chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2024-19-2-139-148chemicallytech-2056Research ArticleSYNTHESIS AND PROCESSING OF POLYMERS AND POLYMERIC COMPOSITESСИНТЕЗ И ПЕРЕРАБОТКА ПОЛИМЕРОВ И КОМПОЗИТОВ НА ИХ ОСНОВЕNatural and synthetic isoprene rubbers obtained using Ziegler–Natta catalystsНатуральный и синтетические изопреновые каучуки, полученные с использованием катализаторов Циглера–Наттаhttps://orcid.org/0000-0003-0507-9427ЗуевА. А.ZuevA. A.

Зуев Антон Алексеевич, к.т.н., доцент кафедры химии и технологии переработки эластомеров им. Ф.Ф. Кошелева, Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова

Scopus Author ID 57525558100

119571, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Anton A. Zuev, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, F.F. Koshelev Department of Chemistry and Technology of Elastomer Processing, M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies

Author ID 57525558100

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571, Russia

zuev_aa@mirea.ruЗолотаревВ. Л.ZolotarevV. L.

Золотарев Валентин Лукьянович, к.х.н., советник генерального директора

123610, Россия, Москва, Краснопресненская набережная, д. 12

Valentin L. Zolotarev, Cand. Sci. (Chem.), Advisor to the General Director, Macrochem-R

12, Krasnopresnenskaya nab., Moscow, 123610, Russia

zolotarev.valentin@yandex.ruЛевенбергИ. П.LevenbergI. P.

Левенберг Игорь Павлович, учредитель

123610, Россия, Москва, Краснопресненская набережная, д. 12

Igor P. Levenberg, Founder of Macrochem-R

12, Krasnopresnenskaya nab., Moscow, 123610, Russia

Igor.Levenberg@makrochem.comhttps://orcid.org/0000-0002-9949-8464КовалеваЛ. А.KovalevaL. A.

Ковалева Людмила Александровна, к.т.н., доцент кафедры химии и технологии переработки эластомеров им. Ф.Ф. Кошелева, Института тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова

Scopus Author ID 56055705000

119571, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 86

Lyudmila A. Kovaleva, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, F.F. Koshelev Department of Chemistry and Technology of Elastomer Processing, M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies

Author ID 56055705000

86, Vernadskogo pr., Moscow, 119571, Russia

kovaleva_l@mirea.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8273-3651НасыровИ. Ш.NasyrovI. Sh.

Насыров Ильдус Шайхитдинович, к.х.н., заместитель генерального директора по развитию (по науке), АО «Синтез-Каучук»

Scopus Author ID 6603373003

453110, Россия, Республика Башкортостан, Стерлитамак, ул. Техническая, д. 14

Ildus Sh. Nasyrov, Cand. Sci. (Chem), Deputy General Director for Development (for Science)

Scopus Author ID 6603373003

14, Technicheskaya ul., Sterlitamak, The Republic of Bashkortostan, 453100, Russia

nasyrovish@mail.ruМИРЭА — Российский технологический университет (Институт тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова)РоссияMIREA — Russian Technological University (M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies)Russian FederationМакрохем-РРоссияMacrochem-RRussian FederationСинтез-КаучукРоссияSintez-KauchukRussian Federation202404052024192139148Copyright © Zuev A.A., Zolotarev V.L., Levenberg I.P., Kovaleva L.A., Nasyrov I.S., 20242024Зуев А.А., Золотарев В.Л., Левенберг И.П., Ковалева Л.А., Насыров И.Ш.Zuev A.A., Zolotarev V.L., Levenberg I.P., Kovaleva L.A., Nasyrov I.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/2056Objectives

Objectives. To compare the properties of rubber compounds and rubbers based on natural rubber RSS1 and synthetic isoprene rubbers obtained using Ti, Nd, Gd catalysts, both when used individually in the formulation of rubber compounds and when synthetic analogues partially replace natural rubber.

