自動車や建築、電気機器など、私たちの身の回りには様々なゴム製品が使用されています。その中でもエチレンプロピレンゴム（EPM/EPDM）は、優れた耐候性と耐熱性を持つ合成ゴムとして、広範な用途で活躍しているのです。特に屋外で使用されるシール材やホース、電線被覆などには、このゴムの特性が不可欠でしょう。
エチレンプロピレンゴムには、二元共重合体のEPMと三元共重合体のEPDMの2種類があり、それぞれ異なる特性を持ちます。EPDMは加硫（架橋）が容易であるため、工業的には圧倒的に多く使用されているのです。このゴムの化学構造と製造方法を理解することで、なぜこれほど優れた性質を示すのかが明らかになります。
本記事では、エチレンプロピレンゴムの基本構造から、EPDMの詳細な特性、耐熱性・耐薬品性・耐候性などの物性データ、さらには具体的な用途や選定のポイントまで、包括的に解説していきます。材料科学の基礎から実用的な知識まで、この重要な合成ゴムを深く理解していきましょう。
エチレンプロピレンゴムの基礎知識と種類
それではまず、エチレンプロピレンゴムの基本的な構造と分類について解説していきます。
EPMとEPDMの化学構造の違い
エチレンプロピレンゴムは、エチレンとプロピレンを主成分とする合成ゴムの総称です。大きく分けて、二元共重合体のEPM（Ethylene Propylene Monomer）と三元共重合体のEPDM（Ethylene Propylene Diene Monomer）の2種類があります。
EPMは、エチレン（CH₂=CH₂）とプロピレン（CH₃CH=CH₂）のみを共重合させたゴムです。分子構造には二重結合がほとんど含まれず、主鎖は飽和炭化水素で構成されます。この飽和構造が、優れた耐候性と耐オゾン性をもたらすのです。
【EPMの構造】
−(CH₂−CH₂)ₘ−(CH₂−CH(CH₃))ₙ−
エチレン単位とプロピレン単位がランダムに配列
主鎖に二重結合なし（飽和構造）
一方、EPDMは、エチレンとプロピレンに加えて、少量のジエン成分を共重合させたゴムです。ジエン成分としては、エチリデンノルボルネン（ENB）、ジシクロペンタジエン（DCPD）、1,4-ヘキサジエンなどが使用されます。このジエンは主鎖には組み込まれず、側鎖に二重結合を導入する役割を果たすのです。
EPMは主鎖に二重結合がないため、通常の硫黄加硫ができません。加硫には有機過酸化物などの特殊な架橋剤が必要です。一方、EPDMは側鎖に導入された二重結合により、硫黄加硫が可能となります。この加硫の容易さから、工業的にはEPDMが圧倒的に多く使用されているのです。
EPDMの製造方法とジエン成分の役割
EPDMは、チーグラー・ナッタ触媒またはメタロセン触媒を用いた溶液重合法で製造されます。典型的な組成比は、エチレン45～75 wt%、プロピレン25～55 wt%、ジエン成分2～10 wt%です。
重合は、ヘキサンやヘプタンなどの炭化水素溶媒中で行われます。反応温度は30～80℃程度、圧力は0.5～3 MPa程度の比較的穏和な条件です。触媒としてバナジウム系のチーグラー・ナッタ触媒が広く使用されてきましたが、近年はメタロセン触媒による製造も増えています。
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| エチレン含有率 | 45～75 wt% |
| プロピレン含有率 | 25～55 wt% |
| ジエン含有率 | 2～10 wt% |
| 主なジエン | ENB（60%以上）、DCPD、1,4-ヘキサジエン |
| 重合温度 | 30～80℃ |
| 重合圧力 | 0.5～3 MPa |
