고무 ( 日本語 : ゴム , 英語 : gum )는 彈性이 있는 炭化水素 重合體 이며 牛乳의 콜로이드 浮遊物 이나 라텍스 와 같이 一部 나무의 樹液 안에서 자연스럽게 만들어진다. 彈力이 세서 타이어 만드는 데 쓰이고, 電氣가 통하지 않아 戰線의 被服에 쓰이는 等 用途가 다양하다.

‘鼓舞’라는 말은 日本語 ゴム 에서 왔으며, 이는 中世·古代의 유럽어 gom(네덜란드語) · gum(英語) · gomme(프랑스語) · Gummi(獨逸語) 等에서 온 말이다.

生고무의 歷史 [ 編輯 ]

고무의 發見 [ 編輯 ]

고무의 發見은 比較的 最近의 일로서, 콜럼버스 가 아메리카 大陸을 發見하고 第2次 遠征(1493年 ~ 1496年)을 할 때 아이티섬에 上陸, 當時 그 섬의 住民들이 어떤 種類의 樹液에서 만든 彈力性이 큰 功을 競技에 使用하고 있는 것을 본 때부터 始作되었다. 이 때까지 文明이 發達했던 유럽 사람들은 고무에 關하여 全혀 아는 바가 없었으나, 南아메리카나 中央아메리카에서는 일찍부터 그 土地의 原住民이 coa(나무)o­chu(눈물을 낸다), 卽 "樹皮(樹皮)에 傷處를 입히면 乳白色(乳白色)의 厄을 내는 나무"라는 意味의 고무나무 를 알고 있었다. 그들은 이 나무에서 水厄을 採取, 乾燥·凝固시켜서 彈力이 있는 物質을 만들어서 공이나 신발 或은 缸아리나 옷감에 발라서 防水用으로 쓰고 있었다. 現在 고무를 카오추크( 프랑스語 : caoutchouc )라고 하는 것은 이 原住民의 말에서 由來한 것이다. 그 後 上다미(C. M. Cendamin)가 아마존 流域을 探險했을 때(1735年), 검은 고무 덩어리를 몇 個 가져와 파리의 學士院에 提出하였다. 이렇게 해서 차츰 고무에 關한 關心이 높아져서 硏究가 始作되었다. 特히 찰스 굿이어 가 1839年에 工業的으로 고무에다 硫黃을 加해 反應시키는 加黃 法을 發見함으로써 더욱더 彈力이 높은 것을 製造하는 技術을 開發한 以來 고무의 利用이 增加하기 始作하였다. 現在 天然고무의 山地는 실론섬·말레이 半島·보르네오 等 東南아시아가 大部分이다. 當時 英國이 고무의 未來를 내다보고 自國令이었던 이들 나라에서 積極的으로 고무원을 만들고 그 産業을 育成시켰기 때문이다. 現在 天然고무 産出量의 99%는 이와 같이 해서 栽培된 고무원에서 얻어지고 있다. 또 毆打펠카 ·바라타 等과 같이 고무나무와 똑같은 樹液에서 얻어지는 것이라도 彈性이 없고 플라스틱과 같은 性質을 가진 것도 있다. 이는 生고무와는 分子의 配列이 다르기 때문이다.

生고무 [ 編輯 ]

고무나무는 守令이 5年 程度가 되면 고무 成分을 가진 樹液, 卽 라텍스를 有關 (乳管)에서 分泌하기 始作한다. 고무나무에서 라텍스를 採取하기 위해서는 고무나무 줄기에 나이프로 傷處를 내고 그 밑에 樹液을 담는 컵을 놓고 蒐集한다. 이와 같이 해서 蒐集한 液에는 고무 成分이 마치 牛乳처럼 작은 粒子로서 類化되어 있다. 原住民들은 이것을 막대기에 바르되 모닥불에 쬐면서 繼續 그 위에다 바름으로써 커다란 덩어리를 만들고 있었다. 現在 工業的으로는 樹液에 암모니아 等의 油畫安靜劑를 加하여 라텍스人 채로 工場에 보내든지 또는 라텍스에 개미酸·醋蒜 等의 凝固制를 加해서 고무 成分을 凝固시켜 일정한 두께로 펴고 열기로 건조시켜서 淡黃色의 生고무로서 내보낸다. 라텍스에서 얻어진 고무(生고무)는 그대로는 彈力이 剛하지 못하다. 卽 세게 늘이면 늘여진 것이 되돌아가지 않게 되고, 오랜 期間이 지나면 老化해 버리기 쉽다.

