Soluzione per la Purificazione della Resina Fenolica

Capitolo 1: Contesto e requisiti

1.1 Introduzione alla resina fenolica

La resina fenolica, scientificamente nota come resina fenolo-formaldeide, è una delle prime resine sintetiche industrializzate al mondo, formata dalla policondensazione di composti fenolici e formaldeide in presenza di un catalizzatore. Grazie alla sua eccellente resistenza termica, ignifugità, resistenza meccanica e isolamento elettrico, viene ampiamente utilizzata in:

• Materiali elettronici: Resina fotosensibile, Substrato per PCB, Incapsulamento per semiconduttori

• Materiali compositi: Materiali rinforzati con fibra di vetro, materiali d'attrito (pastiglie dei freni)

• Rivestimenti e adesivi: Rivestimenti resistenti alle alte temperature, adesivi per legno

• Materiali refrattari: Mattoni refrattari, materiali isolanti

• Plastica tecnica: Interruttori elettrici, componenti automobilistici

1.2 Domanda di mercato per resina fenolica ad alta purezza

Con lo sviluppo rapido dell'industria dell'informazione elettronica e dei nuovi materiali per l'energia, sono state poste esigenze più elevate riguardo alla purezza delle resine fenoliche:

Campo di applicazione	Requisito di Purezza	Limiti chiave delle impurità	Prezzo di mercato (10mila CNY/ton)
Resina fotosensibile	≥99.5%	Fenolo libero <500 ppm Contenuto di ceneri <50 ppm	6-12
Incapsulamento per semiconduttori	≥99.0%	Ioni metallici <10 ppm Ioni cloruro <20 ppm	4-8
Substrato PCB	≥98.5%	Fenolo libero <1000 ppm Umidità<1%	2-5
Grado industriale generale	≥95%	Fenolo libero<3000 ppm	1-2

1.3 Opportunità di produzione domestica

Attualmente, la dipendenza dalle importazioni di resine fenoliche di alta gamma (grado photoresist, grado semiconduttore) raggiunge il 60-80%, con un enorme spazio per la sostituzione interna. La produzione nazionale offre i seguenti vantaggi:

• Vantaggio sui costi: i costi di produzione locali sono del 30-50% inferiori rispetto alle importazioni

• Vantaggio sulla consegna: nessuna necessità di logistica internazionale a lungo termine, consegna entro 1 settimana

• Vantaggio sul servizio: supporto tecnico locale, risposta rapida alle esigenze del cliente

• Sicurezza della catena di approvvigionamento: evita i rischi di interruzione dell'approvvigionamento derivanti dalle tensioni commerciali internazionali

Capitolo 2: Requisiti di purezza e sfide per le resine fenoliche

2.1 Indicatori di Qualità Chiave

La resina fenolica ad alta purezza deve soddisfare i seguenti indicatori chiave:

Voce	Grado Photoresist	Livello di confezionamento per semiconduttori	Grado PCB
Peso molecolare （MW ）	3,000-8,000	5,000-12,000	8,000-20,000
Polidispersione PDI	1.3-1.8	1.5-2.0	1.8-2.5
Punto di ammorbidimento (℃)	90-130	100-140	110-150
Contenuto di idrossile (%)	15-25	12-20	10-18
Fenolo libero (ppm)	<500	<1,000	❤️<3.000
Formaldeide libera (ppm)	<200	<500	<1,000
Contenuto di cenere (PPM)	<50	<100	<300
Ioni metallici (ppb)	<10	<20	<50
Ioni cloruro (ppm)	<20	<50	<100
Colore (Gardner)	❤️<3	<4	<5
Umidità(%)	<0.5	<1.0	<2.0

 

2.2 Principali sfide nella purificazione

• Rimozione di fenolo libero e formaldeide libera - Residui di monomero non reagito che influiscono sulle prestazioni e sulla sicurezza della resina
• Separazione di oligomeri e polimeri - La distribuzione del peso molecolare (PDI) richiede un controllo rigoroso
• Contaminazione da ioni metallici - Residui di catalizzatori (come acido ossalico, acido cloridrico, ecc.) e introduzione dovuta alla corrosione delle attrezzature
• Sensibilità al calore - Facile polimerizzazione ulteriore o degradazione a temperature elevate, con scurimento del colore
• Alta viscosità - Solido o liquido ad alta viscosità a temperatura ambiente, difficile da sottoporre a distillazione tradizionale

