Oplossing voor zuivering van fenolhars

Hoofdstuk 1: Achtergrond en eisen

1.1 Inleiding tot fenolhars

Fenolhars, wetenschappelijk bekend als fenol-formaldehydehars, is een van de vroegst geïndustrialiseerde synthetische harsen ter wereld, gevormd door polycondensatie van fenolische verbindingen en formaldehyde onder invloed van een katalysator. Vanwege de uitstekende hittebestendigheid, vlambestendigheid, mechanische sterkte en elektrische isolatie wordt het veel gebruikt in:

• Elektronische materialen: Fotolak hars, PCB-substraat, halfgeleiderverpakking

• Samengestelde materialen: Glasvezelversterkte materialen, wrijvingsmaterialen (remblokken)

• Coatings en lijmen: Hittebestendige coatings, houtlijmen

• Vuurvaste materialen: Vuurstenen, isolatiematerialen

• Technische kunststoffen: Elektrische schakelaars, auto-onderdelen

1.2 Marktvraag naar hoogzuivere fenolhars

Met de snelle ontwikkeling van de elektronische informatiewereld en nieuwe energiematerialen, zijn er strengere eisen gesteld aan de zuiverheid van fenolharsen:

Toepassingsgebied	Eis inzake zuiverheid	Belangrijkste Verontreinigingsgrenzen	Marktprijs (10k CNY/ton)
Fotoresisthars	≥99.5%	Vrij fenol <500 ppm Asgehalte <50 ppm	6-12
Halfgeleiderverpakking	≥99.0%	Metaalionen <10 ppm Chloorionen <20 ppm	4-8
PCB-substraat	≥98.5%	Vrij fenol <1000 ppm Vochtgehalte <1%	2-5
Algemene industriële kwaliteit	≥95%	Vrij fenol <3000 ppm	1-2

1.3 Kansen voor binnenlandse productie

Momenteel bedraagt de importafhankelijkheid van hoogwaardige fenolharsen (voor fotolak, halfgeleiderklasse) 60-80%, met een enorme binnenlandse substitutieruimte. Binnenlandse productie biedt de volgende voordelen:

• Kostenvoordeel: Lokale productiekosten zijn 30-50% lager dan bij import

• Leveringsvoordeel: Geen lange internationale logistieke ketens nodig, levering binnen 1 week

• Servicevoordeel: Lokaal technisch ondersteuningsteam, snelle respons op klantbehoeften

• Veiligheid van de toeleveringsketen: Vermijden van risico's op leveringsstoringen door internationale handelsconflicten

Hoofdstuk 2: Zuiverheidsvereisten en uitdagingen voor fenolhars

2.1 Kernkwaliteitsindicatoren

Hoogwaardig fenolhars moet voldoen aan de volgende belangrijke indicatoren:

Artikel	Photoresistklasse	Semiconductorverpakkingsniveau	PCB-klasse
Moleculair gewicht （MW ）	3,000-8,000	5,000-12,000	8,000-20,000
Polydispersiteit PDI	1.3-1.8	1.5-2.0	1.8-2.5
Verzachtingspunt (℃)	90-130	100-140	110-150
Hydroxylgehalte (%)	15-25	12-20	10-18
Vrij fenol (ppm)	<500	<1,000	❤️<3.000
Vrij formaldehyde (ppm)	<200	<500	<1,000
Asinhoud(PPM)	<50	<100	<300
Metaalionen (ppb)	<10	<20	<50
Chloorionen (ppm)	<20	<50	<100
Kleur (Gardner)	❤️<3	<4	<5
Vocht ((%)	<0.5	<1.0	<2.0

 

2.2 Belangrijkste uitdagingen bij zuivering

• Vrij fenol en vrij formaldehyde verwijderen - Ongepolymeriseerde monomeren beïnvloeden de prestaties en veiligheid van hars
• Scheiding van oligomeren en polymeren - Molecuulgewichtsverdeling (PDI) vereist strikte controle
• Verontreiniging door metaalionen - Restanten van katalysatoren (zoals oxaalzuur, zoutzuur, etc.) en corrosie van apparatuur
• Gevoeligheid voor warmte - Neigt tot verdere polymerisatie of afbraak bij hoge temperaturen, verkleuring
• Hoge viscositeit - Vast of zeer viskeuze vloeistof bij kamertemperatuur, moeilijk te destilleren met traditionele methoden