生고무의 加黃 [ 編輯 ]

生고무는 그대로는 使用하기가 나쁘지만, 이것에다 硫黃을 反應시켜서 加黃 하면 대단히 彈力이 剛한 고무로 만들 수가 있다. 고무 工場에서는 生고무를 로울로써 適當히 반죽하되 여기에 硫黃·加黃促進劑·安靜劑·카본 블랙 等을 加해서 均一하게 반죽한다. 이렇게 配合된 生고무를 틀에 넣어서 150°C 안팎으로 加熱하면 고무 分子와 硫黃 分子가 反應해서 彈力이 剛한 고무 製品이 만들어진다. 加黃 된 고무는 硫黃分子가 고무分子와 고무分子 사이에 다리를 걸치는 模樣으로 結合되어 있다. 이와 같은 架橋가 있기 때문에 잡아당겨져도 고무分子가 서로 미끄러지기 어렵게 되어 있어서 剛한 彈力을 나타낸다. 또 카본블랙度 强力히 고무分子와 附着하고 있고, 더구나 카본 블랙끼리 弱한 結合을 하고 있어서 고무의 强度를 크게 하고 있다. 카본 블랙을 添加한다는 着眼은 原住民들이 불에 쬐면서 굳힌 고무가 라텍스를 藥品으로 凝固시킨 것보다 더욱 剛하다는 點에 注目해서, 이것은 불에 쬘 때의 그을음에 原因이 있는 것이라고 생각한 데서 연유한다. 오랜 歷史 동안에 사람들이 理由를 모르면서 行해 온 것에 重要한 科學的 意味가 있었다는 하나의 例라고 할 수 있다.

고무의 伸張과 스판덱스 [ 編輯 ]

스판덱스(spandex)의 신장(伸張) [ 編輯 ]

現在 고무 以外에 彈性을 가진 것이 여러 가지로 合成되어 있다. 天然고무의 彈性에 關해서 이야기를 하기 前에 그들 合成物質의 彈性에 關하여 생각해 보자. 스포츠, 特히 씨름이나 레슬링 競技에서는 서포터(supporter)를 흔히 使用한다. 또 洋襪의 윗部分에는 伸縮性이 좋은 것이 쓰이고 있다. 이들의 大部分은 스판덱스 (spandex) 라고 하는 高分子 物質로서, 실이면서도 고무와 같이 外力(外力)에 比例해서 變形하고, 힘을 除去하면 되돌아가는 性質이 있다.

스판덱스 는 美國의 듀퐁 社(社)를 中心으로 해서 開發된 폴리우레탄 彈性絲(彈性絲)의 商品名이다. 이 失意 分子 構成은 폴리우레탄으로 되어 있는 高結晶性(高結晶性) 部分과 폴리에테르나 폴리에스테르로 된 非結晶性 (非結晶性) 部分이 블록 코폴리머를 形成한 鎖狀 高分子이다. 그리고 이것이 폴리우레탄으로 된 高決定 部分이 서로 集結해서 結合되고, 또 物質에 따라서는 다시 架橋結合 (架橋結合)을 시켜서 三次元的인 妄想(網狀)構造를 하고 있다. 外部에서 잡아당기는 힘이 加해지면 그 때까지 四方으로 向해 있던 柔軟(柔軟)韓 部分은 잡아당기는 方向으로 配列이 바뀐다. 그 때문에 全體的으로 伸張된다. 그러나 폴리우레탄 部分은 分子刷 (分子鎖)끼리 서로 結合되어 있으므로 分子刷 自體는 움직이지 않으며 外力이 없어지면 非結晶 部分은 다시 元來의 여러 方向으로 되돌아가서 全體的으로 收縮한다. 앞에서 고무줄을 잡아당겼을 때의 고무分子의 움직이는 模樣을 說明했는데 그것과 똑같은 일이 스판덱스의 境遇에도 일어나는 것이다.

