Lösung zur Reinigung von Phenolharz

Kapitel 1: Hintergrund und Anforderungen

1.1 Einführung in Phenolharz

Phenolharz, wissenschaftlich bekannt als Phenol-Formaldehyd-Harz, ist eines der weltweit frühesten industrialisierten synthetischen Harze, das durch Polykondensation von phenolischen Verbindungen und Formaldehyd unter Katalysatorwirkung entsteht. Aufgrund seiner hervorragenden Wärmebeständigkeit, Flammwidrigkeit, mechanischen Festigkeit und elektrischen Isolierung findet es breite Anwendung in:

• Elektronische Materialien: Fotolackharz, Leiterplatten-Substrat, Halbleiter-Encapsulation

• Verbundwerkstoffe: Glasfaserverstärkte Werkstoffe, Reibungswerkstoffe (Bremsbeläge)

• Beschichtungen und Klebstoffe: Hochtemperaturbeständige Beschichtungen, Holzklebstoffe

• Feuerfeste Werkstoffe: Feuerfestziegel, Dämmstoffe

• Technische Kunststoffe: Elektroschalter, Automobilbauteile

1.2 Marktnachfrage nach hochreinem Phenolharz

Mit der rasanten Entwicklung der elektronischen Informationsindustrie und der neuen Energierohstoffe wurden höhere Reinheitsanforderungen an Phenolharze gestellt:

Anwendungsbereich	Anforderung an die Reinheit	Wesentliche Grenzwerte für Verunreinigungen	Marktpreis (10k CNY/Tonne)
Photoresist-Harz	≥99.5%	Freies Phenol <500 ppm Aschegehalt <50 ppm	6-12
Halbleiter-Verkapselung	≥99.0%	Metallionen <10 ppm Chloridionen <20 ppm	4-8
Leiterplatten-Substrat	≥98.5%	Freies Phenol <1000 ppm Feuchtigkeit <1%	2-5
Allgemeine Industriequalität	≥95%	Freies Phenol <3000 ppm	1-2

1.3 Inländische Produktionsmöglichkeiten

Derzeit liegt die Importabhängigkeit von hochwertigen Phenolharzen (Fotoresist-Grad, Halbleiter-Grad) bei 60–80 %, was einen erheblichen Raum für inländische Substitution bedeutet. Die heimische Produktion bietet folgende Vorteile:

• Kostenvorteil: Lokale Herstellungskosten sind um 30–50 % niedriger als bei Importen

• Lieferzeitvorteil: Kein langwieriger internationaler Transport erforderlich, Lieferung innerhalb von 1 Woche

• Servicevorteil: Lokale technische Unterstützung, schnelle Reaktion auf Kundenanforderungen

• Versorgungssicherheit: Vermeidung von Lieferausfällen durch internationale Handelskonflikte

Kapitel 2: Reinheitsanforderungen und Herausforderungen für Phenolharz

2.1 Kernqualitätsindikatoren

Hochreines phenolisches Harz muss die folgenden Schlüsselindikatoren erfüllen:

Artikel	Photoresist-Grad	Halbleiterverpackungsstufe	PCB-Grad
Molekülgewicht （MW ）	3,000-8,000	5,000-12,000	8,000-20,000
Polydispersität PDI	1.3-1.8	1.5-2.0	1.8-2.5
Weichpunkt (℃)	90-130	100-140	110-150
Hydroxylgehalt (%)	15-25	12-20	10-18
Freies Phenol (ppm)	<500	<1,000	❤️<3.000
Freies Formaldehyd (ppm)	<200	<500	<1,000
Aschegehalt (PPM)	<50	<100	<300
Metallionen (ppb)	<10	<20	<50
Chloridionen (ppm)	<20	<50	<100
Farbe (Gardner)	❤️<3	<4	<5
Feuchtigkeit(%)	<0.5	<1.0	<2.0

 