Hoofdstuk 3: Traditionele zuiveringsmethoden en hun beperkingen

3.1 Methode 1: Waterwassen + Neutralisatie

【Processtroom】 Harsoplossing → Wassen met heet water → Alkalische neutralisatie → Staand gelaagd → Ontwatering

Voordelen	beperking
✓Lage kosten, eenvoudige bediening	✗Vrij fenolverwijdering < 60%
✓Kan enkele wateroplosbare verontreinigingen verwijderen	✗Slechte verwijdering van metalenionen
✓Geschikt voor industriële producten	✗Genereert een grote hoeveelheid afvalwater (aanzienlijke milieudruk)

3.2 Methode 2: Oplosmiddel-extractie

【Processtroom】 Hars opgelost in organisch oplosmiddel → Toevoegen van slecht oplosmiddel voor neerslag → Filtratie → Vacuüm drogen

Voordelen	Beperkingen
✓ Kan componenten met laag moleculair gewicht verwijderen	✗ Hoog oplosmiddelverbruik (5-10 keer de harsmassa)
✓ Staat een zekere mate van PDI-aanpassing toe	✗ Hoge kosten voor oplosmiddelterugwinning
✓ Geschikt voor kleine partijen, hoogwaardige producten	✗ Lage opbrengst (70-85%)

3.3 Methode 3: Conventionele vacuümdestillatie

【Processtroom】 Smelten van hars → Destillatie onder verlaagde druk (0,1-1 kPa) → Fracties verzamelen

Voordelen	Beperkingen:
✓ Verwijdert vrij fenol en formaldehyde effectief	✗ Vereist hoge temperaturen (180-250 ℃), wat leidt tot gemakkelijke polymerisatie\/degradatie van het hars.
✓ Geen oplosmiddelresten	✗ Lange verblijftijd (2-6 uur), wat resulteert in verkleuring.
✓ Recycleerbare monomeren	✗ Hoge viscositeit, wat leidt tot lage massatransferefficiëntie.

3.4 Samenvatting van de vergelijking van traditionele methoden

 

 

Methoden:	Vrij fenolverwijderingspercentage	PDI-regeling	Opbrengst	Kleur	Kosten	Toepasbare kwaliteiten:
Spoelen met water + neutralisatie	50-60%	✗	90-95%	Verslechtering	Laag	Industriële kwaliteit
Extractie met oplosmiddel	70-85%	✓	70-85%	Verbetering	Hoge	Elektronische Kwaliteit
Conventionele vacuümdestillatie	80-90%	✗	75-88%	Ernstige verslechtering	Medium	PCB-klasse
Korteweg moleculaire destillatie	95-99%	✓ Precies	88-95%	Uitstekend	Medium	Photoresistklasse

Het is duidelijk dat traditionele methoden aanzienlijke tekortkomingen hebben op het gebied van hoge zuiverheid, lage kleurintensiteit en nauwkeurige controle van molecuulgewicht, waardoor ze niet voldoen aan de eisen voor fotolak- en halfgeleiderverpakkingsgraden fenolharsen.

Hoofdstuk 4: Oplossing van Yuanhuai

4.1 Kerntechnologie: Korteweg moleculaire destillatie

Het moleculaire destillatiesysteem van Yuanhuai YHCHEM is een speciale vloeistof-vloeistofscheidings technologie die scheidingsprocessen uitvoert onder hoge vacuüm- en lage temperatuurcondities door gebruik te maken van verschillen in de gemiddelde vrije weglengte van verschillende molecuulen, met name geschikt voor de zuivering van warmtegevoelige, hoogviskeuze en hoogkokende materialen.

4.2 Werkingsprincipe

 

 

Stappen:	Beschrijving van het proces	Sleutelparameters
① Materiaaltoevoer	De voorverwarmde harsoplossing komt de verdamper binnen.	Vloeibaarheid: Goed
② Filmvorming	Een hulst verdeelt het materiaal in een dunne laag.	Rotatiesnelheid: 10-300 rpm
③ Verwarming	Het verwarmingsoveroppervlak wordt op een relatief lage temperatuur gehouden.	Druk: Veel lager dan bij conventionele destillatie
④ Verdamping	Lichte componenten (laag kookpunt) verdampen en ontsnappen.	Gemiddelde vrije weglengte: >2-5 cm
⑤ Kortdistanstransport	De verdampte moleculen bewegen in een rechte lijn naar het condensatieoppervlak.	Afstand: 2-5 cm, geen botsingen
⑥ Condensatie	De lichte componenten condenseren op het condensatievlak.	Temperatuur: -10~20 ℃
7 Scheiding	De zware componenten stromen langs het verwarmingsovervlak naar beneden.	Onverdampende stoffen met hoog moleculair gewicht
⑧ Verzameling	De lichte en zware componenten worden afzonderlijk verzameld.	Continue gesegmenteerde werking

