Development of the Direction of Replacing Natural Rubber in Elastomeric Materials

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

This review examines current issues related to the replacement of natural rubber in rubber products. The first section of the review compares the structure and properties of natural rubber and synthetic isoprene rubber, highlighting the differences between them. The main reasons for the high cohesive strength of natural rubber are shown. The second section examines the main methods of replacing natural rubber in rubber compounds and provides an analysis of them, showing the advantages and disadvantages of each method. Based on the analysis, it was found that the most accessible and cost-effective way to replace natural rubber is to create a synthetic material that will make rubber compounds and rubbers similar in properties to natural rubber. An analysis was conducted of methods for increasing the cohesive strength of synthetic isoprene rubber, which will allow the creation of a material with properties similar to those of natural rubber, and the most effective and affordable method was determined – using a mixture of polymers. It has been shown that combining synthetic polyisoprene with polyethylene and other polymers improves the basic properties of elastomeric materials based on synthetic isoprene rubber to the properties of elastomeric materials based on natural rubber, in particular, the cohesive strength of the rubber compound, modulus, and fatigue characteristics of rubbers.

About the authors

S. V Chernyshov

MIREA – Russian Technological University (Lomonosov Moscow State University of Fine Chemical Technologies)

Email: chernyshov.9898@mail.ru
Moscow, Russian Federation

L. R Lyusova

MIREA – Russian Technological University (Lomonosov Moscow State University of Fine Chemical Technologies)

Moscow, Russian Federation

L. S Shibryaeva

MIREA – Russian Technological University (Lomonosov Moscow State University of Fine Chemical Technologies)