ジエン成分の役割は、加硫部位を提供することです。ジエンの2つの二重結合のうち、1つは主鎖への重合に使用され、もう1つは側鎖として残ります。この残った二重結合が硫黄と反応し、分子間架橋を形成することで、ゴム弾性が発現するのです。
ジエンの種類によって、加硫速度や架橋構造が異なります。ENBは加硫速度が速く、均一な架橋が得られるため、最も広く使用されています。DCPDは加硫速度がやや遅いものの、スコーチ安定性（加工中の早期加硫を防ぐ性質）に優れるでしょう。
エチレン/プロピレン比と物性の関係
EPDMの物性は、エチレンとプロピレンの比率によって大きく変化します。エチレン含有率が高いほど、結晶性が増加し、引張強度や耐摩耗性が向上する一方、柔軟性や低温特性は低下するのです。
エチレン含有率が50～60%のバランス型EPDMは、最も汎用的に使用されます。このタイプは、機械的強度と柔軟性のバランスが良く、多様な用途に対応できるでしょう。エチレン含有率が70%以上の高エチレン型は、高強度が要求される用途に、40%以下の低エチレン型は、低温柔軟性が重要な用途に使用されます。
【エチレン含有率による分類】
低エチレン型（40～50%）：低温柔軟性優れる、強度やや低い
バランス型（50～60%）：バランス良好、最も汎用的
高エチレン型（60～75%）：高強度、耐摩耗性優れる、やや硬い
また、分子量も重要なパラメータです。高分子量のEPDMは機械的強度に優れますが、加工性が低下します。低分子量品は加工が容易ですが、物性がやや劣るでしょう。用途に応じて、最適な組成と分子量のグレードが選択されるのです。
EPDMの優れた耐熱性と耐熱温度
続いては、EPDMの最も重要な特性の一つである耐熱性について確認していきます。
EPDMの連続使用温度と短時間耐熱温度
EPDMは、合成ゴムの中でも優れた耐熱性を持つ材料です。連続使用可能温度は、一般的に-40℃～+150℃の範囲とされています。特殊な配合により、連続使用温度を+170℃程度まで向上させることも可能でしょう。
短時間であれば、さらに高温での使用も可能です。短期暴露（数時間程度）であれば180～200℃、瞬間的（数分）であれば250℃程度まで耐えることができます。この優れた耐熱性は、自動車エンジンルーム内の部品や温水配管など、高温環境での使用を可能にするのです。
EPDMの耐熱温度
連続使用温度：-40℃～+150℃
連続使用温度（特殊配合）：-40℃～+170℃
短時間耐熱温度：180～200℃（数時間）
瞬間耐熱温度：250℃程度（数分）
他のゴム材料と比較すると、EPDMの耐熱性の優位性が明確になります。天然ゴム（NR）の連続使用温度上限は約80℃、ニトリルゴム（NBR）は約120℃です。EPDMは一般的なゴムよりも30～70℃高い耐熱性を示すのです。
| ゴムの種類 | 連続使用温度上限 | 主な特徴 |
|---|---|---|
| 天然ゴム（NR） | 80℃ | 機械的性質優れる |
| スチレンブタジエンゴム（SBR） | 100℃ | コスト低、汎用 |
| ニトリルゴム（NBR） | 120℃ | 耐油性優れる |
| EPDM | 150℃ | 耐熱・耐候性優れる |
| シリコーンゴム | 200℃ | 耐熱性最優秀 |
| フッ素ゴム | 200℃ | 耐薬品性最優秀 |
高温での物性変化と劣化メカニズム
EPDMを高温で長時間使用すると、徐々に物性が変化します。主な変化は、硬化と永久伸びの増加です。これは、熱による追加架橋や酸化劣化が原因でしょう。
150℃での連続使用では、数千時間経過後も実用レベルの物性を維持します。しかし、170℃を超えると劣化が加速し、数百時間で顕著な硬化や亀裂が生じる場合があるのです。劣化速度は、酸素の存在、応力の有無、配合剤の種類によって大きく変化します。
