Lågflyktig styrenpolyesterharts

I handuppläggnings- och sprutgjutningsprocesser appliceras harts vanligtvis i lager på en öppen form. Speciellt under spray-up-processen finfördelas och sprayas hartset, varvid en del bildar fina partiklar som avsätts på formytan. Men innan hartset härdar helt, fortsätter styren att förångas från det, vilket leder till en ökad koncentration av styren i verkstadsluften. Detta leder inte bara till förlust av styren utan utgör också en potentiell miljöfara. I verkstäder med dålig ventilation kan koncentrationen av styren i luften bli för hög, vilket potentiellt påverkar hälsan hos operatörer som exponeras för denna miljö under lång tid. Därför har olika länder fastställt tröskelgränsvärden (TLV) för styrenkoncentration i luften, vanligtvis baserade på en 8-timmars arbetsdag och en 40-timmars arbetsvecka. Till exempel har både Storbritannien och USA satt TLV för styren till 100 g/m³, medan Sverige har begränsat det till 50 g/m³.

För att säkerställa att styrenkoncentrationen i verkstadsluften förblir under angivet TLV är det nödvändigt att förbättra ventilationen. Men att enbart förlita sig på ventilation kan få inomhustemperaturen att sjunka på vintern, vilket ökar uppvärmningskostnaderna, vilket gör det avgörande att minska förflyktigheten av styren i polyesterharts.

Tidiga hartser med låg flyktighet minskade styrenförångningen genom att tillsätta en liten mängd paraffinvax som förångningsinhibitor. Under härdningsprocessen bildar paraffinet en tunn film på hartsytan, som fungerar som en luftbarriär. Tillsats av paraffin kan dock leda till delaminering i laminerade material.

För att förbättra denna situation utvecklades efterföljande formuleringar som kombinerade paraffiner med hög och låg smältpunkt med olika polymerer, såsom poly(butylensuccinat) och poly(butylakrylat). Dessutom användes en kombination av en förångningsinhibitor (som paraffin) och en adhesionspromotor. Adhesionspromotorn kan vara hydrofoba etrar eller estrar innehållande två kolvätegrupper och minst en dubbelbindning, såväl som omättad isopren och dess derivat, såsom linolja, dipenten och trimetylolpropandiallyleter. Den typiska tillsatsnivån av paraffin sträcker sig från 0,05% till 0,5% (per massa), medan adhesionspromotorn tillsätts vid 0,1% till 2% (per massa).

Förutom att lägga till inhibitorer kan följande metoder användas för att minska styrenavdunstningen:

1. Minskning av styrenhalten: Genom att sänka styrenhalten i formuleringen kan mängden styren som förångas under härdningsprocessen direkt minskas. Detta uppnås vanligtvis genom att införa andra tvärbindande monomerer eller reaktiva utspädningsmedel för att bibehålla hartsprestanda.

2. End-Capping-tekniker: Införande av lågflyktiga ändkapslingsmedel i hartset kan minska styrenavdunstningen. Dessa medel binder kemiskt styren i polymerkedjan och minskar därigenom frisättningen.

3. Höghaltiga hartser: Ökning av andelen fasta komponenter i hartset minskar andelen flyktiga komponenter, vilket minskar styrenförångningen. Detta tillvägagångssätt kräver vanligtvis förbättringar i hartsproduktionsprocesser för att säkerställa att hartser med hög fast substans fortfarande har goda appliceringsegenskaper och slutproduktkvalitet.

4. Tillsats av nanomaterial: Tillsats av nanomaterial, såsom nanosilica eller nanokalciumkarbonat, till hartset kan hämma styrenavdunstningen genom att förändra hartsens mikrostruktur. Dessa nanomaterial kan öka hartsviskositeten och tvärbindningsdensiteten och därigenom minska styrenmigreringen.

5. Förbättra härdningsprocesser: Optimering av härdningsprocesser, såsom att anta lägre temperaturer och kortare härdningstider, kan minska styrenförångningen under härdningen. Dessutom kan styrenfria UV-härdningsprocesser effektivt minimera styrenförångning.

För att ytterligare minska styrenavdunstningen framskrids också kontinuerligt med processförbättringar, med handuppläggnings- och sprutgjutningsprocesser som gradvis övergår till slutna formtekniker, såsom Resin Transfer Moulding (RTM).