Moscow, Russian Federation

References

  1. Борейко Н.П., Папков В.Н., Комаров Е.В. Предпосылки для разработки государственной программы создания искусственного аналога натурального каучука // Каучук и резина. 2019. Т. 78. № 6. С. 380.
  2. Boreiko N.P., Papkov V.N., and Komarov E.V. Prerequisites for the development of a state program to create an artificial analogue of natural rubber. Kauchuk i Rezina. 2019, vol. 78, no. 6, p. 380. (In Russ.)
  3. Каспаров А.А., Веселов И.В., Ракитин В.А. Актуальность организации производства современных карьерных крупногабаритных и сверхкрупногабаритных шин в РФ // Каучук и резина. 2025. Т. 84. № 1. С. 46. https://doi.org/10.47664/0022-9466-2025-84-1-46-50
  4. Kasparov A.A., Veselov I.V., and Rakitin V.A. The relevance of organizing the production of modern large and extra-large quarry tires in the Russian Federation. Kauchuk i Rezina. 2025, vol. 84, no. 1, p. 46. (In Russ.) https://doi.org/10.47664/0022-9466-2025-84-1-46-50
  5. Каблов В.Ф., Новопольцева О.М., Кракшин М.А. Материалы и создание рецептур резиновых смесей для шинной и резинотехнической промышленности. Волгоград: ВолГТУ, 2008.
  6. Kablov V.F., Novopoltsova O.M., and Krakhin M.A. Materials and creation of rubber compound formulations for the tire and rubber industry. Volgograd: VolGTU, 2008. (In Russ.)
  7. Cruz-Morales J.A., Gutiérrez-Flores C., Zárate-Saldaña D., Burelo M., García-Ortega H., Gutiérrez S. Synthetic Polyisoprene Rubber as a Mimic of Natural Rubber: Recent Advances on Synthesis, Nanocomposites, and Applications // Polymers. 2023. V. 15. P. 4074. https://doi.org/10.3390/polym15204074
  8. Куперман Ф.Е. Новые каучуки для шин: натуральный каучук, синтетические стереорегулярные изопреновые и бутадиеновые каучуки, структура, свойства, применение. М.: Научно-технический центр “НИИШП”, 2009.
  9. Cooperman F.E. New rubbers for tires: natural rubber, synthetic stereoregular isoprene and butadiene rubbers, structure, properties, application. M.: NIISHP Scientific and Technical Center, 2009. (In Russ.)
  10. Kohjiya S. Chemistry, manufacture and applications of natural rubber. Cambridge: WOODHEAD PUBL, 2014.
  11. Вольфсон С.И., Макаров Т.В., Хакимуллин Ю.Н. Влияние молекулярных характеристик каучуков на реологические свойства наполненных композиций и физико-механические свойства резин: учебное пособие. Казань: КГТУ, 2007.
  12. Wolfson S.I., Makarov T.V., and Khakimullin Yu.N. Influence of molecular characteristics of rubbers on the rheological properties of filled compositions and the physical and mechanical properties of rubbers: textbook. Kazan: KSTU, 2007. (In Russ.)
  13. Насыров И.Ш., Фаизова В.Ю., Жаворонков Д.А., Шурупов О.К., Васильев В.А. Натуральный и синтетический цис-полиизопрены. Часть 1. Современное состояние и перспективы развития производства // Промышленное производство и использование эластомеров. 2020. № 2. С. 34. https://doi.org/10.24411/2071-8268-2020-10206
  14. Nasyrov I.Sh., Faizova V.Yu., Zhavoronkov D.A., Shurupov O.K., and Vasilyev V.A. Natural and synthetic cis-polyisoprenes. Part 1. Current status and prospects for production development. Industrial production and use of elastomers. 2020, no. 2, p. 34. (In Russ.) https://doi.org/10.24411/2071-8268-2020-10206
  15. Voznyakovskii A.P. Comparative study of the sorption behavior of natural and synthetic polyisoprenes // Polymer Science, Series A. 2003. V. 45. P. 149.
  16. Thuong N.T., Nghia P.T., Kawahara S. Factors influencing green strength of commercial natural rubber // Green Processing and Synthesis. 2018. V. 7. № 5. P. 399. https://doi.org/10.1515/gps-2018-0019
  17. Золотарев В.Л., Липатова А.А. К столетию с начала работ в СССР и РФ по замене натурального каучука синтетическим. Часть 1 // Промышленное производство и использование эластомеров. 2024. № 2. С. 3. https://doi.org/10.24412/2071-8268-2024-2-3-6
  18. Zolotarev V.L. and Lipatova A.A. On the centenary of the start of work in the USSR and the Russian Federation on replacing natural rubber with synthetic rubber. Part 1. Industrial production and use of elastomers. 2024, no. 2, p. 3. (In Russ.) https://doi.org/10.24412/2071-8268-2024-2-3-6
