ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ НАТУРАЛЬНОГО КАУЧУКА И МЕХАНОАКТИВИРОВАННОГО КРАХМАЛА
Аннотация
Натуральный каучук (НК) является ценным сырьем растительного происхождения, широко используемым в различных отраслях промышленности. Отходы натурального каучука трудно разлагаются при сбросе в окружающую среду, что обусловливает возрастающую проблему утилизации твердых отходов на его основе. В настоящей работе для повышения биодеградируемости в латекс НК вводили 10, 20 и 30% крахмала в клейстеризованном состоянии, затем из полученных дисперсий отливали пленки. Для повышения физико-механических характеристик гибридных пленок крахмальный гидрогель перед смешением с латексом каучука подвергали жидкофазной механоактивации в роторно-импульсном аппарате (РИА). В таких аппаратах жидкий материал подвергается комбинированному воздействию кавитации и высоких сдвиговых напряжений. В крахмальный гидрогель для стабилизации дисперсий вводили аммиак либо до обработки в РИА, либо после нее, соответственно активация осуществлялась при рН 10 или при рН 6. Установлено, что механическая активация вызывает снижение вязкости крахмальных гидрогелей за счет полного расщепления крахмальных гранул и увеличения содержания водорастворимой фракции. Размер коллоидных частиц гидрогеля уменьшается от 60-100 мкм до 0,150 и 0,195 мкм для активации при рН 10 и рН 6, соответственно. Механическая активация крахмала в присутствии аммиака обусловливает увеличение прочности гибридных пленок при разрыве на 50-75%, а при введении аммиака после активации прочность увеличивалась на 25-55% по сравнению с пленками, полученными на основе неактивированного крахмала. Установлено, что механическая активация крахмала способствовала увеличению скорости биодеградации в увлажненном грунте. Пленки из натурального каучука, содержащие 30% активированного в РИА крахмала, удовлетворяют стандартизированному критерию биодеградируемости.
Для цитирования:
Липатова И.М., Лосев Н.В., Трифонова И.П. Получение и свойства композитов на основе натурального каучука и механоактивированного крахмала. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2026. Т. 69. Вып. 9. С. 126-134. DOI: 10.6060/ivkkt.20266909.7103.
Литература
Kurian T., Mathew N.M. Natural rubber: production, properties and applications. Biopolym.: Biomed. Environ. Appl. 2011. P. 403-436. DOI: 10.1002/9781118164792.ch14.
Wichaita W., Promlok D., Sudjaipraparat N., Sripraphat S., Suteewong T., Tangboriboonrat P. A concise review on design and control of structured natural rubber latex particles as engineering nanocomposites. Eur. Polym. J. 2021. V. 159. P. 110740. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2021.110740.
Guerra N.B., Pegorin G.S., Boratto M.H., de Barros N.R., de Oliveira Graeff C.F., Herculano R.D. Biomedical applications of natural rubber latex from the rubber tree Hevea brasiliensis. Mater. Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl. 2021. V. 126. P. 112126. DOI: 10.1016/j.msec.2021.112126.
Ali M.F., Akber M.A., Smith C., Aziz A.A. The dynamics of rubber production in malaysia: potential IMPACTS, challenges and proposed interventions. Forest Policy Econ. 2021. V. 127. P. 102449. DOI: 10.1016/j.forpol.2021.102449.
Rose K., Steinbuchel A. Biodegradation of natural rubber and related com-pounds: recent insights into a hardly un-derstood catabolic capability of microorganisms. Appl. Envir. Microbiol. 2005. V. 71. N 6. P. 2803-2812. DOI:10.1128/AEM.71.6.2803-2812.2005.
Xie Y., Hassan A.A., Song P., Zhen Z. High scission of butadiene rubber vulcanizate under thermo-oxidation. Polym. Degrad. Stab. 2019. V. 167. P. 292–301. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2019.07.015.
Yoyyei R., Siwayaprahm P., Lertsarawut P., Saenboonruang K. Synergistic effects of chitosan and gamma irradiation on enhanced fungal growth inhibition and biodegradability of natural rubber latex film. Res. Eng. 2024. N 5-6. P. 102674. DOI: 10.1016/j.rineng.2024.102674.
Bhatt R., Shah D., Patel K., Trivedi U. PHA-rubber blends: Synthesis, characterization and biodegradation. Bioresource Technol. 2008. 99. V. 11. P. 4615-4620. DOI: 10.1016/j.biortech.2007.06.054.
Chuayjuljit S., Su-Uthai S., Tunwattanaseree C., Charuchinda S. Preparation of microcrystalline cellulose from waste-cotton fabric for biodegradability enhance-ment of natural rubber sheets. J. Reinf. Plast. Comp. 2008. V. 28. N 10. P. 1245-1254. DOI: 10.1177/0731684408089129.
Alcázar-Alay S.C., Meireles M.A.A. Physicochemical properties, modifications and applications of starches from different botanical sources. Food Sci. Techn. (Campianas). 2015 V. 35. N 2. P. 215-236. DOI: 10.1590/1678-457X.6749.
