고무

1. 개요

고무는 고무나무의 수액인 라텍스에서 얻는 천연고무와 화학적으로 합성한 합성고무로 나뉜다. 콜럼버스가 아메리카 대륙에서 고무를 발견한 이후, 찰스 굿이어의 가황법 개발과 던롭의 공기 타이어 발명으로 고무 산업이 발전했다. 천연고무는 동남아시아에서 주로 생산되며, 합성고무는 1, 2차 세계 대전을 거치며 개발이 본격화되었다. 고무는 자동차 타이어, 산업용 부품, 가정용품, 스포츠 용품 등 다양한 분야에서 사용되며, 가황, 반죽, 혼련 등의 가공 과정을 거쳐 제품으로 생산된다.

2. 역사

크리스토퍼 콜럼버스는 1490년대에 천연고무를 유럽에 처음 소개했다. 콜럼버스는 카리브해 섬에서 탄력 있는 고무 공을 보고 놀랐다고 전해지지만, 이후 200년 동안 고무는 실용화되지 않고 귀한 물질로 여겨졌다.

1736년, 프랑스의 샤를-마리 드 라 콩다민은 남아메리카 원주민이 고무나무 수액으로 방수포와 고무신 등을 만드는 것을 보고하면서 고무의 실용화가 시작되었다. 파라고무나무에서 채취한 라텍스를 응고시킨 천연고무는 높은 탄성 한계와 낮은 탄성률을 가져 산업용 신소재로 주목받았다. 영국의 과학자 조셉 프리스틀리가 연필 글씨를 지우는 데 적합하다는 것을 발견하면서, 영어로 '문지르는 것'을 의미하는 러버(rubber)라고 불리게 되었다.

19세기 말, 찰스 굿이어가 가황을 발견하고, 1888년 던롭이 공기 타이어 특허를 취득하면서 고무 산업은 큰 변화를 맞이했다. 고무는 자동차 타이어에 사용되면서 자동차 산업 발전에도 기여했다. 20세기 초부터 천연고무 대체품인 합성고무 연구가 시작되어, 1930년대에 본격적인 연구가 이루어졌다.

2.1. 천연고무의 발견과 전파

콜럼버스가 아메리카 대륙을 발견하고 제2차 원정(1493년 ~ 1496년) 때 아이티섬에 상륙했을 당시, 그 섬의 주민들이 어떤 종류의 수액에서 만든 탄력성이 큰 공을 경기에 사용하고 있는 것을 보면서 고무가 발견되었다. 당시 유럽 사람들은 고무에 관하여 전혀 아는 바가 없었으나, 남아메리카나 중앙아메리카의 원주민은 "수피(樹皮)에 상처를 입히면 유백색(乳白色)의 액을 내는 나무"라는 의미의 고무나무를 알고 있었다. 그들은 이 나무에서 수액을 채취, 건조·응고시켜 탄력이 있는 물질을 만들어 공이나 신발, 항아리나 옷감에 발라 방수용으로 쓰고 있었다. 현재 고무를 카오추크(caoutchouc^프랑스어)라고 하는 것은 이 원주민의 말에서 유래한 것이다.

그 후 1735년, 상다미(C. M. Cendamin)가 아마존 유역을 탐험했을 때 검은 고무 덩어리를 몇 개 가져와 파리의 학사원에 제출하였다. 이를 계기로 고무에 관한 관심이 높아져 연구가 시작되었다. 1736년에는 프랑스의 샤를-마리 드 라 콩다민이 남아메리카를 방문했을 때, 원주민이 고무나무 수액으로 방수포와 고무신 등을 만드는 모습을 본국에 보고하면서 고무의 실용화가 진행되기 시작했다.

특히 찰스 굿이어가 1839년에 공업적으로 고무에 유황을 가해 반응시키는 가황법을 발견함으로써 탄력이 더 높은 고무를 제조하는 기술이 개발되었고, 이후 고무의 이용이 증가하기 시작하였다.

2.2. 합성고무의 개발

연구자들은 이소프렌을 중합시켜 천연고무와 같은 분자구조를 가진 고분자 물질을 만들려고 시도했다. 그러나 당시 기술로는 이소프렌을 천연고무처럼 분자의 양단으로 연결하거나, 이소프렌의 이중결합이 시스형인 것을 만들 수 없었다. 만들어진 것은 여러 가지 결합 방법으로 연결된 중합도(重合度)가 낮은 고분자의 혼합물뿐이었다. 이것은 유연하고 차졌지만, 천연고무처럼 강한 탄성을 가지지는 못했다. 결국 이소프렌을 천연고무와 같은 구조로 종합하는 데 성공한 것은 1954년이었다.

