Synergistic effect of zine stearate and natural zeolite on PVC thermal stability

Abstract

PVC yüksek sıcaklıklarda (100 °C) hidrojen klorür (HC1) gazı çıkararak bozunur ve bu bozunma polimerin renginin sarıdan turuncuya daha sonrada kahverengi ve siyaha dönüşmesiyle birlikte gerçekleşir. PVC'nin bozunmasını önlemek için ısıl kararlı kılıcılar PVC ye eklenir. Bu çalışmada, çinko stearat (ZnSt2) ve doğal zeolitin PVC'nin ısıl kararlılığına sinerjistik etkisi incelenmiştir. Bu amaçla PVC ve DOP'un karıştırılmasıyla PVC plastisolleri hazırlanmış ve bu karışımlara farklı miktarlarda metal sabunları ve doğal zeolit eklenmiştir. Bu proje kapsamında kullanılan malzemeler ve hazırlanan PVC plastisolleri spektroskopik ve termal analiz teknikleriyle karakterize edilmiştir. PVC plastisollerin j elleşme davranışları optik mikroskopla incelenmiş ve farklı sıcaklıklarda mikro fotoğrafları çekilmiştir. Jelleşmenin 185 °C de çok kısa sürede gerçekleştiği gözlemlenmiştir. PVC plastij ellerin morfolojisi elektron taramalı mikroskobu ile çalışılmış, elementlerin polimer ve tanecik fazmdaki kompozisyonlarını elde etmek için EDX analizi yapılmıştır. Ayrıca filmler vakumlu etüvde 140 ve 160 °C de farklı sürelerde ısıtılmış ve zamanla renk değişimleri gözlemlenmiştir. Zeolit tek başına ısıl kararlı kılıcısı olarak kullanıldığında filmin erken sürede kararmasını önlemiştir. PVC plastij ellerin ısıl kararlılığı ve bozunma reaksiyon kinetiği 763 PVC Thermomat cihazı ile çalışılmıştır. Isıl kararlılık, PVC plastij ellerini PVC Thermomat cihazında ısıtıp, azot gazının geçtiği suyun iletkenliği ölçülerek saptanmıştır. PVC ısıtıldığında HC1 gazı çıkararak bozunur ve HC1 azot gazı ile suya taşınır ve su tarafından absorplamr. Böylece suyun iletkenliği değişir. İletkenliğin artmaya başladığı süre indüksiyon zamanı, iletkenliğin 50 p,S/cm'e ulaştığı süre kararlılık zamanı olarak tanımlanır. Bu çalışmada PVC plastij ellerin 140 ve 160 °C deki indüksiyon ve kararlılık zamanları bulunmuştur. Zeolit tek başına ısıl kararlı kılıcı olarak PVC plastisole eklendiğinde indüksiyon süresinde artış olmuş ve bu artış PVC 'nin bozunmasıyla ortaya çıkan HC1 gazının zeolit tarafından absorblanmasıyla açıklanmıştır. Böylece oluşan HC1 gazının tekrar PVC'nin bozunma reaksiyonuna girip, bozunmayı katalizlemesi engellenmiştir. %0.53 ZnSt2 ve %0.53 zeolit içeren PVC plastijelinin indüksiyon süresi (1.25 s) sadece ZnSt2 ve sadece zeolit içeren örneklerin indüksiyon zamanlarından daha yüksek olduğu için ZnSt2 ve zeolitin PVC'nin ısıl karahlığına sinerjistik etkisi bu malzemelerden düşük oranlarda kullanıldığında gözlemlenmiştir.

At high temperatures (about 100 °C), PVC decomposes by the removal of hydrogen chloride (HC1) gas and the decomposition is accompanied by polymer discoloration going from yellow to orange, brown and black. In order to prevent decomposition of PVC, thermal stabilizers are added to PVC. The synergistic effect of zinc stearate (ZnSt2) and/or natural zeolite (clinoptilolite) on PVC thermal stability was investigated in this project. For this purpose PVC plastisol was prepared by mixing poly(vinyl chloride) (PVC) and dioctyphthalate (DOP) and stabilized with different amounts of metal soaps and zeolite. The materials and the prepared PVC plastisols were characterized by spectroscopic and thermal analysis techniques. The gelation of the plastisols was observed by optical microscopy and the photographs were taken by a digital camera. The complete gelation was observed at 185 °C. The morphology of PVC plastigel films were studied by scanning electron microscope (SEM). SEM with energy dispersive X-ray (EDX) analysis was used to obtain elemental compositions in polymer and particle phases. The thermal stability of PVC plastigels in terms of color were obtained by heating them in a static vaccum oven. When zeolite was used as a primary stabilizer it prevented the early blackening of the film. Kinetic study of dehydrochlorination was determined by 763 PVC Thermomat equipment for unstabilized and stabilized PVC plastigels. When PVC plastigels were heated in PVC Thermomat in the presence of nitrogen gas, the conductivity of water which nitrogen gas was passed due to the evolved HC1, changed with respect to time. The period when conductivity starts to increase is called as induction time, and the period when the conductivity value reaches to 50 uS/cm is called as stability time. The induction and stability time values of unstabilized and stabilized PVC plastigel films were obtained at 140 and 160 °C. The stabilizing effect of zeolite on the increase in the induction period of the sample was considered the result from the absorption of HC1 which was thought to reduce the autocatalytic effect of HC1 evolved at the initial stages of dehydrochlorination. Since the induction time of the sample having 0.53% ZnSt2 and 0.53% zeolite was higher than the PVC plastigels having only ZnSt2 or zeolite the synergistic effect on thermal stability was observed at low levels of them.