vguitВестник Воронежского государственного университета инженерных технологийProceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies2226-910X2310-1202VSUET10.20914/2310-1202-2023-3-173-179vguit-3342Research ArticleХимическая технологияFundamental and Applied chemistry, chemical technologyДинамические свойства бутадиен-стирольных резин со слоистыми силикатамиDynamic properties of butadiene styrene rubbers with layered silicateshttps://orcid.org/0009-0000-9220-4091ГильмутдиновА. Ф.GilmutdinovA. F.

аспирант, кафедра технологии синтетического каучука, ул. Карла Маркса, 68, г. Казань, 420015, Россия,

graduate student, technology of synthetic rubber department, 68, Karla Marksa St., Kazan, 420015, Russia

azat@savrin.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0678-9626АкмырадовА. А.AkmyradowA. A.

аспирант, кафедра технологии синтетического каучука, ул. Карла Маркса, 68, г. Казань, 420015, Россия

graduate student, technology of synthetic rubber department, 68, Karla Marksa St., Kazan, 420015, Russia

akmyradow_2015@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0004-5965-0777АнтоновВ. А.AntonovV. A.

старший преподаватель, кафедра физического воспитания и спорта, ул. Карла Маркса, 68, г. Казань, 420015, Россия

head teacher, physical education and sports department, 68, Karla Marksa St., Kazan, 420015, Russia

ks90.90@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3970-1475ИбрагимовМ. А.IbragimovM. A.

к.т.н., доцент, кафедра технологии синтетического каучука, ул. Карла Маркса, 68, г. Казань, 420015, Россия

Cand. Sci. (Engin.), associate professor, technology of synthetic rubber department, 68, Karla Marksa St., Kazan, 420015, Russia

ibragimovmarat2008@ya.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5591-4446ЗиновьеваЕ. Г.ZinovjevaE. G.

к.х.н., доцент, кафедра общей, неорга-нической и аналитической химии, ул. Карла Маркса, 68, г. Казань, 420015, Россия

Cand. Sci. (Chem.), associate professor, general, inorganic and analytical chemistry department, 15, Moskovsky Ave., Cheboksary, 428015, Russia

zinelgen@mail.ruКазанский национальный исследо-вательский технологический университетРоссияKazan National Research Technological UniversityRussian FederationКазанский национальный исследова-тельский технологический университетRussian FederationKazan National Research Technological UniversityRussian FederationКазанский национальный исследовательский технологический университетRussian FederationChuvash State University named by I.N. UlyanovRussian Federation202326092023853173179Copyright © Гильмутдинов А.Ф., Акмырадов А.А., Антонов В.А., Ибрагимов М.А., Зиновьева Е.Г., 20232023Гильмутдинов А.Ф., Акмырадов А.А., Антонов В.А., Ибрагимов М.А., Зиновьева Е.Г.Gilmutdinov A.F., Akmyradow A.A., Antonov V.A., Ibragimov M.A., Zinovjeva E.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnik-vsuet.ru/vguit/article/view/3342

В нашем исследовании мы провели модификацию бутадиен-стирольного латекса СКС-30 АРКМ-15, используя разнообразные варианты бентонитовой глины. Среди них были отечественный натриевый бентонит, отечественный бентонит, предварительно обработанный поверхностно-активными веществами (ПАВ), а также органоглины, созданные на основе зарубежных слоистых силикатов и также подвергнутые обработке ПАВ на этапе коагуляции с последующим выделением каучука. Далее, в рамках нашего исследования, мы провели подробное сравнительное изучение физико-механических свойств резин, произведенных с использованием модифицированных бутадиен-стирольных каучуков. Рассмотрели резины, содержащие разные варианты бентонита, включая как отечественное происхождение, так и импортный. Был проведен анализ динамических свойств этих резин, включая модуль упругости и тангенс угла механических потерь, с использованием метода динамического термомеханического анализа (ДТМА). В результате исследования было установлено, что образцы резин, содержащие глину РТ и Cloisite 30B, демонстрировали снижение тангенса механических потерь на 20% в пределах рабочих температур. Это свидетельствует о повышении механических свойств резины в разнообразных условиях эксплуатации. В дополнение, образцы резин, содержащие импортные слоистые силикаты и обработанные ПАВ, проявили повышенную прочность как до, так и после термоокислительного старения при 150°C. Эти результаты подчеркивают важность выбора состава силикатов и ПАВ при создании резин с улучшенными механическими свойствами и долговечностью. Выводы данного исследования имеют важное значение для индустрии и научного сообщества, подчеркивая роль правильного выбора бентонита и его обработки в создании резин с оптимальными характеристиками для различных приложений