이보다 앞서 고무탄성체를 최초로 합성한 곳은 독일이었다. 제1차 세계 대전 중 독일은 천연고무 자원이 없었고 수입도 막혀 고무탄성체 합성의 필요성이 절박했다. 이에 다이메틸뷰타다이엔을 원료로 최초의 합성고무인 메틸고무를 만들었으나, 성능이 떨어져 전쟁 종결과 함께 제조가 중단되었다.

그 후 독일에서는 뷰타다이엔을 원료로 폴리뷰타다이엔 고무를, 미국에서는 캐로더스 등의 연구로 클로로프렌을 원료로 한 클로로프렌 고무(네오프렌)가 1931년에 개발되었다. 뷰타다이엔과 스티렌, 뷰타다이엔과 아크릴로나이트릴을 공중합(供重合)시킨 고무 등도 계속 합성되었다.

합성고무공업은 제2차 세계 대전 중 미국에서 석유화학공업이 발전하면서 합성고무의 원료가 대량으로 얻어지면서 급속히 발전했다. 현재는 다양한 합성고무가 생산되어 천연고무와 경쟁적으로 사용된다. 합성고무는 천연고무에는 없는 여러 가지 성질을 갖게 할 수 있어 최근 용도가 급속히 넓어지고 있다.

천연고무의 대체품(합성고무) 연구는 20세기 초에 시작되었다. 1913년에는 미국의 아르(Arl)와 카이라즈(Kailas)가 합성고무를 발명했다. 제1차 세계 대전 중에는 독일에 메틸고무 합성 공장이 생겨 월 180ton을 생산했다.

그러나 합성고무의 본격적인 연구는 1930년대부터이다. 천연고무의 주성분은 이소프렌의 중합체이지만, 이소프렌처럼 두 개의 이중결합이 하나의 단일결합을 사이에 둔 구조를 가진 디엔 화합물의 중합체로부터 고무상 물질이 얻어진다고 예측되었다. 1930년에는 미국에서 이소프렌 분자의 메틸기를 염소 원자로 치환한 클로로프렌의 부가중합에 의해 클로로프렌고무 (CR)가 개발되었다. 1934년에는 스티렌-부타디엔 고무(SBR)의 상업 생산이 시작되었다.

2.3. 한국 고무 산업의 발전

쓰치야 고무 제조소^일본어는 1886년(메이지 19년)에 가황 고무 생산에 성공하면서 일본의 근대적 고무 산업이 시작되었다. 창업주 쓰치야 히데타테는 침몰선 인양과 해산물 채취를 통해 수입 고무 소재 잠수복을 알게 되었고, 메이지 유신 이후에는 잠수용 고무 의복 수리업을 했다.

쓰치야 형제는 수입품이었던 고무 의복과 고무 호스를 연구하여 1883년(메이지 16년)에 고무풀을 만드는 데 성공했다. 처음에는 미국에서 수입한 파라고무(천연고무)를 잘게 잘라 휘발유에 담가 팽윤시키고 황 등 여러 재료들을 첨가하여 반죽하여 고무풀을 만들었다.

이후 독자적인 열가황 방법을 고안하여 1886년(메이지 19년)에 쓰치야 고무 제조소를 설립했고, 1890년(메이지 23년)경에는 도쿄 직공학교의 테시마 세이이치 교수의 도움으로 원동기로 고무를 반죽하거나 증기를 이용한 가열, 금형 사용에 대한 지식을 얻었다. 1892년(메이지 25년)에는 쓰치야 고무를 개편하여 “미타토 고무 제조 합명회사”로 이름을 바꾸고, 도쿄도 스미다구요헤이바시에 본격적인 공장을 가동했다. 방수 고무 천 외에도 호스와 에보나이트 등의 공업 제품, 고무 장난감과 고무 신발도 제조했고, 청일전쟁과 러일전쟁을 거치면서 군수품도 제조하며 발전했다.

1900년(메이지 33년)에는 메이지 고무 가성의 전신인 메이지 고무 제조소가 설립되었다.

