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| − | {{Redirectlist|ラバー|卓球の用具|卓球#ラバー|フランスの映画|ラバー (映画)|[[AAA (音楽グループ)|AAA]]のシングル曲|LOVER}}
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| − | {{Otheruses||イランの都市|ゴム (イラン)|日本の歌手|ゴム (歌手)}}
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| − | '''ゴム'''（{{lang-nl-short|gom}}）は、元来は[[植物]]体を傷つけるなどして得られる無定形かつ軟質の[[高分子]]物質のことである。現在では、後述の天然ゴムや合成ゴムのような有機高分子を主成分とする一連の[[弾性|弾性限界]]が高く[[弾性率]]の低い材料すなわち'''弾性ゴム'''を指すことが多い。漢字では「'''護謨'''」と書き、この字はゴム関連の会社名などに使われることが多い。[[エラストマー]]の一種であり、エラストマーはゴムと[[熱可塑性エラストマー]]の二つに分けられる。
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| − | [[ファイル:Latex - Hevea - Cameroun.JPG|thumb|right|天然ゴムの原料となる[[ラテックス]]の採取]]
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| − | == 由来 ==
| + | '''ゴム'''（{{lang-nl-short|gom}}） |
| − | 今日のオランダ語で {{lang|nl|gom}}、英語で {{lang|en|gum}}、フランス語で {{lang|fr|gomme}}、ドイツ語で {{lang|de|Gummi}}などと一群の欧州言語で表記される物質は、[[古代]]や[[中世]]には、[[アルコール]]には不溶だが、水を含ませると著しく膨潤してゲル状になり、種類によってはさらに水を加えると粘質の[[コロイド]]溶液となる植物由来の物質を指しており、主として[[多糖]]類から構成されている。逆に、水には不溶だがアルコールには溶ける植物由来の無定形の樹脂は[[天然樹脂|レジン]]と呼ばれる。こうしたゴムの代表が[[アラビアゴム]]であり、また似たものにトラガカントゴムや[[グアーガム]]がある。近代の発酵工業によって新たに登場した類似物質として、[[キサンタンガム]]が知られる。これらは食品の粘度を調整したり（[[増粘多糖類]]）、[[接着剤]]、あるいは[[水彩絵具]]の基質として用いられてきた。これらは弾性ゴムが一般的となってからは[[水溶性ゴム]]と呼ばれている。
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| − | 天然ゴムが[[クリストファー・コロンブス]]によって1490年代にヨーロッパ社会に伝えられた<ref name=ito>{{cite|和書 |author=伊藤眞義 |title=図解入門よくわかる最新ゴムの基本と仕組み |publisher=秀和システム |year=2009 |isbn=978-4-7980-2425-7}}</ref>。[[16世紀]]になって[[ヨーロッパ]]人が[[中南米]]の文化や自然産物と接触するようになってから、彼らが古くから知っていたゴム（ガム）に似ているが、それらにはない新しい性質を持った植物由来の物質が知られるようになり、また導入され、古くから知られていたゴム（ガム）と同じ範疇の物質としてゴム（ガム）と呼ばれた。これらは植物体に含まれる乳液（[[ラテックス]]）を採取し、凝固させることによって得られるものであった。その中のひとつは[[チクル]]の幹から得られ、人間の体温程度の温度で軟化するもので、噛む嗜好品として用いられていた。このゴム（ガム）に関しては、[[チューインガム]]を参照されたい。
| + | 次のような性質をもっているか，または与えることのできる高分子物質をいう。 (1) 室温において小さい応力で相当に大きい変形を起し，その変形から応力を除くと急速にほとんどもとの形まで戻ること。 (2) 熱および中庸の圧力を加えることにより恒久的な形に再成形することが容易にできないこと。ゴムという用語は，ゴムから製造される製品にも使われる。なお最近開発された高温において可塑性であり常温では弾性を示す熱可塑性ゴム |
| − | | + | thermoplastic rubberは上記 (2) の条件は満たさないが，ゴムとして考えることになっている。 ([[ガム]] ) |
| − | {{Seealso|シャルル＝マリー・ド・ラ・コンダミーヌ}}
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| − | もうひとつ、[[パラゴムノキ]]の幹から採取される[[ラテックス]]を凝固させたものは高い弾性限界と弾性率の低さを併せ持ち、後世ヨーロッパで産業用の新素材として近代工業に欠かせない素材として受容され、発展することとなった。そのため、パラゴムノキ以外の植物からの同様の性質のゴムが探索され、また同様の性質を持つ高分子化合物の化学合成も模索されることとなった。この一群のゴムを弾性ゴムと呼び、イギリスの科学者[[ジョゼフ・プリーストリー]]が[[鉛筆]]の字をこすって ({{lang-en-short|rub}}) 消すのに適することを報告したこと（[[消しゴム]]の発祥）から、英語ではこするものを意味する[[ラバー]] ({{lang|en|rubber}}) とも呼ばれることとなった。
| + | {{テンプレート:20180815sk}} |
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| − | さらに天然のゴム類似物質として[[ガタパーチャ]]（グッタペルカ）がある。
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| − | 合成ゴムは[[グッドイヤー]]や[[ダンロップ]]などにより研究開発が行なわれ、ゴム工業を発展させた。
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| − | 以下、弾性ゴムについて詳述する。
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| − | == 物理的特徴 ==