Capitolo 3: Metodi tradizionali di purificazione e loro limitazioni

3.1 Metodo 1: Lavaggio con acqua + Neutralizzazione

【Flusso del processo】 Soluzione di resina → Lavaggio con acqua calda → Neutralizzazione alcalina → Decantazione stratificata → Disidratazione

Vantaggi	limitazione
✓Costo basso, operazione semplice	✗Tasso di rimozione del fenolo libero < 60%
✓Può rimuovere alcune impurità solubili in acqua	✗Scarso allontanamento degli ioni metallici
✓Adatto per prodotti di grado industriale	✗Genera una grande quantità di acque reflue (notevole impatto ambientale)

3.2 Metodo 2: Estrazione con solvente

【Flusso del processo】 Resina disciolta in solvente organico → Aggiunta di un solvente scarsamente miscibile per precipitazione → Filtrazione → Essiccazione sotto vuoto

Vantaggi	Limitazioni
✓ Può rimuovere componenti a basso peso molecolare	✗ Elevato consumo di solvente (5-10 volte la massa della resina)
✓ Consente un certo grado di regolazione del PDI	✗ Costi elevati di recupero del solvente
✓ Adatto per prodotti artigianali e di alta gamma	✗ Resa bassa (70-85%)

3.3 Metodo 3: Distillazione sottovuoto convenzionale

【Flusso del processo】 Fusione della resina → Distillazione in pressione ridotta (0,1-1 kPa) → Raccolta delle frazioni

Vantaggi	Limitazioni:
✓ Rimuove efficacemente fenoli liberi e formaldeide	✗ Richiede temperature elevate (180-250) ℃), portando a facile polimerizzazione/degradazione della resina.
✓ Nessun residuo di solvente	✗ Tempo di permanenza lungo (2-6 ore), con conseguente scurimento del colore.
✓ Monomeri riciclabili	✗ Viscosità elevata, che porta a bassa efficienza di trasferimento di massa.

3.4 Sintesi Comparativa dei Metodi Tradizionali

 

 

Metodi:	Tasso di rimozione del fenolo libero	Controllo del PDI	Prodotto	Colore	Costo	Gradi applicabili:
Lavaggio con acqua + neutralizzazione	50-60%	✗	90-95%	Deterioramento	Basso	Grado industriale
Estrazione con solvente	70-85%	✓	70-85%	Miglioramento	Alto	Grado Elettronico
Distillazione sottovuoto convenzionale	80-90%	✗	75-88%	Deterioramento grave	Medio	Grado PCB
Distillazione molecolare a percorso ridotto	95-99%	✓ Preciso	88-95%	Eccellente	Medio	Grado Photoresist

È evidente che i metodi tradizionali presentano notevoli limiti in termini di elevata purezza, basso colore e controllo preciso del peso molecolare, risultando incapaci di soddisfare i requisiti dei fenolici per resist e per l'incapsulamento di semiconduttori.

Capitolo 4: Soluzione Yuanhuai

4.1 Tecnologia principale: Distillazione molecolare a percorso ridotto

Il sistema di distillazione molecolare Yuanhuai YHCHEM è una tecnologia speciale di separazione liquido-liquido che consente la separazione in condizioni di alto vuoto e a basse temperature sfruttando le differenze nel cammino libero medio delle molecole di sostanze diverse, particolarmente adatto alla purificazione di materiali termosensibili, ad alta viscosità e con alto punto di ebollizione.

4.2 Principio di funzionamento

 

 

Passaggi:	Descrizione del processo	Parametri principali
① Alimentazione del materiale	La soluzione di resina preriscaldata entra nell'evaporatore.	Fluidità: Buona
② Formazione del film	Una spatola stende il materiale in un sottile strato.	Velocità di rotazione: 10-300 giri/min
③ Riscaldamento	La superficie riscaldata viene mantenuta a una temperatura relativamente bassa.	Pressione: Molto inferiore rispetto alla distillazione convenzionale
④ Evaporazione	I componenti leggeri (punto di ebollizione basso) evaporano e fuoriescono.	Cammino libero medio: >2-5 cm
⑤ Trasporto su breve distanza	Le molecole evaporate viaggiano in linea retta verso la superficie di condensazione.	Distanza: 2-5 cm, senza collisioni
⑥ Condensa	I componenti leggeri si condensano sulla superficie di condensazione.	Temperatura: -10~20 ℃
7 Separazione	I componenti pesanti scorrono verso il basso lungo la superficie riscaldante.	Sostanze ad alto peso molecolare non vaporizzate
⑧ Raccolta	I componenti leggeri e pesanti vengono raccolti separatamente.	Funzionamento continuo segmentato

