Solution de purification de la résine phénolique

Chapitre 1 : Contexte et exigences

1.1 Introduction à la résine phénolique

La résine phénolique, scientifiquement appelée résine phénol-formaldéhyde, est l'une des premières résines synthétiques industrialisées au monde, formée par polycondensation de composés phénoliques et de formaldéhyde sous l'action d'un catalyseur. En raison de son excellente résistance thermique, de sa propriété ignifuge, de sa résistance mécanique et de son isolation électrique, elle est largement utilisée dans les domaines suivants :

• Matériaux électroniques : Résine photosensible, substrat de PCB, encapsulation de semi-conducteurs

• Matériaux composites : Matériaux renforcés par fibre de verre, matériaux de friction (plaquettes de frein)

• Revêtements et adhésifs : Revêtements résistants aux hautes températures, colles pour bois

• Matériaux réfractaires : Briques réfractaires, matériaux d'isolation

• Plastiques techniques : Interrupteurs électriques, composants automobiles

1.2 Demande du marché pour la résine phénolique de haute pureté

Avec le développement rapide de l'industrie de l'information électronique et des nouveaux matériaux pour l'énergie, des exigences de pureté plus strictes ont été imposées aux résines phénoliques :

Domaine d'application	Exigence de pureté	Limites clés des impuretés	Prix ​​du marché (10 k CNY/tonne)
Résine pour photorésist	≥99.5%	Phénol libre < 500 ppm Teneur en cendres < 50 ppm	6-12
Encapsulation pour semi-conducteurs	≥99.0%	Ions métalliques < 10 ppm Ions chlore < 20 ppm	4-8
Substrat de PCB	≥98.5%	Phénol libre < 1000 ppm Humidité <1%	2-5
Qualité industrielle générale	≥95%	Phénol libre <3000 ppm	1-2

1.3 Opportunités de production domestique

Actuellement, la dépendance aux importations pour les résines phénoliques haut de gamme (qualité photorésist, qualité semi-conducteur) atteint 60 à 80 %, offrant un espace considérable pour le remplacement domestique. La production locale présente les avantages suivants :

• Avantage coût : Les coûts de production locaux sont inférieurs de 30 à 50 % par rapport aux importations

• Avantage livraison : Pas besoin de logistique internationale longue, livraison en moins d'une semaine

• Avantage service : Assistance technique localisée, réponse rapide aux besoins des clients

• Sécurité de la chaîne d'approvisionnement : Évite les risques de rupture d'approvisionnement liés aux tensions commerciales internationales

Chapitre 2 : Exigences de pureté et défis pour les résines phénoliques

2.1 Indicateurs de qualité fondamentaux

La résine phénolique de haute pureté doit satisfaire aux indicateurs clés suivants :

Article	Qualité pour résine photosensible	Niveau d’emballage pour semi-conducteur	Qualité CCI
Poids moléculaire （MW ）	3,000-8,000	5,000-12,000	8,000-20,000
Polydispersité PDI	1.3-1.8	1.5-2.0	1.8-2.5
Point de ramollissement (℃)	90-130	100-140	110-150
Teneur en groupes hydroxyle (%)	15-25	12-20	10-18
Phénol libre (ppm)	<500	<1,000	❤️<3 000
Formaldéhyde libre (ppm)	<200	<500	<1,000
Teneur en cendres (PPM)	<50	<100	<300
Ions métalliques (ppb)	<10	<20	<50
Ions chlore (ppm)	<20	<50	<100
Couleur (Gardner)	❤️<3	<4	<5
Humidité(%)	<0.5	<1.0	<2.0

 

2.2 Principaux défis dans la purification

• Élimination du phénol libre et du formaldéhyde libre - Les résidus de monomères non réagis affectent les performances et la sécurité de la résine
• Séparation des oligomères et des polymères - La distribution de masse moléculaire (PDI) nécessite un contrôle strict
• Contamination par des ions métalliques - Résidus de catalyseurs (tels que l'acide oxalique, l'acide chlorhydrique, etc.) et introduction par corrosion des équipements
• Sensibilité à la chaleur - Facile à polymériser davantage ou à se dégrader à haute température, assombrissement de la couleur
• Viscosité élevée - Solide ou liquide hautement visqueux à température ambiante, difficile à distiller par les méthodes traditionnelles