2.2 Hauptprobleme bei der Reinigung

• Entfernung von freiem Phenol und freiem Formaldehyd – Unreaktierte Monomerreste beeinträchtigen die Harzleistung und -sicherheit
• Trennung von Oligomeren und Polymeren – Die Molmassenverteilung (PDI) erfordert eine strenge Kontrolle
• Metallionenkontamination – Katalysatorrückstände (wie Oxalsäure, Salzsäure usw.) und Gerätekorrosion
• Wärmeempfindlichkeit – Neigung zur weiteren Polymerisation oder Zersetzung bei hohen Temperaturen, Verfärbung
• Hohe Viskosität – Feststoff oder hochviskose Flüssigkeit bei Raumtemperatur, erschwert herkömmliche Destillation

Kapitel 3: Herkömmliche Reinigungsverfahren und ihre Grenzen

3.1 Methode 1: Wasserspülung + Neutralisation

【Prozessablauf】 Harzlösung → Heißwasserspülung → Alkalische Neutralisation → Stehendes Schichten → Entwässerung

Vorteile	einschränkung
✓Geringe Kosten, einfache Bedienung	✗Freie Phenol-Entfernungsrate < 60 %
✓Kann einige wasserlösliche Verunreinigungen entfernen	✗Schlechte Entfernung von Metallionen
✓Geeignet für Produkte im Industriestandard	✗Erzeugt große Mengen an Abwasser (erheblicher Umweltdruck)

3.2 Methode 2: Lösungsmittel-Extraktion

【Prozessablauf】 Harz in organischem Lösungsmittel gelöst → Zugabe eines schlechten Lösungsmittels zur Ausfällung → Filtration → Vakuumtrocknung

Vorteile	Einschränkungen
✓ Kann niedermolekulare Bestandteile entfernen	✗ Hoher Lösungsmittelverbrauch (5-10-fache Harzmasse)
✓ Ermöglicht eine gewisse Anpassung des PDI	✗ Hohe Kosten für die Lösungsmittelrückgewinnung
✓ Geeignet für Kleinserien und hochwertige Produkte	✗ Geringe Ausbeute (70–85 %)

3.3 Methode 3: Konventionelle Vakuumdestillation

【Verfahrensablauf】 Harzschmelze → Destillation unter vermindertem Druck (0,1–1 kPa) → Fraktionensammlung

Vorteile	Einschränkungen:
✓ Entfernt freie Phenole und Formaldehyd wirksam	✗ Erfordert hohe Temperaturen (180–250 ℃), was zu einer leichten Polymerisation/Zersetzung des Harzes führt.
✓ Keine Lösungsmittelrückstände	✗ Lange Verweilzeit (2–6 Stunden), führt zu einer Farbvertiefung.
✓ Recycelbare Monomere	✗ Hohe Viskosität, führt zu geringer Stoffübergabeeffizienz.

3.4 Zusammenfassender Vergleich der herkömmlichen Methoden

 

 

Methoden:	Freier Phenol-Abbaugrad	PDI-Kontrolle	Ertrag	Farbe	Kosten	Anwendbare Qualitäten:
Wasserspülung + Neutralisation	50-60%	✗	90-95%	Verschlechterung	Niedrig	Industriequalität
Lösungsmittelextraktion	70-85%	✓	70-85%	Verbesserung	Hoch	Elektronische Qualität
Konventionelle Vakuumdestillation	80-90%	✗	75-88%	Starke Verschlechterung	Mittel	PCB-Grad
Molekulare Kurzwegdestillation	95-99%	✓ Präzise	88-95%	Exzellent	Mittel	Photoresist-Grad

Offensichtlich weisen herkömmliche Methoden erhebliche Mängel bei der hohen Reinheit, geringen Farbintensität und präzisen Kontrolle des Molekulargewichts auf und können daher die Anforderungen an photoresistive und für die Halbleiterverkapselung geeignete Phenolharze nicht erfüllen.

