Решение за пречистване на фенолна смола

Глава 1: Предпоставки и изисквания

1.1 Въведение във фенолната смола

Фенолната смола, научно известна като фенол-формалдехидна смола, е една от първите индустриално произведени синтетични смоли в света, получена чрез поликондензация на фенолни съединения и формалдехид под действието на катализатор. Поради отличната си топлоустойчивост, самозагасващи свойства, механична якост и електрическа изолация, тя намира широко приложение в:

• Електронни материали: Фоторезистна смола, PCB субстрат, полупроводникови капсули

• Композитни материали: Материали, армирани със стъклена нишка, трибологични материали (спирачни наложки)

• Покрития и лепила: Устойчиви на висока температура покрития, лепила за дървесина

• Огнеупорни материали: Огнеупорни тухли, изолационни материали

• Инженерни пластмаси: Електрически ключове, автомобилни компоненти

1.2 Пазарно търсене на високочиста фенолна смола

С бързото развитие на електронно-информационната индустрия и новите енергийни материали, се поставят по-високи изисквания за чистота на фенолните смоли:

Област на приложение	Изискване за чистота	Ограничения за ключови примеси	Пазарна цена (10 хил. CNY/тон)
Фоточувствителна смола	≥99.5%	Свободен фенол < 500 ppm Съдържание на пепел < 50 ppm	6-12
Полупроводникови корпуси	≥99.0%	Метални йони < 10 ppm Хлорни йони < 20 ppm	4-8
PCB субстрат	≥98.5%	Свободен фенол < 1000 ppm Съдържание на влага<1%	2-5
Обща индустриална класа	≥95%	Свободен фенол<3000 ppm	1-2

1.3 Възможности за производство в страната

В момента зависимостта от вноса на висококачествени фенолни смоли (фотоотпорен клас, полупроводников клас) достига 60–80%, с огромен потенциал за вътрешна замяна. Производството в страната има следните предимства:

• Предимство в цената: Локалните разходи за производство са с 30–50% по-ниски в сравнение с вноса

• Предимство в доставките: Липса на дългосрочна международна логистика, доставка в рамките на 1 седмица

• Предимство в услугите: Локализирана техническа поддръжка, бърз отговор на нуждите на клиентите

• Сигурност на веригата за доставки: Избягване на рисковете от прекъсване на доставките поради международни търговски конфликти

Глава 2: Изисквания за чистота и предизвикателства за фенолните смоли

2.1 Основни показатели за качество

Фенолна смола с висока чистота трябва да отговаря на следните ключови показатели:

Предмет	Клас за фотолитография	Ниво за опаковане на полупроводници	Клас за PCB
Молекулна маса （Mw ）	3,000-8,000	5,000-12,000	8,000-20,000
Полидисперсност PDI	1.3-1.8	1.5-2.0	1.8-2.5
Температура на размякване (℃)	90-130	100-140	110-150
Съдържание на хидроксил (%)	15-25	12-20	10-18
Свободен фенол (ppm)	<500	<1,000	❤️<3,000
Свободен формалдехид (ppm)	<200	<500	<1,000
Съдържание на пепел (PPM)	<50	<100	<300
Метални йони (ppb)	<10	<20	<50
Хлорни йони (ppm)	<20	<50	<100
Цвят (Гарднер)	❤️<3	<4	<5
Влажност(%)	<0.5	<1.0	<2.0

 

2.2 Основни предизвикателства при пречистването

• Премахване на свободен фенол и свободен формалдехид - Нереагирали мономерни остатъци, които повлияват на производителността и безопасното използване на смолата
• Разделяне на олигомери и полимери - Разпределението на молекулните тегла (PDI) изисква строг контрол
• Замърсяване с метални йони - Остатъци от катализатори (като оксалова киселина, хлороводородна киселина и др.) и корозия на оборудването
• Топлинна чувствителност - Лесно допълнително полимеризиране или разграждане при високи температури, потъмняване на цвета
• Висока вискозност - Твърдо вещество или виско-течност при стайна температура, трудно за традиционна дестилация

