Lösning för rening av fenolharts

Kapitel 1: Bakgrund och krav

1.1 Introduktion till fenolhar

Fenolhar, vetenskapligt känt som fenol-formaldehydhar, är en av de tidigast industrialiserade syntetiska harslager i världen, bildad genom polykondensation av fenolföreningar och formaldehyd under katalysatorverkan. På grund av sin utmärkta värmebeständighet, brandhämmande egenskaper, mekaniska styrka och elektriska isolering används den omfattande inom:

• Elektroniska material: Fotolackerharpolymer, PCB-substrat, halvledarinkapsling

• Kompositmaterial: Glasfiberförstärkta material, friktionsmaterial (bromsbackar)

• Ytbehandling och lim: Högtemperaturbeständiga beläggningar, trälim

• Eldfasta material: Eldfasta tegel, isoleringsmaterial

• Konstruktionsplaster: Elkopplingar, fordonsdelar

1.2 Marknadsbehov av högprenat fenolhar

Med den snabba utvecklingen av elektronik- och informationsindustrin samt nya energimaterial har högre renhetskrav ställts på fenolharsar:

Användningsområde	Krav på renhet	Nyckelgränser för föroreningar	Marknadspris (10k CNY/ton)
Fotolackerhars	≥99.5%	Fri fenol <500 ppm Bärgning <50 ppm	6-12
Halvledarinkapsling	≥99.0%	Metalljoner <10 ppm Klorjoner <20 ppm	4-8
PCB-substrat	≥98.5%	Fri fenol <1000 ppm Fukt<1%	2-5
Allmän industriell kvalitet	≥95%	Fri fenol<3000 ppm	1-2

1.3 Inhemsk tillverkningspotential

För närvarande uppgår importberoendet av högpresterande fenolhartsar (fotolackerkvalitet, halvledarkvalitet) till 60–80 %, vilket innebär stort inhems substitueringsterräng. Inhemsk produktion har följande fördelar:

• Kostnadsfördel: Lokal produktion är 30–50 % billigare än importer

• Leveransfördel: Ingen behov av långvarig internationell logistik, leverans inom 1 vecka

• Servicefördel: Lokalanpassat tekniskt stöd, snabb respons på kundbehov

• Säkerhet i supply chain: Undviker risker för leveransavbrott på grund av internationella handelskonflikter

Kapitel 2: Renhetskrav och utmaningar för fenolharts

2.1 Kärnkvalitetsindikatorer

Högrenhet fenolharv måste uppfylla följande nyckelindikatorer:

Vara	Fotoresistgrad	Halvledarförpackningsnivå	PCB-grad
Molekylvikt （MW ）	3,000-8,000	5,000-12,000	8,000-20,000
Polydispersionsindex PDI	1.3-1.8	1.5-2.0	1.8-2.5
Mjukningspunkt (℃)	90-130	100-140	110-150
Hydroxylinnehåll (%)	15-25	12-20	10-18
Fri fenol (ppm)	<500	<1,000	❤️<3 000
Fri formaldehyd (ppm)	<200	<500	<1,000
Askhalt(PPM)	<50	<100	<300
Metalljoner (ppb)	<10	<20	<50
Klorjoner (ppm)	<20	<50	<100
Färg (Gardner)	❤️<3	<4	<5
Fukt ((%)	<0.5	<1.0	<2.0

 

2.2 Huvudutmaningar vid rening

• Avlägsnande av fri fenol och fri formaldehyd – Omättade monomerrester påverkar hartsprestanda och säkerhet
• Avskiljning av oligomerer och polymerer – Molekylviktsfördelning (PDI) kräver strikt kontroll
• Förorening med metalljoner – Katalysatorrester (såsom oxalsyra, saltsyra etc.) och korrosion från utrustning
• Känslighet för värme – Lätt att ytterligare polymerisera eller brytas ner vid höga temperaturer, färg fördjupas
• Hög viskositet – Fast substans eller högviskos vätska vid rumstemperatur, svår att behandla med traditionell destillation

Kapitel 3: Traditionella reningmetoder och deras begränsningar

3.1 Metod 1: Vattenrengöring + Neutralisering

【Processflöde】 Harplösning → Tvättning med hett vatten → Alkalisk neutralisering → Vila i lager → Avvattning