Kapitel 4: Yuanhuai-Lösung

4.1 Kerntechnologie: Molekulare Kurzwegdestillation

Das molekulare Destillationssystem von Yuanhuai YHCHEM ist eine spezielle Flüssig-Flüssig-Trenntechnologie, die unter Hochvakuum und bei niedrigen Temperaturen arbeitet und die Trennung durch die Nutzung der unterschiedlichen mittleren freien Weglänge verschiedener Moleküle ermöglicht. Sie eignet sich besonders gut zur Reinigung von wärmeempfindlichen, hochviskosen und hochsiedenden Materialien.

4.2 Funktionsprinzip

 

 

Schritte:	Beschreibung des Prozesses	Schlüsselparameter
① Materialzufuhr	Die vorgewärmte Harzlösung tritt in den Verdampfer ein.	Fließfähigkeit: Gut
② Filmbildung	Ein Rakel verteilt das Material zu einem dünnen Film.	Drehzahl: 10–300 U/min
③ Heizung	Die Heizfläche wird relativ niedrig temperiert.	Druck: Deutlich niedriger als bei herkömmlicher Destillation
④ Verdunstung	Leichte Komponenten (niedriger Siedepunkt) verdampfen und entweichen.	Mittlere freie Weglänge: >2–5 cm
⑤ Kurzstreckentransport	Die verdampften Moleküle bewegen sich geradlinig zur Kondensationsfläche.	Abstand: 2–5 cm, keine Kollisionen
⑥ Kondenswasser	Die leichten Bestandteile kondensieren an der Kondensationsfläche.	Temperatur: -10~20 ℃
⑦ Trennung	Die schweren Bestandteile fließen entlang der Heizfläche nach unten.	Nicht verdampfte hochmolekulare Substanzen
⑧ Sammlung	Die leichten und schweren Bestandteile werden getrennt gesammelt.	Kontinuierlicher segmentierter Betrieb

4.3 Einzigartige Vorteile für die Reinigung von Phenolharzen

Technische Merkmale:	Bedeutung für Phenolharze:
Ultra-hoher Vakuum	Siedepunkt um 80–150 reduziert ℃, verhindert die thermische Polymerisation/Zersetzung
Extrem kurze Verweilzeit	2-30 Sekunden, keine Farbdegradation, beibehaltung der transparenten hellgelben Farbe
Niedertemperaturbetrieb	80-180℃, schützt wärmeempfindliche Hydroxylgruppen und Etherbindungen
Kontinuierliche segmentierte Sammlung	Präzise Trennung von Oligomeren, mittleren Polymeren und Hochpolymeren, Steuerung der PDI
Walzenfilm-Design	Gleichmäßige Filmbildung von hochviskosen Harzen, hohe Stoffübergangsleistung
Alle materialberührenden Oberflächen aus 316L-Edelstahl	Beseitigt Metallionenkontamination

Kapitel 5: Kerndestillationsanlage

(1) Kern-Destillationsanlage

Komponenten	Spezifikationen/Materialien	Merkmale:
VERDUNSTUNGSFLÄCHE	0,1–10 m ²	Anpassbar, mit einer Verarbeitungskapazität von 5–500 kg/h
Schaber	PTFE/316L	Drehzahl von 10–300 U/min, bildet einen 0,1–1 mm dünnen Film
Heizmethode	Thermisches Öl/Elektroheizung	Temperaturregelgenauigkeit von ±2℃
Kondensator	316L Edelstahl	Integrierter Spiralrohr, -10 bis 20 ℃
Material	Ganz aus Edelstahl 316L + PTFE-Dichtung	Korrosionsbeständig, geringe Metallionenkontamination

(2) Vakuumsystem

• Kombination aus Roots-Pumpe und Drehschieberpumpe: Endvakuum 0,1 Pa

• Vakuummessgerät: kapazitives Membran-Vakuummeter, Genauigkeit 0,1 Pa

• Kältefalle: -80°C, schützt Vakuumpumpe, gewinnt Monomere zurück

(3) Automatisierungssteuerungssystem

• SPS + Touchscreen: Siemens/Mitsubishi

• Echtzeitüberwachung: Temperatur, Vakuumniveau, Fördermenge, Drehzahl

• Datenaufzeichnung: Historische Kurven, Chargennachverfolgbarkeit

• Alarm-Schutz: Überhitzung, Vakuumstörung, automatische Abschaltung bei Füllstandstörung

