합성고무는 천연고무와 화학적으로 어떻게 다른가요?

Question

자동차 타이어에 쓰이는 합성고무가 석유화학 원료로 만들어진다고 배우는데, 나무에서 나오는 천연고무와 화학구조나 특성이 어떻게 다른지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.

천연고무와 합성고무의 가장 큰 차이는 고분자의 순도 차이라고 할 수 있겠습니다.

천연고무는 자연이 만든 단일 구조인 반면, 합성고무는 원유로부터 추출하여 목적에 따라 여러 형태로 만들어내는 고분자 입니다.

천연 고무는 고무나무의 라텍스로부터 얻으며 이소프렌이란 구조체가 수천수만개가 사슬처럼 연결되어 있는데 배열방향이 일정하여 분자사슬이 매우 규칙적입니다.

합성고무는 석유에서 추출한 부타디엔, 스티렌, 아크릴로니트릴 과 같은 단량체를 인공적으로 중합하여 만듭니다. SBR 이 대표적인 합성고무인데 스티렌과 부타디엔을 섞어 만든 구조 입니다.

합성고무는 강도는 조금 떨어지지만 내마모성이나 내화학성은 천연고무보다 훨씬 강합니다.

그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다:)

Answer 2

안녕하세요, 싱그러운햇살님. 이중철 전문가입니다.

먼저, 천연고무가 고무나무에서 얻은 규칙적인 시스-1,4-폴리이소프렌 구조로 탄성과 인장 강도가 탁월하다면, 합성고무는 석유화학 원료인 단량체를 조합해 열과 마모, 기름에 견디는 화학적 내구성을 인위적으로 극대화한 고분자 물질이랍니다.

■ 단일 입체 구조와 맞춤형 공중합체의 화학적 차이

천연고무는 아이소프렌 분자가 동일한 방향으로 결합하여 사슬 배열이 매우 규칙적입니다. 고무가 늘어날 때 사슬들이 빽빽하게 겹쳐지며 스스로 단단해지는 인장 결정화가 일어나 찢김에 강하고 탄성 복원력이 뛰어난데요. 반면에, 합성고무는 석유에서 분리한 단량체를 조합해 용도에 맞게 분자 구조를 설계합니다. 대표적인 타이어 소재인 스티렌-부타디엔 고무(SBR)는 단단한 벤젠고리를 지닌 스티렌과 유연한 부타디엔을 엮어 노면 접지력과 내마모성을 높였거든요.

■ 물성과 환경 저항성에 따른 타이어 적용 부위

분자 구조의 차이는 고무의 물리 화학적 성질을 크게 바꿉니다. 천연고무는 이중결합으로 인해 오존이나 자외선에 닿으면 산화되기 쉽지만, 주행 중 반복적으로 변형되어도 내부 발열이 적어 무거운 하중을 견디는 대형 트럭 타이어나 내부 지지층에 필수적입니다. 반면에, 합성고무는 고열과 마찰에 강하고 노화를 늦출 수 있어 고속 주행 시 쉽게 닳지 않아야 하는 타이어 접지면에 널리 쓰입니다. 실제 타이어는 이 둘을 배합해 성능을 극대화한답니다.

정리하자면,

천연고무는 규칙적인 시스 구조를 바탕으로 뛰어난 탄성과 인장력을 제공하고, 합성고무는 석유계 단량체를 조합해 내마모성과 내열성을 인위적으로 강화한 소재이며, 타이어는 두 소재를 조화롭게 배합하여 완성된답니다.

※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