Ovsyannikova V.S., Fufaeva M.S., Dragula S.E. Bio-degradation of cryogels based on polyvinyl alcohol and starch with glycerol and boric acid. ChemChemTech. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2025. V. 68. N 8. P. 126-134 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20256808.7t.
Misman M.A., Rashid A.A., Yahya S.R. Modification and application of starch in natural rubber latex compo-sites. Rubber Chem. Technol. 2018. V. 91. N 1. P. 184-204. DOI: 10.5254/rct-18-82604.
Misman M.A., Azura A.R. Effect of sago starch loadings on soil decomposition of Natural Rubber Latex (NRL) composite films mechanical properties. Int. Biodeter. Bi-odegrad. 2013. V. 85. P. 139-149. DOI: 10.1016/j.ibiod.2013.06.016.
Duy N.Q., Rashid A.A., Ismail H. Effects of filler loading and different preparation methods on properties of cassava starch/natural rubber composites. Polym. Plast. Technol. Eng. 2012. V. 51. N 9. P. 940-944. DOI: 10.1080/03602559.2012.679377.
Senna M.M., Mohamed R.M., Shehab-Eldin A.N. El-Hamouly S. Characterization of electron beam irradiated natural rubber/modified starch composites. J. Industr. Eng. Chem. 2012. V. 18. N 5. P. 1654-1661. DOI: 10.1016/J.JIEC.2012.03.004.
Kahar A.W.M., Sarifuddin N., Ismail H. Structural, thermal and physico-chemical properties of high density polyethylene/natural rubber/modified cassava starch blends. Iran. Polym. J. 2017. V. 26. N 2. P. 149-159. DOI: 10.1007/s13726-017-0507-3.
Mooibroek H., Cornish K. Alternative sources of natural rubber. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2000. V. 53. N 4. P. 355-365. DOI: 10.1007/s002530051627.
Jong L. Particle size and particle–particle interactions on tensile properties and reinforcement of corn flour particles in natural rubber. Eur. Polym. J. 2016. V. 74. P. 136-147. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2015.11.018.
Mat Sukia F.M., Azura A.R., Azahari B. Effect of Ball Milled and Ultrasonic Sago Starch Dispersion on Sago Starch Filled Natural Rubber Latex (SSNRL) Films. Procedia Chem. 2016. V. 19. P. 782 – 787. DOI: 10.1016/ j.proche.2016.03.085.
Badve M.P., Alpar T., Pandit A.B., Gogate P.R., Csoka L. Modeling the shear rate and pressure drop in a hydro-dynamic cavitation reactor with experimental validation based on KI decomposition studies. Ultrason. Sonochem. 2014. V. 22. P. 272–277. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2014.05.017.
Crudo D., Bosco V., Cavaglià G., Grillo G., Mantegna S., Cravotto G. Biodiesel production process intensifica-tion using a rotor-stator type generator of hydrodynamic cavitation. Ultrason. Sonochem. 2016. V. 33. P. 220–225. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2016.05.001.
Peshnev B.V., Burlyaeva E.V., Nikishin D.V., Nikolaev A.I., Kuznetsov A.S. Evaluation of the efficiency of cav-itation treatment of dark oil products. ChemChemTech. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 7. P. 103-110 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246707.7006.
Trifonova I.P., Losev N.V., Podshivalova I.M., Lipato-va I.M., Burmistrov V.A. Mechanical and rheological properties of composites based on polycaprolactone and modified starch. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2026. V. 69. N 4. P. 47-55 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20266904.6973.
Lipatova I.M., Yusova A.A., Makarova L.I. A simple method for fabrication Natural Rubber/BaSO4 radiation shielding materials using mechanical activation techniques. Mater. Chem. Phys. 2025. V. 347. P. 131486. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2025.131486.
Burmistrov V.A., Trifonova I.P., Losev N.V., Larina J.N., Lipatova I.M. Modifiers for the preparation of starch composites under mechanochemical activation: An extended set of criteria. Europ. Polym. J. 2024. V. 221. N 3. P. 113560. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2024.113560.
Trifonova I., Burmistrov V., Losev N., Rodicheva Yu., Lipatova I., Koifman O. Features of the rheological be-havior of starch hydrogels modified with synthetic latexes. Ross. Khim. Zhurn. 2023. V. LXVII. N 1. P. 19-27. DOI: 10.6060/rcj.2023671.3.
Lipatova I.M., Yusova A.A., Makarova L.I. Dimen-sionally stable hydrogel carriers based on chitosan and sodium alginate for prolonged drug release. Ros. Khim. Zhurn. 2026. V. LXX. N 1. P. 88-95. DOI: 10.6060/rcj.2026701.10.
ISO 846. Plastics–evaluation of the action of microorganisms. https://www.iso.org/standard/20578 1997.
Builders P.F., Mbah C.C., Adama K.K., Audu M.M. Effect of pH on the physicochemical and binder proper-ties of tigernut starch. Starch – Starke. 2014. V. 66. N 3–4. P. 281–293. DOI: 10.1002/star.201300014.
DIN EN 13432, Requirements for packaging recoverable through composting and biodegradation - Test scheme and evaluation criteria for the final acceptance of packag-ing. https://www.en-standard.eu.