 

 

 

 

 

 

Kapitel 6: Verfahrensablauf und Parameter

6.1 Kompletter Verfahrensablauf

6.2 Wichtige Prozessparameter

Destillation erster Stufe (Entfernung leichter Bestandteile)

 

 

Parameter:	Sollwerte:	Ziel:
Zulauftemperatur	60-80℃	Zur Verringerung der Viskosität für einfachere Förderung
Verdampfungstemperatur	120-150℃	Um freies Phenol zu verdampfen (Siedepunkt 181 ℃)
Vakuumniveau	1-5 Pa	Um den Siedepunkt auf 80–120 abzusenken ℃
Wischergeschwindigkeit	150-250 U/min	Um einen gleichmäßigen dünnen Film zu bilden
Vorschubgeschwindigkeit	10-30 kg/h ·m ²	Verweilzeit: 5-15 Sekunden
Gesammelte Komponenten	Leichte Komponenten (freies Phenol, Formaldehyd, Wasser)	5-15%

Wirkung: Freies Phenol reduziert von 3000-8000 ppm auf <500 ppm

Destillation zweiter Stufe (Anpassung der Molmassenverteilung)

Parameter:	Einstellungen:	Ziel:
Verdampfungstemperatur	150-170℃	Verdampfung von Oligomeren (Mw < 2000)
Vakuumniveau	0,5-2 Pa	Niedrigere Siedepunkt
Wischergeschwindigkeit	100-200 U/min	Ausgeglichener Stoffübergang und Verweilzeit
Vorschubgeschwindigkeit	8-20 kg/h ·m ²	Verweilzeit: 10-30 Sekunden
Gesammelte Komponenten	Leichte Bestandteile (Oligomere)	10-20%

Effekt: PDI verengt sich von 2,5-3,5 auf 1,5-2,0

Dritte Destillationsstufe (Raffination)

Parameter:	Einstellungen:	Zweck:
Verdampfungstemperatur	170-180℃	Entfernung von Katalysatoren und Pigmenten
Vakuumniveau	0,1-1 Pa	Extremes Vakuum
Wischergeschwindigkeit	80-150 U/min	Feine Trennung
Vorschubgeschwindigkeit	5-15 kg/h ·m ²	Gründlicher Kontakt
Gesammelte Komponenten	Zwischendestillat (Zielprodukt)	70-85%

Wirkung: Reinheit >99,0 %, Metallionen (in Kombination mit Ionenaustausch) <10 ppb

6.3 Beispiel zur Stoffbilanz

Beispiel basierend auf 100 kg Rohharz:

Verfahrensschritte	Materialtyp	Masse (kg)	Anteil der verwendeten Rohstoffe	Materialverbleib
Fütterung	Rohphenolharz	100	100%	Rohstoffe
Vorbehandlung	Lösemittelverlust, Filtrationsrückstand	2-3	2-3%	Lösemittel sind recycelbar
Erste Destillation	Leichte Bestandteile (freies Phenol, Formaldehyd usw.)	8-12	8-12%	Kann stofflich genutzt werden
Zweite Destillation	Leichte Bestandteile (Oligomere)	10-15	10-15%	Teilweise wiederverwendbar
Dritte Destillation	Schwere Komponenten (Polymere, Verunreinigungen)	3-5	3-5%	Entsorgt oder für andere Anwendungen herabgestuft
Ausgang	Hochreines phenolisches Harz	70-80	70-80%	Elektronikgrad/Photolithographiegrad-Produkte

 