EPDMの耐熱性の根源は、その飽和炭化水素構造にあります。主鎖に二重結合がほとんどないため、熱や酸素による攻撃を受けにくいのです。天然ゴムやSBRは主鎖に多数の二重結合を持つため、これらが酸化や熱分解の起点となり、耐熱性が劣ります。EPDMの優れた耐熱性は、分子設計の成果なのです。
耐熱性を向上させるために、様々な添加剤が使用されます。酸化防止剤は、熱酸化反応を抑制し、劣化を遅らせます。カーボンブラックなどの補強剤は、機械的強度を向上させるとともに、熱安定性も改善するでしょう。また、パーオキサイド加硫を用いると、硫黄加硫よりも熱安定性の高い架橋構造が得られます。
耐熱性向上のための配合技術
EPDMの耐熱性は、配合設計によってさらに向上させることができます。重要な配合成分として、以下のものが挙げられるのです。
【酸化防止剤】フェノール系やアミン系の酸化防止剤を1～3 phr（ゴム100重量部に対する添加量）添加することで、熱酸化劣化を大幅に抑制できます。複数の酸化防止剤を併用する相乗効果も利用されるでしょう。
【架橋系の選択】硫黄加硫よりもパーオキサイド加硫の方が、耐熱性に優れた架橋構造が得られます。パーオキサイド加硫では、炭素-炭素結合による架橋が形成され、硫黄架橋よりも熱安定性が高いのです。
【補強剤の最適化】カーボンブラックの種類と量を最適化することで、高温での機械的強度を維持できます。また、シリカなどの無機充填剤も併用される場合があるでしょう。
耐熱EPDM配合の一例（phr）
EPDM：100
カーボンブラック（HAF）：60～80
パーオキサイド：1.5～3.0
架橋助剤（トリアリルイソシアヌレート）：1～2
酸化防止剤：2～3
その他（加工助剤、軟化剤など）：適宜
これらの配合技術により、連続使用温度170℃、短時間で200℃以上の耐熱性を持つEPDM製品が実現されています。自動車のターボチャージャーホース、高温水配管用シール材などに使用されているのです。
EPDMの耐薬品性と耐候性
続いては、EPDMのもう一つの重要な特性である耐薬品性と耐候性を確認していきます。
優れる薬品と劣る薬品の分類
EPDMは極性の低い合成ゴムであるため、極性溶媒や油に対する耐性が異なります。一般的に、極性の高い薬品（水、アルコール、酸、アルカリなど）には優れた耐性を示し、非極性の薬品（鉱物油、ガソリンなど）には耐性が劣るのです。
【優れた耐性を示す薬品】
– 水、温水、蒸気
– 酸類（硫酸、塩酸、硝酸など、濃度や温度により異なる）
– アルカリ類（水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど）
– アルコール類（メタノール、エタノールなど）
– ケトン類（アセトン、MEKなど）
– エステル類
– 極性溶媒全般
【劣る耐性を示す薬品】
– 鉱物油（エンジンオイル、潤滑油など）
– ガソリン、軽油、灯油
– 芳香族炭化水素（ベンゼン、トルエン、キシレンなど）
– 塩素系溶媒（トリクロロエチレンなど）
– 非極性溶媒全般
EPDMの耐油性が劣る理由は、「似たものは似たものに溶ける」という溶解性の原理によります。EPDMは非極性の炭化水素構造を持つため、同じく非極性の鉱物油やガソリンに膨潤しやすいのです。一方、極性の高い酸やアルカリには溶解しにくく、優れた耐性を示します。耐油性が必要な場合は、ニトリルゴムやフッ素ゴムが選択されるでしょう。
| 薬品の種類 | EPDMの耐性 | 代替推奨ゴム |
|---|---|---|
| 水・蒸気 | ◎ 優秀 | − |