In our study, modification of SBR-1705 butadiene styrene latex using a variety of bentonite clay variants was carried out Among them were domestic sodium bentonite, domestic bentonite pretreated with surfactants (surfactants), as well as organoclays based on foreign layered silicates and also treated with surfactants at the coagulation stage with subsequent rubber release. Further, within the framework of our study, we carried out a detailed comparative study of physical and mechanical properties of rubbers produced using modified butadiene-styrene rubbers. We considered rubbers containing different variants of bentonite, including both domestic origin and imported bentonite. The dynamic properties of these rubbers, including elastic modulus and mechanical loss angle tangent, were analyzed using dynamic thermomechanical analysis (DTMA). The study found that the rubber samples containing PT clay and Cloisite 30B showed a 20% reduction in mechanical loss tangent within the operating temperature range. This indicates an improvement in the mechanical properties of the rubber under a variety of operating conditions. In addition, rubber samples containing imported layered silicates and treated with surfactants exhibited increased strength both before and after thermo-oxidative aging at 150°C. These results emphasize the importance of silicate and surfactant composition selection in developing rubbers with improved mechanical properties and durability. The findings of this study have important implications for industry and academia, emphasizing the role of proper bentonite selection and processing in creating rubbers with optimal performance for a variety of applications

бутадиен-стирольные эластомерыслоистые силикатымодификацияфизико-механические свойствадинамические свойстваbutadiene styrene elastomerslayered silicatesmodificationphysical and mechanical propertiesdynamic propertiesReferencesUddin F. Clays, nanoclays, and montmorillonite minerals // Metallurgical and Materials Transactions A. 2008. V. 39. №. 12. P. 2804-2814.Uddin F. Clays, nanoclays, and montmorillonite minerals. Metallurgical and Materials Transactions A. 2008. V. 39. no. 12. pp. 2804-2814.Caccamo M.T., Mavilia G., Mavilia L., Lombardo D. et al. Self-assembly processes in hydrated montmorillonite by FTIR investigations // Materials. 2020. V. 13. №. 5. P. 1100. doi: 10.3390/ma13051100Caccamo M.T., Mavilia G., Mavilia L., Lombardo D. et al. Self-assembly processes in hydrated montmorillonite by FTIR investigations. Materials. 2020. vol. 13. no. 5. pp. 1100. doi: 10.3390/ma13051100Li B., Mao H., Li X., Ma W. et al. Synthesis of mesoporous silica-pillared clay by intragallery ammonia-catalyzed hydrolysis of tetraethoxysilane using quaternary ammonium surfactants as gallery templates // Journal of Colloid and Interface Science. 2009. V. 336. №. 1. P. 244-249. doi: 10.1016/j.jcis.2009.03.039Li B., Mao H., Li X., Ma W. et al. Synthesis of mesoporous silica-pillared clay by intragallery ammonia-catalyzed hydrolysis of tetraethoxysilane using quaternary ammonium surfactants as gallery templates. Journal of Colloid and Interface Science. 2009. vol. 336. no. 1. pp. 244-249. doi: 10.1016/j.jcis.2009.03.039De Paiva L.B., Morales A.R., Díaz F.R.V. Organoclays: Properties, preparation and applications // Applied Clay Science. 2008. V. 42. №. 1-2. P. 8-24. doi: 10.1016/j.clay.2008.02.006De Paiva L.B., Morales A.R., Díaz F.R.V. Organoclays: Properties, preparation and applications. Applied Clay Science. 2008. vol. 42. no. 1-2. pp. 8-24. doi: 10.1016/j.clay.2008.02.006De Stefanis A., Tomlinson A.A.G. Towards designing pillared clays for catalysis // Catalysis Today. 2006. V. 114. №. 2-3. P. 126-141. doi: 10.1016/j.cattod.2006.01.019De Stefanis A., Tomlinson A.A.G. Towards designing pillared clays for catalysis. Catalysis Today. 