【Gesamtausbeute】70–80 % 【Reinheitssteigerung】95 % → 99 % +

Kapitel 7: Wichtige technische Vorteile

7.1 Vergleich mit herkömmlichen Methoden

Indikatoren:	Herkömmliche Vakuumdestillation	Lösungsmittelextraktion	Y HChem  Molekulare Destillation
Betriebstemperatur	180-250℃	Raumtemperatur - 60 ℃	80-180℃
Verweilzeit	2–6 Stunden	Mehrere Stunden	10–60 Sekunden
Vakuumniveau	0,1-1 kPa	Luftdruck	0,1-10 Pa
Freier Phenol-Abbaugrad	80-90%	70-85%	95-99%
PDI-Kontrolle	✗	✓	Genau
Farbwechsel	Abbau: 3-5 Stufen	Verbessert um 1-2 Stufen	Kein Abbau
Ertrag	75-88%	70-85%	88-95%
Lösungsmittelverbrauch	Keine	5-10 Mal	Keine
Energieverbrauch (kWh/Tonne)	800-1200	300-500 (einschließlich Rückgewinnung)	400-600
Verschmutzung der Ausrüstung	Stark	Keine	Leicht
Metallionen-Kontrolle	- Einigermaßen	Schlecht	Ausgezeichnet (alles 316L)
Kontinuierliche Produktion	Schwierig	Schwierig	Unterstützt

7,2 Kerneigenschaften-Zusammenfassung

✓ Ultra-hohe Reinheit - Freies Phenol <500 ppm, freies Formaldehyd <200 ppm, erfüllt Anforderungen für Photolack-Qualität

✓ Präzise Molekulargewichtssteuerung - PDI einstellbar auf 1,3–1,8, anpassbar an verschiedene Anwendungen

✓ Farbstabilität - Hellgelb transparent, keine thermische Zersetzung

✓ Hohe Ausbeute - 88–95 %, 10–20 % höher als bei Lösungsmittelextraktion

✓ Umweltfreundlich, null Emissionen - Kein Abwasser, kein Abfalllösungsmittel, konform mit Umweltvorschriften

✓ Kontinuierliche Produktion – Hoher Automatisierungsgrad, geringe Arbeitskosten

✓ Lange Lebensdauer der Ausrüstung – 316L Edelstahl, korrosionsbeständig, leicht zu reinigen

Kapitel 8: Anwendungsbeispiele und Leistungsindikatoren

Reinigung von phenolischen Harzen in Fotolack-Qualität

Kunde: Ein Unternehmen für elektronische Chemikalien (Region Pearl River Delta)

Rohstoff: Industriequalität phenolisches Harz (95 % Reinheit, 5000 ppm freies Phenol)

Ziel: Fotolack-Qualität (Reinheit ≥99,5 %, freies Phenol <500 ppm, PDI 1,5–1,8)

Prozessparameter:

• Ausrüstung: YMD-150

• Dreistufige Destillation, Temperaturen 120/150/170 °C

• Vakuumniveau: 5/2/0,5 Pa

• Gesamtverarbeitungszeit: Ca. 40 Sekunden

【Purifikationseffekt-Vergleich

TECHNISCHE DATEN	rohmaterial	Nach einer Destillation	Nach zwei Destillationsstufen	Fertiges Produkt	Ziel
Reinheit (%)	95.0	97.5	98.8	99.6	≥99.5
Freies Phenol (ppm)	5000	800	350	<200	<500
Freies Formaldehyd (ppm)	800	200	80	<100	<200
PDI	2.8	2.6	1.9	1.6	1.5-1.8
Erweichungspunkt (°C)	105	108	112	115	110-120
Farbe (Gardner)	5	4	3	<3	<3
Aschegehalt (ppm)	300	150	80	<50	<50
Metallionen (ppb)	80	50	20	<10	<10

Wirtschaftliche Vorteile: Ausbeute: 92%

Kosten und Ertrag pro Tonne:

• Rohstoffkosten: 20.000 CNY/Tonne

• Verkaufspreis für gereinigtes Produkt: 80.000 CNY/Tonne

• Bruttogewinn pro Tonne: 60.000 CNY

Vorteile einer jährlichen Produktion von 200 Tonnen:

