Solução de Purificação de Resina Fenólica

Capítulo 1: Contexto e Requisitos

1.1 Introdução à Resina Fenólica

A resina fenólica, cientificamente conhecida como resina fenol-formaldeído, é uma das primeiras resinas sintéticas industrializadas do mundo, formada pela policondensação de compostos fenólicos e formaldeído sob ação de um catalisador. Devido à sua excelente resistência térmica, retardância de chama, resistência mecânica e isolamento elétrico, é amplamente utilizada em:

• Materiais eletrônicos: Resina fotossensível, Substrato para PCB, Encapsulamento semicondutor

• Materiais compósitos: Materiais reforçados com fibra de vidro, materiais de fricção (pastilhas de freio)

• Revestimentos e adesivos: Revestimentos resistentes a altas temperaturas, adesivos para madeira

• Materiais refratários: Tijolos refratários, materiais isolantes

• Plásticos de engenharia: Interruptores elétricos, componentes automotivos

1.2 Demanda de mercado por resina fenólica de alta pureza

Com o rápido desenvolvimento da indústria de informações eletrônicas e materiais de nova energia, foram estabelecidos requisitos mais rigorosos de pureza para resinas fenólicas:

Área de aplicação	Requisito de Pureza	Limites-Chave de Impurezas	Preço de Mercado (10 mil CNY/tonelada)
Resina para Fotolitografia	≥99.5%	Fenol Livre < 500 ppm Teor de Cinzas < 50 ppm	6-12
Encapsulamento de Semicondutores	≥99.0%	Íons Metálicos < 10 ppm Íons de Cloro < 20 ppm	4-8
Substrato de PCB	≥98.5%	Fenol Livre < 1000 ppm Umidade<1%	2-5
Grau Industrial Geral	≥95%	Fenol Livre<3000ppm	1-2

1.3 Oportunidades de Produção Doméstica

Atualmente, a dependência de importações de resinas fenólicas de alta performance (grau fotoresistente, grau semicondutor) alcança 60-80%, com enorme espaço para substituição doméstica. A produção nacional apresenta as seguintes vantagens:

• Vantagem de Custo: Custos de produção local 30-50% inferiores aos das importações

• Vantagem de Entrega: Sem necessidade de logística internacional de longo prazo, entrega em até 1 semana

• Vantagem de Serviço: Suporte técnico localizado, resposta rápida às necessidades dos clientes

• Segurança da Cadeia de Suprimentos: Evita riscos de interrupção do fornecimento decorrentes de tensões comerciais internacionais

Capítulo 2: Requisitos de Pureza e Desafios para Resina Fenólica

2.1 Indicadores Principais de Qualidade

A resina fenólica de alta pureza precisa atender aos seguintes indicadores principais:

Item	Grau para Fotolito	Nível de Embalagem para Semicondutor	Grau para PCB
Peso molecular （MW ）	3,000-8,000	5,000-12,000	8,000-20,000
Polidispersão PDI	1.3-1.8	1.5-2.0	1.8-2.5
Ponto de Amolecimento (℃)	90-130	100-140	110-150
Teor de Hidroxila (%)	15-25	12-20	10-18
Fenol Livre (ppm)	<500	<1,000	❤️<3.000
Formaldeído Livre (ppm)	<200	<500	<1,000
Conteúdo de Cinzas (PPM)	<50	<100	<300
Íons Metálicos (ppb)	<10	<20	<50
Íons de Cloro (ppm)	<20	<50	<100
Cor (Gardner)	❤️<3	<4	<5
Umidade(%)	<0.5	<1.0	<2.0

 

2.2 Principais Desafios na Purificação

• Remoção de Fenol Livre e Formaldeído Livre - Resíduos de monômeros não reagidos afetam o desempenho e a segurança da resina
• Separação de Oligômeros e Polímeros - A distribuição de massa molecular (PDI) requer controle rigoroso
• Contaminação por Íons Metálicos - Resíduos de catalisadores (como ácido oxálico, ácido clorídrico, etc.) e introdução por corrosão de equipamentos
• Sensibilidade ao Calor - Facilidade de polimerização ou degradação adicionais em altas temperaturas, escurecimento da cor
• Alta Viscosidade - Sólido ou líquido altamente viscoso à temperatura ambiente, difícil para destilação tradicional