2006. vol. 114. no. 2-3. pp. 126-141. doi: 10.1016/j.cattod.2006.01.019Guggenheim S., Martin R.T. Definition of clay and clay mineral: joint report of the AIPEA nomenclature and CMS nomenclature committees // Clays and clay minerals. 1995. V. 43. P. 255-256.Guggenheim S., Martin R.T. Definition of clay and clay mineral: joint report of the AIPEA nomenclature and CMS nomenclature committees. Clays and clay minerals. 1995. vol. 43. pp. 255-256.Chen J., Liu X., Li G., Nie X. et al. Synthesis and characterization of novel SiO2 and TiO2 co-pillared montmorillonite composite for adsorption and photocatalytic degradation of hydrophobic organic pollutants in water // Catalysis Today. 2011. V. 164. №. 1. P. 364-369. doi: 10.1016/j.cattod.2010.11.014Chen J., Liu X., Li G., Nie X. et al. Synthesis and characterization of novel SiO2 and TiO2 co-pillared montmorillonite composite for adsorption and photocatalytic degradation of hydrophobic organic pollutants in water. Catalysis Today. 2011. vol. 164. no. 1. pp. 364-369. doi: 10.1016/j.cattod.2010.11.014Mishra T., Parida K. Transition metal pillared clay 4. A comparative study of textural, acidic and catalytic properties of chromia pillared montmorillonite and acid activated montmorillonite // Applied Catalysis A: General. 1998. V. 166. №. 1. P. 123-133. doi: 10.1016/S0926-860X(97)00247-0Mishra T., Parida K. Transition metal pillared clay 4. A comparative study of textural, acidic and catalytic properties of chromia pillared montmorillonite and acid activated montmorillonite. Applied Catalysis A: General. 1998. vol. 166. no. 1. pp. 123-133. doi: 10.1016/S0926-860X(97)00247-0Qin Z., Yuan P., Zhu J., He H. et al. Influences of thermal pretreatment temperature and solvent on the organosilane modification of Al13intercalated/Al-pillared montmorillonite // Applied Clay Science. 2010. V. 50. №. 4. P. 546-553. doi: 10.1016/j.clay.2010.10.011Qin Z., Yuan P., Zhu J., He H. et al. Influences of thermal pretreatment temperature and solvent on the organosilane modification of Al13 intercalated/Al-pillared montmorillonite. Applied Clay Science. 2010. vol. 50. no. 4. pp. 546-553. doi: 10.1016/j.clay.2010.10.011Aouad A., Mandalia T., Bergaya F. A novel method of Al-pillared montmorillonite preparation for potential industrial up-scaling // Applied Clay Science. 2005. V. 28. №. 1-4. P. 175-182. doi: 10.1016/j.clay.2004.02.003Aouad A., Mandalia T., Bergaya F. A novel method of Al-pillared montmorillonite preparation for potential industrial up-scaling. Applied Clay Science. 2005. vol. 28. no. 1-4. pp. 175-182. doi: 10.1016/j.clay.2004.02.003Manoratne C.H., Rajapakse R.M.G., Dissanayake M. Ionic conductivity of poly (ethylene oxide)(PEO)-montmorillonite (MMT) nanocomposites prepared by intercalation from aqueous medium // Int. J. Electrochem. Sci. 2006. V. 1. P. 32-46.Manoratne C.H., Rajapakse R.M.G., Dissanayake M. Ionic conductivity of poly (ethylene oxide)(PEO)-montmorillonite (MMT) nanocomposites prepared by intercalation from aqueous medium. Int. J. Electrochem. Sci. 2006. vol. 1. pp. 32-46.Coiai S., Cicogna F., de Santi A., Pérez Amaro L. et al. MMT and LDH organo-modification with surfactants tailored for PLA nanocomposites // Express Polymer Letters. 2017. V. 11. №. 3. doi: 10.3144/expresspolymlett.2017.18Coiai S., Cicogna F., de Santi A., Pérez Amaro L. et al. MMT and LDH organo-modification with surfactants tailored for PLA nanocomposites. Express Polymer Letters. 2017. vol. 11. no. 3. doi: 10.3144/expresspolymlett.2017.18Cumkur E.A., Baouz T., Yilmazer U. Poly(lactic acid) – layered silicate nanocomposites: The effects of modifier and compatibilizer on the morphology and mechanical properties // Journal of Applied Polymer Science. 2015. V. 132. №. 38. doi: 10.1002/app.42553Cumkur E.A., Baouz T., Yilmazer U. Poly(lactic acid) – layered silicate nanocomposites: The effects of modifier and compatibilizer on the morphology and mechanical properties. Journal of Applied Polymer Science. 