고무의 신장 [ 編輯 ]

고무의 伸張하는 機構는 스판덱스의 伸張과 똑같은 것이다. 다만 고무의 境遇, 고무 分子의 移動을 못 하게 하고 있는 것은 硫黃에 依한 고무 分子의 架橋이고, 스판덱스에서는 그것이 폴리우레탄 部分의 結合인 것이다. 이와 같은 鼓舞的 彈性을 나타내는 物質이라고 하는 것은 常溫 附近에서 適當히 遊動하기 쉬운 柔軟한 分子刷를 가지고, 더구나 여기저기에 分子쇄의 移動을 막는 架橋가 있는 構造를 가진 것을 말한다. 이것과 類似한 한層 巨視的 構造를 가지고 있는 것이 앞에서 말한 고무 編織(編織) 構造이다.

種類 [ 編輯 ]

天然 고무 [ 編輯 ]

天然 고무 라텍스 의 주된 源泉은 파라고무나무 (Hevea brasiliensis)이다. 헨리 위컴 (Henry Wickham)은 1876年에 브라질로부터 數千 個의 種子를 모았고 英國의 Kew Gardens에 심어서 키웠다. 이 묘종은 다시 콜롬보 , 인도네시아 , 싱가포르 , 브리티시 말라야 에 보내졌다. 나중에는 말라야가 고무 最大 生産地가 되었다.

라텍스의 主成分은 폴리아이소프렌 이나, 副成分에 依해 라텍스 알레르기 가 생긴다.

라텍스를 包含하는 다른 植物로는 無花果나무속 , 카스틸라 , 유포르비아 를 들 수 있다. (일一般的로 민들레 ) 이들이 고무의 주된 源泉은 아니지만, 獨逸 은 世界 2次 大戰 동안 이러한 源泉을 使用하려고 했다. 이러한 試圖는 나중에 合成 고무 의 開發에 힘을 실어 주었다.

合成 고무 [ 編輯 ]

合成 고무는 重合體 를 生産하기 위해 하나의 單位體의 重合 反應 또는 單位體의 混合을 통해 만들어진다. 이들은 重合體 科學과 고무 技術에서 硏究되는 製品의 一部를 形成한다.

이소프렌分子가 數千個나 結合되어 이루어진 鎖狀(鎖狀)의 高分子가 天然고무라는 것을 알게 되자 人工的으로 이와 같은 고무 彈性體를 合成하려는 硏究가 始作되었다. 合成고무의 硏究는 이미 1860年頃부터 着手되었는데, 그 後 約 50年間은 그러한 硏究가 成功을 거두지 못하였다.

合成고무 製造의 歷史 [ 編輯 ]

于先 硏究者들은 이소프렌 을 重合시켜서 天然고무와 똑같은 分子構造를 가진 高分子 物質을 만들려고 했다. 그러나 當時의 技術로써는 아무리 해도 이소프렌을 天然고무처럼 分子의 洋緞으로 連結하지 못하였고, 더구나 이소프렌의 二重結合이 시스형 ^[1] 인 것을 만들지 못하였다. 만들어 낸 것은 여러 가지 結合 方法으로 連結시킨 重合度(重合度)가 낮은 高分子의 混合物뿐이었다. 이것은 柔軟하고 차진 것이기는 하지만 天然고무와 같이 强한 彈性을 가진 것과는 아직도 距離가 먼 物質이었다. 結局 이소프렌을 天然고무와 똑같은 構造로 綜合하는 方法에 成功한 때는 1954年에 와서였다. 天然과 同一한 構造의 것을 만든다는 것이 얼마나 어려운 것인가를 보여 주는 좋은 例이다. 이보다 앞서 고무彈性體를 最初로 合成한 곳은 獨逸이었다. 第1次 大戰 中 獨逸은 天然고무 資源을 가지지 못하였고 天然고무의 輸入도 막혔으므로 고무彈性體의 合成의 必要性이 切迫했었고, 디메틸 부타디엔 을 原料로 하여 最初의 合成고무를 만들었다. 이것은 메틸고무라고 불리었는데, 性能이 떨어지므로 戰爭 終結과 同時에 製造하지 않게 되었다.

그 後 獨逸에서는 부타디엔 을 原料로 폴리부타디엔 고무 를, 美國에서는 나일론合成으로 有名한 캐로더스 等의 硏究로 클로로프렌 을 原料로 해서 클로로프렌 고무 ( 네오프렌 )가 開發되었다(1931년). 부타디엔과 스티렌, 부타디엔과 아크릴로니트릴을 共重合 (供重合)시킨 고무 等도 繼續 合成되었다.

