JP2005075937A - Manufacturing process of novolac type phenolic resin - Google Patents

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Takuya Tochimoto
卓哉 栃本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a process for manufacturing a novolac type phenolic resin which contains only a small amount of unreacted phenols and has a narrow molecular weight distribution in a high yield for a short period of time. <P>SOLUTION: The process for manufacturing a novolac type phenolic resin comprises reacting a phenol and an aldehyde at ≥120°C using an aqueous phosphoric acid solution in a hermetically sealed apparatus and using not less than 0.2 mole of the phosphoric acid per 1 mole of the phenol. Preferably, the reaction is carried out by simultaneously charging the phenol, the aldehyde and the phosphoric acid in the apparatus. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ノボラック型フェノール樹脂の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a novolac type phenolic resin.

従来、ノボラック型フェノール樹脂は、フェノール類とアルデヒド類とを塩酸、硫酸、蓚酸、p−トルエンスルホン酸といった無機酸あるいは有機酸を触媒として反応させることで得られていた。
ノボラック型フェノール樹脂の分子量は、フェノール類とアルデヒド類との仕込モル比率等で調整するのが一般的であるが、分子量の低いノボラック型フェノール樹脂は、分子量分布が広くなりやすい。分子量分布を狭くする一般的手段としては、有機溶媒中で反応させる方法、水蒸気蒸留あるいは溶剤洗浄により低分子量成分を除去する方法があるが、前者の場合は低分子量のノボラック型フェノール樹脂は得られず、後者の場合は収率が大きく低下してしまう。また、両者とも反応操作に長時間を必要とした(例えば、非特許文献1参照。)。
Conventionally, novolac-type phenol resins have been obtained by reacting phenols and aldehydes with an inorganic acid or organic acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, oxalic acid, and p-toluenesulfonic acid as a catalyst.
The molecular weight of the novolak-type phenol resin is generally adjusted by the charged molar ratio of phenols and aldehydes, but the novolak-type phenol resin having a low molecular weight tends to have a wide molecular weight distribution. As a general means for narrowing the molecular weight distribution, there are a method of reacting in an organic solvent and a method of removing low molecular weight components by steam distillation or solvent washing. In the former case, a low molecular weight novolak type phenol resin can be obtained. In the latter case, the yield is greatly reduced. Moreover, both require a long time for the reaction operation (for example, refer nonpatent literature 1).

松本 明博 著,「フェノール樹脂の合成・硬化・強靭化および応用」,(株)アイピーシー,2000年1月20日,p.12−18Akihiro Matsumoto, “Synthesis / curing / toughening and application of phenolic resin”, IPC Corporation, January 20, 2000, p. 12-18

本発明は、未反応フェノール類が少なく、かつ、分子量分布が狭いノボラック型フェノール樹脂を短時間で高収率に製造する方法を提供するものである。   The present invention provides a method for producing a novolak type phenol resin with a small amount of unreacted phenols and a narrow molecular weight distribution in a short time and in a high yield.

このような目的は、以下の本発明(1)〜(4)によって達成される。
(1)フェノール類とアルデヒド類とを、リン酸類水溶液を用いて密閉装置中で120℃以上として反応させるノボラック型フェノール樹脂の製造方法であって、上記フェノール類1モルに対して上記リン酸類0.2モル以上を用いることを特徴とするノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
(2)上記フェノール類と上記アルデヒド類とを、上記リン酸類水溶液とともに一括して仕込み反応させる上記(1)に記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
(3)反応系中の水分量を1〜40重量%として反応させる上記(1)または(2)に記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
(4)上記リン酸類が、リン酸である上記(1)ないし(3)のいずれかに記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
Such an object is achieved by the following present inventions (1) to (4).
(1) A method for producing a novolak-type phenol resin in which phenols and aldehydes are reacted at 120 ° C. or higher in an airtight device using an aqueous phosphoric acid solution, wherein the phosphoric acids 0 are added to 1 mol of the phenols. A method for producing a novolac-type phenolic resin, wherein 2 mol or more is used.
(2) The method for producing a novolac type phenol resin according to the above (1), wherein the phenols and the aldehydes are collectively charged and reacted together with the phosphoric acid aqueous solution.
(3) The method for producing a novolac type phenol resin according to the above (1) or (2), wherein the reaction is carried out at a water content of 1 to 40% by weight in the reaction system.
(4) The method for producing a novolac type phenol resin according to any one of (1) to (3), wherein the phosphoric acid is phosphoric acid.

