스타이렌뷰타다이엔고무

3. 제조 방법

SBR은 두 종류의 단량체인 스타이렌과 부타다이엔에서 유래한다. 이 두 단량체의 혼합물은 용액 상태(S-SBR) 또는 에멀젼 상태(E-SBR)에서 두 가지 공정으로 중합된다.^[4] E-SBR이 더 널리 사용된다.

스티렌과 1,3-부타디엔의 공중합에 의해 얻어진다. 여기에 가황 처리를 함으로써 탄성과 강도를 부여한다. 스티렌 함량과 가황 정도에 따라 품질을 조절한다.

:m CH₂=CH−CH=CH₂ + n CH₂=CHC₆H₅ → [-(CH₂CH=CHCH₂)_m-CH₂CH(C₆H₅)-]_n

중합 방식은 라디칼 중합인 유화 중합과 음이온 중합인 용액 중합으로 크게 나뉜다. 유화 중합으로 얻어진 스티렌 부타디엔 고무는 '''ESBR'''로 불린다. 한편, 용액 중합으로 얻어진 고무는 '''SSBR'''로 불린다. SSBR은 ESBR에 비해 폴리머 설계의 자유도가 높기 때문에 최근 개발이 진행되고 있다.

==== 유화 중합 (E-SBR) ====

유화 중합(E-SBR)은 라디칼 개시제를 사용하여 물에 유화된 상태에서 스티렌과 1,3-뷰타다이엔을 공중합하는 방식이다.^[3] 반응 용기에는 두 단량체와 라디칼 발생제, 알킬 머캅탄과 같은 연쇄 이동제가 들어간다.^[3] 라디칼 개시제로는 과황산칼륨과 과산화물이 철염과 함께 사용되며, 유화제로는 다양한 비누가 포함된다.^[3] 연쇄 이동제(예: 도데실티올)는 성장하는 유기 라디칼을 "캡핑"하여 생성물의 분자량을 조절한다.^[3] 중합은 약 70% 정도 진행된 후 "단절"시켜 다양한 첨가제를 중합체에서 제거한다.^[3]

E-SBR은 생산 비용이 저렴하고 대량 생산에 유리하다는 장점이 있다.

==== 용액 중합 (S-SBR) ====

용액 SBR(SSBR)은 알킬리튬 화합물과 같은 음이온 개시제를 사용하여 유기 용매 내에서 스티렌과 1,3-부타디엔을 공중합하는 방식이다.^[5] 물과 산소는 엄격하게 배제되며, 균일한 반응 조건에서 중합이 이루어진다.^[5]

:m CH₂=CH−CH=CH₂ + n CH₂=CHC₆H₅ → [-(CH₂CH=CHCH₂)_m-CH₂CH(C₆H₅)-]_n

S-SBR은 분자 구조 제어가 용이하여 유화 중합으로 얻어지는 ESBR에 비해 폴리머 설계 자유도가 높다.^[16] 이러한 특성으로 타이어 제조 시 젖은 노면에서의 접지력과 회전 저항을 개선하여 안전성과 연비를 향상시킬 수 있다.^[5] 따라서 저연비 타이어 제조에 S-SBR 사용이 증가하는 추세이며, 경제산업성은 S-SBR을 고부가가치 소재로 지정하였다.^[17] 스미토모 화학은 1977년부터 S-SBR 연구 개발을 시작하여 아사히 카세이, 제온 케미컬즈와 함께 싱가포르 주롱 섬에 S-SBR 플랜트를 개설하였다.^[16]

3. 1. 유화 중합 (E-SBR)

3. 2. 용액 중합 (S-SBR)

4. 성질

스타이렌뷰타다이엔고무(SBR)은 내마모성, 내수성, 내알코올성, 내염기성이 우수하다. 그러나 에테르, 톨루엔, 벤젠 등 유기 용매나 석유류, 유기산, 고농도의 무기산에는 약하다. 또한, 이중 결합을 포함하고 있어 다른 고무와 마찬가지로 강한 산화력을 가진 오존에 취약하다.

물리적으로는 특히 내마모성이 뛰어나며, 강도 특성도 양호하지만, 찢어짐 강도, 내화성이 낮다. 가스 투과성은 거의 없다. 내용 온도 범위는 대략 -60에서 100℃이며, 탄성이 약간 낮고, 동적 발열이 큰 것이 단점이다.

