Rozwiązanie do oczyszczania żywicy fenolowej

Rozdział 1: Tło i wymagania

1.1 Wprowadzenie do żywicy fenolowej

Żywica fenolowa, naukowo znana jako żywica fenolno-formaldehydowa, jest jedną z pierwszych przemysłowo wytwarzanych syntetycznych żywic na świecie, powstającą w wyniku polikondensacji związków fenolowych i formaldehydu pod działaniem katalizatora. Ze względu na doskonałą odporność termiczną, trudnopalność, wytrzymałość mechaniczną oraz właściwości izolacyjne elektryczne znajduje szerokie zastosowanie w:

• Materiały elektroniczne: Żywica światłoczuła, podłoże PCB, hermetyzacja półprzewodników

• Materiały kompozytowe: Materiały wzmacniane włóknem szklanym, materiały ścierne (klocki hamulcowe)

• Powłoki i kleje: Powłoki odporne na wysoką temperaturę, kleje drewniane

• Materiały ogniotrwałe: Cegły ogniotrwałe, materiały izolacyjne

• Tworzywa sztuczne inżynieryjne: Włączniki elektryczne, części samochodowe

1.2 Popyt rynkowy na wysokoczystą żywicę fenolową

Z szybkim rozwojem przemysłu elektroniczno-informacyjnego i nowych materiałów energetycznych postawiono wyższe wymagania dotyczące czystości żywic fenolowych:

Obszar zastosowania	Wymóg czystości	Granice kluczowych zanieczyszczeń	Cena rynkowa (10 tys. CNY/tona)
Żywica światłoczuła	≥99.5%	Wolny fenol <500 ppm Zawartość popiołu <50 ppm	6-12
Enkapsulacja półprzewodników	≥99.0%	Jony metali <10 ppm Jony chloru <20 ppm	4-8
Podłoże płytki PCB	≥98.5%	Wolny fenol <1000 ppm Wilgotność<1%	2-5
Ogólna jakość przemysłowa	≥95%	Bez fenolu<3000 ppm	1-2

1.3 Odpowiednie możliwości produkcji krajowej

Obecnie zależność od importu wysokowydajnych żywic fenolowych (klasa fotorezystorów, klasa półprzewodnikowa) osiąga poziom 60–80%, co oznacza ogromny potencjał zastąpienia przez produkcję krajową. Krajowa produkcja oferuje następujące zalety:

• Zaleta cenowa: Koszty produkcji lokalnej są niższe o 30–50% niż przy importowanych produktach

• Zaleta dostawy: Brak potrzeby długotrwałej logistyki międzynarodowej, dostawa w ciągu 1 tygodnia

• Zaleta serwisowa: Lokalne wsparcie techniczne, szybka reakcja na potrzeby klientów

• Bezpieczeństwo łańcucha dostaw: Unikanie ryzyka zakłóceń dostaw spowodowanych sporami handlowymi międzynarodowymi

Rozdział 2: Wymagania dotyczące czystości i wyzwania dla żywic fenolowych

2.1 Podstawowe wskaźniki jakości

Fenolowa żywica o wysokiej czystości musi spełniać następujące kluczowe wskaźniki:

Element	Klasa światłoczuła	Poziom opakowania półprzewodnikowego	Klasa PCB
Masa cząsteczkowa （MW ）	3,000-8,000	5,000-12,000	8,000-20,000
Polidyspersyjność PDI	1.3-1.8	1.5-2.0	1.8-2.5
Punkt miękczenia (℃)	90-130	100-140	110-150
Zawartość hydroksylowa (%)	15-25	12-20	10-18
Wolny fenol (ppm)	<500	<1,000	❤️<3 000
Wolny formaldehyd (ppm)	<200	<500	<1,000
Zawartość popiołu (PPM)	<50	<100	<300
Jony metali (ppb)	<10	<20	<50
Jony chloru (ppm)	<20	<50	<100
Kolor (Gardner)	❤️<3	<4	<5
Wilgotność ((%)	<0.5	<1.0	<2.0

 