4.3 Vantaggi Unici per la Purificazione delle Resine Fenoliche

Caratteristiche tecniche:	Importanza per le resine fenoliche:
Vuoto ultra-alto	Punto di ebollizione ridotto di 80-150 ℃, prevenendo la polimerizzazione termica/degradazione
Tempo di permanenza estremamente breve	2-30 secondi, nessun degrado del colore, mantenimento del colore giallo chiaro trasparente
Operazione a Bassa Temperatura	80-180℃, proteggendo i gruppi idrossilici e i legami etere sensibili al calore
Raccolta continua segmentata	Separazione precisa di oligomeri, polimeri medi e polimeri ad alto peso molecolare, controllo dell'indice di polidispersione (PDI)
Design a pellicola raschiata	Formazione uniforme del film per resine ad alta viscosità, elevata efficienza di trasferimento di massa
Tutte le superfici a contatto con il materiale realizzate in acciaio inossidabile 316L	Elimina la contaminazione da ioni metallici

Capitolo 5: Equipaggiamento Principale del Processo

(1) Unità Principale di Distillazione

Componenti	Specifiche/Materiali	Caratteristiche:
AREA DI EVAPORAZIONE	0,1-10 m ²	Personalizzabile, con capacità di lavorazione da 5 a 500 kg/h
Raschietto	PTFE/316L	Velocità di rotazione da 10 a 300 giri/min, che forma un film sottile di 0,1-1 mm
Metodo di riscaldamento	Olio termico/Riscaldamento elettrico	Precisione del controllo della temperatura di ±2℃
Condensatore	acciaio inossidabile 316L	Tubo spirale interno, -10 a 20 ℃
Materiale	Tutto in acciaio inossidabile 316L + guarnizione in PTFE	Resistente alla corrosione, bassa contaminazione da ioni metallici

(2) Sistema a vuoto

• Pompa Roots + combinazione pompa a palette rotative: vuoto finale 0,1 Pa

• Manometro per vuoto: manometro capacitivo a diaframma, precisione 0,1 Pa

• Trappola fredda: -80°C, protegge la pompa a vuoto, recupera i monomeri

(3) Sistema di controllo automatizzato

• PLC + schermo touch: Siemens/Mitsubishi

• Monitoraggio in tempo reale: temperatura, livello di vuoto, portata dell'alimentazione, velocità di rotazione

• Registrazione dati: curve storiche, tracciabilità dei lotti

• Protezione allarme: spegnimento automatico per temperatura eccessiva, anomalia del vuoto, anomalia del livello del liquido

 

 

 

 

 

 

Capitolo 6: Flusso di processo e parametri

6.1 Flusso di processo completo

6.2 Parametri chiave del processo

Distillazione in prima fase (rimozione componenti leggeri)

 

 

Parametri:	Valori impostati:	Obiettivo:
Temperatura dell'alimentazione	60-80℃	Per ridurre la viscosità e facilitare il trasporto
Temperatura di evaporazione	120-150℃	Per vaporizzare il fenolo libero (punto di ebollizione 181 ℃)
Livello di vuoto	1-5 Pa	Per abbassare il punto di ebollizione a 80-120 ℃
Velocità tergicristallo	150-250 giri/min	Per formare un film sottile uniforme
Velocità di avanzamento	10-30 kg/h ·m ²	Tempo di permanenza: 5-15 secondi
Componenti raccolti	Componenti leggeri (fenolo libero, formaldeide, acqua)	5-15%

Effetto: fenolo libero ridotto da 3000-8000 ppm a <500 ppm

Distillazione in Seconda Fase (Regolazione della Distribuzione del Peso Molecolare)

Parametri:	Impostazioni:	Obiettivo:
Temperatura di evaporazione	150-170℃	Vaporizzazione di oligomeri (Mw < 2000)
Livello di vuoto	0,5-2 Pa	Punto di ebollizione più basso
Velocità tergicristallo	100-200 giri/min	Trasferimento di massa e tempo di permanenza bilanciati
Velocità di avanzamento	8-20 kg/h ·m ²	Tempo di permanenza: 10-30 secondi
Componenti raccolti	Componenti leggeri (oligomeri)	10-20%