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| − | 弾性ゴムは高弾性材料である。ここで言う「高弾性」とは弾性限界が大きいことを指す<ref>[http://dic.yahoo.co.jp/dsearch?p=%E9%AB%98%E5%BC%BE%E6%80%A7&stype=0&dtype=0&dname=0ss 高弾性] 大辞林</ref><ref>[http://dic.yahoo.co.jp/dsearch?p=%E9%AB%98%E5%BC%BE%E6%80%A7&stype=0&dtype=0 高弾性] 大辞泉</ref>。なお、弾性に関する指標には弾性限界のほかに弾性率等があって、ゴムの場合には弾性限界は大きいが弾性率は小さい（つまり、高弾性限界であるが低弾性率である）。
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| − | === ゴム弾性の構造 ===
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| − | 分子間を[[共有結合]]で結合し、三次元[[網目]]構造を形成する高分子は、[[ガラス転移温度]]以上では'''ゴム弾性'''という特殊な性質を示す'''[[ゴム状態]]'''となる。ゴム弾性とは、ゴムのように弾む性質ではなく、一見柔らかく[[塑性]]変形を起こしやすそうに見えるが、元に戻る[[応力]]が大きく、変形しにくいといった性質を指し、次のような特徴を持つ。
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| − | *通常の固体ではその[[弾性率]]は1〜100 GPaであるが、ゴムは1〜10 MPaと非常に低い弾性率を示す。
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| − | *このため、弱い力でもよく伸び、5から10倍にまで変形する。しかし[[外力]]を除くとただちに元の大きさまで戻る。伸びきった状態では非常に大きな[[応力]]を示す。
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| − | *弾性率は[[絶対温度]]に比例する。
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| − | *急激（[[断熱]]的）に伸長すると温度が上昇し、その逆に[[圧縮]]すると温度が降下する（{{仮リンク|Gough-Joule効果|en|Gough-Joule effect}}）。
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| − | *変形に際し、[[体積]]変化がきわめて少ない。すなわち[[ポアソン比]]が0.5に近い。
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| − | これはゴムの弾性が[[エントロピー弾性]]と呼ばれる、他の固体とは異なる機構で実現しているからである（他の固体では[[エネルギー弾性]]という）。<!-- ゴムの代表格[[ポリイソプレン]]は[[二重結合]]を有し、[[シス型]]しかゴム弾性を示さない。これは[[トランス型]]に対してシス型のほうが構造的に有利であるためである（また、トランス型には[[グッタペル力]]という力が働き、弾性を阻害する）。''cis''-ポリイソプレンの二重結合部分は回転しないが、C-C単結合部分は回転できる。するとこの単結合部が回転し、全体として鎖状から[[クラスター]]状へ変化する。これがいわゆる"ちぢむ"である。引き伸ばすと逆にクラスター状から鎖状に変化し、"伸びる"現象がおこる。 --><!-- 不正確なのでコメントアウト -->ゴムの[[弾性]]は、本来規則構造を持たない（[[非晶質]]）分子の配列が、外部からの力により規則的（[[結晶]]組織）になり、これが元の不規則な配列に戻ろうとするときの力によるもので、熱力学的には応力による[[エントロピー]]の低下（[[ギブス自由エネルギー]]の増加）が元に戻ろうとする力による弾性である。
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| − | === その他の物理的特徴 ===
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| − | ゴムは[[粘弾性]]を持つ。粘度の測定には{{仮リンク|ムーニー粘度|en|Mooney viscosity}}を測る{{仮リンク|ムーニー粘度計|en|Mooney viscometer}}やキャピラリー{{仮リンク|レオメータ|en|rheometer}}が用いられる。
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| − | 実用上は他に、耐摩耗性、耐寒性（ガラス転位温度）、耐熱性、耐候性(耐日光、オゾン)、耐油性（[[溶解パラメーター]]）などが重視される<ref name=srij>{{cite|和書 |editor=日本ゴム協会 |title=ゴム技術入門 |publisher=丸善 |year=2004 |isbn=4-621-07393-1}}</ref>。
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| − | == 種類 ==
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| − | ゴムは<!--伸縮性に優れた[[高分子]]材料であり、-->[[ゴムノキ]]の樹液（[[ラテックス]]）によって作られる'''天然ゴム'''と、人工的に合成される'''合成ゴム'''が存在する。
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| − | === 天然ゴム ===
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| − | [[画像:gomust.png|thumb|right|220px|天然ゴムの構造]]
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| − | '''天然ゴム''' (NR) は[[ゴムノキ]]の樹液に含まれる cis-ポリ[[イソプレン]] [(C<sub>5</sub>H<sub>8</sub>)<sub>''n''</sub>] を主成分とする物質であり、生体内での[[付加重合]]で生成したものである。樹液中では水溶液に有機成分が分散した[[ラテックス]]として存在し、これを集めて精製し凝固乾燥させたものを生ゴムという。生ゴムも弾性材料として[[消しゴム]]などに使われるが、[[硫黄]]による[[加硫]]により架橋させると広い温度範囲で軟化しにくい弾性材料となる。この加硫法による弾性改良は[[チャールズ・グッドイヤー]]により1839年に発見された<ref name=ito/>。硫黄の他に[[炭素]]粉末を加えて加硫すると特性が非常に改善され、その含有量によって硬さが変化する。多くの硬質ゴム製品はこの炭素のために黒色をしている。