Fördelar	begränsning
✓Låg kostnad, enkel operation	✗Fri fenolborttagningsgrad < 60%
✓Kan ta bort vissa vattenlösliga föroreningar	✗Dålig borttagning av metalljoner
✓Lämplig för industriella produkter	✗Genererar stora mängder avloppsvatten (betydande miljöpåverkan)

3.2 Metod 2: Lösningsmedelsextraktion

【Processflöde】 Harp löst i organisk lösningsmedel → Tillsats av dåligt lösningsmedel för utfällning → Filtrering → Vakuumtorkning

Fördelar	Begränsningar
✓ Kan avlägsna komponenter med låg molekylvikt	✗ Hög lösningsmedelsförbrukning (5–10 gånger harsmassan)
✓ Tillåter en viss grad av PDI-justering	✗ Höga kostnader för återvinning av lösningsmedel
✓ Lämplig för småserier och högklassiga produkter	✗ Låg utbyte (70–85 %)

3.3 Metod 3: Konventionell vakuumdestillation

【Processflöde】 Smältning av hars → Destillation under reducerat tryck (0,1–1 kPa) → Insamling av fraktioner

Fördelar	Begränsningar:
✓ Avlägsnar effektivt fria fenoler och formaldehyd	✗ Kräver höga temperaturer (180–250 ℃), vilket leder till enkel polymerisation/nedbrytning av hartsen.
✓ Ingen lösningsmedelsrester	✗ Lång uppehållstid (2–6 timmar), vilket resulterar i mörkare färg.
✓ Återvinningsbara monomerer	✗ Hög viskositet, vilket leder till låg massöverföringseffektivitet.

3.4 Jämförelsesammanfattning av traditionella metoder

 

 

Metoder:	Fri fenolborttagningstakt	PDI-styrning	Avkastning	Färg	Kosta	Tillämpbara grader:
Tvätt med vatten + neutralisering	50-60%	✗	90-95%	Försämringen	Låg	Industriell kvalitet
Extraktion med lösningsmedel	70-85%	✓	70-85%	Förbättring	Hög	Elektronisk kvalitet
Konventionell vakuumdestillation	80-90%	✗	75-88%	Allvarlig försämring	Medium	PCB-grad
Molekylär destillation med kort väg	95-99%	✓ Exakt	88-95%	Excellent	Medium	Fotoresistgrad

Det är uppenbart att traditionella metoder har betydande brister vad gäller hög renhet, låg färg och exakt kontroll av molekylvikt, vilket gör att de inte kan uppfylla kraven på fotolitografiska och halvledarinneslutningsgradiga fenolhartsar.

Kapitel 4: Yuanhuai-lösning

4.1 Kärnteknologi: Molekylär destillation med kort väg

Yuanhuai YHCHEM:s molekylära destillationssystem är en särskild teknik för vätske-vätske-separation som möjliggör separation under högvakuum och låga temperaturer genom att utnyttja skillnader i medelfri väglängd hos olika ämnesmolekyler, särskilt lämplig för rening av värme-känsliga, högviskösa och ämnen med hög kokpunkt.

4.2 Funktionsprincip

 

 

Steg:	Beskrivning av processen	Nyckelparametrar
① Materialförsörjning	Den förvärmade hartslösningen matas in i förångaren.	Flödighet: Bra
② Filmbildning	En skrapa sprider materialet till en tunn film.	Varvtal: 10–300 rpm
③ Värme	Uppvärmningsytan hålls vid en relativt låg temperatur.	Tryck: Mycket lägre än vid konventionell destillation
④ Avandning	Lätta komponenter (låg kokpunkt) avdunstar och försvinner.	Medelfria vägen: >2–5 cm
5 Kortdistanstransport	De avdunstade molekylerna rör sig i en rak linje mot kondensytan.	Avstånd: 2–5 cm, inga kollisioner
6 Kondens	De lätta komponenterna kondenserar på kondensytan.	Temperatur: -10~20 ℃
7 Separation	De tunga komponenterna rinner ner längs uppvärmningsytan.	Ej förångade ämnen med hög molekylvikt
⑧ Samling	De lätta och tunga komponenterna samlas separat.	Kontinuerlig segmenterad drift

