Nei processi di stampaggio a spruzzo e di stratificazione manuale, la resina viene generalmente applicata a strati su uno stampo aperto. Soprattutto durante il processo di spruzzatura, la resina viene atomizzata e spruzzata, formando alcune particelle fini che si depositano sulla superficie dello stampo. Tuttavia, prima che la resina si indurisca completamente, lo stirene continua a volatilizzarsi, determinando un aumento della concentrazione di stirene nell'aria dell'officina. Ciò non solo comporta la perdita di stirene, ma rappresenta anche un potenziale pericolo ambientale. Nelle officine con scarsa ventilazione, la concentrazione di stirene nell'aria può diventare eccessivamente elevata, con un potenziale impatto sulla salute degli operatori esposti a questo ambiente per un lungo periodo. Pertanto, vari paesi hanno stabilito valori limite di soglia (TLV) per la concentrazione di stirene nell'aria, tipicamente basati su una giornata lavorativa di 8 ore e una settimana lavorativa di 40 ore. Ad esempio, sia il Regno Unito che gli Stati Uniti hanno fissato il TLV per lo stirene a 100 g/m³, mentre la Svezia lo ha limitato a 50 g/m³.
Per garantire che la concentrazione di stirene nell'aria dell'officina rimanga al di sotto del TLV specificato, è necessario migliorare la ventilazione. Tuttavia, fare affidamento esclusivamente sulla ventilazione può causare un calo della temperatura interna in inverno, aumentando i costi di riscaldamento, rendendo fondamentale ridurre la volatilizzazione dello stirene nella resina poliestere.
Le prime resine a bassa volatilità riducevano la volatilizzazione dello stirene aggiungendo una piccola quantità di cera di paraffina come inibitore della volatilizzazione. Durante il processo di polimerizzazione, la paraffina forma una pellicola sottile sulla superficie della resina, che funge da barriera d'aria. Tuttavia, l'aggiunta di paraffina potrebbe provocare la delaminazione dei materiali laminati.
Per migliorare questa situazione, sono state sviluppate formulazioni successive che combinavano paraffine ad alto e basso punto di fusione con vari polimeri, come poli (butilene succinato) e poli (butilacrilato). Inoltre, è stata utilizzata una combinazione di un inibitore della volatilizzazione (come la paraffina) e un promotore di adesione. Il promotore di adesione potrebbe essere eteri o esteri idrofobi contenenti due gruppi idrocarburici e almeno un doppio legame, nonché isoprene insaturo e suoi derivati, come olio di lino, dipentene e trimetilolpropano diallile etere. Il livello di aggiunta tipico della paraffina varia dallo 0,05% allo 0,5% (in massa), mentre il promotore di adesione viene aggiunto dallo 0,1% al 2% (in massa).
Oltre ad aggiungere inibitori, è possibile utilizzare i seguenti metodi per ridurre la volatilizzazione dello stirene:
1. Riduzione del contenuto di stirene: Riducendo il contenuto di stirene nella formulazione, è possibile ridurre direttamente la quantità di stirene che volatilizza durante il processo di indurimento. Ciò si ottiene solitamente introducendo altri monomeri reticolanti o diluenti reattivi per mantenere le prestazioni della resina.
2. Tecniche di end-capping: L'introduzione di agenti di end-capping a bassa volatilità nella resina può ridurre la volatilizzazione dello stirene. Questi agenti legano chimicamente lo stirene all'interno della catena polimerica, riducendone così il rilascio.
3. Resine ad alto contenuto di solidi: l'aumento della proporzione di componenti solidi nella resina riduce la proporzione di componenti volatili, diminuendo così la volatilizzazione dello stirene. Questo approccio richiede in genere miglioramenti nei processi di produzione della resina per garantire che le resine ad alto contenuto di solidi possiedano ancora buone proprietà applicative e qualità del prodotto finale.
4. Aggiunta di nanomateriali: l'aggiunta di nanomateriali, come la nanosilice o il nano carbonato di calcio, alla resina può inibire la volatilizzazione dello stirene alterando la microstruttura della resina. Questi nanomateriali possono aumentare la viscosità della resina e la densità di reticolazione, riducendo così la migrazione dello stirene.
5. Miglioramento dei processi di polimerizzazione: l'ottimizzazione dei processi di polimerizzazione, come l'adozione di temperature più basse e tempi di polimerizzazione più brevi, può ridurre la volatilizzazione dello stirene durante la polimerizzazione. Inoltre, l'utilizzo di processi di polimerizzazione UV senza stirene può ridurre efficacemente la volatilizzazione dello stirene.
Per ridurre ulteriormente la volatilizzazione dello stirene, vengono continuamente apportati miglioramenti ai processi, con la graduale transizione dei processi di stampaggio a spruzzo e di lay-up manuale alle tecnologie a stampo chiuso, come il Resin Transfer Moulding (RTM).
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