合成ゴムが天然ゴムを完全に置き換えることができないのはなぜですか?
天然ゴムの進化:
人類の歴史におけるゴムの意義は深い。特に、車輪の発明は人類の生活を劇的に変え、タイヤの出現は車輪の使いやすさと快適性を高め、人間の移動と物資の輸送に革命をもたらし、作業効率を大幅に向上させた。タイヤの出現により、車輪が広く使用されるようになった。
ゴムの発見と普及は、タイヤ産業と自動車産業の発展を促し、人類文明における重要なマイルストーンとなりました。しかし、天然ゴムの主な供給源はブラジルや東南アジアなどの熱帯地域で繁茂するゴムの木です。一方、ゴムの主な使用地域は経済的に発展した地域に集中しており、ゴムの需給に大きな不均衡が生じています。特に、第一次世界大戦中、ドイツはゴムの供給を遮断し、第二次世界大戦中、日本は天然ゴムの主要生産地域である東南アジアを占領し、ゴムの供給をヨーロッパと米国に限定しました。そのため、科学者は合成ゴムの実験を開始し、大きな進歩を遂げました。天候や地理の影響を受けない合成ゴムの生産量は、1939年の23,000トンから1944年には885,000トンに増加しました。
戦争が終わり、天然ゴムの供給が安定し、戦後の自動車産業や関連産業の好況と相まって、ゴムの需要が急増し、天然ゴムの価格は高止まりしました。その結果、合成ゴムは特定の用途や分野で天然ゴムを部分的に置き換え、約60%の市場シェアで安定しました。2021年現在、世界の天然ゴムの生産量は1,381.2万トン、合成ゴムの生産量は約1,581万トンで、両者の生産量はほぼ同じであることがわかります。
技術と合成ゴムの性能が絶えず進歩しているにもかかわらず、なぜ合成ゴムは天然ゴムに完全に取って代わることができないのでしょうか。合成ゴムメーカー各社が自社製品の優れた性能を宣伝し、天然ゴムをはるかに上回ると主張しているにもかかわらず、この不可解で重大な疑問が生じています。これは、天然ゴムが依然として多くのかけがえのない総合的な性能上の利点を持っていることを示しています。
自然の産物である天然ゴムは、工業的に合成された製品よりもはるかに複雑な分子鎖構造と化学組成を持ち、その複雑さは現在の技術では完全に再現できないレベルです。
天然ゴムの主な利点は次のとおりです。
- 分子量が大きく、構造がより複雑: 天然ゴムの優れた弾力性と耐摩耗性は、主にその長く複雑な分子鎖構造に起因しています。これらの大きな分子鎖はしっかりと絡み合って、優れた強度、耐摩耗性、耐引裂性を発揮します。外部からの力を受けると、これらの分子鎖は圧縮されて元の構造に戻り、優れた弾力性を発揮します。
- より均一な分子鎖構造： ゴムの主成分であるポリイソプレンは、そのポリマー鎖に様々な異性体を持っています。天然ゴムでは、100%がシス-1,4構造であり、安定した均一な性能を発揮します。一方、人工的に合成されたゴムでは、このレベルの分子内部構造の均一性は実現できません。
- 未知の成分のプラス効果: 天然ゴムには、ゴム分子のほかに、タンパク質、脂肪酸、糖分などの成分が含まれています。これらは微量ではありますが、ゴムの特性に良い影響を与える可能性があります。たとえば、天然ゴムは通常、低温に耐えますが、一般的な合成ゴムは寒い環境では硬化して脆くなり、弾力性を失う可能性があります。
天然ゴムと合成ゴムの相補性:
まとめると、天然ゴムは、並外れた機械的強度、優れた弾性、耐疲労性、耐摩耗性、耐腐食性、絶縁性、気密性、防水性、断熱性を備えています。ただし、天然ゴムのすべての特性が合成ゴムを上回っているわけではありません。合成ゴムの最大の利点は、その展性にあります。用途と必要な特性に応じて、特定の配合を使用してゴムの特定の特性を高めることができます。たとえば、合成バリアントであるポリウレタンゴムは優れた耐油性を示し、この分野での天然ゴムの弱点を補っています。さらに、スチレンブタジエンゴム（SBR）は化学的耐腐食性に優れ、ブタジエンゴム（BR）は耐寒性、耐摩耗性、弾性に優れ、クロロプレンゴムは耐油性、耐炎性、耐酸化性、オゾン性に優れ、ニトリルゴム（NBR）は耐油性と耐老化性に優れています。
実際の用途では、天然ゴムと合成ゴムは互いにうまく補完し合います。たとえば、車のタイヤは、通常、天然ゴムと合成ゴムの両方を含む複数の層のゴムで作られています。したがって、現在の技術レベルでは、合成ゴムが天然ゴムを完全に置き換えることは不可能です。ただし、特定の用途では、合成ゴムと天然ゴムは互いに代替することができ、選択は多くの場合、価格によって決まります。天然ゴムの木は栽培サイクルが長く、生産能力が限られているため、コストは比較的一定で、通常は合成ゴムよりも高くなります。ただし、合成ゴムも設備コストが高く、投資回収期間が長く、価格が石油や天然ガスなどの上流の原材料に密接に関連する資本集約型産業であるため、両者の価格差は通常大きくありません。
現在、世界で生産量が多い主な合成ゴムの種類には、スチレンブタジエンゴム（SBR）、ブタジエンゴム（BR）、イソブチレンイソプレンゴム（IIR）などがあります。これらのゴムの主原料はブタジエンで、合成ゴムの生産には世界で約70%のブタジエンが使用されています。ブタジエンは主に石油と天然ガスの生産の副産物から得られるため、生産能力は特に安定しておらず、価格は石油と天然ガスの価格に応じて変動します。もちろん、天然ゴムと合成ゴムの価格も相互に影響します。
結論として、性能と価格の両方の観点から、天然ゴムと合成ゴムは強い補完性を示しています。どちらも完全に他方を置き換えることはできませんが、新しいプロセスと技術の継続的な進歩により、それぞれの性能も常に向上しています。たとえば、 DEFラバー天然ゴム産業に深く根ざした当社は、独自の配合とプロセスを開発し、天然ゴムシート製品を高級市場に焦点を当てています。これらの製品は、湿式研削環境における耐摩耗性と耐油性において明確な利点があり、さまざまな耐摩耗装置のゴムライニング、床清掃機の吸水性および耐摩耗性ストリップ、および工業用耐摩耗性タイミングベルトとして使用するのに特に適しています。