Methods

Methods. Rubber compounds were prepared using a laboratory roll and a 100 cm3 rubber mixer. For rubber compounds, the following factors were determined: Mooney viscosity, cohesive strength, and vulcanization characteristics. For rubbers, the following factors were determined: physical and mechanical parameters, Shore A hardness, rebound resilience, and volume loss upon abrasion.

Results

Results. Based on the results of the rubber compound tests, the study showed that compounds based on all the synthetic polyisoprenes studied are significantly inferior to compounds based on natural rubber in terms of cohesive strength. The partial replacement of natural rubber with synthetic rubber (regardless of the type of catalytic system) leads to a significant decrease in the cohesive strength of the blends. Despite the differences observed in the properties of the rubber compounds, the results of the rubbers based on individual rubbers do not manifest significant differences.

Conclusions

Conclusions. The study demonstrated the influence of defects (oligomers, gel, low molecular weight fractions, branches, and 3,4-units) in the structure of synthetic polyisoprenes on the cohesive strength index of rubber compounds based on them, in which the number of 3,4-units plays a decisive role. The study also showed the potential of studying synthetic polyisoprenes as analogues of natural rubber in formulations of rubber compounds in the aims of resolving the problem of import substitution in the tire and rubber goods industry.

Цели

Цели. Сравнение свойств резиновых смесей и резин на основе натурального каучука RSS1 и синтетических изопреновых каучуков, полученных с использованием Ti, Nd, Gd катализаторов, как при индивидуальном использовании в рецептуре резиновых смесей, так и при частичной замене натурального каучука синтетическими аналогами.

Методы

Методы. Резиновые смеси изготавливали с использованием лабораторных вальцев и резиносмесителя объемом 100 см3. Для резиновых смесей определяли вязкость по Муни, когезионную прочность и вулканизационные характеристики, для резин — физико-механические показатели, твердость по Шору А, эластичность по упругому отскоку и потерю объема при истирании.

Результаты

Результаты. На основании результатов испытаний резиновых смесей показано, что смеси на основе всех исследованных синтетических полиизопренов значительно уступают по когезионной прочности смеси на основе натурального каучука, при этом частичная замена натурального каучука синтетическим (независимо от типа каталитической системы) приводит к существенному снижению когезионной прочности смесей. Несмотря на выявленные различия в свойствах резиновых смесей, показатели резин на основе индивидуальных каучуков не имеют значительных различий.

Выводы

Выводы. Показано влияние «дефектов» структуры (олигомеры, гель, низкомолекулярные фракции, разветвления, 3,4-звенья) синтетических полиизопренов на показатель когезионной прочности резиновых смесей на их основе, из которых решающую роль играет количество 3,4-звеньев. Показана перспективность исследования синтетических полиизопренов в качестве аналога натурального каучука в рецептурах резиновых смесей для решения проблемы импортозамещения в промышленности шин и резинотехнических изделий.