  19. Золотарев В.Л., Липатова А.А. К столетию с начала работ в СССР и РФ по замене натурального каучука синтетическим. Часть 2 // Промышленное производство и использование эластомеров. 2024. № 2. С. 7. https://doi.org/10.24412/2071-8268-2024-2-7-10
  20. Zolotarev V.L. and Lipatova A.A. On the centenary of the start of work in the USSR and the Russian Federation on replacing natural rubber with synthetic rubber. Part 2. Industrial production and use of elastomers. 2024, no. 2, p. 7. (In Russ.) https://doi.org/10.24412/2071-8268-2024-2-7-10
  21. Золотарев В.Л., Левенберг И.П., Зуев А.А., Ковалева Л.А., Люсова Л.Р., Липатов А.А. Еще раз о 1,4-цис-полиизопренах // Промышленное производство и использование эластомеров. 2021. № 2. С. 3. https://doi.org/10.24412/2071-8268-2021-2-03-09
  22. Zolotarev V.L., Levenberg I.P., Zuev A.A., Kovaleva L.A., Lyusova L.R., and Lipatov A.A. Once again on 1,4-cis-polyisoprenes. Industrial production and use of elastomers. 2021, no. 2, p. 3. (In Russ.) https://doi.org/10.24412/2071-8268-2021-2-03-09
  23. Zuev A.A., Zolotarev V.L., Levenberg I.P., Kovaleva L.A., Nasyrov I.Sh. Natural and synthetic isoprene rubbers obtained using Ziegler–Natta catalysts // Fine Chemical Technologies. 2024. V. 19. № 2. P. 139.
  24. Зуев А.А., Золотарев В.Л., Левенберг И.П., Ковалева Л.А., Насыров И.Ш. Натуральный и синтетические изопреновые каучуки, полученные с использованием катализаторов Циглера–Натта // Тонкие химические технологии. 2024. Т. 19. № 2. С. 139. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2024-19-2-139-148
  25. Аксенов В.И. Некоторые пути приближения свойств синтетического эластомера к показателям натурального каучука // Каучук и резина. 2021. Т. 80. № 2. C. 86. https://doi.org/10.47664/0022-9466-2021-80-2-86-97
  26. Aksenov V.I. Some ways to bring the properties of synthetic elastomers closer to those of natural rubber. Kauchuk i Rezina. 2021, vol. 80, no. 2, p. 86. (In Russ.) https://doi.org/10.47664/0022-9466-2021-80-2-86-97
  27. Гармонов И.В. Синтетический каучук. Л.: «Химия»,1976.
  28. Garmonov I.V. Synthetic rubber. L.: Khimiya, 1976. (In Russ.)
  29. Кофман Л.С., Галата Л.А., Жакова В.Г., Матвеева Т.Н. О получении когезионнопрочных резиновых смесей на основе немодифицированного полиизопрена // Сборник докладов «Международного симпозиума по изопреновому каучуку». М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1972.
  30. Kofman L.S., Galata L.A., Zhakova V.G., and Matveeva T.N. On obtaining cohesion-resistant rubber compounds based on unmodified polyisoprene. Collection of reports from the International Symposium on Isoprene Rubber. M.: TsNIITEnneftekhim, 1972. (In Russ.)
  31. Кулуев Б.Р., Сагитов А.М., Князев А.В., Мулдашев А.А., Баймиев А.Х., Кинзябулатов Р.Р., Баймиев А.Х., Лебедев Ю.А., Чемерис А.В. Современные патентные документы по корневым каучуконосам // Каучук и резина. 2019. Т. 78. № 5. С. 330.
  32. Kuluiev B.R., Sagitov A.M., Knyazev A.V., Muldashev A.A., Baimiev A.Kh., Kinzabulatov R.R., Baimiev A.Kh., Lebedev Yu.A., and Chemeris A.V. Modern patent documents on root rubber plants. Kauchuk i Rezina. 2019, vol. 78, no. 5, p. 330. (In Russ.)
  33. Бухина М.Ф., Курлянд С.К. Замена гевеи. Комментарии к напечатанному // Каучук и резина. 2021. Т. 80. № 2. С. 98. https://doi.org/10.47664/0022-9466-2021-80-2-98-99
  34. Bukhina M.F. and Kurlyand S.K. Replacement of Hevea. Comments on the printed version. Kauchuk i Rezina. 2021, vol. 80, no. 2, p. 98. (In Russ.) https://doi.org/10.47664/0022-9466-2021-80-2-98-99
  35. Иванова А.С., Вербицкий А.А., Гапоненко А.К. Повышение продуктивности и улучшение агротехнических свойств растений кок-сагыза (taraxacumkok-saghyz) для производства натурального каучука // Каучук и резина. 2020. Т. 29. № 5. С. 270. https://doi.org/10.47664/0022-9466-2020-79-5-270-273
  36. Ivanova A.S., Verbitsky A.A., and Gapenko A.K. Increasing the productivity and improving the agronomic properties of kok-saghyz (Taraxacum kok-saghyz) plants for the production of natural rubber. Kauchuk i Rezina. 2020, vol. 29, no. 5, p. 270. (In Russ.) https://doi.org/10.47664/0022-9466-2020-79-5-270-273