Глава 3: Традиционни методи за пречистване и техните ограничения

3.1 Метод 1: Измиване с вода + Неутрализация

【Технологичен процес】 Разтвор на смола → Измиване с гореща вода → Алкална неутрализация → Отделяне чрез изстояване → Дехидратация

Предимства	ограничение
✓Ниска цена, проста операция	✗Свободната фенолна степен на отстраняване < 60%
✓Може да премахне някои разтворими във вода примеси	✗Слабо отстраняване на метални йони
✓Подходящо за индустриални продукти	✗Генерира голямо количество отпадъчни води (значително екологично натоварване)

3.2 Метод 2: Екстракция с разтворител

【Технологичен процес】 Смолата се разтваря в органичен разтворител → Добавяне на слаб разтворител за утаяване → Филтриране → Вакуумно сушене

Предимства	Ограничения
✓ Може да премахва компоненти с ниска молекулна маса	✗ Високо консумиране на разтворител (5-10 пъти масата на смолата)
✓ Позволява известна степен на настройка на PDI	✗ Високи разходи за възстановяване на разтворителя
✓ Подходящ за малки партиди, висококачествени продукти	✗ Нисък добив (70-85%)

3.3 Метод 3: Конвенционална вакуумна дестилация

【Технологичен поток】 Разтопяване на смолата → Дестилация при намалено налягане (0,1-1 kPa) → Събиране на фракции

Предимства	Ограничения:
✓ Ефективно премахва свободни феноли и формалдехид	✗ Изисква високи температури (180-250 ℃), което води до лесна полимеризация/деградация на смолата.
✓ Без остатъчен разтворител	✗ Дълго време на престой (2-6 часа), което води до потъмняване на цвета.
✓ Рециклируеми мономери	✗ Висока вискозност, която води до ниска ефективност на масовия пренос.

3.4 Сравнително обобщение на традиционните методи

 

 

Методи:	Скорост на премахване на свободен фенол	Контрол на PDI	Доходност	Цвят	Разходи	Приложими класове:
Измиване с вода + неутрализация	50-60%	✗	90-95%	Изостеняване	Ниско	Промишлен клас
Екстракция с разтворител	70-85%	✓	70-85%	Подобряване	Висок	Електронен клас
Конвенционална вакуумна дестилация	80-90%	✗	75-88%	Тежко влошаване	Среден	Клас за PCB
Молекулна дестилация с кратък път	95-99%	✓ Прецизно	88-95%	Отлично	Среден	Клас за фотолитография

Очевидно традиционните методи имат значителни недостатъци при висока чистота, нисък цвят и прецизен контрол на молекулната маса и не могат да отговарят на изискванията за фенолови смоли от клас за фотолитография и за полупроводникови капсули.

Глава 4: Решение на Yuanhuai

4.1 Основна технология: Молекулна дестилация с кратък път

Системата за молекулна дестилация Yuanhuai YHCHEM е специална технология за течност-течност разделяне, която осъществява разделяне при висок вакуум и ниски температури, използвайки разликите в средната свободна пътека на молекулите на различните вещества, особено подходяща за пречистване на термочувствителни, високовязки и висококипящи материали.

4.2 Принцип на работа

 

 

Стъпки:	Описание на процеса	Ключови параметри
① Подаване на материал	Предварително загрятият разтвор на смола влиза в испарителя.	Течност: Добра
② Формиране на филм	Скребър разпределя материала в тънък филм.	Скорост на въртене: 10-300 об/мин
③ Отопление	Повърхността за нагряване се поддържа при сравнително ниска температура.	Налягане: Много по-ниско в сравнение с конвенционалната дестилация
④ Изпарение	Леки компоненти (с ниска точка на кипене) изпаряват и напускат системата.	Средна свободна пътека: >2-5 см
⑤ Пренос на кратко разстояние	Изпарените молекули пътуват по права линия до повърхността за кондензация.	Разстояние: 2-5 см, без сблъсъци
⑥ Кондензация	Леките компоненти кондензират върху повърхнината за кондензация.	Температура: -10~20 ℃
⑦ Разделение	Тежките компоненти се стичат надолу по повърхнината за нагряване.	Неизпарени вещества с висока молекулна маса
⑧ Колекция	Леките и тежките компоненти се събират отделно.	Непрекъсната сегментирана работа