Effetto: PDI ridotto da 2,5-3,5 a 1,5-2,0

Distillazione in Terza Fase (raffinazione)

Parametri:	Impostazioni:	Scopo:
Temperatura di evaporazione	170-180℃	Rimozione di catalizzatori e pigmenti
Livello di vuoto	0,1-1 Pa	Vuoto estremo
Velocità tergicristallo	80-150 giri/min	Separazione fine
Velocità di avanzamento	5-15 kg/h ·m ²	Contatto completo
Componenti raccolti	Distillato intermedio (prodotto desiderato)	70-85%

Effetto: Purezza >99,0%, ioni metallici (in combinazione con scambio ionico) <10 ppb

6.3 Esempio di bilancio materiale

Esempio basato su 100 kg di resina grezza:

Fasi del processo	Tipo di Materia	Massa (kg)	Proporzione di materie prime utilizzate	Smaltimento dei materiali
Alimentazione	Resina fenolica grezza	100	100%	Materie prime
Pretrattamento	Perdita di solvente, residuo di filtrazione	2-3	2-3%	I solventi sono riciclabili
Prima distillazione	Componenti leggeri (fenolo libero, formaldeide, ecc.)	8-12	8-12%	Possono essere utilizzati in modo efficiente
Seconda distillazione	Componenti leggeri (oligomeri)	10-15	10-15%	Parzialmente riutilizzabile
Terza distillazione	Componenti pesanti (polimeri, impurità)	3-5	3-5%	Scartato o declassato per altri usi
Uscita	Resina fenolica ad alta purezza	70-80	70-80%	Prodotti di grado elettronico/grado fotolitografico

 

【Rendimento totale】70-80% 【Miglioramento della purezza】95% → 99%+

Capitolo 7: Principali vantaggi tecnici

7.1 Confronto con i metodi tradizionali

Indicatori:	Distillazione sottovuoto tradizionale	Estrazione con solvente	Y HChem  Distillazione molecolare
Temperatura di funzionamento	180-250℃	Temperatura ambiente - 60 ℃	80-180℃
Tempo di permanenza	2-6 ore	Diverse ore	10-60 secondi
Livello di vuoto	0,1-1 kPa	Pressione Atmosferica	0,1-10 Pa
Tasso di rimozione del fenolo libero	80-90%	70-85%	95-99%
Controllo del PDI	✗	✓	Precise
Cambiamento di colore	Degradazione: 3-5 livelli	Migliorato di 1-2 livelli	Nessuna degradazione
Prodotto	75-88%	70-85%	88-95%
Consumo di solvente	Nessuno	5-10 volte	Nessuno
Consumo energetico (kWh/ton)	800-1200	300-500 (incluso recupero)	400-600
Incrostazione dell'equipaggiamento	Severo	Nessuno	Leggero
Controllo degli ioni metallici	Moderato	Scarso	Eccellente (tutto in acciaio 316L)
Produzione continua	Difficile	Difficile	Supportato

sintesi dei 7,2 principali vantaggi

✓ Purezza ultra-elevata - Fenolo libero <500 ppm, formaldeide libera <200 ppm, conforme ai requisiti per uso in fotoresist

✓ Controllo preciso del peso molecolare - PDI regolabile tra 1,3 e 1,8, adattabile a diverse applicazioni

✓ Ritenzione del colore - Trasparente giallo chiaro, senza degradazione termica

✓ Resa elevata - 88-95%, 10-20% più alta rispetto all'estrazione con solvente

✓ Ecologico a Emissione Zero - Nessun effluente, nessun solvente di scarto, conforme alle normative ambientali

✓ Produzione Continua - Elevato grado di automazione, bassi costi di manodopera

✓ Lunga Durata dell'Equipaggiamento - Acciaio inossidabile 316L, resistente alla corrosione, facile da pulire

Capitolo 8: Casi Applicativi e Indicatori di Prestazione

Purificazione della Resina Fenolica di Grado Fotoresistente

Cliente: Un'azienda di prodotti chimici elettronici (regione del Delta del Fiume delle Perle)

Materia Prima: Resina fenolica di grado industriale (purezza 95%, fenolo libero 5000 ppm)

Obiettivo: Grado fotoresistente (purezza ≥99,5%, fenolo libero <500 ppm, PDI 1,5-1,8)

Parametri del processo:

• Equipaggiamento: YMD-150

• Distillazione a tre stadi, temperature 120/150/170℃

• Livello di vuoto: 5/2/0,5 Pa

• Tempo totale di lavorazione: Circa 40 secondi

【Confronto dell'effetto di purificazione

Specifiche	materia Prima	Dopo una distillazione	Dopo due stadi di distillazione	Prodotto finito	Obiettivo
Purità (%)	95.0	97.5	98.8	99.6	≥99.5
Fenolo libero (ppm)	5000	800	350	<200	<500
Formaldeide libera (ppm)	800	200	80	<100	<200
PDI	2.8	2.6	1.9	1.6	1.5-1.8
Punto di ammorbidimento (°C)	105	108	112	115	110-120
Colore (Gardner)	5	4	3	<3	<3
Contenuto di cenere (ppm)	300	150	80	<50	<50
Ioni metallici (ppb)	80	50	20	<10	<10

Vantaggi economici: Rendimento: 92%

Costi e ricavi per tonnellata:

• Costo materia prima: 20.000 CNY/tonnellata

• Prezzo di vendita purificato: 80.000 CNY/tonnellata

• Margine lordo per tonnellata: 60.000 CNY

Vantaggi della produzione annuale di 200 tonnellate:

• Aumento annuo del profitto: 12 milioni di CNY

Allegato A   Standard di prova per resine fenoliche di grado photoresist

Elementi del test:	Metodi standard:	Strumenti e attrezzature:
Peso molecolare	GPC	GPC Waters, polistirene standard
Contenuto di idrossile	Titolazione chimica	Titolatore potenziometrico
Punto di ammorbidimento	GB/T 4507	Apparecchio per punto di rammollimento ad anello e sfera
Fenolo libero	GC-FID	Cromatografo a Gas
Formaldeide libera	HPLC	Cromatografo liquido ad alte prestazioni
Ioni metallici	ICP-MS	Spettrometro di massa a plasma accoppiato induttivamente
Contenuto di ceneri	GB/T 9345	Forno muffola, 550 ℃ incenerimento
Colore	Metodo Gardner	Colorimetro
Contenuto di umidità	Karl Fischer	Titolatore per umidità Karl Fischer

Appendice B: Domande frequenti (FAQ)

Domanda 1: La distillazione molecolare può essere utilizzata per trattare resine fenoliche solide?

A: Sì. Deve essere disciolto in un solvente (ad esempio toluene, etanolo) o riscaldato fino allo stato fuso (generalmente 80-120°C) prima dell'alimentazione.

D2: L'equipaggiamento richiede requisiti speciali a prova di esplosione?

R: Se vengono utilizzati solventi infiammabili (ad esempio toluene, etanolo), è necessario classificare aree a prova di esplosione (ad esempio Zona 2) e dotarle di motori e strumenti a prova di esplosione.

D3: È possibile lavorare resine fenoliche termoindurenti?

R: Raccomandiamo di lavorare resine di tipo termoplastico (Novolac). Le resine di tipo termoindurente (Resol) non sono adatte alla distillazione molecolare a causa della scarsa fluidità causata dal parziale reticolaggio. Se la lavorazione è necessaria, deve essere effettuata in fase liquida prima della polimerizzazione.

D4: Come conservare la resina purificata?

R: Si raccomanda di conservare il prodotto in un contenitore sigillato in un ambiente fresco e asciutto per prevenire l'assorbimento di umidità e l'ossidazione. Per le resine di grado fotoresist, si raccomanda la conservazione sotto protezione di azoto, con una durata pari a 12 mesi.

Q5: Quanto tempo richiede la pulizia di un singolo impianto?

A: Circa 2-4 ore. Il processo prevede la circolazione di solventi come toluene o acetone, e l'effetto viene potenziato riscaldando a 80-100 ℃. Si raccomanda di eseguire una pulizia completa dopo ogni 10-20 partite.

Q6: Ingombro dell'attrezzatura e requisiti di altezza?

A: Lo YHMD-150 occupa circa 15 m², con un'altezza dell'impianto di circa 3,5 metri; richiede un'altezza minima del pavimento dello stabilimento ≥ 4,5 metri. Se l'altezza è insufficiente, è possibile personalizzare una struttura orizzontale.

Q7: È possibile lavorare contemporaneamente più gradi diversi di resina?

A: Sì, ma è necessaria una pulizia tra diverse partite per evitare contaminazioni incrociate. Si raccomanda di stabilire una procedura operativa standard (SOP) per il passaggio da un prodotto all'altro, al fine di garantire la coerenza tra le diverse partite.