加硫：耐久性のあるゴムをつくる化学的架橋プロセス

化学と仕組み

この工程では、ポリマー鎖どうしの間に共有結合がつくられる。硫黄は、モノスルフィド、ジスルフィド、ポリスルフィドの橋かけ結合を形成し、鎖の動きを制限するとともに弾性の「記憶」を回復させる。熱と時間は架橋の程度を左右する。一般に架橋密度が高いほど硬さと耐熱性は増すが、破断までの伸びは低下する。現代の配合では、加硫の速度と効率を制御するため促進剤や活性剤が使われるほか、特定のポリマーには有機過酸化物や放射線などの代替加硫剤も用いられる。

方法と加工

加硫の方法は多様である。熱と圧力を加える金型内での処理、成形品に用いる熱風炉、ホースや異形材向けの連続押出ライン、一部製品向けの蒸気オートクレーブなどがある。硫黄加硫はタイヤや汎用ゴムで一般的である。一方、熱安定性やリバージョンへの耐性が必要な場合には、過酸化物加硫が選ばれる。加硫条件は、加硫不足による強度低下や、過加硫による脆化・劣化を避けるよう調整される。

付与される性質

• 弾性および復元反発性の向上
• 引張強さと引裂き抵抗の向上
• 耐摩耗性および耐老化性の向上
• 未処理ゴムと比べた耐熱性・耐溶剤性の向上

用途と重要性

加硫エラストマーは、現代の産業と日常生活の中心的な材料である。タイヤ、インナーチューブ、コンベヤベルト、ガスケット、ホース、履物の靴底、防振マウントは、機械的性能と安全性を得るために加硫ゴムを利用している。実用的な加硫法の発明は、ゴムの工業利用における転換点となった。

歴史、変種とリサイクル

19世紀半ば、チャールズ・グッドイヤーは、熱と硫黄を組み合わせることで安定した弾性材料が得られることを発見し、ゴムを単なる珍品から工学材料へと変えた。その後、用途ごとの要求に応じて配合と加硫化学は多様化した。架橋はネットワークを再溶融できないため、リサイクルも複雑にする。スクラップから材料を回収するため、機械的再生や化学的脱硫プロセスが用いられるが、いずれも技術的・経済的な課題を抱えている。