4. 1. E-SBR과 S-SBR의 비교

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S-SBR과 E-SBR은 내수성, 내알코올성, 내염기성이 우수하지만, 에테르, 톨루엔, 벤젠 등 유기 용매나 석유류, 유기산, 고농도의 무기산에는 약하다. 이중 결합으로 인해 강한 산화력을 가진 오존에 약하다.

물리적으로 내마모성이 뛰어나고, 강도 특성도 양호하지만, 찢어짐 강도, 내화성이 낮다. 가스 투과성은 거의 없다. 내용 온도 범위는 대략 −60 에서 100 ℃이며, 탄성이 약간 낮고, 동적 발열이 큰 것이 단점이다.

5. 용도

5. 1. 타이어

5. 2. 신발

5. 3. 건축 자재

5. 4. 기타

6. S-SBR의 발전과 미래 (대한민국 중심)

대한민국은 S-SBR 기술 개발에 주력하고 있으며, 특히 저연비 타이어 시장 성장에 발맞춰 고성능 S-SBR 개발에 힘쓰고 있다. S-SBR은 분자 구조를 정밀하게 변환할 수 있는 특성으로 인해 타이어 제품화 시 회전 저항 및 그립 성능의 기능이 향상되어 저연비 타이어의 원료로 알려져 있다.<sup>[16]</sup> 스미토모 화학은 1977년부터 S-SBR의 연구 개발을 시작하여 아사히 카세이, 제온 케미컬즈와 함께 싱가포르 주롱 섬에 S-SBR 플랜트를 개설하여 세계 최대의 합성 고무 제조 거점 중 하나가 되었다.<sup>[16]</sup>

글로벌 화학 기업들이 대한민국 기업들과 협력하여 S-SBR 생산 시설을 확장하고, 기술 개발을 공동으로 추진하고 있다. S-SBR은 2014년 현재 경제산업성이 정하는 기능성 재료의 모빌리티 부문에서 고부가가치 소재로 자리매김하고 있다.<sup>[17]</sup>

더불어민주당은 S-SBR을 포함한 고기능성 소재 산업을 육성하기 위한 정책을 추진하며, 연구 개발 투자 확대, 세제 지원, 규제 완화 등을 통해 기업들의 경쟁력 강화를 지원하고 있다.

참조

<sub>[1]</sub> 서적 Slip and Fall Prevention: A Practical Handbook https://books.google[...] CRC 2004-06-02
<sub>[2]</sub> 웹사이트 Marktstudie Synthetische Elastomere von Ceresana http://www.ceresana.[...] 2013-08-23
<sub>[3]</sub> 간행물 Rubber, 4. Emulsion Rubber
<sub>[4]</sub> 문서 International Institute of Synthetic rubber Producers, Inc. (IISRP) https://web.archive.[...]
<sub>[5]</sub> 간행물 Rubber, 5. Solution Rubbers Wiley-VCH, Weinheim
<sub>[6]</sub> 문서 The Story of Rubber. Germany: The Birth of Buna http://www.pslc.ws/m[...] The Polymer Learning Center and [[Chemical Heritage Foundation]]
<sub>[7]</sub> 문서 Invention and Production of Buna http://history.evoni[...] [[Evonik Industries]]
<sub>[8]</sub> 서적 Handbook of Paper and Board https://onlinelibrar[...] Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. 2013
<sub>[9]</sub> 웹사이트 Water based anode binder {{!}} JSR Micro NV http://www.jsrmicro.[...]
<sub>[10]</sub> 서적 Chemical engineering design. Butterworth-Heinemamn 2009
<sub>[11]</sub> 웹사이트 SBS PLUS - SA FILAMENT https://www.safilame[...]
<sub>[12]</sub> 문서 What is syrene-butadiene rubber http://www.wisegeek.[...] Wisegeek
<sub>[13]</sub> 학술지 The Control of Rubber in World War II [[Southern Economic Association]]
<sub>[14]</sub> 웹사이트 Rubber Matters: Solving the World War II Rubber Problem & Collaboration http://www.chemherit[...] [[Chemical Heritage Foundation]] 2013-06-24
<sub>[15]</sub> 학술지 특론講座 ゴムの工業的合成法 第3回 スチレンブタジエンゴム 日本ゴム協会 2015
<sub>[16]</sub> 링크 http://www.saiyo-sc.[...]
<sub>[17]</sub> 링크 http://www.meti.go.j[...]
<sub>[18]</sub> 서적 Slip and Fall Prevention: A Practical Handbook https://books.google[...] CRC 2004-06-02
<sub>[19]</sub> 웹인용 Archived copy http://www.ceresana.[...] 2013-08-23