2.2 Główne wyzwania w oczyszczaniu

• Usuwanie wolnego fenolu i wolnego formaldehydu – Nieprzereagowane reszty monomerów wpływają na właściwości i bezpieczeństwo żywicy
• Rozdzielenie oligomerów i polimerów – Rozkład masy cząsteczkowej (PDI) wymaga ścisłej kontroli
• Zanieczyszczenie jonami metali – Resztki katalizatorów (takie jak kwas szczawiowy, kwas solny itp.) oraz korozja urządzeń
• Wrażliwość na ciepło – Łatwość dalszej polimeryzacji lub degradacji w wysokiej temperaturze, pogłębianie barwy
• Wysoka lepkość – Ciało stałe lub ciecz o wysokiej lepkości w temperaturze pokojowej, trudne do tradycyjnej destylacji

Rozdział 3: Tradycyjne metody oczyszczania i ich ograniczenia

3.1 Metoda 1: Przemywanie wodą + Neutralizacja

【Schemat procesu】 Roztwór żywicy → Przemywanie gorącą wodą → Neutralizacja zasadą → Odstawienie do rozwarstwienia → Odwadnianie

Zalety	ograniczenie
✓Niski koszt, prosta obsługa	✗Stopień usuwania wolnego fenolu < 60%
✓Możliwość usuwania niektórych rozpuszczalnych w wodzie zanieczyszczeń	✗Słabe usuwanie jonów metali
✓Odpowiedni dla produktów przemysłowych	✗Powstaje duża ilość ścieków (znaczne obciążenie środowiskowe)

3.2 Metoda 2: Ekstrakcja rozpuszczalnikiem

【Schemat procesu】 Żywica rozpuszczona w rozpuszczalniku organicznym → Dodanie słabego rozpuszczalnika wytrącającego → Filtracja → Suszenie pod próżnią

Zalety	Ograniczenia
✓ Może usuwać składniki o niskiej masie cząsteczkowej	✗ Duża konsumpcja rozpuszczalnika (5-10 razy więcej niż masa żywicy)
✓ Umożliwia częściową regulację stopnia polidyspersji (PDI)	✗ Wysokie koszty regeneracji rozpuszczalnika
✓ Odpowiedni dla małoseryjnych produktów wysokiej jakości	✗ Niska wydajność (70-85%)

3.3 Metoda 3: Konwencjonalna destylacja pod zmniejszonym ciśnieniem

【Schemat procesu】 Topnienie żywicy → Destylacja pod zmniejszonym ciśnieniem (0,1-1 kPa) → Zbieranie frakcji

Zalety	Ograniczenia:
✓ Efektywne usuwanie wolnych fenoli i formaldehydu	✗ Wymaga wysokich temperatur (180-250 ℃), co prowadzi do łatwej polimeryzacji/degradacji żywicy.
✓ Brak pozostałości rozpuszczalnika	✗ Długi czas przebywania (2-6 godzin), powodujący ciemnienie koloru.
✓ Monomery nadające się do recyklingu	✗ Wysoka lepkość, prowadząca do niskiej efektywności transferu masy.

3.4 Podsumowanie porównawcze metod tradycyjnych

 

 

Metody:	Stopień usuwania wolnego fenolu	Kontrola PDI	Wynos	Kolor	Koszt	Stosowane gatunki:
Przemywanie wodą + zobojętnienie	50-60%	✗	90-95%	Zniszczenie	Niski	Wyroby przemysłowe
Ekstrakcja rozpuszczalnikiem	70-85%	✓	70-85%	Poprawa	Wysoki	Klasa Elektroniczna
Konwencjonalna destylacja pod zmniejszonym ciśnieniem	80-90%	✗	75-88%	Silne pogorszenie się jakości	Średni	Klasa PCB
Destylacja cząsteczkowa z krótką ścieżką	95-99%	✓ Precyzyjne	88-95%	Doskonały	Średni	Klasa światłoczuła

Tradycyjne metody mają znaczące ograniczenia pod względem wysokiej czystości, niskiego zabarwienia i precyzyjnej kontroli masy cząsteczkowej, co uniemożliwia im spełnienie wymagań dotyczących fenolowych żywic przeznaczonych do produkcji światłoczułych powłok i hermetyzacji półprzewodników.