Capítulo 3: Métodos Tradicionais de Purificação e Suas Limitações

3.1 Método 1: Lavagem com Água + Neutralização

【Fluxo do Processo】 Solução de Resina → Lavagem com Água Quente → Neutralização Alcalina → Decantação por Repouso → Desidratação

Vantagens	limitação
✓Custo baixo, operação simples	✗Taxa de remoção de fenol livre < 60%
✓Pode remover algumas impurezas solúveis em água	✗Remoção deficiente de íons metálicos
✓Adequado para produtos de grau industrial	✗Gera uma grande quantidade de efluentes (pressão ambiental significativa)

3.2 Método 2: Extração com Solvente

【Fluxo do Processo】 Resina Dissolvida em Solvente Orgânico → Adição de Solvente Precipitante → Filtração → Secagem a Vácuo

Vantagens	Limitações
✓ Pode remover componentes de baixo peso molecular	✗ Alto consumo de solvente (5-10 vezes a massa da resina)
✓ Permite certo grau de ajuste do IPD	✗ Altos custos de recuperação de solvente
✓ Adequado para produtos de pequenos lotes e alta qualidade	✗ Baixo rendimento (70-85%)

3.3 Método 3: Destilação a Vácuo Convencional

【Fluxo do Processo】 Fusão da Resina → Destilação a Pressão Reduzida (0,1-1 kPa) → Coleta de Frações

Vantagens	Limitações:
✓ Remove efetivamente fenóis livres e formaldeído	✗ Requer altas temperaturas (180-250 ℃), levando à fácil polimerização/degradação da resina.
✓ Sem resíduo de solvente	✗ Tempo de residência longo (2-6 horas), resultando em escurecimento da cor.
✓ Monômeros recicláveis	✗ Alta viscosidade, levando à baixa eficiência de transferência de massa.

3.4 Resumo Comparativo dos Métodos Tradicionais

 

 

Métodos:	Taxa de remoção de fenol livre	Controle de PDI	Colheita	Cor	Custo	Graus Aplicáveis:
Lavagem com água + neutralização	50-60%	✗	90-95%	Deterioração	Baixa	Grau industrial
Extracção com solvente	70-85%	✓	70-85%	Melhoria	Alto	Grau Eletrônico
Destilação a vácuo convencional	80-90%	✗	75-88%	Deterioração severa	Médio	Grau para PCB
Destilação molecular de curto percurso	95-99%	✓ Preciso	88-95%	Excelente	Médio	Grau para Fotolito

Obviamente, os métodos tradicionais apresentam deficiências significativas na pureza elevada, baixa cor e controle preciso do peso molecular, sendo incapazes de atender aos requisitos dos resinas fenólicas grau fotoresistente e grau encapsulamento para semicondutores.

Capítulo 4: Solução Yuanhuai

4.1 Tecnologia Principal: Destilação Molecular de Curto Percurso

O Sistema de Destilação Molecular Yuanhuai YHCHEM é uma tecnologia especial de separação líquido-líquido que realiza a separação em condições de alto vácuo e baixa temperatura, aproveitando as diferenças no caminho livre médio das moléculas de diferentes substâncias, sendo particularmente adequado para a purificação de materiais termossensíveis, de alta viscosidade e alto ponto de ebulição.

4.2 Princípio de Funcionamento

 

 

Passos:	Descrição do processo	Parâmetros Chave
① Alimentação do material	A solução de resina pré-aquecida entra no evaporador.	Fluidez: Boa
② Formação de filme	Um raspador espalha o material em uma película fina.	Velocidade de Rotação: 10-300 rpm
③ Aquecimento	A superfície de aquecimento é mantida a uma temperatura relativamente baixa.	Pressão: Muito menor que na destilação convencional
④ Evaporação	Componentes leves (baixo ponto de ebulição) evaporam e escapam.	Camada Média Livre: >2-5 cm
⑤ Transporte de curta distância	As moléculas evaporadas viajam em linha reta até a superfície condensadora.	Distância: 2-5 cm, sem colisões
⑥ Condensação	Os componentes leves condensam-se na superfície de condensação.	Temperatura: -10~20 ℃
7 - Não Separação	Os componentes pesados escorrem ao longo da superfície de aquecimento.	Substâncias de alto peso molecular não vaporizadas
⑧ Coleção	Os componentes leves e pesados são coletados separadamente.	Operação contínua segmentada