  37. Григорян Г.В., Сиротинкин Н.В., Рюткянен Е.А. Письмо в редакцию: наш взгляд на прошлое и настоящее каучуконосов // Каучук и резина. 2021. Т. 80. № 5. С. 278. https://doi.org/10.47664/0022-9466-2021-80-5-278-280
  38. Grigoryan G.V., Sirotinkin N.V., and Ryutkianen E.A. Letter to the editor: our view of the past and present of rubber producers. Kauchuk i Rezina. 2021, vol. 80, no. 5, p. 278. (In Russ.) https://doi.org/10.47664/0022-9466-2021-80-5-278-280
  39. Григорян Г.В., Синайский А.Г., Гречановский В.А. Кок-сагыз, гевея и синтетический каучук // Каучук и резина. 2020. Т. 80. № 2. С. 86. https://doi.org/10.47664/0022-9466-2020-79-2-86-89
  40. Grigoryan G.V., Sinai A.G., and Grechanovsky V.A. Kok-saghyz, hevea, and synthetic rubber. Kauchuk i Rezina. 2020, vol. 80, no. 2, p. 86. (In Russ.) https://doi.org/10.47664/0022-9466-2020-79-2-86-89
  41. Каратаева М.Б., Мукаев С.Б. Кок-сагыз: национальное достояние и перспективы промышленного развития // Вестник НАН РК. 2012. № 3. С. 68.
  42. Karataeva M.B. and Mukaev S.B. Kok-saghyz: national treasure and prospects for industrial development. Bulletin of the National Academy of Sciences of Kazakhstan. 2012, no. 3, p. 68. (In Russ.)
  43. Афанасьев С.В. Пути повышения когезионной прочности эластомеров: тем. обзор. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1989.
  44. Afanasyev, S.V. Ways to increase the cohesive strength of elastomers: Thematic review. M.: TsNIITEneftehim, 1989. (In Russ.)
  45. Кавун С.М., Дементьев А.В., Резниченко Д.С., Рахматулин Т.Т., Михайлова С.Т., Соколовский А.А. Свойства резиновых смесей и резин на основе НК и современных марок СПИ с модификатором НФА, введенным при смешении // Каучук и резина. 2024. Т. 83. № 6. С. 316. https://doi.org/10.47664/0022-9466-2024-83-6-316-324
  46. Kavun S.M., Dementiev A.V., Reznichenko D.S., Rakhmatulin T.T., Mikhailova S.T., and Sokolovsky A.A. Properties of rubber compounds and rubbers based on NK and modern grades of SPI with an NFA modifier introduced during mixing. Kauchuk i Rezina. 2024, vol. 83, no. 6, p. 316. (In Russ.) https://doi.org/10.47664/0022-9466-2024-83-6-316-324
  47. Рахматуллин А.П., Чан Х.Т., Потапов Е.Э. Влияние количества белково-липидных комплексов, действующих в качестве модификатор, на характеристики резин на основе синтетического полиизопрена // Каучук и резина. 2019. Т. 78. № 6. С. 350.
  48. Rakhmatullin A.P., Chan H.T., and Potapov E.E. The influence of the amount of protein-lipid complexes acting as modifiers on the characteristics of synthetic polyisoprene-based rubbers. Kauchuk i Rezina. 2019, vol. 78, no. 6, p. 350. (In Russ.)
  49. Ильясов Р.С., Дорожкин В.П., Власов Г.Я., Мухутдинов А. А. Шины. Некоторые проблемы эксплуатации и производства. Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2000.
  50. Ilyasov R.S., Dorozhkin V.P., Vlasov G.Ya., and Mukhutdinov A.A. Tires. Some problems of operation and production. Kazan: Kazan State Technological University Press, 2000. (In Russ.)
  51. Масагутова Л.В., Полуэктова Л.Е., Сапронов В.А. Особенности структуры и свойств резин на основе химически модифицированных каучуков общего назначения / сборник научных трудов «Химическая модификация резин». М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1985.
  52. Masagutova L.V., Poluektova L.E., and Sapronov V.A. Features of the structure and properties of rubbers based on chemically modified general-purpose rubbers / collection of scientific papers “Chemical modification of rubbers.” M.: TsNIITEneftehim, 1985. (In Russ.)
  53. Васильев В.А., Насыров И.Ш. Отечественные промышленные стереорегулярные каучуки. Исследования и разработки. Уфа: Башк. энцикл., 2018.
  54. Vasilyev V.A. and Nasyrov I.Sh. Domestic industrial stereoregular rubbers. Research and development. Ufa: Bashkir Encyclopedia, 2018. (In Russ.)
  55. Ахметов И.Г., Васильев В.А., Насыров И.Ш., Агзамов Р.З. Химическая модификация изопренового каучука // Каучук и резина. 2023. Т. 82. № 3. С. 130. https://doi.org/10.47664/0022-9466-2023-82-3-130-139
  56. Akhmetov I.G., Vasilyev V.A., Nasyrov I.Sh., and Agzamov R.Z. Chemical modification of isoprene rubber. Kauchuk i Rezina. 2023, vol. 82, no. 3, p. 130. https://doi.org/10.47664/0022-9466-2023-82-3-130-139