Rozdział 4: Rozwiązanie Yuanhuai

4.1 Technologia kluczowa: Destylacja cząsteczkowa z krótką ścieżką

System destylacji cząsteczkowej Yuanhuai YHCHEM to specjalna technologia separacji ciecz-ciecz, która umożliwia rozdzielenie substancji w warunkach wysokiego próżniowego ciśnienia i niskiej temperatury poprzez wykorzystanie różnic w średniej drodze swobodnej cząsteczek różnych substancji; szczególnie nadaje się do oczyszczania materiałów termolabilnych, o dużej lepkości oraz wysokich punktach wrzenia.

4.2 Zasada działania

 

 

Kroki:	Opis procesu	Kluczowe parametry
① Zasilanie Materiałem	Rozgrzany roztwór żywicy wpływa do parownika.	Płynność: Dobra
② Tworzenie folii	Skrobak rozprowadza materiał w cienką warstwę.	Prędkość obrotowa: 10-300 obr/min
③ Ogrzewanie	Powierzchnia grzewcza utrzymywana jest w stosunkowo niskiej temperaturze.	Ciśnienie: Znacznie niższe niż w przypadku konwencjonalnej destylacji
④ Evaporacja	Lekkie składniki (o niskim punkcie wrzenia) odparowują i ulatniają się.	Średnia droga swobodna: >2-5 cm
⑤ Transport na krótką odległość	Odparowane cząsteczki poruszają się po linii prostej w kierunku powierzchni skraplania.	Odległość: 2-5 cm, bez kolizji
⑥ Kondensacja	Lekkie składniki skraplają się na powierzchni skraplania.	Temperatura: -10~20 ℃
7 Separacja	Ciężkie składniki spływają w dół po powierzchni grzejnej.	Niesparowane substancje o wysokiej masie cząsteczkowej
⑧ Zbiórka	Składniki lekkie i ciężkie są zbierane oddzielnie.	Ciągła praca segmentowa

4.3 Unikalne zalety dla oczyszczania żywic fenolowych

Dane techniczne:	Znaczenie dla żywic fenolowych:
Ultra wysoka próżnia	Punkt wrzenia obniżony o 80–150 ℃, zapobieganie polimeryzacji/degradacji termicznej
Bardzo krótki czas przebywania	2-30 sekund, brak degradacji koloru, utrzymanie przezroczystego jasnożółtego koloru
Praca w niskiej temperaturze	80-180℃, ochrona wrażliwych na ciepło grup hydroksylowych i wiązań eterowych
Ciągły segmentowy odbiór	Precyzyjne rozdzielenie oligomerów, średnich polimerów i wysokich polimerów, kontrola PDI
Konstrukcja z warstwą skrobaną	Jednolite formowanie warstwy wysokolepkich żywic, wysoka wydajność przenoszenia masy
Wszystkie powierzchnie stykające się z materiałem wykonane ze stali nierdzewnej 316L	Wyeliminowanie zanieczyszczenia jonami metali

Rozdział 5: Podstawowe wyposażenie procesowe

(1) Podstawowa jednostka destylacyjna

Komponenty	Specyfikacje/materiały	Cechy:
Powierzchnia odparowania	0,1-10 m ²	Możliwość dostosowania, wydajność przetwarzania 5-500 kg/h
Skrobak	PTFE/316L	Prędkość obrotowa 10-300 obr/min, tworząca cienką warstwę o grubości 0,1-1 mm
Metoda ogrzewania	Ogrzewanie olejowe/grzewcze elektryczne	Dokładność regulacji temperatury ±2℃
Kondensator	stal nierdzewna 316L	Wbudowana rura spiralna, -10 do 20 ℃
Materiał	Całość ze stali nierdzewnej 316L + uszczelka z PTFE	Odporna na korozję, niska zawartość zanieczyszczeń jonami metali