일본에서는 1897년(메이지 30년) 이후 타이완에 고무나무 이식을 시도했고, 1902년(메이지 35년)에는 말레이시아의 고무 농장 경영에 일본인이 처음 진출했다. 1903년(메이지 36년)에 가사다 나오키치와 나카가와 기쿠조가 말레이 반도 세렘반 부근에서 고무 농장을 매입한 것이 일본인의 남방 고무 재배의 시초로 여겨진다.

이후 미국의 자동차 산업의 급성장에 따라 1910년(메이지 43년)경 고무 시세가 급등하자 일본인에 의한 고무 재배 사업이 본격화되었다. 조호르 술탄(:ms:Sultan Johor)이 일본인 고무 재배업자에게 호의적이었던 것도 진출에 영향을 주었다. 미쓰비시 재벌 계열의 삼오회사를 필두로 여러 재벌 기업이 진출하여 1911년에는 말레이시아에서 일본인 경영 고무 농장은 79개에 달했지만, 제1차 세계 대전 이후 고무 가격이 급락하여 대부분 철수했다.

3. 종류

고무는 원료에 따라 크게 고무나무의 수액(라텍스)으로 만들어지는 천연고무와 인공적으로 합성되는 합성고무로 나뉜다.

국제 표준화 기구(ASTM)에서는 고무를 “큰 변형에서도 신속하고 강하게 원래 상태로 돌아갈 수 있으며, 본질적으로 용매에 녹지 않는 상태로 변성될 수 있거나, 또는 이미 변성된 물질”로 정의하고 있다. 일본공업규격(JIS)에서는 “벤젠, 메틸에틸케톤, 에탄올-톨루엔 공비 혼합물 등의 비등 중인 용매에 본질적으로 불용성(그러나 팽윤될 수 있음)인 개질될 수 있거나 이미 개질된 엘라스토머”로 정의하고 있다.

일본어로 “고무”라고 부르는 재료에는 탄성 고무(고무 제품 및 그 원료 고무), 식품의 증점제나 풀 등에 사용되는 고분자 다당류(아라비아고무 등), 츄잉검의 베이스가 되는 검(치클)의 세 가지가 있으며, 일반적으로는 탄성 고무를 가리킨다. 영어에서는 탄성 고무를 rubber, 식품의 증점제나 풀, 츄잉검의 베이스가 되는 검을 gum이라고 부른다.

고무는 카우추크(caoutchouc)라고 불리는 경우가 있는데, 이는 아마존 유역 원주민 언어의 ‘눈물을 흘리는 나무’라는 뜻의 단어(caa(나무)와 o-chu(눈물을 흘린다))에서 유래했다. 카우추크가 러버(rubber)로 불리게 된 것은 영국의 조지프 프리스틀리가 고무의 지우개 성질을 발견했을 때 글자를 지운다는 의미의 러브 아웃(rub out)이라고 불렀던 데서 유래하며, 곧 런던에서 지우개가 상품화되었다.

일본에서 역사적으로 처음 등장한 것은 아라비아 고무이며, 1631년에는 생약으로 판매되었다는 기록이 남아 있다. 한편, 탄성 고무는 1845년 페리가 장군에게 헌상한 전선 피복재로 여겨지며, 이때 탄성 고무와 아라비아 고무가 같은 종류로 인식되면서 통틀어 “고무”라고 표현하게 되었다고 여겨진다.

고무는 용도에 따라 자동차 타이어용 범용 고무(일반용 고무)와 그 외 특수한 성능을 가진 특수 고무로 나뉜다. 형태에 따라 고형 고무, 액상 고무, 분말 고무로 나뉜다. 원료 폴리머의 형태에 따라 드라이 라버와 라텍스로도 나뉜다.

JIS에 따른 합성고무의 분류는 다음과 같다.

3.1. 원료에 따른 분류

고무는 고무나무의 수액(라텍스)으로 만들어지는 천연고무와 인공적으로 합성되는 합성고무로 나뉜다.

