Πολυεστερική ρητίνη στυρενίου χαμηλής πτητικότητας

Στις διεργασίες χύτευσης με το χέρι και με ψεκασμό, η ρητίνη εφαρμόζεται συνήθως σε στρώσεις σε ανοιχτό καλούπι. Ειδικά κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ψεκασμού, η ρητίνη ψεκάζεται και ψεκάζεται, σχηματίζοντας μερικά λεπτά σωματίδια που εναποτίθενται στην επιφάνεια του καλουπιού. Ωστόσο, προτού η ρητίνη σκληρύνει πλήρως, το στυρένιο συνεχίζει να εξατμίζεται από αυτήν, οδηγώντας σε αυξημένη συγκέντρωση στυρενίου στον αέρα του εργαστηρίου. Αυτό όχι μόνο έχει ως αποτέλεσμα την απώλεια στυρενίου, αλλά θέτει και έναν πιθανό περιβαλλοντικό κίνδυνο. Σε εργαστήρια με κακό αερισμό, η συγκέντρωση του στυρενίου στον αέρα μπορεί να γίνει υπερβολικά υψηλή, επηρεάζοντας δυνητικά την υγεία των χειριστών που εκτίθενται σε αυτό το περιβάλλον για μεγάλο χρονικό διάστημα. Ως εκ τούτου, διάφορες χώρες έχουν θεσπίσει οριακές τιμές κατωφλίου (TLV) για τη συγκέντρωση στυρενίου στον αέρα, συνήθως με βάση μια εργάσιμη ημέρα 8 ωρών και μια εβδομάδα εργασίας 40 ωρών. Για παράδειγμα, τόσο το Ηνωμένο Βασίλειο όσο και οι ΗΠΑ έχουν ορίσει το TLV για το στυρένιο στα 100 g/m³, ενώ η Σουηδία το έχει περιορίσει στα 50 g/m³.

Για να διασφαλιστεί ότι η συγκέντρωση στυρενίου στον αέρα του εργαστηρίου παραμένει κάτω από την καθορισμένη TLV, είναι απαραίτητο να ενισχυθεί ο αερισμός. Ωστόσο, η εξάρτηση αποκλειστικά από τον εξαερισμό μπορεί να προκαλέσει πτώση των εσωτερικών θερμοκρασιών το χειμώνα, αυξάνοντας το κόστος θέρμανσης, καθιστώντας ζωτικής σημασίας τη μείωση της εξάτμισης του στυρολίου στη ρητίνη πολυεστέρα.

Οι πρώιμες ρητίνες χαμηλής πτητικότητας μείωσαν την εξάτμιση του στυρενίου προσθέτοντας μια μικρή ποσότητα κεριού παραφίνης ως αναστολέα πτητικότητας. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σκλήρυνσης, η παραφίνη σχηματίζει ένα λεπτό φιλμ στην επιφάνεια της ρητίνης, λειτουργώντας ως φράγμα αέρα. Ωστόσο, η προσθήκη παραφίνης θα μπορούσε να οδηγήσει σε αποκόλληση των ελασματοποιημένων υλικών.

Για να βελτιωθεί αυτή η κατάσταση, αναπτύχθηκαν μεταγενέστερες συνθέσεις που συνδύαζαν παραφίνες υψηλού και χαμηλού σημείου τήξης με διάφορα πολυμερή, όπως πολυ(ηλεκτρικό βουτυλένιο) και πολυ(ακρυλικό βουτυλεστέρα). Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκε ένας συνδυασμός ενός αναστολέα εξαέρωσης (όπως η παραφίνη) και ενός προαγωγέα προσκόλλησης. Ο προαγωγέας προσκόλλησης θα μπορούσε να είναι υδρόφοβοι αιθέρες ή εστέρες που περιέχουν δύο ομάδες υδρογονάνθρακα και τουλάχιστον έναν διπλό δεσμό, καθώς και ακόρεστο ισοπρένιο και τα παράγωγά του, όπως λινέλαιο, διπεντένιο και τριμεθυλολοπροπανο διαλλυλ αιθέρα. Το τυπικό επίπεδο προσθήκης παραφίνης κυμαίνεται από 0,05% έως 0,5% (κατά μάζα), ενώ ο προαγωγέας πρόσφυσης προστίθεται σε 0,1% έως 2% (κατά μάζα).

Εκτός από την προσθήκη αναστολέων, μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι ακόλουθες μέθοδοι για τη μείωση της εξάτμισης του στυρενίου:

1. Μείωση της περιεκτικότητας σε στυρένιο: Μειώνοντας την περιεκτικότητα σε στυρένιο στη σύνθεση, η ποσότητα του στυρενίου που εξατμίζεται κατά τη διαδικασία σκλήρυνσης μπορεί να μειωθεί άμεσα. Αυτό συνήθως επιτυγχάνεται με την εισαγωγή άλλων μονομερών διασύνδεσης ή δραστικών αραιωτικών για τη διατήρηση της απόδοσης της ρητίνης.

2. Τεχνικές τελικής κάλυψης: Η εισαγωγή χαμηλών πτητικών παραγόντων τελικής κάλυψης στη ρητίνη μπορεί να μειώσει την εξάτμιση του στυρενίου. Αυτοί οι παράγοντες δεσμεύουν χημικά το στυρόλιο εντός της πολυμερούς αλυσίδας, μειώνοντας έτσι την απελευθέρωσή του.

3. Ρητίνες υψηλής περιεκτικότητας σε στερεά: Η αύξηση της αναλογίας στερεών συστατικών στη ρητίνη μειώνει την αναλογία των πτητικών συστατικών, μειώνοντας έτσι την εξάτμιση του στυρενίου. Αυτή η προσέγγιση τυπικά απαιτεί βελτιώσεις στις διαδικασίες παραγωγής ρητίνης για να διασφαλιστεί ότι οι ρητίνες υψηλών στερεών εξακολουθούν να έχουν καλές ιδιότητες εφαρμογής και ποιότητα τελικού προϊόντος.

4. Προσθήκη νανοϋλικών: Η προσθήκη νανοϋλικών, όπως νανοπυρίτιο ή νανοανθρακικό ασβέστιο, στη ρητίνη μπορεί να αναστείλει την εξάτμιση του στυρενίου αλλάζοντας τη μικροδομή της ρητίνης. Αυτά τα νανοϋλικά μπορούν να αυξήσουν το ιξώδες της ρητίνης και την πυκνότητα διασύνδεσης, μειώνοντας έτσι τη μετανάστευση στυρενίου.

5. Βελτίωση των διαδικασιών ωρίμανσης: Η βελτιστοποίηση των διαδικασιών σκλήρυνσης, όπως η υιοθέτηση χαμηλότερων θερμοκρασιών και μικρότεροι χρόνοι σκλήρυνσης, μπορεί να μειώσει την εξάτμιση του στυρενίου κατά τη σκλήρυνση. Επιπλέον, η χρήση διαδικασιών σκλήρυνσης με υπεριώδη ακτινοβολία χωρίς στυρόλιο μπορεί να ελαχιστοποιήσει αποτελεσματικά την εξάτμιση του στυρενίου.

Για να μειωθεί περαιτέρω η εξάτμιση του στυρενίου, οι βελτιώσεις της διαδικασίας προχωρούν επίσης συνεχώς, με τις διαδικασίες χύτευσης με χεράκι και ψεκασμό να μεταβαίνουν σταδιακά σε τεχνολογίες κλειστού καλουπιού, όπως το Resin Transfer Molding (RTM).