(2) System próżniowy

• Pompa Roots + kombinacja pompy łopatkowej: ostateczna próżnia 0,1 Pa

• Manometr próżniowy: manometr pojemnościowy z membraną, dokładność 0,1 Pa

• Pułapka chłodząca: -80°C, chroniąca pompę próżniową, odzyskująca monomery

(3) System sterowania automatycznego

• PLC + ekran dotykowy: Siemens/Mitsubishi

• Monitorowanie w czasie rzeczywistym: temperatura, poziom próżni, natężenie dopływu, prędkość obrotowa

• Rejestracja danych: Krzywe historyczne, śledzenie partii

• Ochrona alarmowa: Przegrzanie, anomalie podciśnienia, automatyczne wyłączanie przy anomalii poziomu cieczy

 

 

 

 

 

 

Rozdział 6: Przepływ procesu i parametry

6.1 Kompletny przepływ procesu

6.2 Kluczowe parametry procesowe

Destylacja w pierwszym etapie (usunięcie składników lekkich)

 

 

Parametry:	Wartości zadane:	Cel:
Temperatura dopływu	60-80℃	Aby zmniejszyć lepkość ułatwiając transport
Temperatura parowania	120-150℃	Parowanie wolnego fenolu (punkt wrzenia 181 ℃)
Poziom próżni	1-5 Pa	Obniżenie punktu wrzenia do 80–120 ℃
Prędkość wycieraczki	150–250 obr./min	Uformowanie jednolitej cienkiej warstwy
Prędkość posuwu	10–30 kg/h ·m ²	Czas przebywania: 5–15 sekund
Zebrane składniki	Lekkie składniki (wolny fenol, formaldehyd, woda)	5-15%

Efekt: Zawartość wolnego fenolu zmniejszona z 3000–8000 ppm do <500 ppm

Destylacja drugiego etapu (korekta rozkładu masy cząsteczkowej)

Parametry:	Ustawienia:	Cel:
Temperatura parowania	150-170℃	Parowanie oligomerów (Mw < 2000)
Poziom próżni	0,5-2 Pa	Niższy punkt wrzenia
Prędkość wycieraczki	100-200 rpm	Zrównoważony transfer masy i czas przebywania
Prędkość posuwu	8-20 kg/h ·m ²	Czas przebywania: 10-30 sekund
Zebrane składniki	Składniki lekkie (oligomery)	10-20%

Efekt: PDI zmniejszony z 2,5-3,5 do 1,5-2,0

Destylacja trzeciego etapu (rafinacja)

Parametry:	Ustawienia:	Cel:
Temperatura parowania	170-180℃	Usuwanie katalizatorów i pigmentów
Poziom próżni	0,1-1 Pa	Skrajny próżnia
Prędkość wycieraczki	80-150 obr./min	Precyzyjne rozdzielenie
Prędkość posuwu	5-15 kg/h ·m ²	Grzeczny kontakt
Zebrane składniki	Destylat pośredni (produkt docelowy)	70-85%

Efekt: Czystość >99,0%, jony metali (w połączeniu z wymianą jonową) <10 ppb

6.3 Przykład bilansu materiałowego

Przykład oparty na 100 kg surowej żywicy:

Etapy procesu	Typ materiału	Masa (kg)	Udział wykorzystanych surowców	Rozmieszczenie materiałów
Karmienie	Surowa żywica fenolowa	100	100%	Surowce
Wstępne leczenie	Straty rozpuszczalnika, osad z filtracji	2-3	2-3%	Rozpuszczalniki nadają się do regeneracji
Pierwsza destylacja	Składniki lekkie (bez fenolu, formaldehydu itp.)	8-12	8-12%	Można wykorzystać w sposób racjonalny
Drugie destylowanie	Składniki lekkie (oligomery)	10-15	10-15%	Częściowo nadające się do ponownego użycia
Trzecie destylowanie	Składniki ciężkie (polimery, zanieczyszczenia)	3-5	3-5%	Odrzucane lub obniżane do innych zastosowań
Wyjście	Fenolowa żywica o wysokiej czystości	70-80	70-80%	Produkty klasy elektronicznej/klasy fotolitograficznej