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| − | なおイソプレンを化学的に重合させたポリイソプレンは合成ゴムの一種であるが、天然ゴムのポリイソプレンとはいくらかの構造的違いがある。まず合成ポリイソプレンでは現在のところ100%シス体を得ることはできず、少量のトランス体が含まれている。また天然ゴムはポリイソプレンの他に微量のタンパク質や[[脂肪酸]]を含むが、合成ポリイソプレンにはそのような不純物はない。
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| − | 天然ゴムは殆どシス型のポリイソプレンから出来ているが、その一方トランス型のポリイソプレンから出来ているものを[[ガタパーチャ]]またはグッタペルカと言う。ガタパーチャは東南アジアに野生するアカテツ科の常緑高木グッタペルカノキ ({{sname|palaquium gutta}}) などのラテックスから作られる天然樹脂の一つであり、天然ゴム、ガタパーチャ双方ともポリイソプレンから出来ているが、天然ゴムは高い弾性限界を示し、グッタペルカは示さない。この弾性限界の違いは[[幾何異性体]]の性質によるものである。即ち、シス型のポリイソプレンは分子鎖が折れ曲がった構造をとって不規則な形を取りやすく、分子鎖と分子鎖の間に多くの隙間を生じ[[分子間力]]が比較的小さくなる為、分子同士の結晶化が起こらず軟らかな性質を持つようになるが、それに対してトランス型のポリイソプレンは分子鎖が直線構造をとりやすく、分子鎖と分子鎖の距離が近くなる為、分子間力が強く作用し分子間で微結晶化を引き起こし、硬い樹脂状の物質となる。
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| − | 但し、シス型であることは弾性限界の増大の十分条件ではない。ポリイソプレンにおいては側鎖であるメチル基の影響もあり高い弾性限界を持つのはシス型であるが、例えば[[クロロプレンゴム]]はトランス型であるが高い弾性限界を有する。
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| − | 天然ゴムに含まれる微量のタンパク質や脂肪酸はポリイソプレン鎖の末端に結合していると考えられている。このタンパク質は[[アレルゲン]]となることがある<ref>[http://www.nagaokaut.ac.jp/j/annai/vos/vos104/l_topics.html 長岡技術科学大学化学系の天然ゴム研究]</ref>。
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| − | === 合成ゴム ===
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| − | '''合成ゴム'''には、ポリブタジエン系、ニトリル系、[[クロロプレン]]系などがある。いずれも付加重合または[[共重合]]によって得られる。以下にJISによる分類別に示す<ref name=ito/>。
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| − | * R グループ（天然ゴムを除く） — 主鎖に[[不飽和結合]]を含むもの
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| − | **[[イソプレンゴム]]（IR）
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| − | **[[ブタジエンゴム]]（BR）
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| − | **[[スチレン・ブタジエンゴム]]（SBR）
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| − | **[[クロロプレンゴム]]（CR）
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| − | **[[ニトリルゴム]]（NBR）
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| − | **[[ポリイソブチレン]]（ブチルゴム IIR）
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| − | * M グループ
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| − | **[[エチレンプロピレンゴム]]（EPM, EPDM）
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| − | **[[クロロスルホン化ポリエチレン]]（CSM）
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| − | **[[アクリルゴム]]（ACM）
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| − | **[[フッ素ゴム]]（FKM）
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| − | * O グループ
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| − | **[[エピクロルヒドリンゴム]]（CO, ECO）
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| − | * U グループ
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| − | **[[ウレタンゴム]]（U）
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| − | * Q グループ
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| − | **[[シリコーンゴム]]（Q）
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| − | == 工業的利用 ==
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| − | === 生産 ===
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| − | 天然ゴムの世界の生産量は70％が[[マレーシア]]、[[インドネシア]]、[[タイ王国|タイ]]で占められている。日本はインドネシア、タイから輸入している。
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| − | 規格が次の2種類ある。