4.3 Уникални предимства за пречистване на фенолни смоли

Технически характеристики:	Значение за фенолните смоли:
Ултра-висок вакуум	Температурата на кипене е намалена с 80-150 ℃, предпазвайки от термална полимеризация/деградация
Изключително кратко време на престой	2-30 секунди, без деградация на цвета, запазвайки прозрачния светло жълт цвят
Работа при ниски температури	80-180℃, предпазвайки топлочувствителни хидроксилни групи и етерни връзки
Непрекъснато сегментирано събиране	Точно разделяне на олигомери, среди полимери и високомолекулни полимери, контролиране на PDI
Конструкция с изтрит филм	Равномерно образуване на филм от вискозни смоли, висока ефективност на масовия пренос
Всички повърхности, които контактуват с материала, са изработени от неръждаема стомана 316L	Елиминира метални йони като замърсители

Глава 5: Основно технологично оборудване

(1) Основна дестилационна единица

Компоненти	Спецификации/Материали	Характеристики:
Площ на изпарение	0,1-10 m ²	Персонализируемо, с производствена мощност 5-500 kg/h
Скрейпер	PTFE/316L	Скорост на въртене 10-300 rpm, образуващ тънка пленка от 0,1-1 mm
Метод на нагряване	Нагряване с топло масло/Електрическо нагряване	Точност на контрола на температурата ±2℃
Кондензор	316L неръжавеща стомана	Вградена спирална тръба, -10 до 20 ℃
Материал	Цялата конструкция от неръждаема стомана 316L + уплътнение от PTFE	Устойчива на корозия, с ниска контаминация с метални йони

(2) Вакуумна система

• Комбинация от коренов насос и ротационен лопатков насос: крайна вакуумност 0,1 Pa

• Вакуумметър: капацитивен мембранен вакуумметър, точност 0,1 Pa

• Хладилна ловушка: -80°C, предпазва вакуумния насос, събира мономери

(3) Система за автоматично управление

• PLC + екрани с докосване: Siemens/Mitsubishi

• Непрекъснат мониторинг: температура, ниво на вакуума, скорост на подаване, скорост на въртене

• Запис на данни: Исторически криви, проследяване на партиди

• Защита при аларма: Автоматично изключване при прегряване, вакуумна неизправност, ниво на течността извън нормата

 

 

 

 

 

 

Глава 6: Технологичен процес и параметри

6.1 Пълен технологичен процес

6.2 Ключови технологични параметри

Първа степен дестилация (Премахване на леки компоненти)

 

 

Параметри:	Зададени стойности:	Цел:
Температура на подаване	60-80℃	За намаляване на вискозитета за по-лесно транспортиране
Температура на изпарение	120-150℃	Да се изпари свободен фенол (точка на кипене 181 ℃)
Ниво на вакуум	1-5 Pa	Да се понижи точката на кипене до 80-120 ℃
Скорост на бъркалката	150-250 rpm	Да се образува еднородна тънка пленка
Скорост на подаване	10-30 kg/h ·м ²	Време на пребиваване: 5-15 секунди
Събрани компоненти	Леки компоненти (свободен фенол, формалдехид, вода)	5-15%

Ефект: Свободният фенол намалява от 3000-8000 ppm до <500 ppm

Втора стъпка дестилация (регулиране на разпределението на молекулното тегло)

Параметри:	Настройки:	Цел:
Температура на изпарение	150-170℃	Изпарение на олигомери (Mw < 2000)
Ниво на вакуум	0.5-2 Pa	По-ниска точка на кипене
Скорост на бъркалката	100-200 rpm	Балансиран пренос на маса и време на пребиваване
Скорост на подаване	8-20 kg/h ·м ²	Време на пребиваване: 10-30 секунди
Събрани компоненти	Леки компоненти (олигомери)	10-20%

Ефект: ИПР намален от 2,5-3,5 до 1,5-2,0

Трета степен дестилация (рафиниране)