натуральный каучуксинтетический изопреновый каучуктехнический углеродрезиновая смесьвязкость по Муникогезионная прочностьрезинаnatural rubbersynthetic isoprene rubbercarbon blackrubber compoundMooney viscositycohesive strengthrubberРабота выполнена при финансовой поддержке договора на выполнение научно-исследовательской работы (А-107 от 25.03.2021 г.).The work was financially supported by the contract for the performance of research work (A-107 dated March 25, 2021).ReferencesФролкова А.К. К истинной пользе и славе Отечества. Тонкие химические технологии. 2020;15(6):7–8. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2020-15-6-7-8Frolkova A.K. To the true benefit and glory of the Fatherland. Fine Chem. Technol. 2020;15(6):7–8 (in Russ.). https://doi.org/10.32362/2410-6593-2020-15-6-7-8Золотарев В.Л., Левенберг И.П., Ковалева Л.А. Длинноцепочечные разветвления макромолекул 1,4-цис-полибутадиена. Промышленное производство и использование эластомеров. 2018;2:19–22. https://doi.org/10.24411/2071-8268-2018-10203Zolotaryov V.L., Levenberg I.P., Kovaleva L.A. Longbenchmenal branches of macromolecules 1,4-cispolybutadiene. Promyshlennoe proizvodstvo i ispol’zovanie elastomerov = Industrial Production and Use of Elastomers. 2018;2:19–22 (in Russ.). https://doi.org/10.24411/2071-8268-2018-10203Золотарев В.Л., Левенберг И.П., Ковалева Л.А., Зуев А.А., Люсова Л.Р. Цис-1,4-полибутадиен и морозостойкость резин на его основе. Промышленное производство и использование эластомеров. 2020;3–4:3–7. https://doi.org/10.24412/2071-8268-2020-3-4-3-7Zolotaryov V.L., Levenberg I.P., Kovaleva L.A., Zuev A.A., Lyusova L.R. Cis-1,4-polybutadiene and frost resistance of rubber based on it. Promyshlennoe proizvodstvo i ispol’zovanie elastomerov = Industrial Production and Use of Elastomers. 2020;3–4:3–7 (in Russ.). https://doi.org/10.24412/2071-8268-2020-3-4-3-7Золотарев В.Л., Левенберг И.П., Зуев А.А., Ковалева Л.А., Люсова Л.Р., Липатова А.А. Еще раз о 1,4-цис-полиизопренах. Промышленное производство и использование эластомеров. 2021;2:3–9. https://doi.org/10.24412/2071-8268-2021-2-03-09Zolotaryov V.L., Levenberg I.P., Zuev A.A., Kovaleva L.A., Lyusova L.R., Lipatova A.A. Once again about cis1.4-polyisoprene rubber. Promyshlennoe proizvodstvo i ispol’zovanie elastomerov = Industrial Production and Use of Elastomers. 2021;2:3–9 (in Russ.). https://doi.org/10.24412/2071-8268-2021-2-03-09Люсова Л.Р., Чернышов С.В. Изучение возможности модификации синтетического полиизопрена путем совмещения с высококогезионным полимером. Промышленное производство и использование эластомеров. 2022;1: 40–44. https://doi.org/10.24412/2071-8268-2022-1-40-44Lyusova L.R., Chernyshov S.V. Study of the possibility of modifying synthetic polyisoprene by combining it with a highly cohesive polymer. Promyshlennoe proizvodstvo i ispol’zovanie elastomerov = Industrial Production and Use of Elastomers. 2022;1:40–44 (in Russ.). https://doi.org/10.24412/2071-8268-2022-1-40-44Чернышов С.В., Люсова Л.Р., Махмудова С.Р., Золотарев В.Л. Влияние 1,2-полибутадиена на свойства эластомерных материалов из синтетического полиизопрена. Каучук и резина. 2023;82(2):66–70. https://doi.org/10.47664/0022-9466-2023-82-2-66-70Chernyshov S.V., Lyusova L.R., Makhmudova S.R., Zolotaryov V.L. The effect of 1,2-polybutadiene on the properties of elastomeric materials made of synthetic polyisoprene. Kauchuk i rezina. 2023;82(2):66–70 (in Russ.). https://doi.org/10.47664/0022-9466-2023-82-2-66-70Боброва И.И., Котова С.В., Наумова Ю.А. Исследование влияния стеарата кальция на свойства резиновых смесей и их вулканизатов на основе бутадиен-нитрильных каучуков. Промышленное производства и использование эластомеров. 