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| − | * 視覚的格付けゴム（RSS、{{lang-en-short|ribbed smoked sheet}}）シート形状
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| − | * 技術的格付けゴム（TSR、{{lang-en-short|technically specitied rubber}}）ブロック形状
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| − | これらの中で流通量が多いのがRSS3とTSR20といわれる等級である。貿易で流通しているRSS3はタイでのみ生産。日本国内流通のRSS3とTSR20の比は1：2である。
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| − | RSS3を上場している取引所は東京商品取引所、上海期货交易所、SGX(Singapore Exchange Ltd)
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| − | TSR20を上場している取引所はSGX(Singapore Exchange Ltd)
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| − | === 加工 ===
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| − | ゴムは 素練り → 混練り → [[成形]] → 加硫 などの加工工程を経て製造される。
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| − | ; 素練り: 天然ゴムの分子を分断し加工しやすくする工程である。天然ゴムをミキサーに投入し練るが、このとき[[しゃく解剤]]という分子を分断させる効果をもつ薬品を添加することもある。
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| − | ; 混練り: 素練りしたゴムに[[カーボンブラック]]、[[加硫|加硫剤]]（硫黄等の架橋物質）、[[加硫促進剤]]ほかの薬品を混入、分散させゴム製品を製造できるゴムにする。この工程には1916年にF.H. Banburyにより開発された{{仮リンク|バンバリーミキサー|en|banbury mixer}}やニーダー（{{en|kneader}}）などが用いられる。
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| − | ; [[加硫]]: 加硫という言葉は主にゴム業界の用語で、正確には原料に対して[[硫黄]]などによる[[架橋]]反応を起こさせることである。硫黄は熱の働きで低分子のゴムを「橋渡し」し、弾性限界の高いゴムへと変える。硫黄を流し込むうえでは圧力が必要なため、[[液体窒素]]などの[[高圧ガス]]を使う場合が多い。ただし、架橋反応が進むと逆に弾性限界が低くなり、弾性率が高くなる。
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| − | === 応用例・応用製品 ===
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| − | 約75％が自動車用のタイヤおよびチューブに用いられている（1997年）<ref name=srij/>。
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| − | *工業用途・建築用途
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| − | ** [[絶縁体]] — [[電線]]、[[ケーブル#送電|ケーブル]]の被覆材
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| − | ** [[シール (工学)|シール材]] — [[パッキン]]、[[ガスケット]]、[[Oリング]]
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| − | **[[防振ゴム]] — [[インシュレーター#機械工学]]を参照。
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| − | **[[免震ゴム]] — [[免震]]を参照。
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| − | ** [[接着剤]]
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| − | ** ゴム改質[[アスファルト]]
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| − | *主に一般家庭向けの製品
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| − | **[[レインコート|雨合羽]]、[[ブーツ|雨靴]]
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| − | **[[タイヤ]]
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| − | **[[輪ゴム]]
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| − | **[[イラスティック]]
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| − | **[[手袋]]（炊事用、作業用、医療用等）
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| − | **[[コンドーム]]（[[俗語]]で「ゴム」と呼ばれることがある）
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| − | **[[消しゴム]]（近年ではほとんどが[[合成樹脂|プラスチック]]製）
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| − | **不使用[[ガス栓]]の[[蓋]]
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| − | *スポーツ用品
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| − | **各種[[球技]]（[[テニス]]・[[バスケットボール]]等）用の[[ボール]]