Chapitre 3 : Méthodes de purification traditionnelles et leurs limites

3.1 Méthode 1 : Lavage à l'eau + Neutralisation

【Flux du procédé】 Solution de résine → Lavage à l'eau chaude → Neutralisation alcaline → Décantation par repos → Déshydratation

Avantages	limitation
✓Coût faible, fonctionnement simple	✗Taux d'élimination du phénol libre < 60 %
✓Permet d'éliminer certaines impuretés solubles dans l'eau	✗Élimination médiocre des ions métalliques
✓Adapté aux produits de qualité industrielle	✗Génère une grande quantité d'eaux usées (pression environnementale importante)

3.2 Méthode 2 : Extraction par solvant

【Flux du procédé】 Dissolution de la résine dans un solvant organique → Ajout d'un solvant pauvre pour précipitation → Filtration → Séchage sous vide

Avantages	Limitations
✓ Peut éliminer les composants de faible masse moléculaire	✗ Consommation élevée de solvant (5 à 10 fois la masse de la résine)
✓ Permet un certain ajustement du DIP	✗ Coûts élevés de récupération du solvant
✓ Adapté aux produits de petite série et haut de gamme	✗ Rendement faible (70-85 %)

3.3 Méthode 3 : Distillation sous vide conventionnelle

【Flux du procédé】 Fusion de la résine → Distillation sous pression réduite (0,1-1 kPa) → Collecte des fractions

Avantages	Limitations :
✓ Élimine efficacement les phénols libres et le formaldéhyde	✗ Nécessite des températures élevées (180-250 ℃), entraînant une polymérisation/dégradation facile de la résine.
✓ Pas de résidu de solvant	✗ Temps de séjour long (2-6 heures), entraînant un fonçissement de la couleur.
✓ Monomères recyclables	✗ Viscosité élevée, entraînant une faible efficacité de transfert de masse.

3.4 Résumé comparatif des méthodes traditionnelles

 

 

Méthodes :	Taux d'élimination du phénol libre	Contrôle du PDI	Limite d'élasticité	Couleur	Coût	Qualités applicables :
Lavage à l'eau + neutralisation	50-60%	✗	90-95%	Détérioration	Faible	Grade industriel
Extraction par solvant	70-85%	✓	70-85%	Amélioration	Élevé	Classe Électronique
Distillation sous vide conventionnelle	80-90%	✗	75-88%	Détérioration sévère	Moyenne	Qualité CCI
Distillation moléculaire à courte cheminée	95-99%	✓ Précis	88-95%	Excellent	Moyenne	Qualité pour résine photosensible

Évidemment, les méthodes traditionnelles présentent des lacunes importantes en termes de haute pureté, de faible couleur et de contrôle précis du poids moléculaire, et ne parviennent pas à satisfaire les exigences des résines phénoliques destinées aux matériaux photosensibles et à l'encapsulation des semi-conducteurs.

Chapitre 4 : Solution Yuanhuai

4.1 Technologie clé : Distillation moléculaire à courte cheminée

Le système de distillation moléculaire Yuanhuai YHCHEM est une technologie spéciale de séparation liquide-liquide qui permet la séparation dans des conditions de vide élevé et à basse température, en exploitant les différences de libre parcours moyen des molécules de différentes substances. Elle est particulièrement adaptée à la purification de matières sensibles à la chaleur, de haute viscosité et à point d'ébullition élevé.

4.2 Principe de fonctionnement

 

 

Étapes :	Description du procédé	Paramètres Clés
① Alimentation du matériau	La solution de résine préchauffée pénètre dans l'évaporateur.	Fluidité : Bonne
② Formation de film	Un racloir étale le matériau en un film mince.	Vitesse de rotation : 10-300 tr/min
③ Chauffage	La surface chauffante est maintenue à une température relativement basse.	Pression : Beaucoup plus faible que dans la distillation conventionnelle
④ Évaporation	Les composants légers (faible point d'ébullition) s'évaporent et s'échappent.	Libre parcours moyen : >2-5 cm
⑤ Transport sur courte distance	Les molécules évaporées se déplacent en ligne droite vers la surface de condensation.	Distance : 2-5 cm, pas de collisions
⑥ La condensation	Les composants légers se condensent sur la surface de condensation.	Température : -10~20 ℃
⑦ Séparation	Les composants lourds s'écoulent vers le bas le long de la surface chauffante.	Substances à haut poids moléculaire non vaporisées
⑧ Collection	Les composants légers et lourds sont recueillis séparément.	Fonctionnement segmenté continu

