The development of synergistic heat stabilizers for PVC from zinc borate-zinc phosphate

Abstract

öz Poli(vinil klorür) (PVC), 140°C nitı üstünde ısıtıldığında dehidroklorinasyon reaksiyonundan dolayı duman ve zehirli gazları (hidrojen klorür, HC1) ortama salar. Alev geciktirici ve duman önleyici katkı maddelerine sahip PVC bMeşimlerinin eldesi gittikçe daha önem kazanmaktadır. PVC elektrik ve haberleşme kablolarında izolasyon malzemesi ve evlerimizide kapı ve pencere çerçevelerinde, profillerde yanmaya karşı yüksek rezistansından dolayı gittikçe daha çok kullanılmaktadır. Bu nedenle, mevcutlardan daha iyi bir birleşim elde etmek için birçok katkı malzemesi araştuılmaktadır. Bu çalışmada, çinko borat (ZB), çinko fosfat (ZP), PVC ve dioktilfıtalat (DO?) plastisollerinden elde edilen plastij ellerin termal kararlılığı üzerindeki sinerj istik etkileri spektroskopik ve termal teknikler kullanılarak incelenmiştir. Toplam 2.5 kısım (ağırlıkça) çinko borat ve çinko fosfat, 80 kısmı (ağırlıkça) DOP ve 100 kısım (ağırlıkça) PVC kanşımına sahip olan plastij eller havayla dolaşımı sağlanan bir vakum fırınında 140°C altında jelleştirilmiştir. Çeşitli çinko borat ve çinko fosfat oranlarına sahip olan plastijeller 140°C ve 160°C altında 15 dakikadan 90 dakikaya kadar 15 dakikalık aralıklarla ısıtılmış ve bu numuneler üzerinde FT-IR spektroskopi, elektron taramalı mikroskop, EDX analizleri yapılmıştır. Kinetik çalışmalar 763 PVC Thermomat cihazıyla yapılmıştır. Plastij ellerin 140°C ve 160°C altında ısıtılmalarından dolayı açığa çıkan HC1 gazı azot gazı yardımıyla bu cihazın ölçüm hücrelerine taşınarak deionize suyun içerisindeki iletkenlik değerlerini arttırmıştır. Açığa çıkan HC1 gazının deionize suyun içine absorplanarak suyun iletkenlik değerlerini değiştirmesi ve bu değerlerin ölçülmesinden PVC plastij el Sinilerinin ısıl kararlılığı reaksiyon hızları, reaksiyon sabitleri ve aktivasyon enerjileri cinsinden çalışılmıştır. Sadece çinko borat ya da sadece çinko fosfat içeren birleşimlerin PVC'nin dehidroklorinasyonunu, kontrol örneğine göre geciktirdiği görülmüştür. Aynı zamanda hem çinko borat hem de çinko fosfat içeren birleşimler PVC'nin kömürleşmesinde daha iyi sinerjistik etkiye sahiptir. Çinko borat ve çinko fosfat içeren birleşimlerin indüksiyon zamanlan kontrol numunesine göre daha yüksek olduğundan dolayı sinerjistik etkinin olduğu gözlenmiştir. ıııBirleşimler kömürleşmeyi de hızlandırmıştır. Isıl kararlılıkları ayrıca sanlık indeksleri yönünden de incelenmiştir. Filmlerin elemental içerikleri atomik ölçüde EDX ve taramalı elektron mikroskobu yardımıyla incelenmiş ve kompozisyonları hesaplanmıştır. iv

ABSTRACT Polyvinyl chloride) (PVC), releases smoke and toxic gases (hydrogen chloride, HC1) during heating at temperatures above 140°C with the result of dehydrochlorination reaction. Obtaining flame retardant and smoke suppressed PVC compositions are getting more and more important. PVC is widely applied as a covering insulation for electrical and communication cables and in domestic uses such as window frames, doors, profiles, sidings and gutters because of its high level of combustion resistance. For this reason, many additives are studied to achieve better compositions than the present ones. In this study, the synergistic effects of zinc borate (ZB) - zinc phosphate (ZP) on thermal stability of plastigels obtained from PVC and dioctylphthalate (DOP) plastisols were investigated using spectroscopic and thermal techniques. Plastigels having a total of 2.5 parts (w/w) of zinc borate and zinc phosphate, 80 parts (w/w) of DOP and 100 parts (w/w) of PVC were gelled at 140°C for 15 minutes in a vacuum oven. The plastigel films having different compositions of ZB and ZP were investigated after heating at 140°C and 160°C from 15 minutes to 90 minutes by using Fourier Transform Infrared (FT-TR) spectroscopy, Scanning Electron Microscope (SEM), Energy Dispersive X-ray (EDX). The kinetic studies were made by PVC Thermomat 763 instrument. HC1 gas released due to heating-of the plastigel films at both 140°C and 160°C in PVC Thermomat instrument under nitrogen gas increases the conductivity of deionized water in measuring vessels of this instrument. By measuring the conductivity change in water caused by the absorption of HC1 released, the thermal degradation of PVC plastigel films were studied by means of reaction rates, rate constants and activation energies. Compositions having only ZB or ZP have retarded dehydrochlorination of PVC compared with the control sample. However, the compositions with both ZB and ZP have a superior synergistic effect on char formation of PVC. Since induction times of the compositions having both ZB and ZP were higher than that of the control samples having only ZB or only ZP, the synergistic effect was observed. The compositions greatly promote the char formation of PVC. The thermal stability of plastigels was also studied by their yellowness index (YI). The elementalcompositions of these films were investigated in atomic scale using EDX and SEM and their compositions were calculated both for particles and matrix. u