3.1.1. 천연고무 (NR)

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천연고무(NR)는 고무나무의 수액(라텍스)에 포함된 cis-폴리아이소프렌(C₅H₈)_n을 주성분으로 하는 물질이다. 생체 내에서 첨가중합에 의해 생성된다. 수액 중에서는 수용액에 유기 성분이 분산된 라텍스 형태로 존재하며, 이를 모아 정제하고 응고 건조시킨 것을 생고무라고 한다. 생고무도 지우개 등에 사용되는 탄성 재료이지만, 황에 의한 가황을 통해 가교시키면 넓은 온도 범위에서 연화되기 어려운 탄성 재료가 된다. 이 가황법에 의한 탄성 개량은 찰스 굿이어에 의해 1839년에 발견되었다. 황 외에 탄소 미분말(카본블랙)을 첨가하여 가황하면 특성이 매우 개선되며, 그 함량에 따라 경도가 변한다. 많은 경질 고무 제품은 이 탄소 때문에 검은색을 띠고 있다. 검지 않은 고무 제품에는 탄소 대신 습식 실리카(이산화규소 미분말)를 첨가한다. 실리카는 탄소를 포함하지 않음에도 불구하고 화이트 카본이라고도 불린다.

이소프렌을 화학적으로 중합시킨 폴리이소프렌은 합성고무의 일종이지만, 천연고무의 폴리이소프렌과는 약간의 구조적 차이가 있다. 우선 합성 폴리이소프렌에서는 현재 100% 시스체를 얻을 수 없으며, 소량의 트랜스체가 포함되어 있다. 또한 천연고무는 폴리이소프렌 외에 미량의 단백질과 지방산을 포함하지만, 합성 폴리이소프렌에는 그러한 불순물이 없다.

천연고무는 거의 시스형 폴리이소프렌으로 이루어져 있지만, 트랜스형 폴리이소프렌으로 이루어진 것을 구타퍼차 또는 구타페르카라고 한다. 구타퍼차는 동남아시아에 야생하는 난테과의 상록 교목 구타페르카나무 등의 라텍스로부터 만들어지는 천연 수지의 하나이며, 천연고무와 구타퍼차 모두 폴리이소프렌으로 이루어져 있지만, 천연고무는 높은 탄성 한계를 나타내지만, 구타퍼카는 나타내지 않는다. 이 탄성 한계의 차이는 기하 이성질체의 성질에 의한 것이다. 시스형 폴리이소프렌은 분자 사슬이 구부러진 구조를 취하여 불규칙한 형태를 취하기 쉽고, 분자 사슬과 분자 사슬 사이에 많은 틈이 생겨 분자간력이 비교적 작아지기 때문에, 분자끼리의 결정화가 일어나지 않고 부드러운 성질을 갖게 된다. 반면 트랜스형 폴리이소프렌은 분자 사슬이 직선 구조를 취하기 쉽고, 분자 사슬과 분자 사슬의 거리가 가까워지기 때문에, 분자간력이 강하게 작용하여 분자간에 미세 결정화를 일으켜, 단단한 수지상의 물질이 된다.

그러나 시스형인 것이 탄성 한계 증대의 충분 조건은 아니다. 폴리이소프렌에서는 측쇄인 메틸기의 영향도 있어 높은 탄성 한계를 갖는 것은 시스형이지만, 클로로프렌 고무는 트랜스형이지만 높은 탄성 한계를 갖는다.

천연고무에 포함된 미량의 단백질과 지방산은 폴리이소프렌 사슬의 말단에 결합되어 있다고 생각된다. 이 단백질은 알레르겐이 될 수 있다.

3.1.2. 합성고무

이소프렌 분자가 수천 개나 결합되어 쇄상(鎖狀) 고분자인 천연고무가 알려지자, 인공적으로 이와 같은 고무 탄성체를 합성하려는 연구가 시작되었다. 합성고무 연구는 이미 1860년경부터 시작되었으나, 이후 약 50년간은 성공을 거두지 못하였다.

연구자들은 이소프렌을 중합시켜 천연고무와 같은 분자 구조를 가진 고분자 물질을 만들려고 했다. 그러나 당시 기술로는 이소프렌을 천연고무처럼 분자 양단으로 연결하거나, 이소프렌의 이중결합을 시스형으로 만들 수 없었다. 만들어진 것은 여러 결합 방식으로 연결된 중합도가 낮은 고분자 혼합물뿐이었다. 이는 유연하고 찰기는 있었지만, 천연고무처럼 강한 탄성을 가지지는 못했다. 결국 이소프렌을 천연고무와 같은 구조로 합성하는 데 성공한 것은 1954년이었다. 이는 천연과 동일한 구조를 만드는 것이 얼마나 어려운지를 보여주는 좋은 예이다.