合成고무工業이 急速히 發展한 것은 第2次 大戰 中 美國에서 石油化學工業이 進步하여 이것으로부터 合成고무의 原料가 大量으로 얻어졌기 때문이다. 現在에는 各樣 各色의 合成고무가 生産되고 있으며 天然고무와 거의 같은 量이 天然고무와 競爭的으로 使用된다. 合成고무는 天然고무에는 없는 여러 가지 性質을 갖게 할 수가 있으므로 最近 急速히 그 用途가 넓어지고 있다. 代表的인 合成고무와 그.性質은 다음과 같다.

스티렌－부타디엔 고무(SBR) [ 編輯 ]

스티렌－부타디엔 고무 (styrene-butadiene rubber, SBR)는 合成고무의 代表的인 것이며, 生産量은 合成고무의 大部分을 차지하고 있다. SBR은 부타디엔 과 스티렌 을 水中에서 油畫(乳化)시켜 過酸化物 等의 觸媒를 가지고 重合시킨 공중합물이다. 부타디엔과 스티렌의 構成比에 依하여 여러 種類의 것이 만들어진다. 一般的으로 使用되는 것은 부타디엔이 約 75%, 스티렌이 25%인 造成으로 된 것이며 물엿色깔을 한 고무上(狀)의 物質이다. 스티렌의 含有量을 증가시키면 차차 白色의 단단한 物質이 된다. 스티렌의 含有量이 75%까지 많아진 것을 하이스티렌 SBR라고 하는데, 이것은 오히려 樹枝狀의 것으로서 成形用으로도 쓰인다. 부타디엔과 스티렌의 造成費와 고무分子 사슬의 有利轉移溫度(glass transition temperature) ^[2] 의 關係는 다음과 같이 說明할 수 있다. 스티렌의 含有量이 높아지면 分子 사슬은 次次 움직이기 어렵게 된다. 한便 부타디엔만을 重合시켜서는 重合度가 낮은 低分子量人 폴리부타디엔이 된다. 따라서 이것은 쉽게 分子사슬이 움직이게 되고(유리전이온도가 낮다.) 彈力이 없다. 그런데 여기에 벤젠핵과 같은 큰 原子團을 가진 스티렌 分子가 共重合하여 들어오면 分子사슬의 얽힌 模樣을 좋게 함과 同時에 重合度度 높아져서 願하는 鼓舞的 性質이 갖추어지게 된다고 볼 수 있다. 부타디엔과 스티렌의 組成이 같아도 高溫에서 重合시킨 것과 低溫에서 重合시킨 것과는 性質이 달라진다. 高溫에서 重合시킨 便이 부타디엔과 스티렌이 한層 더 無秩序하게 配列되고, 또 盆地가 많은 것이 생기므로 低溫의 것보다는 柔軟하게 되는 傾向이 있다. SBR은 내노화性·耐朽性(耐候性)·내마찰性·耐油性(耐油性) 等에서는 天然고무보다 優秀하지만 彈力性은 若干 뒤떨어진다. 구두창이나 各種 家庭用 器具의 고무部分을 비롯해서 타이어에도 쓰이고 있다.

아크릴로니트릴－부타디엔 고무(NBR) [ 編輯 ]

아크릴로니트릴－부타디엔 고무 (acrylonitrile-butadiene rubber, NBR)는 부타디엔과 아크릴로니트릴을 75代 25의 比率로서 SBR와 同一하게 共重合시킨 것이다. 아크릴로니트릴은 시아노기(－CN)라고 하는 極盛이 强한 氣(基)를 가지고 있다. 耐油性이 豐富하고 내노화性이나 내마찰 剛度가 優秀하다.