4.3 Vantagens Únicas para a Purificação de Resinas Fenólicas

Características técnicas:	Significado para as resinas fenólicas:
Vácuo ultra-alto	Ponto de ebulição reduzido em 80-150 ℃, evitando a polimerização térmica/degradação
Tempo de residência extremamente curto	2-30 segundos, sem degradação da cor, mantendo a cor amarela clara e transparente
Operação em Baixa Temperatura	80-180℃, protegendo grupos hidroxila e ligações éter sensíveis ao calor
Coleta contínua segmentada	Separação precisa de oligômeros, polímeros médios e polímeros de alto peso molecular, controlando o PDI
Design de filme raspado	Formação uniforme de filme de resinas de alta viscosidade, alta eficiência de transferência de massa
Todas as superfícies em contato com o material feitas de aço inoxidável 316L	Elimina a contaminação por íons metálicos

Capítulo 5: Equipamentos Principais do Processo

(1) Unidade Principal de Destilação

Componentes	Especificações/Materiais	Características:
ÁREA DE EVAPORAÇÃO	0,1-10 m ²	Personalizável, com capacidade de processamento de 5-500 kg/h
Raspador	PTFE/316L	Velocidade de rotação de 10-300 rpm, formando um filme fino de 0,1-1 mm
Método de Aquecimento	Óleo térmico/Aquecimento elétrico	Precisão de controle de temperatura de ±2℃
Condensador	aço inoxidável 316L	Tubo espiral interno, -10 a 20 ℃
Material	Aço inoxidável 316L + vedação em PTFE	Resistente à corrosão, baixa contaminação por íons metálicos

(2) Sistema a vácuo

• Bomba Roots + Combinação de bomba de palheta rotativa: Vácuo final de 0,1 Pa

• Medidor de vácuo: Medidor de vácuo capacitivo com diafragma, precisão de 0,1 Pa

• Armadilha fria: -80°C, protege a bomba a vácuo e recupera monômeros

(3) Sistema de controle automático

• PLC + Tela sensível ao toque: Siemens/Mitsubishi

• Monitoramento em tempo real: temperatura, nível de vácuo, taxa de alimentação, velocidade de rotação

• Registro de dados: Curvas históricas, rastreabilidade por lote

• Proteção de alarme: desligamento automático por temperatura excessiva, anomalia de vácuo e anomalia de nível de líquido

 

 

 

 

 

 

Capítulo 6: Fluxo do Processo e Parâmetros

6.1 Fluxo Completo do Processo

6.2 Parâmetros Chave do Processo

Destilação em Primeiro Estágio (Remoção de Componentes Leves)

 

 

Parâmetros:	Valores definidos:	Objetivo:
Temperatura da alimentação	60-80℃	Para reduzir a viscosidade, facilitando o transporte
Temperatura de evaporação	120-150℃	Para vaporizar o fenol livre (ponto de ebulição 181 ℃)
Nível de vácuo	1-5 Pa	Para reduzir o ponto de ebulição para 80-120 ℃
Velocidade do agitador	150-250 rpm	Para formar um filme fino uniforme
Taxa de avanço	10-30 kg/h ·m ²	Tempo de residência: 5-15 segundos
Componentes coletados	Componentes leves (fenol livre, formaldeído, água)	5-15%

Efeito: Fenol livre reduzido de 3000-8000 ppm para <500 ppm

Destilação em Segunda Etapa (Ajuste da Distribuição do Peso Molecular)

Parâmetros:	Configurações:	Objetivo:
Temperatura de evaporação	150-170℃	Vaporização de oligômeros (Mw < 2000)
Nível de vácuo	0,5-2 Pa	Ponto de ebulição mais baixo
Velocidade do agitador	100-200 rpm	Transferência de massa e tempo de residência equilibrados
Taxa de avanço	8-20 kg/h ·m ²	Tempo de residência: 10-30 segundos
Componentes coletados	Componentes Leves (Oligômeros)	10-20%

Efeito: PDI reduzido de 2,5-3,5 para 1,5-2,0

Terceira Etapa de Destilação (Refino)