  57. Roland C.M., Trask C.A. Miscible Elastomer Mixtures // Rubber Chemistry and Technology. 1989. V. 62. № 5. P. 896.
  58. Erman B., Mark J.E., Roland C.M. The Science and Technology of Rubber. Oxford: Academic Press, 2013.
  59. Шварц А.Г., Динзбург Б.Н. Совмещение каучуков с пластиками и синтетическими смолами. Москва: Химия, 1972.
  60. Shvarts A.G. and Dinzburg B.N. Combining Rubbers with Plastics and Synthetic Resins. M.: Chemistry, 1972. (In Russ.)
  61. Куперман Ф.Е. Новые каучуки для шин: растворные каучуки с повышенным содержанием винильных звеньев, альтернативные эмульсионному БСК: транс-полимеры и сополимеры изопрена и бутадиена / Ф. Е. Куперман. Москва.: Научно-технический центр "НИИШП", 2011.
  62. Kuperman, F.E. New rubbers for tires: solution rubbers with increased vinyl content, alternatives to emulsion BSK: trans-polymers and copolymers of isoprene and butadiene. F. E. Kuperman. M.: NIIShP Scientific and Technical Center, 2011. (In Russ.)
  63. Приклонская Н.М., Тимофеева М.В., Пояркова А.Д. Свойства каркасных резин для шин Р // Каучук и резина. 1969. № 2. С. 7.
  64. Priklonskaya N.M., Timofeeva M.V., and Poyarkova A.D. Properties of carcass rubbers for R tires. Kauchuk i Rezina. 1969, no. 2, p. 7. (In Russ.)
  65. Буйко Г.Н., Арензон Н.М., Алексеева И.К., Пояркова А.Д. Пути модификации шинных резин на основе изопреновых каучуков // Сборник докладов «Международного симпозиума по изопреновому каучуку». М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1972.
  66. Buiko G.N., Arenzon N.M., Alekseeva I.K., and Poyarkova A.D. Ways to modify tire rubbers based on isoprene rubbers. Collection of reports from the “International Symposium on Isoprene Rubber.” M.: TsNIITEneftehim, 1972. (In Russ.)
  67. Чернышов С.В., Люсова Л.Р., Махмудова С.Р., Жарылганова М.Б, Коняева Л.А. Влияние полиэтилена высокой плотности на свойства эластомерных материалов из синтетического полиизопрена // Каучук и резина. 2023. Т. 82. № 5. С. 242. https://doi.org/10.47664/0022-9466-2023-82-5-242-247
  68. Chernyshov S.V., Lyusova L.R., Makhmudova S.R., Zharilganova M.B., and Konyayeva L.A. The effect of high-density polyethylene on the properties of elastomeric materials made from synthetic polyisoprene. Kauchuk i Rezina. 2023, vol. 82, no. 5, p. 242. (In Russ.) https://doi.org/10.47664/0022-9466-2023-82-5-242-247
  69. Chernyshov S.V., Lyusova L.R., Zharylganova M.B., Nebratenko D.Y. Modification of synthetic polyisoprene by combination with high-density polyethylene // Military Technical Courier. 2024. Vol. 72. № 4. P. 1977. https://doi.org/10.5937/vojtehg72-52064
  70. Chernyshov S.V., Lyusova L.R., Zharylganova M.B., Konyaeva L.A. Effect of linear low-density polyethylene on the properties of elastomeric materials based on synthetic polyisoprene // Polyolefins Journal. 2024. V. 11. № 4. P. 213. https://doi.org/10.22063/poj.2024.35524.1291.
  71. Чернышов С.В., Люсова Л.Р., Махмудова С.Р., Жарылганова М.Б, Коняева Л.А. Эластомерные композиции с повышенной когезионной прочностью на основе синтетического полиизопрена, 1,2-полибутадиена и полиэтилена высокой плотности // Каучук и резина. 2024. Т. 83. № 4. С. 194. https://doi.org/10.47664/0022-9466-2024-83-4-194-199
  72. Chernyshov S.V., Lyusova L.R., Makhmudova S.R., Zharylganova M.B., and Konyaeva L.A. Elastomeric compositions with increased cohesive strength based on synthetic polyisoprene, 1,2-polybutadiene, and high-density polyethylene. Kauchuk i Rezina. 2024, vol. 83, no. 4, p. 194. (In Russ.) https://doi.org/10.47664/0022-9466-2024-83-4-194-199
  73. Гамлицкий Ю.А., Чернышов С.В., Потапова А.И. Применение теории усиления для описания свойств резины, наполненной полиэтиленом высокой плотности // Каучук и резина. 2025. Т. 84. № 2. С. 114. https://doi.org/10.47664/0022-9466-2025-84-2-114-119
  74. Gamlitsky Yu.A., Chernyshov S.V., and Potapova A.I. Application of the theory of reinforcement to describe the properties of rubber filled with high-density polyethylene. Kauchuk i Rezina. 2025, vol. 84, no. 2, p. 114. (In Russ.) https://doi.org/10.47664/0022-9466-2025-84-2-114-119

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).