4.3 Avantages uniques pour la purification des résines phénoliques

Caractéristiques techniques :	Importance pour les résines phénoliques :
Ultra-vide	Point d'ébullition réduit de 80-150 ℃, empêchant la polymérisation thermique/la dégradation
Temps de séjour extrêmement court	2-30 secondes, sans dégradation de la couleur, en maintenant une couleur jaune clair transparente
Fonctionnement à basse température	80-180℃, protégeant les groupes hydroxyles et les liaisons éther sensibles à la chaleur
Collecte continue segmentée	Séparation précise des oligomères, des polymères moyens et des polymères hauts, contrôle du PDI
Conception à film raclé	Formation uniforme du film pour les résines à haute viscosité, haute efficacité de transfert de matière
Toutes les surfaces en contact avec le matériau sont en acier inoxydable 316L	Élimine la contamination par les ions métalliques

Chapitre 5 : Équipement principal du procédé

(1) Unité principale de distillation

Composants	Spécifications/Matériaux	Caractéristiques :
ZONE D'ÉVAPORATION	0,1-10 m ²	Personnalisable, avec une capacité de traitement de 5-500 kg/h
Grattoir	PTFE/316L	Vitesse de rotation de 10 à 300 tr/min, formant un film mince de 0,1 à 1 mm
Méthode de chauffage	Huile thermique/Chauffage électrique	Précision de régulation de température de ±2℃
Condenseur	l'acier inoxydable 316L	Tuyau spiral intégré, -10 à 20 ℃
Matériau	Acier inoxydable 316L + joint en PTFE	Résistant à la corrosion, faible contamination par les ions métalliques

(2) Système sous vide

• Pompe Roots + Pompe à palettes rotatives : Vide ultime 0,1 Pa

• Jauge de vide : Jauge capacitive à diaphragme, précision 0,1 Pa

• Piège froid : -80 °C, protège la pompe à vide, récupère les monomères

(3) Système de contrôle d'automatisation

• API + Écran tactile : Siemens/Mitsubishi

• Surveillance en temps réel : température, niveau de vide, débit d'alimentation, vitesse de rotation

• Enregistrement des données : Courbes historiques, traçabilité par lot

• Protection par alarme : arrêt automatique en cas de température excessive, d'anomalie de vide ou d'anomalie du niveau de liquide

 

 

 

 

 

 

Chapitre 6 : Flux et paramètres du processus

6.1 Flux de processus complet

6.2 Paramètres clés du processus

Distillation en première étape (élimination des composants légers)

 

 

Paramètres :	Valeurs réglées :	Objectif :
Température d'alimentation	60-80℃	Réduire la viscosité pour faciliter le transport
Température d'évaporation	120-150℃	Vaporiser le phénol libre (point d'ébullition 181 ℃)
Niveau de vide	1-5 Pa	Abaisser le point d'ébullition à 80-120 ℃
Vitesse des essuie-glaces	150-250 tr/min	Pour former un film mince uniforme
Vitesse d'alimentation	10-30 kg/h ·m ²	Temps de séjour : 5-15 secondes
Composants récupérés	Composants légers (phénol libre, formaldéhyde, eau)	5-15%

Effet : le phénol libre passe de 3000-8000 ppm à <500 ppm

Distillation en deux étapes (ajustement de la distribution des masses moléculaires)

Paramètres :	Paramètres :	Objectif :
Température d'évaporation	150-170℃	Vaporisation des oligomères (Mw < 2000)
Niveau de vide	0,5-2 Pa	Point d'ébullition plus bas
Vitesse des essuie-glaces	100-200 tr/min	Transfert de masse et temps de séjour équilibrés
Vitesse d'alimentation	8-20 kg/h ·m ²	Temps de séjour : 10-30 secondes
Composants récupérés	Composants légers (oligomères)	10-20%

Effet : IIP réduit de 2,5-3,5 à 1,5-2,0

Troisième étape de distillation (raffinage)

