Styreen-polyesterhars met lage vluchtigheid

Bij handmatige lay-up- en spray-vormprocessen wordt hars doorgaans in lagen op een open mal aangebracht. Vooral tijdens het opspuitproces wordt de hars verneveld en gespoten, waarbij enkele fijne deeltjes ontstaan ​​die zich op het maloppervlak afzetten. Voordat de hars echter volledig uithardt, blijft styreen verdampen, wat leidt tot een verhoogde concentratie van styreen in de werkplaatslucht. Dit resulteert niet alleen in het verlies van styreen, maar vormt ook een potentieel gevaar voor het milieu. In werkplaatsen met slechte ventilatie kan de concentratie styreen in de lucht buitensporig hoog worden, wat mogelijk gevolgen heeft voor de gezondheid van operators die gedurende een lange periode aan deze omgeving worden blootgesteld. Daarom hebben verschillende landen drempelwaarden (TLV's) vastgesteld voor de styreenconcentratie in de lucht, doorgaans gebaseerd op een werkdag van 8 uur en een werkweek van 40 uur. Zowel Groot-Brittannië als de VS hebben de TLV voor styreen bijvoorbeeld vastgesteld op 100 g/m³, terwijl Zweden deze heeft beperkt tot 50 g/m³.

Om ervoor te zorgen dat de styreenconcentratie in de werkplaatslucht onder de gespecificeerde TLV blijft, is het noodzakelijk om de ventilatie te verbeteren. Als u uitsluitend op ventilatie vertrouwt, kan dit er echter voor zorgen dat de binnentemperatuur in de winter daalt, waardoor de verwarmingskosten stijgen. Hierdoor is het van cruciaal belang om de vervluchtiging van styreen in polyesterhars te verminderen.

Vroege harsen met lage vluchtigheid verminderden de vervluchtiging van styreen door een kleine hoeveelheid paraffinewas toe te voegen als vervluchtigingsremmer. Tijdens het uithardingsproces vormt de paraffine een dunne film op het harsoppervlak, die als luchtbarrière fungeert. De toevoeging van paraffine kan echter leiden tot delaminatie in gelamineerde materialen.

Om deze situatie te verbeteren werden daaropvolgende formuleringen ontwikkeld die paraffinen met een hoog en laag smeltpunt combineerden met verschillende polymeren, zoals poly(butyleensuccinaat) en poly(butylacrylaat). Daarnaast werd een combinatie van een vervluchtigingsremmer (zoals paraffine) en een adhesiepromotor gebruikt. De hechtingsbevorderaar zou hydrofobe ethers of esters kunnen zijn die twee koolwaterstofgroepen en ten minste één dubbele binding bevatten, evenals onverzadigd isopreen en zijn derivaten, zoals lijnolie, dipenteen en trimethylolpropaandiallylether. Het typische toevoegingsniveau van paraffine varieert van 0,05% tot 0,5% (op massabasis), terwijl de hechtingspromotor wordt toegevoegd in een hoeveelheid van 0,1% tot 2% (op massabasis).

Naast het toevoegen van remmers kunnen de volgende methoden worden gebruikt om de vervluchtiging van styreen te verminderen:

1. Verlaging van het styreengehalte: Door het styreengehalte in de formulering te verlagen, kan de hoeveelheid styreen die tijdens het uithardingsproces vervluchtigt direct worden verminderd. Dit wordt gewoonlijk bereikt door het introduceren van andere verknopende monomeren of reactieve verdunningsmiddelen om de harsprestaties te behouden.

2. End-capping-technieken: Het introduceren van laag-vluchtige end-capping-middelen in de hars kan de vervluchtiging van styreen verminderen. Deze middelen binden styreen chemisch in de polymeerketen, waardoor de afgifte ervan wordt verminderd.

3. Harsen met een hoog vaste stofgehalte: Door het aandeel vaste componenten in de hars te verhogen, wordt het aandeel vluchtige componenten verminderd, waardoor de vervluchtiging van styreen wordt verminderd. Deze aanpak vereist doorgaans verbeteringen in de harsproductieprocessen om ervoor te zorgen dat harsen met een hoog vaste stofgehalte nog steeds goede applicatie-eigenschappen en eindproductkwaliteit bezitten.

4. Toevoeging van nanomaterialen: Het toevoegen van nanomaterialen, zoals nanosilica of nanocalciumcarbonaat, aan de hars kan de vervluchtiging van styreen remmen door de microstructuur van de hars te veranderen. Deze nanomaterialen kunnen de viscositeit van de hars en de verknopingsdichtheid verhogen, waardoor de migratie van styreen wordt verminderd.

5. Verbetering van uithardingsprocessen: Het optimaliseren van uithardingsprocessen, zoals het toepassen van lagere temperaturen en kortere uithardingstijden, kan de vervluchtiging van styreen tijdens het uitharden verminderen. Bovendien kan het gebruik van styreenvrije UV-uithardingsprocessen de vervluchtiging van styreen effectief minimaliseren.

Om de vervluchtiging van styreen verder te verminderen, worden procesverbeteringen ook voortdurend doorgevoerd, waarbij handmatige lay-up- en spray-vormprocessen geleidelijk overgaan naar gesloten matrijstechnologieën, zoals Resin Transfer Molding (RTM).