4.3 Unika fördelar för rening av fenolharts

Tekniska egenskaper:	Betydelse för fenolharts:
Ultra-hög vakuum	Kokpunkten minskad med 80–150 ℃, förhindrar termisk polymerisation/nedbrytning
Extremt kort uppehållstid	2–30 sekunder, ingen färgnedbrytning, bibehåller genomskinlig ljusgul färg
Lågtemperaturdrift	80-180℃, skyddar värmekänsliga hydroxylgrupper och eternedbrytningar
Kontinuerlig segmenterad insamling	Precis separation av oligomerer, medelstora polymerer och höga polymerer, styr PDI
Svepad-film-design	Enhetlig filmbildning av högviskösa harts, hög mass överföringseffektivitet
Alla materialytor i kontakt är tillverkade av 316L rostfritt stål	Eliminerar metalljonföroreningar

Kapitel 5: Kärnprocessutrustning

(1) Kärndestillationsenhet

Komponenter	Specifikationer/Material	Funktioner:
Avdunstningsyta	0,1–10 m ²	Anpassningsbar, med en behandlingskapacitet på 5–500 kg/h
Skrapa	PTFE/316L	Varvtal 10–300 rpm, bildar en tunn film på 0,1–1 mm
Uppvärmningsmetod	Värmeolja/Elvärme	Temperaturregleringsnoggrannhet på ±2℃
Kondensator	316L rostfritt stål	Inbyggd spiralslang, -10 till 20 ℃
Material	Alla 316L rostfritt stål + PTFE-tätning	Korrosionsbeständig, låg halt av metalljoner

(2) Vakuumsystem

• Roots-pump + roterande skopumpskombination: Ultimat vakuum 0,1 Pa

• Vakuummanometer: Kapacitiv membranvakuummanometer, noggrannhet 0,1 Pa

• Källare: -80°C, skyddar vakuum pump, återvinning av monomerer

(3) Automatiseringsstyrsystem

• PLC + Touch Screen: Siemens/Mitsubishi

• Verklig tidsovervakning: temperatur, vakuumnivå, påfyllningshastighet, varvtal

• Datainspelning: Historiska kurvor, batchspårbarhet

• Larmbeskydd: Överhettning, vakuumavvikelse, avbrytning vid olaglig vätskenivå

 

 

 

 

 

 

Kapitel 6: Processflöde och parametrar

6.1 Fullständigt processflöde

6.2 Viktiga processparametrar

Första stegs destillation (ta bort lätta komponenter)

 

 

Parametrar:	Inställda värden:	Mål:
Tillförd temperatur	60-80℃	För att minska viskositeten för enklare transport
Avdunstningstemperatur	120-150℃	För att förånga fri fenol (kokpunkt 181 ℃)
Vakuumnivå	1-5 Pa	Sänka kokpunkten till 80–120 ℃
Skräphastighet	150–250 rpm	Bilda en jämn tunnfilm
Matningshastighet	10–30 kg/h ·m ²	Residensstid: 5–15 sekunder
Insamlade komponenter	Lätta komponenter (fri fenol, formaldehyd, vatten)	5-15%

Effekt: Fri fenol minskad från 3000–8000 ppm till <500 ppm

Andra stegs destillation (justera molekylviktsfördelning)

Parametrar:	Inställningar:	Mål:
Avdunstningstemperatur	150-170℃	Förtunning av oligomerer (Mw < 2000)
Vakuumnivå	0,5–2 Pa	Lägre kokpunkt
Skräphastighet	100–200 rpm	Balanserad massöverföring och uppehållstid
Matningshastighet	8–20 kg/h ·m ²	Upphållstid: 10–30 sekunder
Insamlade komponenter	Lätta komponenter (oligomerer)	10-20%

Effekt: PDI begränsat från 2,5–3,5 till 1,5–2,0

Tredje stegs destillation (raffinering)