• Jährlicher Gewinnanstieg: 12 Millionen CNY

Anhang A   Prüfnormen für photoresistfähige phenolische Harze

Prüfungen:	Standardverfahren:	Geräte und Ausrüstung:
Molekülgewicht	GPC	Waters GPC, Standardpolystyrol
Hydroxylgehalt	Chemische Titration	Potentiometrischer Titrator
Weichpunkt	GB/T 4507	Ring-und-Kugel-Erweichungspunktgerät
Freier Phenol	GC-FID	Gaschromatograph
Freies Formaldehyd	HPLC	Hochleistungsflüssigkeitschromatograph
Metallionen	ICP-MS	Induktiv gekoppeltes Plasma-Massenspektrometer
Aschegehalt	GB/T 9345	Muffelofen, 550 ℃ verbrennung
Farbe	Gardner-Verfahren	Farbmessgerät
Feuchtigkeitsgehalt	Karl Fischer	Feuchte-Titrator nach Karl Fischer

Anhang B: Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F1: Kann die Molekulardestillation zur Verarbeitung fester phenolischer Harze verwendet werden?

A: Ja. Es muss in einem Lösungsmittel (wie Toluol, Ethanol) gelöst oder auf einen geschmolzenen Zustand (üblicherweise 80–120 °C) erhitzt werden, bevor es zugeführt wird.

F2: Benötigt die Ausrüstung besondere explosionsgeschützte Anforderungen?

A: Wenn entzündliche Lösungsmittel (wie Toluol, Ethanol) verwendet werden, müssen explosionsgeschützte Bereiche (wie Zone 2) klassifiziert und mit explosionsgeschützten Motoren und Instrumenten ausgestattet werden.

Q3: Können duroplastische Phenolharze verarbeitet werden?

A: Wir empfehlen die Verarbeitung von thermoplastischen (Novolak-) Harzen. Duroplastische (Resol-) Harze sind aufgrund ihrer durch teilweise Vernetzung bedingten schlechten Fließfähigkeit nicht für die Molekulardestillation geeignet. Falls eine Verarbeitung erforderlich ist, muss diese in der flüssigen Phase vor der Aushärtung erfolgen.

Q4: Wie wird das gereinigte Harz gelagert?

A: Es wird empfohlen, das Produkt in einem verschlossenen Behälter an einem kühlen, trockenen Ort zu lagern, um Feuchtigkeitsaufnahme und Oxidation zu vermeiden. Für Photolack-Harze wird die Lagerung unter Stickstoffschutz empfohlen, wodurch eine Haltbarkeit von bis zu 12 Monaten erreicht werden kann.

Q5: Wie lange dauert die Reinigung der Anlage nach einem Arbeitsgang?

A: Ca. 2–4 Stunden. Der Prozess umfasst die Zirkulation von Lösungsmitteln wie Toluol oder Aceton, wobei die Wirkung durch Erhitzung auf 80–100 °C verstärkt wird. Es wird empfohlen, nach jeweils 10–20 Chargen eine gründliche Reinigung durchzuführen.

Q7: Welche Grundfläche und Höhe benötigt die Anlage?

A: Die YHMD-150 benötigt etwa 15 m² Grundfläche, die Anlagenhöhe beträgt ca. 3,5 Meter und erfordert eine Hallenhöhe von ≥ 4,5 Metern. Bei unzureichender Raumhöhe kann eine horizontale Bauweise kundenspezifisch angefertigt werden.

Q8: Kann gleichzeitig mit mehreren verschiedenen Harzsorten gearbeitet werden?

A: Ja, jedoch ist zwischen den verschiedenen Chargen eine Reinigung erforderlich, um Kreuzkontaminationen zu vermeiden. Es wird empfohlen, einen standardisierten Umrüstprozess (SOP) einzurichten, um die Konsistenz von Charge zu Charge sicherzustellen.