Parâmetros:	Configurações:	Propósito:
Temperatura de evaporação	170-180℃	Remoção de catalisadores e pigmentos
Nível de vácuo	0,1-1 Pa	Vácuo extremo
Velocidade do agitador	80-150 rpm	Separação fina
Taxa de avanço	5-15 kg/h ·m ²	Contato completo
Componentes coletados	Destilado intermediário (produto alvo)	70-85%

Efeito: Pureza >99,0%, íons metálicos (combinados com troca iônica) <10 ppb

6.3 Exemplo de Balanço de Matéria

Exemplo baseado em 100 kg de resina bruta:

Etapas do Processo	Tipo de Material	Massa (kg)	Proporção de matérias-primas utilizadas	Destinação dos Materiais
Alimentação	Resina Fenólica Bruta	100	100%	Matérias-primas
Pré-tratamento	Perda de Solventes, Resíduo de Filtração	2-3	2-3%	Solventes são recicláveis
Primeira Destilação	Componentes Leves (Fenol Livre, Formaldeído, etc.)	8-12	8-12%	Podem ser aproveitados como recurso
Segunda Destilação	Componentes Leves (Oligômeros)	10-15	10-15%	Parcialmente reutilizável
Terceira destilação	Componentes pesados (polímeros, impurezas)	3-5	3-5%	Descartado ou rebaixado para outros usos
Saída	Resina fenólica de alta pureza	70-80	70-80%	Produtos de grau eletrônico/grafofotolitográfico

 

【Rendimento total】70-80% 【Aprimoramento de pureza】95% → 99%+

Capítulo 7: Principais vantagens técnicas

7.1 Comparação com métodos tradicionais

Indicadores:	Destilação a vácuo tradicional	Extracção com solvente	Y HChem  Destilação molecular
Temperatura de operação	180-250℃	Temperatura ambiente - 60 ℃	80-180℃
Tempo de Permanência	2-6 horas	Várias horas	10-60 segundos
Nível de vácuo	0,1-1 kPa	Pressão Atmosférica	0,1-10 Pa
Taxa de remoção de fenol livre	80-90%	70-85%	95-99%
Controle de PDI	✗	✓	Precisa
Mudança de cor	Degradação: 3-5 níveis	Melhorado em 1-2 níveis	Sem degradação
Colheita	75-88%	70-85%	88-95%
Consumo de solvente	Nenhum	5-10 vezes	Nenhum
Consumo de energia (kWh/ton)	800-1200	300-500 (incluindo recuperação)	400-600
Fouling do equipamento	Severo	Nenhum	- Um pouco.
Controle de íons metálicos	Moderado	Ruim	Excelente (Todo em 316L)
Produção contínua	Difícil	Difícil	Suportado

resumo dos 7,2 Principais Vantagens

✓ Pureza ultra-alta - Fenol livre <500 ppm, formaldeído livre <200 ppm, atendendo aos requisitos de grau para fotoresistência

✓ Controle preciso do peso molecular - PDI ajustável para 1,3-1,8, adaptável a diferentes aplicações

✓ Retenção de cor - Amarelo claro transparente, sem degradação térmica

✓ Alto rendimento - 88-95%, 10-20% mais alto que a extração por solvente

✓ Ambientalmente Amigável e Sem Emissões - Sem águas residuais, sem solventes descartados, em conformidade com as políticas ambientais

✓ Produção Contínua - Alto grau de automação, baixos custos trabalhistas

✓ Longa Vida Útil do Equipamento - Aço inoxidável 316L, resistente à corrosão, fácil limpeza

Capítulo 8: Casos de Aplicação e Indicadores de Desempenho

Purificação de Resina Fenólica de Grau Fotolitográfico

Cliente: Uma empresa de produtos químicos eletrônicos (região do Delta do Rio das Pérolas)

Matéria-prima: Resina fenólica de grau industrial (pureza de 95%, 5000 ppm de fenol livre)

Objetivo: Grau fotolitográfico (pureza ≥99,5%, fenol livre <500 ppm, PDI 1,5-1,8)

Parâmetros do Processo:

• Equipamento: YMD-150

• Destilação em três estágios, temperaturas 120/150/170℃

• Nível de vácuo: 5/2/0,5 Pa

• Tempo total de processamento: Aproximadamente 40 segundos

【】Comparação do Efeito de Purificação

Especificações	matéria-prima	Após uma destilação	Após duas etapas de destilação	Produto acabado	Alvo
Pureza (%)	95.0	97.5	98.8	99.6	≥99.5
Fenol Livre (ppm)	5000	800	350	<200	<500
Formaldeído Livre (ppm)	800	200	80	<100	<200
PDI	2.8	2.6	1.9	1.6	1.5-1.8
Ponto de Amolecimento (°C)	105	108	112	115	110-120
Cor (Gardner)	5	4	3	<3	<3
Teor de Cinzas (ppm)	300	150	80	<50	<50
Íons Metálicos (ppb)	80	50	20	<10	<10

Benefícios Econômicos: Rendimento: 92%

Custo e Receita por Tonelada:

• Custo de Matéria-Prima: 20.000 CNY/tonelada

• Preço de Venda Purificado: 80.000 CNY/tonelada

• Lucro Bruto por Tonelada: 60.000 CNY

Benefícios da Produção Anual de 200 Toneladas:

• Aumento Anual de Lucro: 12 milhões de CNY

Apêndice A   Normas de teste para resinas fenólicas de grau fotoresiste

Itens de teste:	Métodos padrão:	Instrumentos e Equipamentos:
Peso molecular	GPC	GPC Waters, poliestireno padrão
Teor de hidroxila	Titulação química	Titulador potenciométrico
Ponto de Amolecimento	GB/T 4507	Aparelho de ponto de amolecimento por anel e bola
Fenol livre	GC-FID	Cromatógrafo a Gás
Formaldeído livre	HPLC	Cromatógrafo líquido de alta eficiência
Íons metálicos	ICP-MS	Espectrômetro de massas com plasma acoplado indutivamente
Teor de cinzas	GB/T 9345	Forno mufla, 550 ℃ incineração
Cor	Método Gardner	Colorímetro
Teor de umidade	Karl Fischer	Titulador de umidade Karl Fischer

Apêndice B: Perguntas Frequentes (FAQ)

P1: A destilação molecular pode ser usada para processar resinas fenólicas sólidas?

A: Sim. É necessário dissolvê-lo em um solvente (como tolueno, etanol) ou aquecê-lo até um estado fundido (geralmente 80-120°C) antes da alimentação.

Q2: O equipamento requer requisitos especiais à prova de explosão?

A: Se forem utilizados solventes inflamáveis (como tolueno, etanol), é necessário classificar áreas à prova de explosão (como Zona 2) e equipar com motores e instrumentos à prova de explosão.

Q3: É possível processar resinas fenólicas termofixas?

A: Recomendamos o processamento de resinas do tipo termoplásticas (Novolac). Resinas do tipo termofixas (Resol) não são adequadas para destilação molecular devido à baixa fluidez causada pelo parcial reticulado. Caso o processamento seja necessário, ele deve ser feito na fase líquida antes da cura.

Q4: Como armazenar a resina purificada?

A: Recomenda-se armazenar o produto em recipiente fechado, em local fresco e seco, para evitar absorção de umidade e oxidação. Para resinas de grau fotoresistente, recomenda-se o armazenamento sob proteção de nitrogênio, com vida útil de até 12 meses.

P5: Quanto tempo leva uma única limpeza de equipamento?

R: Aproximadamente 2-4 horas. O processo envolve a circulação de solventes como tolueno ou acetona, e o efeito é potencializado com aquecimento a 80-100 °C. Recomenda-se realizar uma limpeza completa após cada 10-20 lotes.

P6: Área ocupada pelo equipamento e requisitos de altura?

R: O YHMD-150 ocupa aproximadamente 15 m², altura do equipamento cerca de 3,5 metros, exigindo pé-direito da fábrica ≥ 4,5 metros. Se a altura for insuficiente, pode-se personalizar uma estrutura horizontal.

P7: É possível processar simultaneamente vários graus diferentes de resina?

R: Sim, mas é necessária limpeza entre diferentes lotes para evitar contaminação cruzada. Recomenda-se estabelecer um POP (Procedimento Operacional Padrão) para troca de produtos, garantindo a consistência entre os lotes.