이보다 앞서 고무 탄성체를 최초로 합성한 곳은 독일이었다. 제1차 세계 대전 중 독일은 천연고무 자원이 없었고 수입도 막혀 고무 탄성체 합성의 필요성이 절박했다. 다이메틸뷰타다이엔을 원료로 한 최초의 합성고무인 메틸고무가 만들어졌으나, 성능이 떨어져 전쟁 종결과 함께 생산이 중단되었다.

그 후 독일에서는 뷰타다이엔을 원료로 폴리뷰타다이엔 고무를, 미국에서는 나일론 합성으로 유명한 캐로더스 등이 클로로프렌을 원료로 클로로프렌 고무(네오프렌)를 개발했다(1931년). 뷰타다이엔과 스티렌, 뷰타다이엔과 아크릴로니트릴을 공중합(供重合)시킨 고무 등도 계속 합성되었다.

합성고무공업이 급속히 발전한 것은 제2차 세계 대전 중 미국에서 석유화학공업이 발전하여 합성고무 원료를 대량으로 얻을 수 있게 되면서부터이다. 현재는 다양한 합성고무가 생산되어 천연고무와 거의 같은 양이 사용되며 경쟁하고 있다. 합성고무는 천연고무에는 없는 여러 성질을 갖게 할 수 있어 최근 용도가 급속히 넓어지고 있다. 대표적인 합성고무와 그 성질은 다음과 같다.

* 스티렌-부타디엔 고무(SBR)는 대표적인 합성고무로, 생산량의 대부분을 차지한다. SBR은 뷰타다이엔과 스티렌을 수중에서 유화시켜 과산화물 등의 촉매로 중합시킨 공중합물이다. 뷰타다이엔과 스티렌의 구성비에 따라 여러 종류가 만들어진다. 일반적으로 사용되는 것은 뷰타다이엔 약 75%, 스티렌 약 25% 조성의 물엿 색깔을 띤 고무상 물질이다. 스티렌 함유량을 높이면 점차 백색의 단단한 물질이 된다. 스티렌 함유량이 75%까지 많아진 것은 하이스티렌 SBR이라 하며, 수지상으로 성형용으로도 쓰인다. 뷰타다이엔과 스티렌의 조성비와 고무 분자 사슬의 유리전이온도의 관계는 다음과 같이 설명할 수 있다. 스티렌 함유량이 높아지면 분자 사슬은 점차 움직이기 어려워진다. 한편 뷰타다이엔만 중합시키면 중합도가 낮은 저분자량인 폴리뷰타다이엔이 된다. 따라서 쉽게 분자 사슬이 움직이게 되고 (유리전이온도가 낮다) 탄력이 없다. 그러나 벤젠핵과 같은 큰 원자단을 가진 스티렌 분자가 공중합하여 들어오면 분자 사슬의 얽힘이 좋아지고 중합도도 높아져 원하는 고무적 성질을 갖추게 된다. 뷰타다이엔과 스티렌의 조성이 같아도 고온에서 중합시킨 것이 저온에서 중합시킨 것보다 부타다이엔과 스티렌이 더 무질서하게 배열되고 분지가 많이 생겨 유연해지는 경향이 있다. SBR은 내노화성, 내후성, 내마찰성, 내유성 등에서는 천연고무보다 우수하지만 탄력성은 약간 떨어진다. 구두창, 가정용 기구의 고무 부분, 타이어 등에 쓰인다.
* 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR)는 뷰타다이엔과 아크릴로니트릴을 75대 25 비율로 SBR과 동일하게 공중합시킨 것이다. 아크릴로니트릴은 시아노기(－CN)라는 극성이 강한 기를 가지고 있어 내유성이 풍부하고 내노화성이나 내마찰 강도가 우수하다.
* 폴리클로로프렌(클로로프렌 고무)는 뒤퐁사의 캐로더스가 개발한 합성고무로, 클로로프렌을 중합시켜 만든다. 클로로프렌은 천연고무 이소프렌의 메틸기(基)가 염소 원자로 바뀐 것이다. 클로로프렌 자체는 중합하기 쉬워 촉매 없이 가열하는 것만으로 중합하여 흰 괴상(塊狀)의 폴리클로로프렌(네오프렌)이 된다. 내후성, 내노화성, 내유성이 뛰어나 전선 케이블 피복, 차량용 공기 용수철, 토목 공사용 고무 벨트 등에 널리 쓰인다.
* 부틸고무는 이소부틸렌에 이소프렌을 수% 공중합시킨 것이다. 이소부틸렌의 메틸기 영향으로 분자 사슬이 움직이기 어려워 탄성이 약하다. 이중결합이 적어 내후성, 내약품성이 우수하지만, 가황이 어렵고 기계적 강도도 약하다.

