고무
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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.
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고무 | |
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지도 정보 | |
기본 정보 | |
종류 | 탄성체 |
어원 | 네덜란드어 'gom' (검) |
다른 뜻 | 고무 (동음이의) 참고 |
역사 | |
발견 | 1770년 |
초기 사용 | 지우개 용도 |
본격적 활용 | 1839년 찰스 굿이어의 가황 기술 발명 이후 |
중요도 | 산업 전반에 걸쳐 매우 중요 |
물리적 성질 | |
특징 | 탄성 (탄성체) 점탄성 절연성 내마모성 방수성 내약품성 |
화학적 성질 | |
주성분 | 폴리머 (중합체) |
구성 원소 | 탄소, 수소, 산소, 질소 등 |
종류 | |
천연 고무 | 고무나무에서 채취 주성분: 아이소프렌 |
합성 고무 | 석유화학 제품에서 합성 주성분: 다양한 종류의 중합체 |
기타 고무 | 실리콘 고무, 우레탄 고무 등 |
생산 | |
주요 생산국 | 동남아시아 국가 (태국, 인도네시아, 말레이시아 등) |
생산량 | 연간 수백만 톤 |
제조 과정 | |
천연 고무 | 라텍스 채취 응고 건조 가공 |
합성 고무 | 중합 반응 정제 가공 |
용도 | |
산업 | 타이어 벨트 호스 씰 방진 제품 포장재 |
일상 생활 | 장갑 신발 의류 문구류 의료 용품 |
기타 | 접착제, 고무줄, 완충재 등 |
추가 정보 | |
관련된 기술 | 가황 중합 압출 사출 |
주의 사항 | 고무에 따라 화학 물질에 의해 변질될 수 있음 |
2. 역사
크리스토퍼 콜럼버스는 1490년대에 천연고무를 유럽에 처음 소개했다.[5] 콜럼버스는 카리브해 섬에서 탄력 있는 고무 공을 보고 놀랐다고 전해지지만,[6] 이후 200년 동안 고무는 실용화되지 않고 귀한 물질로 여겨졌다.[6]
1736년, 프랑스의 샤를-마리 드 라 콩다민은 남아메리카 원주민이 고무나무 수액으로 방수포와 고무신 등을 만드는 것을 보고하면서 고무의 실용화가 시작되었다.[6] 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.[6]
19세기 말, 찰스 굿이어가 가황을 발견하고, 1888년 던롭이 공기 타이어 특허를 취득하면서 고무 산업은 큰 변화를 맞이했다.[7] 고무는 자동차 타이어에 사용되면서 자동차 산업 발전에도 기여했다.[7] 20세기 초부터 천연고무 대체품인 합성고무 연구가 시작되어,[7] 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.[5] 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.[6] 그들은 이 나무에서 수액을 채취, 건조·응고시켜 탄력이 있는 물질을 만들어 공이나 신발, 항아리나 옷감에 발라 방수용으로 쓰고 있었다. 현재 고무를 카오추크(caoutchouc프랑스어)라고 하는 것은 이 원주민의 말에서 유래한 것이다.[6]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.[6]
특히 찰스 굿이어가 1839년에 공업적으로 고무에 유황을 가해 반응시키는 가황법을 발견함으로써 탄력이 더 높은 고무를 제조하는 기술이 개발되었고, 이후 고무의 이용이 증가하기 시작하였다.[7]
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 시스형[26]인 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.[7] 1913년에는 미국의 아르(Arl)와 카이라즈(Kailas)가 합성고무를 발명했다.[8] 제1차 세계 대전 중에는 독일에 메틸고무 합성 공장이 생겨 월 180ton을 생산했다.[7]
그러나 합성고무의 본격적인 연구는 1930년대부터이다.[7] 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.[7]
2. 3. 한국 고무 산업의 발전
쓰치야 고무 제조소일본어는 1886년(메이지 19년)에 가황 고무 생산에 성공하면서 일본의 근대적 고무 산업이 시작되었다.[9] 창업주 쓰치야 히데타테는 침몰선 인양과 해산물 채취를 통해 수입 고무 소재 잠수복을 알게 되었고, 메이지 유신 이후에는 잠수용 고무 의복 수리업을 했다.[12][10]쓰치야 형제는 수입품이었던 고무 의복과 고무 호스를 연구하여 1883년(메이지 16년)에 고무풀을 만드는 데 성공했다.[12] 처음에는 미국에서 수입한 파라고무(천연고무)를 잘게 잘라 휘발유에 담가 팽윤시키고 황 등 여러 재료들을 첨가하여 반죽하여 고무풀을 만들었다.[12][11]
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.[13] 1892년(메이지 25년)에는 쓰치야 고무를 개편하여 “미타토 고무 제조 합명회사”로 이름을 바꾸고, 도쿄도 스미다구요헤이바시에 본격적인 공장을 가동했다.[12] 방수 고무 천 외에도 호스와 에보나이트 등의 공업 제품, 고무 장난감과 고무 신발도 제조했고, 청일전쟁과 러일전쟁을 거치면서 군수품도 제조하며 발전했다.[13]
1900년(메이지 33년)에는 메이지 고무 가성의 전신인 메이지 고무 제조소가 설립되었다.[13]
일본에서는 1897년(메이지 30년) 이후 타이완에 고무나무 이식을 시도했고, 1902년(메이지 35년)에는 말레이시아의 고무 농장 경영에 일본인이 처음 진출했다.[14] 1903년(메이지 36년)에 가사다 나오키치와 나카가와 기쿠조가 말레이 반도 세렘반 부근에서 고무 농장을 매입한 것이 일본인의 남방 고무 재배의 시초로 여겨진다.[14]
이후 미국의 자동차 산업의 급성장에 따라 1910년(메이지 43년)경 고무 시세가 급등하자 일본인에 의한 고무 재배 사업이 본격화되었다.[14] 조호르 술탄(:ms:Sultan Johor)이 일본인 고무 재배업자에게 호의적이었던 것도 진출에 영향을 주었다.[14] 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.[14]
3. 종류
고무는 원료에 따라 크게 고무나무의 수액(라텍스)으로 만들어지는 '''천연고무'''와 인공적으로 합성되는 '''합성고무'''로 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.[1] 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.[2]
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.[3] 영어에서는 탄성 고무를 rubber, 식품의 증점제나 풀, 츄잉검의 베이스가 되는 검을 gum이라고 부른다.[3]
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.[3][4] 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.[3][4]
일본에서 역사적으로 처음 등장한 것은 아라비아 고무이며, 1631년에는 생약으로 판매되었다는 기록이 남아 있다.[3] 한편, 탄성 고무는 1845년 페리가 장군에게 헌상한 전선 피복재로 여겨지며, 이때 탄성 고무와 아라비아 고무가 같은 종류로 인식되면서 통틀어 “고무”라고 표현하게 되었다고 여겨진다.[3]
고무는 용도에 따라 자동차 타이어용 범용 고무(일반용 고무)와 그 외 특수한 성능을 가진 특수 고무로 나뉜다.[7][21] 형태에 따라 고형 고무, 액상 고무, 분말 고무로 나뉜다.[7] 원료 폴리머의 형태에 따라 드라이 라버와 라텍스로도 나뉜다.[7]
JIS에 따른 합성고무의 분류는 다음과 같다.
그룹 | 종류 | 설명 |
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R 그룹 (천연고무 제외) | 주쇄에 불포화 결합을 포함 | |
M 그룹 | ||
O 그룹 | ||
U 그룹 | ||
Q 그룹 |