 

【Całkowita wydajność】70-80% 【Wzrost czystości】95% → 99%+

Rozdział 7: Kluczowe zalety techniczne

7.1 Porównanie z tradycyjnymi metodami

Wskaźniki:	Tradycyjna destylacja pod zmniejszonym ciśnieniem	Ekstrakcja rozpuszczalnikiem	Y HChem  Destylacja molekularna
Temperatura pracy	180-250℃	Temperatura pokojowa - 60 ℃	80-180℃
Czas przebywania	2-6 godziny	Kilka godzin	10–60 sekund
Poziom próżni	0,1-1 kPa	Ciśnienie Atmosferyczne	0,1-10 Pa
Stopień usuwania wolnego fenolu	80-90%	70-85%	95-99%
Kontrola PDI	✗	✓	Dokładny
Zmiana koloru	Degradacja: 3-5 poziomów	Poprawa o 1-2 poziomy	Brak degradacji
Wynos	75-88%	70-85%	88-95%
Zużycie rozpuszczalnika	Brak	5-10 razy	Brak
Zużycie energii (kWh/tonę)	800-1200	300-500 (w tym odzysk)	400-600
Zanieczyszczenie sprzętu	Drastyczny	Brak	Lekki
Kontrola jonów metali	Umiarkowany	Biedny	Doskonała (całkowicie ze stali 316L)
Produkcja ciągła	Trudne	Trudne	Wsparcie

podsumowanie 7,2 podstawowych zalet

✓ Nadzwyczajna czystość - bez fenolu <500 ppm, bez formaldehydu <200 ppm, spełnia wymagania dla stopnia fotorezystorów

✓ Precyzyjna kontrola masy cząsteczkowej - PDI regulowane do zakresu 1,3–1,8, dostosowane do różnych zastosowań

✓ Zachowanie barwy - przezroczysta jasnożółta, brak degradacji termicznej

✓ Wysoka wydajność - 88–95%, o 10–20% wyższa niż przy ekstrakcji rozpuszczalnikiem

✓ Przyjazne dla środowiska, zerowe emisje - brak ścieków, brak odpadów rozpuszczalników, zgodne z polityką ochrony środowiska

✓ Produkcja ciągła - wysoki stopień automatyzacji, niskie koszty pracy

✓ Długa żywotność urządzeń - stal nierdzewna 316L, odporna na korozję, łatwa w czyszczeniu

Rozdział 8: Przykłady zastosowań i wskaźniki wydajności

Oczyszczanie fenolowych żywic do stopnia fotorezystorów

Klient: Firma chemiczna elektroniczna (region Delty Rzeki Perłowej)

Surowiec: przemysłowy żywica fenolowa (czystość 95%, wolny fenol 5000 ppm)

Cel: stopień fotorezystu (czystość ≥99,5%, wolny fenol <500 ppm, PDI 1,5-1,8)

Parametry procesu:

• Sprzęt: YMD-150

• Trzystopniowa destylacja, temperatury 120/150/170℃

• Poziom próżni: 5/2/0,5 Pa

• Całkowity czas przetwarzania: około 40 sekund

【Porównanie skuteczności oczyszczania】

Specyfikacje	surowiec	Po jednej destylacji	Po dwóch etapach destylacji	Produkt gotowy	Cel
Czystość (%)	95.0	97.5	98.8	99.6	≥99.5
Wolny fenol (ppm)	5000	800	350	<200	<500
Bezpośredni formaldehyd (ppm)	800	200	80	<100	<200
PDI	2.8	2.6	1.9	1.6	1.5-1.8
Temperatura mięknienia (°C)	105	108	112	115	110-120
Kolor (Gardner)	5	4	3	<3	<3
Zawartość popiołu (ppm)	300	150	80	<50	<50
Jony metali (ppb)	80	50	20	<10	<10

Korzyści ekonomiczne: Wydajność: 92%

Koszt i przychód na tonę:

