Effect of thermal stabilizers (Ba/Cd/Zn metal salts carboxylate and dibasic lead stearate) on the kinetic of carbonyls formation of PVC films

Abstract

The study of the photodegradation of unstabilized and stabilized PVC films has been performed by means of artificial UV light. Eight (8) mixtures of PVC have been prepared by compounding PVC powder with two kinds of stabilizers at varied concentrations. The two stabilizers used are namely Ba/Cd/Zn carboxylate and dibasic lead stearate (DLS). The IR spectroscopic analysis has shown that during processing (to produce the films), the Ba/Cd/Zn carboxylate salt reacts almost completely with PVC while the dibasic lead stearate (DLS) reacts only partially. The exposition of the films to UV light leads to the formation of oxidation photoproducts such as hydroperoxides, carbonyls, and unsaturations. The addition of stabilizers to PVC has modified the kinetic and the kind of the oxidation products. For, example in the case of DLS it has been observed that the remaining concentration of this stabilizer after processing is consumed during UV exposure and it considerably increases the rate of carboxylic acids formation and their end concentration. In the case of Ba/Cd/Zn, the rate of carbonyl groups formation is slowed and their end concentration is lowered too.

Keywords: PVC, Photodegradation, Oxidation, Heat stabilizer, IR spectroscopy.

Cette étude a été conduite sur des films non stabilisés et stabilisés de PVC vieilli au moyen d’une lumière UV artificielle. Ce type de mélange rentre dans la fabrication de tuyaux en PVC destiné aux transports de l’eau d’irrigation dans les zones arides subsaharienne. Huit (8) mélanges de PVC ont été préparés en introduisant deux types de stabilisants à diverses concentrations. Les deux stabilisants utilisés sont respectivement le carboxylate de Ba/Cd/Zn et le stéarate dibasique de plomb (DLS). L'analyse spectroscopique Infrarouge montre que pendant le processus de transformation (pour produire les films), les sels de carboxylate de Ba/Cd/Zn réagissent presque totalement avec le PVC alors que le stéarate dibasique de plomb (DLS) réagit seulement partiellement. L'exposition des films à la lumière UV conduit à la formation de produits d'oxydation tels que les hydroperoxydes, les carbonyles, et les insaturations. La présence de stabilisants dans le PVC modifie la cinétique et le type de produit d'oxydation formé. Par, exemple dans le cas du DLS on a observé que la concentration restante postérieurement au processus de transformation est finalement consommée pendant l'exposition aux UV. Ceci augmente considérablement le taux de formation de l’acide carboxylique et sa concentration de fin. Par contre dans le cas du Ba/Cd/Zn la vitesse de formation des groupements carbonyles est considérablement réduite et leur concentration de fin est également diminuée.

Mots clés: PVC; Photodégradation; Oxydation; Stabilisants thermique; spectroscopie IR.