2021;4:3–7. https://doi.org/10.24412/2071-8268-2021-4-3-7Bobrova I.I.., Kotova S.V., Naumova Yu.A. Investigation of the calcium stearate infl on the rubber mixtures and their vulcanizates based on nitrile butadiene rubbers properties. Promyshlennoe proizvodstvo i ispol’zovanie elastomerov = Industrial Production and Use of Elastomers. 2021;4:3–7 (in Russ.). https://doi.org/10.24412/2071-8268-2021-4-3-7Дулина О.А., Еськова Е.В., Тарасенко А.Д., Котова С.В. Влияние различных факторов на поверхностные свойства эластомерных материалов на основе бутадиеннитрильных каучуков. Тонкие химические технологии. 2022;17(2):152–163. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2022-17-2-152-163Dulina О.А., Eskova Е.V., Tarasenko А.D., Kotova S.V. Influence of various factors on surface properties of elastomeric materials based on nitrile butadiene rubbers. Tonk. Khim. Tekhnol. = Fine Chem. Technol. 2022;17(2):152–163 (Russ., Eng.). https://doi.org/10.32362/2410-6593-2022-17-2-152-163Боброва И.И., Синельникова Л.Н., Котова С.В., Гамлицкий Ю.А. Исследование адгезионных свойств резин на основе различных марок бутадиен-нитрильных каучуков. Каучук и резина. 2022;81(6):292–297. https://doi.org/10.47664/0022-9466-2022-81-6-292-297Bobrova I.I., Sinelnikova L.N., Kotova S.V., Gamlitsky Yu.A. Adhesive properties of vulcanizates based on various butadiene-nitrile rubber grades investigation. Kauchuk i rezina. 2022;81(6):292–297 (in Russ.). https://doi.org/10.47664/0022-9466-2022-81-6-292-297Боброва И.И., Котова С.В., Люсова Л.Р., Забуга Н.Н. Исследование модификаторов адгезии для резин на основе бутадиен-нитрильного каучука. Промышленное производство и использование эластомеров. 2022;2:18–23. https://doi.org/10.24412/2071-8268-2022-2-18-23Bobrova I.I., Kotova S.V., Lyusova L.R., Zabuga N.N. Study of adhesion modifiers for rubbers based on nitrile butadiene rubber. Promyshlennoe proizvodstvo i ispol’zovanie elastomerov = Industrial Production and Use of Elastomers. 2022;2:18–23 (in Russ.). https://doi.org/10.24412/2071-8268-2022-2-18-23Волков А.О., Наумова Ю.А., Козлова А.О., Коновалова К.Д., Ковалева Л.А., Дорохов А.В. Влияние оксида цинка, легированного алюминием, на свойства эластомерной композиции на основе бутадиен-нитрильного каучука. Известия Кабардино-Балкарского государственного университета. 2022;XII(5):49–53.Volkov A.O., Naumova Yu.A., Kozlova A.O., Konovalova K.D., Kovaleva L.A., Dorokhov A.V. The effect of aluminum-doped zinc oxide on the properties of an elastomeric composition based on nitrile rubber. Izvestiya Kabardino-Balkarskogo gosudarstvennogo universiteta = Proceedings of the Kabardino-Balkarian State University. 2022;XII(5):49–53 (in Russ.).Tanaka Y., Kawahara S., Tangpakdee J. Structural characterization of natural rubber. Kautschuk Gummi Kunststoffe. 1997;50(1):6–11.Tanaka Y., Kawahara S., Tangpakdee J. Structural characterization of natural rubber. Kautschuk Gummi Kunststoffe. 1997;50(1):6–11.Золотарев В.Л. Российскому «титановому» СКИ – 45 лет. Промышленное производство и использование эластомеров. 2009;6:8–12.Zolotaryov V.L. “Titanic” IR. Promyshlennoe proizvodstvo i ispol’zovanie elastomerov = Industrial Production and Use of Elastomers. 2009;6:8–12 (in Russ.).Васильев В.А., Насыров И.Ш. Отечественные промышленные стереорегулярные каучуки. Исследования и разработки. Уфа: Гилем; 2018. 288 с. ISBN 978-5-88185-426-3Vasil’ev V.A., Nasyrov I.Sh. Otechestvennye promyshlennye stereoregulyarnye kauchuki. Issledovaniya i razrabotki (Domestic Industrial Stereoregular Rubbers. Research and Development). Ufa: Gilem; 2018. 