4.3 Unieke voordelen voor de zuivering van fenolhars

Technische kenmerken:	Betekenis voor fenolharsen:
Ultra-hoog vacuüm	Kookpunt verlaagd met 80-150 ℃, voorkomt thermische polymerisatie/afbraak
Extreem korte verblijftijd	2-30 seconden, geen verkleuring, behoud van transparante lichtgele kleur
Lage-temperatuur werking	80-180℃, beschermt warmte-gevoelige hydroxylgroepen en etherbindingen
Doorlopend gesegmenteerd verzamelen	Nauwkeurige scheiding van oligomeren, middellange polymeren en hoge polymeren, met controle op PDI
Wiper-film ontwerp	Eenmalige filmvorming van hoog-viskeuze harsen, hoge massatransferefficiëntie
Alle oppervlakken die in contact komen met het materiaal zijn gemaakt van 316L roestvrij staal	Elimineert metaalionverontreiniging

Hoofdstuk 5: Kernprocesapparatuur

(1) Kerndestillatie-eenheid

De volgende categorieën zijn bedoeld:	Specificaties/Materialen	Kenmerken:
VERDUNSTINGSOPPERVLAKTE	0,1-10 m ²	Aanpasbaar, met een verwerkingscapaciteit van 5-500 kg/u
Schraper	PTFE/316L	Rotatiesnelheid van 10-300 tpm, vormt een 0,1-1 mm dunne film
Verwarmingsmethode	Therminolverwarming/Elektrische verwarming	Nauwkeurigheid van temperatuurregeling van ±2℃
Condensator	van roestvrij staal	Ingebouwde spiraalbuis, -10 tot 20 ℃
Materiaal	Geheel uit RVS 316L + PTFE-afdichting	Corrosiebestendig, weinig metaalionenverontreiniging

(2) Vacuümsysteem

• Roots-pomp + draaivleugelpomp combinatie: Ultieme vacuüm 0,1 Pa

• Vacuümmanometer: Capacitief membraanvacuümmanometer, nauwkeurigheid 0,1 Pa

• Koudeval: -80°C, beschermt vacuümpomp, herstelt monomeren

(3) Automatiseringsbesturingssysteem

• PLC + Touchscreen: Siemens/Mitsubishi

• Echtijdmonitoring: temperatuur, vacuümniveau, toevoersnelheid, toerental

• Gegevensregistratie: Historische grafieken, batchtraceerbaarheid

• Alarmbeveiliging: Oververhitting, vacuüm anomalie, vloeistofniveau anomalie, automatische uitschakeling

 

 

 

 

 

 

Hoofdstuk 6: Processtroom en Parameters

6.1 Volledige Processtroom

6.2 Belangrijke Procesparameters

Destillatie in Eerste Stadium (Verwijderen van Lichtere Bestanddelen)

 

 

Parameters:	Instelwaarden:	Doelstelling:
Invoertemperatuur	60-80℃	Om viscositeit te verlagen voor gemakkelijker transport
Verdampingstemperatuur	120-150℃	Om vrij fenol te verdampen (kookpunt 181 ℃)
Vacuümniveau	1-5 Pa	Om het kookpunt te verlagen naar 80-120 ℃
Wisser snelheid	150-250 tpm	Om een uniforme dunne film te vormen
Voedingssnelheid	10-30 kg/u ·m ²	Verblijftijd: 5-15 seconden
Verzamelde componenten	Lichte componenten (vrije fenol, formaldehyde, water)	5-15%

Effect: Vrije fenol verlaagd van 3000-8000 ppm naar <500 ppm

Tweede trap destillatie (aanpassen moleculair gewichtsverdeling)

Parameters:	Instellingen:	Doelstelling:
Verdampingstemperatuur	150-170℃	Verdamping van oligomeren (Mw < 2000)
Vacuümniveau	0,5-2 Pa	Lager kookpunt
Wisser snelheid	100-200 tpm	Gebalanceerde massatransfer en verblijftijd
Voedingssnelheid	8-20 kg/u ·m ²	Verblijftijd: 10-30 seconden
Verzamelde componenten	Lichte componenten (oligomeren)	10-20%

Effect: PDI versmald van 2,5-3,5 naar 1,5-2,0

Derde destillatiestap (verfijning)