에틸렌과 프로필렌을 공중합시키면 각각 단독일 때와 달리 결정이 잘 안 되어 고무상 성질을 나타낸다. 그러나 에틸렌이나 프로필렌 폴리머에는 이중결합이 없어 가황할 수 없다. 따라서 1,4-헥사다이엔 등을 가해 3성분으로 삼원공중합(三元供重合)을 만들고, 폴리머에 이중결합을 두어 가황한다. 원료가 에틸렌, 프로필렌 등 석유화학공업에서 대량으로 공급되므로 개발이 주목받고 있다.

* 티오콜(thiokol)은 다황화계(多黃化系) 합성고무로, 에틸렌과 유황이 사슬 모양으로 연결된 것이다. 이염화 에틸렌과 다황화 칼륨을 반응시켜 합성한다. 내유성, 내노화성이 우수하여 기름을 사용하는 곳에 많이 쓰인다.

상온 정도에서 유동하기 쉬운 분자 사슬을 가지고 있고 여러 군데에 가교가 있으면 고무 성질을 가진다. 이러한 구조는 탄화수소뿐 아니라 무기물질에도 있을 수 있다. 디메틸 실란디올을 축합시키면 Si­O­Si 결합을 가진 실리콘고무가 된다. 탄소 원자에 비해 규소 원자는 훨씬 크고 열운동하기 어렵지만, 산소 원자가 사이에 있어 규소 원자는 산소­규소 결합축을 중심으로 비교적 자유롭게 회전한다. 이 때문에 이런 종류의 쇄상 고분자는 상온에서도 적당히 유동하기 쉬운 경향이 있다. 분자 사슬을 가교하는 데에는 가황 대신 메틸 실란트리올을 소량 사용한다. 실리콘 고무는 내열성, 내한성이 뛰어나며 내약품성, 내유성도 우수하다.

합성고무에는 폴리부타디엔계, 니트릴계, 클로로프렌계 등이 있으며, 모두 첨가 중합 또는 공중합으로 얻어진다. JIS에 따른 분류별로 나타내면 다음과 같다.

3.1.3. 기타

국제 표준화 기구(ASTM)는 고무를 “큰 변형에서도 신속하고 강하게 원래 상태로 돌아갈 수 있으며, 본질적으로 용매에 녹지 않는 상태로 변성될 수 있거나, 또는 이미 변성된 물질”로 정의하고 있다. 일본공업규격(JIS)에서는 “벤젠, 메틸에틸케톤, 에탄올-톨루엔 공비 혼합물 등의 비등 중인 용매에 본질적으로 불용성(그러나 팽윤될 수 있음)인 개질될 수 있거나 이미 개질된 엘라스토머”로 정의하고 있다.

일본어로 “고무”라고 부르는 재료에는 탄성 고무(고무 제품 및 그 원료 고무), 식품의 증점제나 풀 등에 사용되는 고분자 다당류(아라비아고무 등), 츄잉검의 베이스가 되는 검(치클)의 세 가지가 있으며, 일반적으로는 탄성 고무를 가리킨다. 영어에서는 탄성 고무를 rubber, 식품의 증점제나 풀, 츄잉검의 베이스가 되는 검을 gum이라고 부른다.

고무는 카우추크(caoutchouc)라고 불리는 경우가 있는데, 이는 아마존 유역 원주민 언어의 ‘눈물을 흘리는 나무’라는 뜻의 단어(caa(나무)와 o-chu(눈물을 흘린다))에서 유래했다. 카우추크가 러버(rubber)로 불리게 된 것은 영국의 조지프 프리스틀리가 고무의 지우개 성질을 발견했을 때 글자를 지운다는 의미의 러브 아웃(rub out)이라고 불렀던 데서 유래하며, 곧 런던에서 지우개가 상품화되었다.

