材料 | ブリヂストン、住友ゴム、横浜ゴム、TOYO TIREなどでタイヤ用途に使用される。 |
| 工業用ゴムメーカー | 防振ゴム、ホース、ベルト、シート | 用途別配合品として供給される。物性は配合・加硫条件で大きく変化する。 |
| ラテックス製品メーカー | 天然ゴムラテックス製品 | 手袋、フォーム、糸ゴム、接着剤用途で使用される。 |
概要
略記号：NR
英語名：Rubber latex,
IUPAC:
日本語：天然ゴム、ラテックス、ゴムラテックス
CAS:9006-04-6
化学式：C6H11NO
工業的に使われている天然ゴムのほとんどはパラゴムノキ（Hevea braziliensis）の木から採取されるラテックスを主成分としたものである。
このラテックスを濃縮させた後に凝固剤で凝固させることで天然ゴム(生ゴム)となる。
天然ゴムの主産地は、タイ、インドネシア、ベトナム、マレーシアなどの東南アジアやアフリカ、中南米などの熱帯地域があるが、東南アジアだけで世界の80％程が生産されている。
天然ゴム（NR）はシス-1,4-ポリイソプレン35％，水60％，タンパク質2％，その他3％ の成分構成されており、基本特性はイソプレンゴムとほとんど同等となるが、一般物性と加工面では合成ゴムより良い。
特性
- 使用温度範囲：―70～120°C
- 圧縮性能：良好
- 耐摩耗性：良好
- ガス透過性：悪い
- 耐候性：劣化しやすい
- 耐水性：良好
- 耐オゾン性：劣化しやすい
- 耐鉱物油性溶解：悪い
- 耐化学薬品性：（悪い/良い）
- 難燃性：悪い（燃えやすい）
- 耐熱性：悪い（溶解）
製造方法
パラゴムノキ(Hevea brasiliensis)の樹皮に傷を付け、その切り口から流出する乳白色の液体（ラテックス）を集める。
これに有機酸を加えてポリイソプレン粒子を凝固させ，乾燥させたものを生ゴムという。
この生ゴムに硫黄（5~8%）と加硫促進剤などを添加して練り上げて全体に硫黄が混合された状態で、約140℃に加熱しながら加圧すること（加硫）により、鎖状ゴム分子の二重結合の部分で硫黄原子が架橋構造（ジスルフィド結合）となることによりゴムの分子構造が変化する事で強い弾性と耐熱性のあるゴム製品が出来る。
この天然ゴムは，一般に物性と加工面で合成ゴムよりすぐれている点が多い．
利用用途
タイヤ
接着剤
シーラント
自動車車体接着剤
ゴムシート
各種エラストマーのブレンド用材料