Parameters:	Instellingen:	Doel:
Verdampingstemperatuur	170-180℃	Verwijdering van katalysatoren en pigmenten
Vacuümniveau	0,1-1 Pa	Extreme vacuüm
Wisser snelheid	80-150 rpm	Fijne scheiding
Voedingssnelheid	5-15 kg/u ·m ²	Grondig contact
Verzamelde componenten	Tussenproduct (doelproduct)	70-85%

Effect: Zuiverheid >99,0%, metaalionen (in combinatie met ionenuitwisseling) <10 ppb

6.3 Voorbeeld van materiaalbalans

Voorbeeld op basis van 100 kg ruwe hars:

Processtappen	Materiaal Type	Massa (kg)	Aandeel gebruikte grondstoffen	Materiaalverwerking
Voeden	Ruwe fenolhars	100	100%	Rauwe Materialen
Voorbehandeling	Verlies oplosmiddelen, filtratieresten	2-3	2-3%	Oplosmiddelen zijn recycleerbaar
Eerste destillatie	Lichte componenten (vrije fenol, formaldehyde, enz.)	8-12	8-12%	Kan nuttig worden benut
Tweede destillatie	Lichte componenten (oligomeren)	10-15	10-15%	Gedeeltelijk herbruikbaar
Derde destillatie	Zware componenten (polymeren, verontreinigingen)	3-5	3-5%	Afgekeurd of gedegradeerd voor andere toepassingen
Uitgang	Hoogwaardig fenolhars	70-80	70-80%	Elektronica- en fotolithografiekwaliteit producten

 

【Totaal rendement】70-80% 【Reinheidstoename】95% → 99%+

Hoofdstuk 7: Belangrijkste technische voordelen

7.1 Vergelijking met traditionele methoden

Indicatoren:	Traditionele vacuümdestillatie	Extractie met oplosmiddel	Y HChem  Moleculaire distillatie
Bedrijfstemperatuur	180-250℃	Kamertemperatuur - 60 ℃	80-180℃
Verblijftijd	2-6 uur	Enkele uren	10-60 seconden
Vacuümniveau	0,1-1 kPa	Atmosferische druk	0,1-10 Pa
Vrij fenolverwijderingspercentage	80-90%	70-85%	95-99%
PDI-regeling	✗	✓	Precies
Kleurverandering	Degradering: 3-5 niveaus	Verbeterd met 1-2 niveaus	Geen verslechtering
Opbrengst	75-88%	70-85%	88-95%
Oplosmiddelverbruik	Geen	5-10 keer	Geen
Energieverbruik (kWh/ton)	800-1200	300-500 (inclusief terugwinning)	400-600
Aanslagvorming op apparatuur	Ernstig	Geen	Licht
Metaalionenbeheersing	Matig	Arme	Uitstekend (alleen 316L)
Continue productie	Moeilijk	Moeilijk	Ondersteund

7.2 Samenvatting van kernvoordelen

✓ Ultrahoge zuiverheid - Vrije fenol <500 ppm, vrij formaldehyde <200 ppm, voldoet aan eisen voor fotolakklasse

✓ Nauwkeurige controle van molecuulgewicht - PDI instelbaar op 1,3-1,8, aanpasbaar aan verschillende toepassingen

✓ Kleurvastheid - Lichtgeel transparant, geen thermische degradatie

✓ Hoge opbrengst - 88-95%, 10-20% hoger dan met oplosmiddelextractie

✓ Milieuvriendelijk, nul emissie - Geen afvalwater, geen afvalsolvent, conform milieunormen

✓ Doorlopend productieproces - Hoge mate van automatisering, lage arbeidskosten

✓ Lange levensduur van de apparatuur - 316L roestvrij staal, corrosiebestendig, gemakkelijk te reinigen

Hoofdstuk 8: Toepassingsvoorbeelden en prestatie-indicatoren

Purificatie van fotolak-kwaliteit fenolhars

Klant: Een bedrijf voor elektronische chemicaliën (regio Pearl River Delta)

Grondstof: Industriële fenolhars (95% zuiverheid, 5000 ppm vrije fenol)

Doel: Fotolak-kwaliteit (zuiverheid ≥99,5%, vrije fenol <500 ppm, PDI 1,5-1,8)

Procesparameters:

• Apparatuur: YMD-150

• Drietrapsdestillatie, temperaturen 120/150/170℃

• Vacuümniveau: 5/2/0,5 Pa

• Totale verwerkingstijd: Ongeveer 40 seconden

【Purificatie-effectvergelijking

Specificaties	grondstof	Na één destillatie	Na twee trappen destillatie	Eindproduct	Doel
Reinheid (%)	95.0	97.5	98.8	99.6	≥99.5
Vrij fenol (ppm)	5000	800	350	<200	<500
Vrije formaldehyde (ppm)	800	200	80	<100	<200
PDI	2.8	2.6	1.9	1.6	1.5-1.8
Verzachtingspunt (°C)	105	108	112	115	110-120
Kleur (Gardner)	5	4	3	<3	<3
Asgehalte (ppm)	300	150	80	<50	<50
Metaalionen (ppb)	80	50	20	<10	<10

Economische voordelen: Opbrengst: 92%

Kosten en opbrengsten per ton:

• Grondstofkosten: 20.000 CNY/ton

• Verkoopprijs geraffineerd product: 80.000 CNY/ton

• Brutowinst per ton: 60.000 CNY

Voordelen van jaarlijkse productie van 200 ton:

• Jaarlijkse winststijging: 12 miljoen CNY

Bijlage A   Testnormen voor fotolak-gradatie fenolharsen

Testitems:	Standaardmethoden:	Instrumenten en apparatuur:
Moleculair gewicht	GPC	Waters GPC, standaard polystyreen
Hydroxylgehalte	Chemische titratie	Potentiometrische titrator
Vermollingspunt	GB/T 4507	Ring-en-kogel-verzeptingspuntapparaat
Vrij fenol	GC-FID	Gaschromatografie
Vrij formaldehyde	HPLC	Hoogwaardige vloeistofchromatograaf
Metaalionen	ICP-MS	Inductief gekoppeld plasma massaspectrometer
Asgehalte	GB/T 9345	Moffeloven, 550 ℃ verbranding
Kleur	Gardner-methode	Kleurenmeter
Vochtgehalte	Karl Fischer	Karl Fischer vochttrageertoestel

Bijlage B: Veelgestelde vragen (FAQ)

V1: Kan moleculaire destillatie worden gebruikt om vaste fenolharsen te verwerken?

A: Ja. Het moet worden opgelost in een oplosmiddel (zoals tolueen, ethanol) of verwarmd tot een gesmolten toestand (meestal 80-120°C) alvorens toe te voeren.

V2: Vereist de installatie speciale ontploffingsveilige eisen?

A: Als ontvlambare oplosmiddelen (zoals tolueen, ethanol) worden gebruikt, moeten explosiegevaarlijke zones (zoals Zone 2) worden ingedeeld en moeten ontploffingsveilige motoren en instrumenten worden geïnstalleerd.

V3: Kunnen thermohardende fenolharsen worden verwerkt?

A: Wij raden aan om thermoplastische (Novolac) harsen te verwerken. Thermohardende (Resol) harsen zijn niet geschikt voor moleculaire destillatie vanwege hun slechte vloeibaarheid als gevolg van gedeeltelijke kruisvernetting. Indien verwerking noodzakelijk is, dient deze plaats te vinden in de vloeibare fase vóór het uitharden.

V4: Hoe moet de gezuiverde hars worden opgeslagen?

A: Het wordt aanbevolen het product in een gesloten container op een koele, droge plaats op te slaan om vochtabsorptie en oxidatie te voorkomen. Voor harsen van fotolak-kwaliteit wordt opslag onder stikstofbescherming aanbevolen, waardoor de houdbaarheid tot 12 maanden kan reiken.

V5: Hoe lang duurt een enkele schoonmaakbeurt van de installatie?

A: Ongeveer 2-4 uur. Het proces omvat het circuleren van oplosmiddelen zoals tolueen of aceton, en het effect wordt versterkt door verwarming tot 80-100℃. Het wordt aanbevolen om een grondige reiniging uit te voeren na elke 10-20 batches.

V6: Benodigde vloeroppervlakte en hoogte-eisen voor de installatie?

A: YHMD-150 neemt ongeveer 15 m² in beslag, de hoogte van de installatie is ongeveer 3,5 meter en vereist een fabrieksvloerhoogte van ≥ 4,5 meter. Indien de vloerhoogte ontoereikend is, kan een horizontale constructie op maat worden gemaakt.

V7: Kunnen meerdere verschillende soorten hars tegelijkertijd worden verwerkt?

A: Ja, maar tussen verschillende batches moet gereinigd worden om kruisbesmetting te voorkomen. Het wordt aanbevolen een SOP (standaardprocedure) voor productwisseling vast te stellen om consistentie tussen batches te waarborgen.