Parametrar:	Inställningar:	Syfte:
Avdunstningstemperatur	170-180℃	Avlägsnande av katalysatorer och pigment
Vakuumnivå	0,1–1 Pa	Extremt vakuum
Skräphastighet	80–150 rpm	Fin separation
Matningshastighet	5–15 kg/h ·m ²	Grundlig kontakt
Insamlade komponenter	Mellanprodukt (önskad produkt)	70-85%

Effekt: Renhet >99,0 %, metalljoner (i kombination med jonbyte) <10 ppb

6.3 Materialbalans Exempel

Exempel baserat på 100 kg råharts:

Processstadier	Materialtyp	Massa (kg)	Andel av använda råvaror	Materialfördelning
Födning	Rå Fenolharts	100	100%	Råmaterial
Förbehandling	Lösningsmedelsförlust, filtreringsrester	2-3	2-3%	Lösningsmedel kan återvinnas
Första destillationen	Lätta komponenter (fri fenol, formaldehyd, etc.)	8-12	8-12%	Kan nyttjas på ett resurseffektivt sätt
Andra destillationen	Lätta komponenter (oligomerer)	10-15	10-15%	Delvis återanvändbar
Tredje destillationen	Tunga komponenter (polymerer, föroreningar)	3-5	3-5%	Slängs eller nedgraderas för andra användningsområden
Utgång	Högren fenolharv	70-80	70-80%	Elektronikgrad/fotolitografigrad produkter

 

【Total avkastning】70–80 % 【Renhetsförbättring】95 % → 99 % +

Kapitel 7: Viktiga tekniska fördelar

7.1 Jämförelse med traditionella metoder

Indikatorer:	Traditionell vakuumdestillation	Extraktion med lösningsmedel	Y HChem  Molekylär destillation
Driftstemperatur	180-250℃	Rumstemperatur – 60 ℃	80-180℃
Upphällstid	2–6 timmar	Flertalet timmar	10–60 sekunder
Vakuumnivå	0,1–1 kPa	Atmosfärisk Tryck	0,1–10 Pa
Fri fenolborttagningstakt	80-90%	70-85%	95-99%
PDI-styrning	✗	✓	Precisa
Färgändring	Nedbrytning: 3–5 nivåer	Förbättrad med 1–2 nivåer	Ingen nedbrytning
Avkastning	75-88%	70-85%	88-95%
Lösningsmedelsförbrukning	Ingen	5–10 gånger	Ingen
Energiförbrukning (kWh/ton)	800-1200	300–500 (inklusive återvinning)	400-600
Utställningsförorening	Allvarlig	Ingen	Lektyr
Metalljonkontroll	Moderat	-Fattiga.	Utmärkt (Alla 316L)
Kontinuerlig produktion	Svåra	Svåra	Stödda

7,2 Sammanfattning av kärnfördelar

✓ Ultrahög renhet - Fri från fenol <500 ppm, fri från formaldehyd <200 ppm, uppfyller krav för fotolackeringsgrad

✓ Exakt molekylviktskontroll - PDI justerbart till 1,3–1,8, anpassningsbar till olika applikationer

✓ Färgstabilitet - Ljust gul genomskinlig, ingen termisk nedbrytning

✓ Hög utbyte - 88–95 %, 10–20 % högre än lösningsmedelsextraktion

✓ Miljövänlig, nollutsläpp - Inget avloppsvatten, inget spillt lösningsmedel, överensstämmer med miljöpolicyer

✓ Kontinuerlig produktion - Hög grad av automatisering, låga arbetskostnader

✓ Lång livslängd på utrustning - 316L rostfritt stål, korrosionsbeständigt, lätt att rengöra

Kapitel 8: Tillämpningsfall och prestandaindikatorer

Reningsprocess för fenolharts i fotolackeringsgrad

Kund: Ett företag inom elektronik-kemikalier (Pearl River Delta-regionen)

Råmaterial: Industriell fenolhar (95 % renhet, 5000 ppm fri fenol)

Mål: Fotolackeringsgrad (renhet ≥99,5 %, fri fenol <500 ppm, PDI 1,5–1,8)

Processparametrar:

• Utrustning: YMD-150

• Trestegsdestillation, temperaturer 120/150/170 °C

• Vakuumnivå: 5/2/0,5 Pa

• Total bearbetningstid: Ungefär 40 sekunder

【Jämförelse av reningseffekt

Specifikationer	råmaterial	Efter en destillation	Efter två steg av destillation	Färdig Produkt	Mål
Renhet (%)	95.0	97.5	98.8	99.6	≥99.5
Fri fenol (ppm)	5000	800	350	<200	<500
Fri formaldehyd (ppm)	800	200	80	<100	<200
PDI	2.8	2.6	1.9	1.6	1.5-1.8
Utsmältningstemperatur (°C)	105	108	112	115	110-120
Färg (Gardner)	5	4	3	<3	<3
Bronska innehåll (ppm)	300	150	80	<50	<50
Metalljoner (ppb)	80	50	20	<10	<10

Ekonomiska fördelar: Utdelningsgrad: 92 %

Kostnad och intäkt per ton:

• Råvarukostnad: 20 000 CNY/ton

• Pris för renad produkt: 80 000 CNY/ton

• Bruttovinst per ton: 60 000 CNY

Fördelar vid årsproduktion på 200 ton:

• Årlig vinstökning: 12 miljoner CNY

Bilaga A   Teststandarder för fotolacker av fenolharts

Testobjekt:	Standardmetoder:	Instrument och utrustning:
Molekylvikt	GPC	Waters GPC, standardpolystyren
Hydroxylhalt	Kemisk titrering	Potentiometrisk titrator
Glasomvandlingstemperatur	GB/T 4507	Ring- och kulanläggning för mättning av vekpunktsgrad
Fritt fenol	GC-FID	Gaschromatograf
Fri formaldehyd	HPLC	Högpresterande vätskekromatograf
Metalljoner	ICP-MS	Induktivt kopplad plasma masspektrometer
Aschinnehåll	GB/T 9345	Kvärfurnas, 550 ℃ förbränning
Färg	Gardner-metoden	Färgmätare
Fukthalt	Karl Fischer	Karl Fischer fukttitrator

Bilaga B: Vanliga frågor (FAQ)

Q1: Kan molekylär destillation användas för att bearbeta fasta fenolhartsar?

A: Ja. Den måste lösas upp i ett lösningsmedel (till exempel toluen, etanol) eller upphettas till smält form (vanligtvis 80–120 °C) innan påfyllning.

Q2: Kräver utrustningen särskilda explosionsskyddade förhållanden?

A: Om lättantändliga lösningsmedel (till exempel toluen, etanol) används måste explosionsskyddade områden (till exempel zon 2) definieras, samt utrustas med explosionsskyddad motor och instrument.

Q3: Kan termohärdande fenolhartsar bearbetas?

A: Vi rekommenderar bearbetning av termoplastiska (Novolac) hartsar. Termohärdande (Resol) hartsar är inte lämpliga för molekylär destillation på grund av dålig flödighet orsakad av delvis korslänkning. Om bearbetning ändå krävs måste den utföras i vätskefas innan härdbildning.

Q4: Hur ska renad harts förvaras?

A: Det rekommenderas att förvara produkten i en sluten behållare på en sval, torr plats för att förhindra fuktabsorption och oxidation. För fotolackerharts rekommenderas förvaring under kvävesskydd, och hållbarhetsperioden kan uppgå till 12 månader.

Q5: Hur lång tid tar en enskild rengöring av utrustningen?

A: Ungefär 2–4 timmar. Processen innebär cirkulation av lösningsmedel såsom tullen eller aceton, och effekten förbättras genom uppvärmning till 80–100 °C. Det rekommenderas att utföra en grundlig rengöring efter varje 10–20 produktionsomgångar.

Q6: Krav på utrymme och höjd för utrustning?

A: YHMD-150 upptar ungefär 15 m², utrustningshöjd cirka 3,5 meter, kräver fabriksgolvshöjd ≥ 4,5 meter. Om golvhöjden är otillräcklig kan horisontell konstruktion anpassas.

Q7: Kan flera olika klasser av harts bearbetas samtidigt?

A: Ja, men rengöring krävs mellan olika omgångar för att undvika korskontaminering. Det rekommenderas att upprätta en SOP (standardarbetsprocedur) för produktskifte för att säkerställa konsekvens från omgång till omgång.