• Koszt surowców: 20 000 CNY/tonę

• Cena sprzedaży po oczyszczeniu: 80 000 CNY/tonę

• Zysk brutto na tonę: 60 000 CNY

Korzyści rocznej produkcji 200 ton:

• Rocznego wzrostu zysku: 12 milionów CNY

Dodatek A   Standardy testowania żywic fenolowych do fotorezystorów

Przedmioty testowe:	Metody standardowe:	Przyrządy i wyposażenie:
Masa cząsteczkowa	GPC	Waters GPC, polistyren standardowy
Zawartość grup hydroksylowych	Miareczkowanie chemiczne	Tytrolibrator potencjometryczny
Punkt miękczenia	GB/T 4507	Aparat do oznaczania temperatury mięknienia metodą pierścienia i kuli
Wolny fenol	GC-FID	Gas Chromatograph
Wolny formaldehyd	HPLC	Chromatograf cieczowy wysokosprawny
Jony metali	ICP-MS	Spektrometr mas z plazmą wzbudzaną indukcyjnie
Zawartość popiołu	GB/T 9345	Pieć muflowy, 550 ℃ spalanie
Kolor	Metoda Gardnera	Kolorymetr
Zawartość wilgoci	Karl Fischer	Tytrol kwasu Karl Fischera

Dodatek B: Często zadawane pytania (FAQ)

Pytanie 1: Czy destylację molekularną można stosować do przetwarzania stałych żywic fenolowych?

Odpowiedź: Tak. Należy ją rozpuścić w rozpuszczalniku (np. toluenie, etanolu) lub podgrzać do stanu stopionego (zazwyczaj 80–120°C) przed podaniem do procesu.

Pytanie 2: Czy urządzenie wymaga specjalnych wymagań przeciwwybuchowych?

Odpowiedź: Jeśli stosowane są łatwopalne rozpuszczalniki (np. toluen, etanol), należy określić strefy zagrożenia wybuchem (np. strefa 2) oraz wyposażyć instalację w przeciwwybuchowe silniki i instrumenty pomiarowe.

Pytanie 3: Czy można przetwarzać termoutwardzalne żywice fenolowe?

Odpowiedź: Zalecamy przetwarzanie żywic termoplastycznych (typu Novolak). Żywice termoutwardzalne (typu Resol) nie nadają się do destylacji molekularnej ze względu na niską lepkość spowodowaną częściowym sieciowaniem. Jeśli konieczne jest ich przetworzenie, należy je wykonać w fazie ciekłej, przed utwardzeniem.

Pytanie 4: Jak przechowywać oczyszczoną żywicę?

A: Zaleca się przechowywanie produktu w szczelnym pojemniku w chłodnym, suchym miejscu w celu zapobiegania pochłanianiu wilgoci i utlenianiu. W przypadku żywic fotoutwardzalnych zaleca się przechowywanie pod ochroną azotu, co pozwala osiągnąć trwałość składowania do 12 miesięcy.

Pytanie 5: Jak długo trwa czyszczenie jednego urządzenia?

A: Około 2–4 godziny. Proces obejmuje cyrkulację rozpuszczalników, takich jak toluen lub aceton, a efekt jest wzmocniony przez podgrzanie do temperatury 80–100°C. Zaleca się dokładne czyszczenie po każdym cyklu 10–20 partii.

Pytanie 6: Jakie są wymagania dotyczące powierzchni zajmowanej przez urządzenie oraz jego wysokości?

A: YHMD-150 zajmuje około 15 m², wysokość urządzenia to ok. 3,5 metra, wymagana wysokość pomieszczenia fabrycznego ≥ 4,5 metra. W przypadku niewystarczającej wysokości pomieszczenia można zastosować konstrukcję poziomą na zamówienie.

Pytanie 7: Czy można jednocześnie przetwarzać różne gatunki żywicy?

A: Tak, ale wymagane jest czyszczenie pomiędzy różnymi partiami, aby uniknąć zanieczyszczenia krzyżowego. Zaleca się opracowanie standardowej procedury przełączania produktów w celu zapewnienia spójności między partiami.