Параметри:	Настройки:	Цел:
Температура на изпарение	170-180℃	Премахване на катализатори и пигменти
Ниво на вакуум	0.1-1 Pa	Екстремен вакуум
Скорост на бъркалката	80-150 rpm	Фина сепарация
Скорост на подаване	5-15 kg/h ·м ²	Изчерпателен контакт
Събрани компоненти	Междинен дестилат (целеви продукт)	70-85%

Ефект: Чистота >99,0%, метални йони (в комбинация с йонообмен) <10 ppb

6.3 Пример за материален баланс

Пример въз основа на 100 кг суров смола:

Етапи на процеса	Вид материал	Маса (кг)	Дял от използваните суровини	Разпределение на материала
Хранене	Сурова фенолна смола	100	100%	Сирови материали
Предварителна обработка	Загуба на разтворител, остатък от филтриране	2-3	2-3%	Разтворителите могат да се рециклират
Първа дестилация	Леки компоненти (свободен фенол, формалдехид и др.)	8-12	8-12%	Могат да се използват рационално
Второ дестилиране	Леки компоненти (олигомери)	10-15	10-15%	Частично реизползваеми
Трето дестилиране	Тежки компоненти (полимери, примеси)	3-5	3-5%	Отхвърлят се или се използват за други цели
Изход	Фенолна смола с висока чистота	70-80	70-80%	Продукти за електроника/фотолитография

 

【Обща добивност】70-80% 【Подобрение на чистотата】95% → 99%+

Глава 7: Основни технически предимства

7.1 Сравнение с традиционните методи

Показатели:	Традиционна вакуумна дестилация	Екстракция с разтворител	Y HChem  Молекулярна дестилация
Работна температура	180-250℃	Стайна температура - 60 ℃	80-180℃
Време на престой	2-6 часа	Няколко часа	10-60 секунди
Ниво на вакуум	0,1-1 kPa	Атмосферно налягане	0,1-10 Pa
Скорост на премахване на свободен фенол	80-90%	70-85%	95-99%
Контрол на PDI	✗	✓	Точно
Промяна на цвета	Деградация: 3-5 нива	Подобрено с 1-2 нива	Без деградация
Доходност	75-88%	70-85%	88-95%
Консумация на разтворител	Никой	5-10 пъти	Никой
Консумация на енергия (kWh/тон)	800-1200	300-500 (включително рециклиране)	400-600
Замърсяване на оборудването	Тежки	Никой	Лек
Контрол на метални йони	Умерена	Бедните.	Отлично (Всички 316L)
Непрекъснато производство	Трудно	Трудно	Поддържано

7.2 Обобщение на основните предимства

✓ Свръхвисока чистота - Без фенол <500 ppm, без формалдехид <200 ppm, отговаря на изискванията за фоточувствителни маски

✓ Прецизен контрол на молекулната маса - PDI регулируемо на 1,3-1,8, приложимо за различни приложения

✓ Запазване на цвета - Светло жълто прозрачно, без термично разграждане

✓ Висок добив - 88-95%, с 10-20% по-висок в сравнение с екстракция с разтворители

✓ Екологична технология без емисии - Няма отпадъчни води, няма отпадъчен разтворител, съответства на екологичната политика

✓ Непрекъснато производство - Високо ниво на автоматизация, ниски разходи за труд

✓ Дълъг живот на оборудването - 316L неръждаема стомана, устойчива на корозия, лесна за почистване

Глава 8: Примери от прилагане и показатели за представяне

Очистка на фенолна смола за фоточувствителни маски

Клиент: Компания за електронни химикали (регион Перлен река)

Суровина: Фенолна смола индустриална класа (95% чистота, 5000 ppm свободен фенол)

Цел: Класа за фотополимер (чистота ≥99,5%, свободен фенол <500 ppm, PDI 1,5-1,8)

Режимни параметри:

• Оборудване: YMD-150

• Тривално дестилиране, температури 120/150/170℃

• Ниво на вакуум: 5/2/0,5 Pa

• Общо време за обработка: Приблизително 40 секунди

【Сравнение на ефекта от почистването】

Технически характеристики	суровина	След едно дестилиране	След две стъпки дестилиране	Готов продукт	Целевата
Чистота (%)	95.0	97.5	98.8	99.6	≥99.5
Свободен фенол (ppm)	5000	800	350	<200	<500
Свободен формалдехид (ppm)	800	200	80	<100	<200
ПДИ	2.8	2.6	1.9	1.6	1.5-1.8
Температура на омекване (°C)	105	108	112	115	110-120
Цвят (Гарднер)	5	4	3	<3	<3
Съдържание на пепел (ppm)	300	150	80	<50	<50
Метални йони (ppb)	80	50	20	<10	<10

Икономически ползи: Рендимент: 92%

Разходи и приходи на тон:

• Разходи за суровини: 20 000 CNY/тон

• Продажна цена след пречистване: 80 000 CNY/тон

• Брутната печалба на тон: 60 000 CNY

Годишно производство от 200 тона – Предимства:

• Увеличение на годишната печалба: 12 милиона CNY

Приложение А   Изпитвателни стандарти за фоточувствителни фенолни смоли

Тестови елементи:	Стандартни методи:	Инструменти и оборудване:
Молекулна маса	GPC	Waters GPC, стандартен полистирол
Съдържание на хидроксилни групи	Химично титруване	Потенциометричен титратор
Точка на мекуване	GB/T 4507	Уред за точка на омекване с пръстен и кълбо
Свободен фенол	GC-FID	Газов хроматограф
Свободен формалдехид	HPLC	Високоефективен течен хроматограф
Метални йони	ICP-MS	Масов спектрометър с индуктивно свързана плазма
Съдържание на пепел	GB/T 9345	Муфелна пещ, 550 ℃ сгоряване
Цвят	Метод на Гарднър	Колориметър
Съдържание на влажност	Карл Фишер	Уред за титруване на влагата по Карл Фишер

Приложение Б: Често задавани въпроси (ЧЗВ)

В1: Може ли молекулната дестилация да се използва за обработка на твърди фенолни смоли?

О: Да. Трябва да се разтвори в разтворител (като например толуен, етанол) или да се загрее до стопено състояние (обикновено 80–120 °C), преди да се подаде.

В2: Има ли нужда от специални изисквания за взривозащита на оборудването?

О: Ако се използват запалими разтворители (като толуен, етанол), трябва да се дефинират взривоопасни зони (например Зона 2) и да се осигури взривозащитни двигатели и уреди.

В3: Могат ли да се обработват термореактивни фенолни смоли?

A: Препоръчваме преработката на термопластични (новолак) смоли. Терморазтвърдяващите (резол) смоли не са подходящи за молекулярна дестилация поради лошата им течност, причинена от частично напречно свързване. Ако е необходимо преработване, то трябва да се извършва в течна фаза преди вулканизация.

В4: Как да се съхранява пречистената смола?

A: Препоръчва се продуктът да се съхранява в запечатан контейнер на хладно, сухо място, за да се предотврати абсорбирането на влага и окислението. За смоли за фотолитография се препоръчва съхранение под азотна защита, като срокът на годност може да достигне 12 месеца.

В5: Колко време отнема почистването на оборудването при един цикъл?

A: Приблизително 2-4 часа. Процесът включва циркулиране на разтворители като толуен или ацетон, като ефектът се подобрява чрез нагряване до 80–100 °C. Препоръчва се задълбочено почистване след всеки 10–20 партиди.

В6: Заемано пространство и изисквания за височина на оборудването?

A: YHMD-150 заема около 15 m², височина на оборудването около 3,5 метра, изисква височина на фабричния под ≥ 4,5 метра. Ако височината на пода е недостатъчна, може да се използва хоризонтална конструкция по поръчка.

В7: Може ли едновременно да се обработват няколко различни класа смоли?

A: Да, но между различните партиди е необходимо почистване, за да се избегне кръстосано замърсяване. Препоръчва се да се разработи стандартна операционна процедура (SOP) за смяна на продуктите, за да се осигури последователност между отделните партиди.