288 p. (in Russ.). ISBN 978-5-88185-426-3Золотарев В.Л. Еще раз о натрийбутадиеновом каучуке СКБ. Промышленное производство и использование эластомеров. 2010;4:3–6.Zolotaryov V.L. Once again about BR sodium butadiene rubber. Promyshlennoe proizvodstvo i ispol’zovanie elastomerov = Industrial Production and Use of Elastomers. 2010;4:3–6 (in Russ.).Потапов Е.Э., Гончарова Ю.Э., Имнадзе Е.Г., Лонина Н.И. Химическая модификация эластомеров как способ получения синтетического аналога НК. Каучук и резина. 2004;1:48–57.Potapov E.E., Goncharova Yu.E., Imnadze E.G., Lonina N.I. Chemical modification of elastomers as a method for obtaining a synthetic analogue of NK. Kauchuk i rezina. 2004;1:48–57 (in Russ.).Рахматтулина А.П. Чан Х.Т., Потапов Е.Э. Влияние количества белково-липидных комплексов, действующих в качестве модификатора, на характеристики резин на основе синтетического полиизопрена. Каучук и резина. 2019;78(6):350–355.Rakhmatullina A.P., Chan Kh.T., Potapov E.E. Effect of the amount of protein-lipid complexes acting as a modifier on the characteristics of synthetic polyisoprene vulcanisates. Kauchuk i rezina. 2019;78(6):350–355 (in Russ.).Васильев В.А., Хвостик Г.М., Смирнов В.П., Морозов Ю.В., Насыров И.Ш., Баженов Ю.П., Сланевский А.А. Модификация изопренового каучука моноэфирами малеиновой кислоты. Каучук и резина. 2010;6:2–6.Vasil’ev V.A., Khvostik G.M., Smirnov V.P., Morozov Yu.V., Nasyrov I.Sh., Bazhenov Yu.P., Slanevskii A.A. Modification of Isoprene rubber with maleic acid monoesters. Kauchuk i rezina. 2010;6:2–6 (in Russ.).Борейко Н.П., Папков В.Н., Комаров Е.В. Предпосылки для разработки государственной программы создания искусственного аналога натурального каучука. Каучук и резина. 2019;78(6):380–383.Boreyko N.P., Papkov V.N., Komarov E.V. Prerequisites for the development of a state program to create an artificial analogue of natural rubber. Kauchuk i rezina. 2019;78(6): 380–383 (in Russ.).Масагутова Л.В. Еще раз о полиизопрене. (Исторический аспект). Каучук и резина. 2015;2:44–47.Masagutova L.V. Once more on polyisoprene. (Historical aspect). Kauchuk i rezina. 2015;2:44–47 (in Russ.).Смирнова Л.А., Ковалев Н.Ф., Цыпкина И.М., Кормер В.А. Влияние молекулярных характеристик полиизопрена на качество смешения с техническим углеродом и свойства резиновых смесей. Каучук и резина. 1991;4:5–7.Smirnova L.A., Kovalev N.F., Tsypkina I.M., Kormer V.A. Influence of the molecular characteristics of polyisoprene on the quality of mixing with carbon black and the properties of rubber compounds. Kauchuk i rezina. 1991;4:5–7 (in Russ.).Насыров И.Ш., Фаизова В.Ю., Жаворонков Д.А., Шурупов О.К., Васильев В.А. Натуральный и синтетический цис-полиизопрены. Часть 2. Свойства СКИ мировых производителей и российских торговых марок производства ОАО «Синтез-Каучук». Промышленное производство и использование эластомеров. 2020;3–4:45–55.Nasyrov I.Sh., Faizova V.Yu., Zhavoronkov D.A., Shurupov O.K., Vasiliev V.A. Natural rubber and synthetic cis-polyisoprene. Part 2. Properties of polyisoprenes of global manufacturers and Russian brands production of Sintez-Kauchuk. Promyshlennoe proizvodstvo i ispol’vanie elastomerov = Industrial Production and Use of Elastomers. 2020;3–4:45–55 (in Russ.).Куперман Ф.Е. Новые каучуки для шин: приоритетные требования, методы оценки. М.: Научно-технический центр «НИИШП»; 2005. 329 с. ISBN 5-98746-005-0Kuperman F.Ye. Novye kauchuki dlya shin: prioritetnye trebovaniya, metody otsenki (New Rubbers for Tires: Priority Requirements, Evaluation Methods). Moscow: NIIShP; 2005. 329 p. (in Russ.). ISBN 5-98746-005-0

The authors declare that there are no conflicts of interest present.