2015. vol. 132. no. 38. doi: 10.1002/app.42553Goswamee R.L., Ayral A., Bhattacharyya K.G., Dutta D.K. Novel synthesis of active metal oxide surface from a self-organizing system of inorganic solids, Mater // Lett. 2000. V. 46. №. 2-3. P. 105-108. doi: 10.1016/S0167-577X(00)00150-6Goswamee R.L., Ayral A., Bhattacharyya K.G., Dutta D.K. Novel synthesis of active metal oxide surface from a self-organizing system of inorganic solids, Mater. Lett. 2000. vol. 46. no. 2-3. pp. 105-108. doi: 10.1016/S0167-577X(00)00150-6Lagaly G., Ziesmer S. Colloid chemistry of clay minerals: The coagulation of montmorillonite dispersions // Advances in Colloid and Interface Science. 2003. V. 100. P. 105-128. doi: 10.1016/S0001-8686(02)00064-7Lagaly G., Ziesmer S. Colloid chemistry of clay minerals: The coagulation of montmorillonite dispersions. Advances in Colloid and Interface Science. 2003. vol. 100. pp. 105-128. doi: 10.1016/S0001-8686(02)00064-7Ibragimov M.A., Shishkina N.N., Zinovjeva E.G. Reinforcement of elastomers based on butadiene rubbers and their mixtures with layered silicates // Key Engineering Materials. 2020. V. 869. № 4. Р. 158–162. doi: 10.4028/www.scientific.net/KEM.869.158Ibragimov M.A., Shishkina N.N., Zinovjeva E.G. Reinforcement of elastomers based on butadiene rubbers and their mixtures with layered silicates. Key Engineering Materials. 2020. vol. 869. no. 4. pp. 158–162. doi: 10.4028/www.scientific.net/KEM.869.158Пат. № 2569791, RU, B41M 5/00. Способ получения вещества защитной метки, содержащего микрокристаллы алмаза с активными nv-центрами, обладающими свойствами, модифицированными радиационным воздействием, способ защиты от подделок и проверки подлинности изделий с помощью указанной метки / Елисеева И.В., Туренко С.В., Лемпорт П., Рахматуллин А., Киселев И., Багряшов С.В. № 2014143418/12; Заявл. 28.10.2014; Опубл. 27.11.2015, Бюл. № 33.Eliseeva I.V., Turenko S.V., Lemport P. , Rakhmatullin A., Kiselev I., Bagryashov S.V. A method for producing a protective mark substance containing diamond microcrystals with active nv-centers having properties modified by radiation exposure, a method for protecting against counterfeiting and verifying the authenticity of products using the specified mark. Patent RF, no. 2569791, 2015.Zhang L.Q., Wang Y.Z., Wang Y.Q., Sui Y. et al. Morphology and mechanical properties of clay/styrene-butadiene rubber nanocomposites // J. Appl. Polym. Sci. 2000. V. 78. P. 1873–1878.Zhang L.Q., Wang Y.Z., Wang Y.Q., Sui Y. et al. Morphology and mechanical properties of clay/styrene-butadiene rubber nanocomposites. J. Appl. Polym. Sci. 2000. vol. 78. pp. 1873–1878.Pat. № 98101496, CN. Process for preparing clay-rubber nm-class composite material / Zhang L.Q., Wang Y.Z., Yu D.S., Wang Y.Q. et al. Publ. 1998.Zhang L.Q., Wang Y.Z., Yu D.S., Wang Y.Q. et al. Process for preparing clay-rubber nm-class composite material. Patent CN, no. 98101496, 1998.Polonik V.D., Prokopchuk N.R., Shashok Zh.S. Properties of elastomeric composites with fluorinated additive // Proceedings of BSTU. 2013. V. 4. P. 129–131.Polonik V.D., Prokopchuk N.R., Shashok Zh.S. Properties of elastomeric composites with fluorinated additive. Proceedings of BSTU. 2013. vol. 4. pp. 129–131.Ибрагимов М.А., Хуссейн Фадл Х.Х., Акмырадов А.А., Антонов В.А. и др. Влияние слоистых силикатов на механические и термические свойства резин на основе бутадиен-стирольного каучука // Инновации и инвестиции. 2021. № 7. С. 77–81.Ibragimov M.A., Hussein Fadl H.H., Akmyradov A.A., Antonov V.A. and others. The influence of layered silicates on the mechanical and thermal properties of rubbers based on styrene-butadiene rubber. Innovations and investments. 2021. no. 7. pp. 77–81. (in Russian)

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