Paramètres :	Paramètres :	Objectif :
Température d'évaporation	170-180℃	Élimination des catalyseurs et des pigments
Niveau de vide	0,1-1 Pa	Vide extrême
Vitesse des essuie-glaces	80-150 tr/min	Séparation fine
Vitesse d'alimentation	5-15 kg/h ·m ²	Contact approfondi
Composants récupérés	Distillat intermédiaire (produit cible)	70-85%

Effet : Pureté >99,0 %, ions métalliques (associés à l'échange d'ions) <10 ppb

6.3 Exemple de bilan matière

Exemple basé sur 100 kg de résine brute :

Étapes du procédé	Type de matériau	Masse (kg)	Proportion des matières premières utilisées	Élimination des matériaux
Alimentation	Résine phénolique brute	100	100%	Matières premières
Prétraitement	Perte de solvants, résidus de filtration	2-3	2-3%	Les solvants sont recyclables
Première distillation	Composants légers (phénol libre, formaldéhyde, etc.)	8-12	8-12%	Peuvent être utilisés de manière optimale
Seconde distillation	Composants légers (oligomères)	10-15	10-15%	Partiellement réutilisable
Troisième distillation	Composants lourds (polymères, impuretés)	3-5	3-5%	Éliminé ou réaffecté à d'autres utilisations
Sortie	Résine phénolique de haute pureté	70-80	70-80%	Produits de qualité électronique/qualité lithographie optique

 

【Rendement total】70-80 % 【Amélioration de la pureté】95 % → 99 %+

Chapitre 7 : Principaux avantages techniques

7.1 Comparaison avec les méthodes traditionnelles

Indicateurs :	Distillation sous vide traditionnelle	Extraction par solvant	Y HChem  Distillation moléculaire
Température de fonctionnement	180-250℃	Température ambiante - 60 ℃	80-180℃
Temps de séjour	2-6 heures	Plusieurs heures	10-60 secondes
Niveau de vide	0,1-1 kPa	Pression atmosphérique	0,1-10 Pa
Taux d'élimination du phénol libre	80-90%	70-85%	95-99%
Contrôle du PDI	✗	✓	Précis
Changement de couleur	Dégradation : 3 à 5 niveaux	Amélioré de 1 à 2 niveaux	Aucune dégradation
Limite d'élasticité	75-88%	70-85%	88-95%
Consommation de solvant	Aucun	5 à 10 fois	Aucun
Consommation d'énergie (kWh/tonne)	800-1200	300-500 (y compris la récupération)	400-600
Encrassement de l'équipement	Sévère	Aucun	Un peu
Contrôle des ions métalliques	Modéré	Les pauvres	Excellent (tout en 316L)
Production continue	Difficile	Difficile	Soutenue

7.2 Résumé des avantages principaux

✓ Pureté ultra-élevée - Phénol libre <500 ppm, formaldéhyde libre <200 ppm, répond aux exigences de qualité pour les résines photosensibles

✓ Contrôle précis de la masse moléculaire - PDI ajustable entre 1,3 et 1,8, adaptable à différentes applications

✓ Rétention de la couleur - Jaune clair transparent, sans dégradation thermique

✓ Rendement élevé - 88-95 %, 10-20 % supérieur à l'extraction par solvant

✓ Zéro émission respectueuse de l'environnement - Pas d'eaux usées, pas de solvant usagé, conforme aux normes environnementales

✓ Production continue - Degré élevé d'automatisation, faibles coûts de main-d'œuvre

✓ Longue durée de vie des équipements - Acier inoxydable 316L, résistant à la corrosion, facile à nettoyer

Chapitre 8 : Cas d'application et indicateurs de performance

Purification de résine phénolique de qualité photorésist

Client : Une entreprise de produits chimiques électroniques (région du Delta de la Rivière des Perles)

Matière première : Résine phénolique de qualité industrielle (pureté à 95 %, 5000 ppm de phénol libre)

Objectif : Qualité photorésist (pureté ≥ 99,5 %, phénol libre < 500 ppm, PDI 1,5-1,8)

Paramètres du processus :