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| − | **[[卓球]]の[[卓球#ラバー|ラバー]]
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| − | *玩具・模型
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| − | **[[風船]]
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| − | **[[模型飛行機用動力ゴム]]
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| − | **[[糸巻き戦車]]
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| − | *[[潤滑油]] — [[太平洋戦争]]中の国内では南方還送の生ゴムを原料とした潤滑油が製造されていた。生ゴムを[[軽油]]と混合溶解させ特定の処理をもって精製、その後に既存の潤滑油で調合するなどして目的とする潤滑油を得ていた。特に戦争末期に多く製造され、最も多い時期では生産高にして同時期の原油由来潤滑油の一割強ほどと、まとまった量が作られた。
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| − | == 劣化・老化 ==
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| − | ゴムは時間とともに性質が変化し、[[き裂]]が生じたり、[[硬化]]、[[軟化]]あるいはべとついたりする。これは、[[酸化]]や[[分子]]の切断などが主要因として挙げられ、[[光]]や[[温度]]、[[水]]の存在等によって加速される<ref name="Britannica">カシオ EX-word XD-SF6200収録 ブリタニカ国際大百科事典 小項目電子辞書版 『老化(ゴムの)』</ref><ref name="Mypedia">カシオ EX-word XD-SF6200収録 百科事典マイペディア 電子辞書版 『老化(化学)』</ref>。使用中だけでなく、貯蔵中にも起こる現象である<ref name="Britannica"></ref>。これは一般的な[[劣化]]現象であり、[[高分子]]材料であれば避けられない。ゴムの劣化について、特に老化とも呼ぶ<ref name="Britannica"></ref><ref name="Mypedia"></ref>。老化を防止するため、ゴム製品には各種老化防止剤を使用する。
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| − | == 脚注 ==
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| − | {{reflist}} | |
| − | | |
| − | == 参考文献 ==
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| − | *{{cite|和書|author=荒木孝二 |author2=明石満 |author3=高原淳 |author4=工藤一秋 |title=有機機能材料 |publisher=[[東京化学同人]] |year=2006 |ISBN=4807906100}}
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| − | | |
| − | == 関連項目 ==
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| − | *[[エボナイト]] — 生ゴムに30-40%の硫黄を加硫した製品で、非常に硬い。
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| − | *[[モノマー]]となる化合物
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| − | **[[イソプレン]]
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| − | **[[ブタジエン]]
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| − | **[[アクリロニトリル]]
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| − | **[[クロロプレン]]
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| − | **[[スチレン]]
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| − | **[[スチレン・ブタジエンゴム|スチレン・1,3-ブタジエン（共重合）]]
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| − | *[[シャスポー銃]]
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| − | | |
| − | == 外部リンク ==
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| − | {{Commonscat|Rubber}}
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| − | *[http://www.srij.or.jp/ 一般社団法人日本ゴム協会]
| |
| − | *[http://www.jrma.gr.jp/ 一般社団法人日本ゴム工業会]
| |
| − | *[http://www.srij.or.jp/kyoukaishi/mame.html 日本ゴム協会誌・豆知識]
| |
| − | *[http://gompedia.jp/ ゴムペディア：ゴムの辞典]
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| − | *[http://www.kagakueizo.org/movie/industrial/4689/ 日本の合成ゴム]《[https://www.youtube.com/watch?v=qLbLHRKwoZY →YouTube版]》 - 『[[科学映像館]]』より。1960年に日本合成ゴム（現・[[JSR]]）の企画の下で製作された広報映画。<br />《製作当時、日本国内では合成ゴム製造が始まったばかりで、企画者の日本合成ゴムは[[第三セクター|半官半民]]の国策会社として存在していた》
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