| 酸・アルカリ | ◎ 優秀 | − |
| アルコール | ◎ 優秀 | − |
| 鉱物油 | × 不良 | NBR、FKM |
| ガソリン | × 不良 | NBR、FKM |
| 芳香族系溶媒 | × 不良 | FKM |
耐候性・耐オゾン性の優位性
EPDMの最も優れた特性の一つが、卓越した耐候性と耐オゾン性です。これは、主鎖が飽和炭化水素で構成され、二重結合がほとんどないことに起因します。
天然ゴムやSBRは、主鎖に多数の二重結合を持つため、紫外線やオゾンによって容易に攻撃を受け、亀裂が発生します。一方、EPDMは二重結合が側鎖にのみ存在し、しかも架橋後は消費されるため、紫外線やオゾンによる劣化がほとんど起こりません。
屋外暴露試験では、EPDMは10年以上経過しても顕著な劣化を示さないことが確認されています。これに対し、天然ゴムは数ヶ月で亀裂が発生し、1～2年で実用に耐えなくなるのです。この圧倒的な耐候性により、EPDMは屋外用途での標準材料となっています。
屋外暴露試験の結果例（亀裂発生までの期間）
天然ゴム（NR）：3～6ヶ月
SBR：6～12ヶ月
クロロプレンゴム（CR）：2～3年
EPDM：10年以上（劣化ほとんどなし）
シリコーンゴム：10年以上（劣化ほとんどなし）
耐オゾン性も同様に優れています。オゾン濃度100 pphm（parts per hundred million）、50℃、20%伸張という過酷な条件下でも、EPDMは数千時間亀裂が発生しません。天然ゴムは同条件で数時間で亀裂が生じるでしょう。
紫外線劣化と添加剤による保護
EPDMは優れた耐候性を持ちますが、長期の紫外線暴露により、わずかながら変色や表面劣化が起こる場合があります。これをさらに抑制するため、紫外線吸収剤や光安定剤が添加されるのです。
カーボンブラックは、最も効果的な紫外線保護剤です。黒色のEPDM製品では、30～50 phrのカーボンブラックを配合することで、紫外線を遮蔽し、ほぼ完全な耐候性が得られます。屋根材や外壁シール材に使用される黒色EPDMは、20年以上の耐久性が実証されているでしょう。
白色や着色EPDMの場合、カーボンブラックは使用できません。この場合、酸化チタンなどの白色顔料、紫外線吸収剤（ベンゾトリアゾール系など）、光安定剤（ヒンダードアミン系など）を組み合わせて使用します。これらの添加により、着色EPDMでも10年以上の屋外耐久性を実現できるのです。
EPDMの主要用途と選定ポイント
続いては、EPDMの具体的な用途と材料選定の考え方を確認していきます。
自動車分野での応用
自動車産業は、EPDMの最大の需要分野です。耐熱性、耐候性、耐水性、耐蒸気性という特性が、自動車の様々な部位で活用されています。
【エンジンルーム内部品】ラジエーターホース、ヒーターホース、ターボチャージャーホースなどの冷却水系ホースに広く使用されます。これらは100℃以上の高温水や蒸気に曝されるため、EPDMの耐熱性と耐水性が不可欠なのです。
【ウェザーストリップ・シール材】ドアやウィンドウ周りのシール材、トランクシール、ルーフモールなどに使用されます。屋外に露出し、紫外線、オゾン、雨水に曝されるため、EPDMの優れた耐候性が活かされるでしょう。
【防振ゴム部品】エンジンマウント、サスペンションブッシュなど一部の防振ゴムにも使用されます。ただし、油に接触する部位では使用できないため、適用範囲は限定的です。
自動車用EPDMの主要用途
・冷却系ホース（ラジエーター、ヒーター、ターボ）
・ウェザーストリップ（ドア、窓、トランク）
・シール材（各種ガスケット、パッキン）
・防振ゴム（一部、非油接触部のみ）