폴리클로로프렌(클로로프렌 고무) [ 編輯 ]

폴리클로로프렌 (polychloroprene) 또는 클로로프렌 고무 (chloroprene gum)는 앞에서 說明한 바와 같이 뒤퐁사의 캐로더스가 開發한 合成고무이며, 클로로프렌 을 重合시켜서 만든 것이다. 클로로프렌은 天然고무의 이소프렌의 메틸기(基)가 鹽素原子로 바뀐 것이다. 클로로프렌 自體는 重合하기 쉽고, 觸媒 없이 加熱하는 것만으로 重合하며, 흰 괴相(塊狀)의 폴리클로로프렌(商品名： 네오프렌 )으로 된다. 이것은 耐朽性·내노화性·耐油性이 뛰어나므로 電線케이블의 被覆이나 車輛의 空氣 龍鬚鐵, 土木工事用 고무벨트 等에 널리 쓰이고 있다.

부틸고무 [ 編輯 ]

부틸고무 는 이소부틸렌에 이소프렌을 수%를 共重合시킨 것이다. 이소부틸렌의 메틸기의 影響으로 分子사슬이 움직이기 어렵고 따라서 歎聲이 弱하다. 또 二重結合이 적으므로 耐朽性·耐藥品性이 優秀하다. 또 反對로 加黃 을 하기 어렵고, 機械的 强度도 弱하다.

EP 러버 [ 編輯 ]

에틸렌과 프로필렌을 共重合시키면 各各 單獨인 때와는 달리 決定이 잘 안 된다. 그러한 것은 고무上 性質을 나타내는 것이다. 그러나 에틸렌이나 프로필렌의 폴리머에는 二重結合이 없으므로 加黃 은 할 수 없다. 따라서 1.4헥사디엔 等을 加해서 3成分으로 三원共重合(三元供重合) ^[3] 을 만들고, 폴리머에는 二重結合을 두어서 이것을 使用하여 加黃 한다. 原料가 에틸렌·프로필렌 等 石油化學工業에서 大量으로 供給되고 있는 것이기 때문에 그 開發이 注目되고 있다.

티오콜 [ 編輯 ]

티오콜 (thiokol)은 多黃化系(多黃化系) 合成고무이며, 에틸렌 과 硫黃 이 사슬 模樣으로 連結된 것이다. 合成하는 데는 이염화 에틸렌과 多黃化 칼륨을 反應시킨다. 耐油性·내노화性이 優秀하므로 기름을 使用하는 場所에서 많이 쓰이고 있다.

실리콘 고무 [ 編輯 ]

常溫 程度에서 遊動하기 쉬운 分子 사슬을 가지고 있으며 더구나 여러 군데에 架橋가 있는 것은 고무 性質을 가졌기 때문이다. 이와 같은 構造를 가진 것은 以上에서 說明한 바와 같은 炭化水素뿐만 아니라 無機物質에도 있을 수 있다. 디메틸 실란디올 을 縮合시키면 Si­O­Si 의 結合을 가진 실리콘고무가 된다. 炭素原子에 비해서 硅素原子는 훨씬 크고 열운동하기가 어렵다. 그러나 酸素原子가 그 사이에 끼어 있기 때문에 硅素原子는 酸素­硅素 결합축을 中心으로 回轉이 比較的 자유롭다. 이 때문에 이런 種類의 鎖狀高分子는 常溫下에서도 適當히 遊動하기 쉬운 傾向이 있다. 分子사슬을 可敎하는 데에는 加黃 代身에 메틸 실란트리올 을 少量 使用한다. 실리콘 고무는 耐熱性·耐寒性에 뛰어난 性質이 있으며, 耐藥品性·耐油性度 優秀하다.

成分 [ 編輯 ]

고무는 固有의 物理的, 化學的 成分을 이룬다. 고무의 應力 變形 行爲는 멀린스 效果 , 팬 效果 를 나타내며 彈力 過多로 描寫되기도 한다.

木材로서의 고무 [ 編輯 ]

고무는 輸液으로 加工하는 것 以外에도 고무나무 自體를 木材로 使用하기도 한다. 고무나무는 相當히 高品質 木材이다.

같이 보기 [ 編輯 ]

• 加壓 導電性 고무
• 고무줄
• 라텍스
• 고무 테러

各州 [ 編輯 ]

參考 文獻 [ 編輯 ]

• 이 文書에는 다음커뮤니케이션 (現 카카오 )에서 GFDL 또는 CC-SA 라이선스로 配布한 글로벌 世界대백과사전 의 內容을 基礎로 作成된 글이 包含되어 있습니다.

外部 링크 [ 編輯 ]

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• 네이버 캐스트 - 고무