• Équipement : YMD-150

• Distillation en trois étages, températures 120/150/170 ℃

• Niveau de vide : 5/2/0,5 Pa

• Temps de traitement total : environ 40 secondes

【】Comparaison de l'effet de purification

CARACTÉRISTIQUES	matière première	Après une distillation	Après deux étapes de distillation	Produit fini	Cible
Pureté (%)	95.0	97.5	98.8	99.6	≥99.5
Phénol libre (ppm)	5000	800	350	<200	<500
Formaldéhyde libre (ppm)	800	200	80	<100	<200
PDI	2.8	2.6	1.9	1.6	1.5-1.8
Point d'adoucissement (°C)	105	108	112	115	110-120
Couleur (Gardner)	5	4	3	<3	<3
Teneur en cendres (ppm)	300	150	80	<50	<50
Ions métalliques (ppb)	80	50	20	<10	<10

Avantages économiques : Rendement : 92%

Coût et revenu par tonne :

• Coût des matières premières : 20 000 CNY/tonne

• Prix de vente purifié : 80 000 CNY/tonne

• Bénéfice brut par tonne : 60 000 CNY

Avantages d'une production annuelle de 200 tonnes :

• Augmentation du bénéfice annuel : 12 millions de CNY

Annexe A   Normes de test pour les résines phénoliques de qualité photorésist

Éléments du test :	Méthodes normalisées :	Instruments et équipements :
Poids moléculaire	GPC	Waters GPC, polystyrène standard
Teneur en groupes hydroxyle	Titrage chimique	Titrage potentiométrique
Point de ramollissement	GB/T 4507	Appareil de détermination du point de ramollissement par anneau et bille
Phénol libre	GC-FID	Chromatographe à Gaz
Formaldéhyde libre	CPLH	Chromatographe liquide haute performance
Ions métalliques	ICP-MS	Spectromètre de masse à plasma couplé inductivement
Teneur en cendres	GB/T 9345	Four à moufle, 550 ℃ incinération
Couleur	Méthode Gardner	Colorimètre
Teneur en humidité	Karl Fischer	Titrage de l'humidité par Karl Fischer

Annexe B : Questions fréquemment posées (FAQ)

Q1 : La distillation moléculaire peut-elle être utilisée pour traiter des résines phénoliques solides ?

R : Oui. Elle doit être dissoute dans un solvant (tel que le toluène, l'éthanol) ou chauffée à l'état fondu (généralement entre 80 et 120 °C) avant l'alimentation.

Q2 : L'équipement nécessite-t-il des exigences particulières en matière d'explosion-proof ?

A : Si des solvants inflammables (tels que le toluène, l'éthanol) sont utilisés, des zones antidéflagrantes (telles que la Zone 2) doivent être définies et équipées de moteurs et d'instruments antidéflagrants.

Q3 : Les résines thermodurcissables phénoliques peuvent-elles être transformées ?

A : Nous recommandons de transformer des résines de type thermoplastique (Novolac). Les résines de type thermodurcissable (Resol) ne conviennent pas à la distillation moléculaire en raison de leur faible fluidité causée par un réticulation partielle. Si une transformation est nécessaire, elle doit être effectuée en phase liquide avant le durcissement.

Q4 : Comment conserver la résine purifiée ?

A : Il est recommandé de conserver le produit dans un récipient hermétiquement fermé, dans un endroit frais et sec, afin d'éviter l'absorption d'humidité et l'oxydation. Pour les résines destinées aux photosensibles, un stockage sous protection azotée est recommandé, permettant une durée de conservation allant jusqu'à 12 mois.

Q5 : Combien de temps prend un nettoyage complet de l'équipement ?

A : Environ 2 à 4 heures. Le processus implique la circulation de solvants tels que le toluène ou l'acétone, et l'effet est amélioré par un chauffage à 80-100 °C. Il est recommandé d'effectuer un nettoyage complet après chaque lot de 10 à 20 cycles.

Q6 : Encombrement au sol et contraintes de hauteur de l'équipement ?

A : Le YHMD-150 occupe environ 15 m², avec une hauteur d'équipement d'environ 3,5 mètres, nécessitant une hauteur de bâtiment d'au moins 4,5 mètres. Si la hauteur disponible est insuffisante, une structure horizontale peut être réalisée en sur mesure.

Q7 : Est-il possible de traiter simultanément plusieurs grades de résine différents ?

A : Oui, mais un nettoyage est nécessaire entre les différents lots afin d'éviter toute contamination croisée. Il est recommandé d'établir une procédure opérationnelle normalisée (SOP) pour les changements de produit afin d'assurer la cohérence d'un lot à l'autre.