・ワイパーブレード（ゴム部分）
・電線被覆（エンジンルーム内配線）
建築・土木分野での利用
建築・土木分野では、EPDMの長期耐候性と耐水性が重視されます。屋外で20年以上使用される製品が多いため、EPDMは理想的な材料なのです。
【屋根防水シート】EPDM防水シートは、平屋根や陸屋根の防水層として広く使用されます。厚さ1.0～2.0 mmのシートを接着剤や機械的固定で屋根に施工し、継ぎ目を専用接着剤やテープでシールします。耐用年数は20～30年以上と非常に長いでしょう。
【シーリング材・コーキング材】建物の目地、サッシ周り、配管貫通部などのシール材に使用されます。特に可動部の目地では、EPDMの優れたゴム弾性と耐久性が活かされるのです。
【橋梁用伸縮継手】道路橋の伸縮装置には、温度変化による橋桁の伸縮を吸収するゴム材料が必要です。EPDMは、-40℃～+80℃という広い温度範囲で柔軟性を維持し、耐久性も優れるため、広く採用されています。
| 用途 | 求められる主な特性 | EPDMの優位性 |
|---|---|---|
| 屋根防水シート | 耐候性、耐水性、柔軟性 | 20年以上の耐久性 |
| シーリング材 | 接着性、弾性、耐久性 | 長期弾性維持 |
| 橋梁用伸縮継手 | 低温柔軟性、耐久性 | 広い使用温度範囲 |
| 防水テープ | 耐候性、接着性 | 屋外長期使用可能 |
電線・ケーブル被覆と工業用途
電線・ケーブルの被覆材としても、EPDMは重要な材料です。優れた電気絶縁性と耐候性を併せ持つため、屋外配線や高温環境での使用に適しています。
【高圧ケーブル】送電用高圧ケーブルの絶縁層や外装に使用されます。EPDMの優れた電気絶縁性（体積抵抗率10¹⁴～10¹⁶ Ω·cm）と耐トラッキング性が活かされるのです。
【制御ケーブル】工場やプラントの制御ケーブルには、耐熱性と耐薬品性が要求されます。EPDMは、油に接触しない環境であれば、150℃までの連続使用が可能でしょう。
【その他の工業用途】化学プラントの配管用ガスケット（酸・アルカリ用）、温水配管用パッキン、蒸気バルブのシール材、コンベヤベルト（耐熱・耐候タイプ）、防振パッド、ロールカバーなど、多様な工業用途に使用されます。
EPDMは万能材料ではありません。耐油性が必要な用途（エンジンオイルや燃料に接触する部分）では使用できず、ニトリルゴムやフッ素ゴムが選択されます。また、極めて高い耐熱性（200℃以上連続）が必要な場合は、シリコーンゴムやフッ素ゴムが適しています。材料選定では、要求される性能と環境条件を総合的に評価し、最適なゴムを選ぶことが重要なのです。
まとめ エチレンプロピレンゴムの用途や耐熱性・耐薬品性・耐熱温度等について解説！
エチレンプロピレンゴム（EPDM）は、エチレン、プロピレン、ジエン成分を共重合させた合成ゴムであり、飽和炭化水素構造に由来する優れた耐候性と耐熱性を持ちます。連続使用温度は-40℃～+150℃、特殊配合により+170℃まで対応可能です。耐オゾン性、耐紫外線性、耐水性、耐蒸気性、耐酸・アルカリ性にも優れています。
一方、非極性構造のため、鉱物油やガソリンなどの非極性溶媒には耐性が劣ります。この特性を理解し、水系や極性溶媒環境での用途に適用することが重要でしょう。自動車の冷却水ホースやウェザーストリップ、建築の屋根防水シートや橋梁伸縮継手、電線ケーブルの被覆など、幅広い分野で活用されているのです。
適切な配合設計と加硫条件の選択により、用途に最適化されたEPDM製品が製造されます。材料選定では、要求性能と使用環境を総合的に評価し、EPDMの長所を最大限に活かすことが、長寿命で信頼性の高い製品開発につながるのです。
