低揮発性スチレンポリエステル樹脂

ハンドレイアップおよびスプレーアップ成形プロセスでは、通常、樹脂はオープンモールドに層状に塗布されます。特にスプレーアッププロセスでは、樹脂が霧化されてスプレーされ、一部の微粒子が形成されて金型の表面に堆積します。ただし、樹脂が完全に硬化する前に、樹脂からスチレンが揮発し続け、作業場の空気中のスチレン濃度が増加します。これはスチレンの損失をもたらすだけでなく、環境に潜在的な危険をもたらす可能性があります。換気の悪い作業場では、空気中のスチレン濃度が過度に高くなり、この環境に長期間さらされる作業員の健康に影響を及ぼす可能性があります。したがって、さまざまな国が、通常 1 日 8 時間労働および週 40 時間労働に基づいて、空気中のスチレン濃度の閾値限界値 (TLV) を設定しています。たとえば、英国と米国はスチレンの TLV を 100 g/m3 に設定していますが、スウェーデンはそれを 50 g/m3 に制限しています。

作業場の空気中のスチレン濃度を指定 TLV 未満に保つためには、換気を強化する必要があります。しかし、換気だけに頼ると冬場は室内温度が下がり、暖房費がかさんでしまうため、ポリエステル樹脂中のスチレンの揮発を抑えることが重要となります。

初期の低揮発性樹脂は、揮発抑制剤として少量のパラフィンワックスを添加することによってスチレンの揮発を低減しました。硬化プロセス中、パラフィンは樹脂表面に薄い膜を形成し、空気バリアとして機能します。ただし、パラフィンを添加すると、積層材料の層間剥離が生じる可能性があります。

この状況を改善するために、高融点および低融点のパラフィンとポリ(ブチレンサクシネート)やポリ(ブチルアクリレート)などのさまざまなポリマーを組み合わせた配合物が開発されました。さらに、揮発抑制剤 (パラフィンなど) と接着促進剤の組み合わせが使用されました。接着促進剤としては、2 つの炭化水素基と少なくとも 1 つの二重結合を含む疎水性エーテルまたはエステルのほか、不飽和イソプレンおよび亜麻仁油、ジペンテン、トリメチロールプロパン ジアリル エーテルなどのその誘導体を使用できます。パラフィンの典型的な添加レベルは 0.05% ～ 0.5% (質量) の範囲ですが、接着促進剤は 0.1% ～ 2% (質量) で添加されます。

防止剤の添加に加えて、次の方法を使用してスチレンの揮発を減らすことができます。

1. スチレン含有量の削減: 配合中のスチレン含有量を下げることで、硬化プロセス中に揮発するスチレンの量を直接減らすことができます。これは通常、樹脂の性能を維持するために他の架橋モノマーまたは反応性希釈剤を導入することによって達成されます。

2. エンドキャッピング技術: 樹脂に低揮発性エンドキャッピング剤を導入すると、スチレンの揮発を低減できます。これらの薬剤はポリマー鎖内のスチレンと化学的に結合し、それによってその放出を減らします。

3. ハイソリッド樹脂: 樹脂中の固体成分の割合が増加すると、揮発性成分の割合が減少し、それによってスチレンの揮発が減少します。このアプローチでは通常、ハイソリッド樹脂が良好な塗布特性と最終製品品質を維持できるようにするために、樹脂製造プロセスの改善が必要です。

4. ナノマテリアルの添加: ナノシリカやナノ炭酸カルシウムなどのナノマテリアルを樹脂に添加すると、樹脂の微細構造が変化してスチレンの揮発を抑制できます。これらのナノ材料は樹脂の粘度および架橋密度を増加させることができ、それによってスチレンの移行を低減します。

5. 硬化プロセスの改善: より低い温度やより短い硬化時間を採用するなど、硬化プロセスを最適化すると、硬化中のスチレンの揮発を減らすことができます。さらに、スチレンフリーの UV 硬化プロセスを使用すると、スチレンの揮発を効果的に最小限に抑えることができます。

スチレンの揮発をさらに削減するために、プロセスの改善も継続的に進められており、ハンドレイアップおよびスプレーアップ成形プロセスは徐々にレジン トランスファー モールディング (RTM) などのクローズドモールド技術に移行しています。