일본에서 역사적으로 처음 등장한 것은 아라비아 고무이며, 1631년에는 생약으로 판매되었다는 기록이 남아 있다. 한편, 탄성 고무는 1845년 정월에 페리가 장군에게 헌상한 전선 피복재로 여겨지며, 이때 탄성 고무와 아라비아 고무가 같은 종류로 인식되면서 통틀어 “고무”라고 표현하게 되었다고 여겨진다.

3.2. 용도에 따른 분류

고무는 용도에 따라 자동차 타이어용 범용 고무(일반용 고무)와 그 외 특수한 성능을 가진 특수 고무로 나뉜다.

3.3. 형태에 따른 분류

고무는 형태에 따라 고형 고무, 액상 고무, 분말 고무로 나뉜다. 원료 폴리머의 형태에 따라 드라이 라버와 라텍스로도 나뉜다.

4. 물리적 특징

고무는 멀린스 효과, 팬 효과를 나타내며 탄력 과다로 묘사되기도 하는 고유의 물리적, 화학적 성분을 지닌다. ASTM에서는 “큰 변형에서도 신속하고 강하게 원래 상태로 돌아갈 수 있으며, 본질적으로 용매에 녹지 않는 상태로 변성될 수 있거나, 또는 이미 변성된 물질”로 정의하고 있다. 일본공업규격(JIS)에서는 “벤젠, 메틸에틸케톤, 에탄올-톨루엔 공비 혼합물 등의 비등 중인 용매에 본질적으로 불용성(그러나 팽윤될 수 있음)인 개질될 수 있거나 이미 개질된 엘라스토머”로 정의하고 있다.

탄성 고무는 고탄성 재료이다. 여기서 "고탄성"이란 탄성 한계가 크다는 것을 의미한다. 고무는 탄성 한계는 크지만 탄성률은 작다(즉, 고탄성 한계이지만 저탄성률이다).

분자 간을 공유 결합으로 연결하여 3차원 망상 구조를 형성하는 고분자는 유리 전이 온도 이상에서 고무탄성이라는 특수한 성질을 나타내는 고무 상태가 된다. 고무탄성은 고무처럼 튀는 성질이 아니라, 보기에는 부드럽고 소성 변형이 일어나기 쉬워 보이지만, 원래 상태로 돌아가려는 응력이 크고 변형하기 어렵다는 성질을 의미하며, 다음과 같은 특징을 갖는다.

* 일반적인 고체의 탄성률은 1~100 GPa이지만, 고무는 1~10 MPa로 매우 낮은 탄성률을 나타낸다.
* 약한 힘으로도 잘 늘어나 5~10배까지 변형된다. 그러나 외력을 제거하면 즉시 원래 크기로 돌아온다. 늘어난 상태에서는 매우 큰 응력을 나타낸다.
* 탄성률은 절대 온도에 비례한다.
* 급격히 (단열적으로) 신장하면 온도가 상승하고, 반대로 압축하면 온도가 하강한다.
* 변형 시 체적 변화가 매우 적다. 즉, 포아송 비가 0.5에 가깝다.

이는 고무의 탄성이 다른 고체와는 다른 메커니즘으로 실현되는, 엔트로피 탄성이라고 불리는 현상 때문이다(다른 고체에서는 에너지 탄성). 고무의 탄성은 본래 규칙적인 구조를 갖지 않는 (비정질) 분자의 배열이 외부 힘에 의해 규칙적으로 (결정 조직) 되고, 이것이 원래의 불규칙한 배열로 돌아가려고 할 때의 힘에 의한 것으로, 열역학적으로는 응력에 의한 엔트로피의 저하(깁스 자유 에너지의 증가)가 원래 상태로 돌아가려는 힘에 의한 탄성이다.

고무는 점탄성을 가진다.

실용적으로는 내마모성, 내한성(유리전이온도), 내열성, 내후성(내광성, 내오존성), 내유성(용해 파라미터) 등이 중요시된다.

5. 화학적 특징

고무는 고유의 물리적, 화학적 성분을 지닌다. 고무의 응력 변형 행위는 멀린스 효과, 팬 효과를 나타내며 탄력 과다로 묘사되기도 한다.

