Effects of Varying-Sized Layered Double Hydroxide Particles on Thermal, Mechanical Properties, and Cytotoxicity of Polyvinyl chloride Compound

This study addresses the critical need for eco-friendly and safe thermal stabilizers for polyvinyl chloride (PVC), replacing conventional toxic additives like lead salts with a specific focus on applications in construction and children's products. Layered double hydroxides (LDHs) have emerged as promising alternatives due to their anion exchangeability and exceptional capacity to neutralize autocatalytic hydrogen chloride (HCl) during PVC degradation. However, limitations persist regarding their particle size and inherent thermal efficiency. To overcome these constraints, this research investigates the effects of varying LDH particle dimensions on the overall performance of PVC nanocomposites. The synthesized materials were systematically evaluated using advanced analytical techniques, including limiting oxygen index (LOI), thermogravimetric analysis (TGA), congo red tests, discoloration assays, and universal testing machine (UTM) analysis. Furthermore, cytotoxicity was evaluated to ensure human safety profiles. The findings demonstrate that optimizing LDH particle size significantly enhances the thermal stability, flame retardancy, and mechanical robustness of PVC, offering a non-toxic, highly efficient, and sustainable stabilization system for high-safety plastic applications. In the next phase, we aim to formulate the developed complex stabilizer into a masterbatch format. This masterbatch will then be applied to the production of prototype pipes and flooring materials to assess their functional properties and safety standards.

Keywords: Polyvinyl chloride, stabilizer,  nanocomposite, thermal stability, cytotoxicity

This research was conducted with funding from the Environmental Technology Development Project of the Korea Environmental Industry & Technology Institute(KEITI). (No. RS-2025-02223750)