6. 가공

생고무는 그대로 사용하기 어렵지만, 유황을 반응시켜 가황하면 탄력이 강한 고무로 만들 수 있다. 고무 공장에서는 생고무를 로울로 적당히 반죽하고 유황, 가황촉진제, 안정제, 카본 블랙 등을 넣어 균일하게 반죽한다. 이렇게 배합된 생고무를 틀에 넣어 150°C 안팎으로 가열하면 고무 분자와 유황 분자가 반응해서 탄력이 강한 고무 제품이 만들어진다. 가황된 고무는 유황 분자가 고무 분자 사이에 다리를 걸치는 모양으로 결합되어 있다. 이러한 가교 결합 덕분에 잡아당겨도 고무 분자가 서로 미끄러지기 어렵게 되어 강한 탄성을 나타낸다. 카본 블랙도 고무 분자와 강하게 부착하고, 카본 블랙끼리 약하게 결합하여 고무의 강도를 높인다. 카본 블랙을 첨가하는 방법은 원주민들이 불에 쬐어 굳힌 고무가 라텍스를 약품으로 응고시킨 것보다 강하다는 점에 주목하여, 불에 쬘 때 생기는 그을음이 원인이라고 생각한 것에서 유래한다. 오랜 역사 동안 이유를 모르고 행해 온 것에 중요한 과학적 의미가 있었던 것이다.

고무는 반죽 → 혼련 → 성형 → 가황 등의 가공 공정을 거쳐 제조된다.

* 반죽: 천연고무의 분자를 분단하여 가공하기 쉽게 하는 공정이다. 천연고무를 믹서에 넣어 반죽하는데, 이때 분해제라는 분자를 분단시키는 약품을 첨가하기도 한다.
* 혼련: 반죽한 고무에 카본 블랙, 충전제(탈크나 산화 아연, 탄산 칼슘 등), 가황제(황 등의 가교 물질), 가황 촉진제 등의 약품을 혼합하고 분산시켜 고무 제품을 만들 수 있는 고무로 만든다. 이 공정에는 1916년 F.H. Banbury에 의해 개발된 반버리 믹서나 니더 등이 사용된다.
* 가황: 가황이라는 말은 주로 고무 업계에서 쓰이는 용어로, 원료에 황 등에 의한 가교 반응을 일으키는 것을 말한다. 황은 열의 작용으로 저분자 고무를 “가교”하여 탄성 한계가 높은 고무로 변화시킨다. 황을 주입하는 데에는 압력이 필요하기 때문에 액체 질소 등의 고압 가스를 사용하는 경우가 많다. 그러나 가교 반응이 지나치게 진행되면 반대로 탄성 한계가 낮아지고 탄성률이 높아진다.

7. 응용

고무는 용도에 따라 자동차 타이어용 범용 고무(일반용 고무)와 그 외 특수한 성능을 가진 특수 고무로 나뉜다. 1997년 기준으로 약 75%가 자동차용 타이어 및 튜브에 사용되었다.

* 산업용·건설용
절연체 — 전선, 케이블 피복재
실링재 — 패킹, 가스켓, O링
방진고무 — 인슐레이터#기계공학 참조.
면진고무 — 면진 참조.
교량의 받침
접착제
고무 개질아스팔트
* 주로 일반 가정용 제품
우의, 장화
타이어
고무줄
고무끈(일래스틱)
장갑(조리용, 작업용, 의료용 등)
콘돔(속어로 "고무"라고 불리기도 함)
지우개(최근에는 거의 플라스틱제)
미사용 가스밸브의 뚜껑
* 스포츠 용품
각종 구기(테니스, 농구 등)용 공
탁구의 러버 - 원래는 고무가 주재료였으나, 현재는 고무 이외의 수지도 사용되고 있다. 러버라는 용어는 라켓의 타구면 부재의 명칭으로서의 의미가 강하다.
* 완구·모형
풍선
모형비행기용 동력고무
실감개전차

* 윤활유 — 태평양 전쟁 중 국내에서는 남방 환송의 생고무를 원료로 한 윤활유가 제조되었다. 생고무를 경유와 혼합 용해시켜 특정 처리를 통해 정제하고, 기존 윤활유와 배합하는 등의 방법으로 목적하는 윤활유를 얻었다. 특히 전쟁 말기에 많이 제조되었고, 가장 많은 시기에 생산량은 동시기 원유 유래 윤활유의 10% 정도로 상당한 양이 생산되었다.