本発明は、フェノール類とアルデヒド類とを、フェノール類1モルに対してリン酸類0.2モル以上を含有するリン酸類水溶液を用いて、密閉装置中で120℃以上として反応させることを特徴とするノボラック型フェノール樹脂の製造方法であり、未反応フェノール類が少なく、分子量分布が狭いノボラック型フェノール樹脂を短時間に高収率で得ることができるものである。   The present invention is characterized in that phenols and aldehydes are reacted at 120 ° C. or higher in a sealed apparatus using an aqueous phosphoric acid solution containing 0.2 mol or more of phosphoric acid per mol of phenol. The novolak type phenol resin is a method for producing a novolak type phenol resin having a small amount of unreacted phenols and a narrow molecular weight distribution in a short time with a high yield.

以下、本発明のノボラック型フェノール樹脂の製造方法(以下、単に「製造方法」ということがある)について説明する。
本発明の製造方法は、フェノール類とアルデヒド類とを、リン酸類水溶液を用いて密閉装置中で120℃以上として反応させるノボラック型フェノール樹脂の製造方法であって、上記フェノール類1モルに対して上記リン酸類0.2モル以上を用いることを特徴とする。
Hereinafter, a method for producing the novolak type phenolic resin of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “manufacturing method”) will be described.
The production method of the present invention is a method for producing a novolac-type phenol resin in which phenols and aldehydes are reacted at 120 ° C. or higher in a sealed device using an aqueous phosphoric acid solution, and the phenols and aldehydes are reacted with 1 mol of the phenols. The phosphoric acid is used in an amount of 0.2 mol or more.

本発明の製造方法で用いられるフェノール類としては特に限定されないが、例えば、フェノール、メタクレゾール、3,5−キシレノールなどフェノール性水酸基を有し、且つフェノール性水酸基に対して少なくともメタの位置以外には置換基を持たない化合物の1種または2種以上を好適に用いることができる。
上記のほか、炭素数の多いアルキル基、アリール基等を置換基として持つ3官能性フェノール類を用いることも出来るが、硬化性を考慮するとフェノール及び/又はメタクレゾールが好ましい。
すなわち、大きな置換基を持つフェノール類では、分子量は大きくなるものの、同一分子量におけるフェノール核の数は減少し、水酸基当量数等の低下につながったり、置換基による立体障害のためにその後の3次元架橋がしにくくなったりする場合がある。
また、フェノール類として、反応時にゲル化を起こさない範囲でレゾルシンの併用も可能である。
Although it does not specifically limit as phenols used with the manufacturing method of this invention, For example, it has phenolic hydroxyl groups, such as a phenol, metacresol, 3, 5- xylenol, and it exists at least other than the position of meta with respect to a phenolic hydroxyl group. One or two or more of compounds having no substituent can be suitably used.
In addition to the above, trifunctional phenols having an alkyl group or aryl group having a large number of carbon atoms as a substituent can also be used, but phenol and / or metacresol are preferred in view of curability.
That is, in phenols having a large substituent, although the molecular weight is increased, the number of phenol nuclei at the same molecular weight is decreased, leading to a decrease in the number of hydroxyl equivalents, etc., and subsequent three-dimensional due to steric hindrance by the substituent. Cross-linking may be difficult.
In addition, resorcin can be used as phenols as long as gelation does not occur during the reaction.

また、本発明の製造方法で用いられるアルデヒド類としては特に限定されないが、例えば、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、クロトンアルデヒド、フルフラール、ブチルアルデヒド、ポリアセタール、アセトアルデヒド、アクロレイン等あるいはこれらの混合物であり、これらのアルデヒド類の発生源となる物質あるいはこれらのアルデヒド類の溶液を使用することも可能である。   In addition, the aldehydes used in the production method of the present invention are not particularly limited. It is also possible to use a substance that is a source of aldehydes or a solution of these aldehydes.

アルデヒド類(F)とフェノール類(P)との反応モル比(F/P)は特に限定されないが、0.1〜3.0であることが好ましく、さらに好ましくは、0.5〜1.0である。特に好ましくは、0.6〜0.8である。
反応モル比が上記下限値を下回る条件で反応を行ったものは、歩留まりが低くなる傾向があり、ノボラック型フェノール樹脂としても分子量が小さくなりすぎる傾向がある。一方、反応モル比が上記上限値を越えると、分子量のコントロールが難しくなる傾向があり、反応条件によってはゲル化したり、部分的にゲル化物が生成したりすることがある。
Although the reaction molar ratio (F / P) of aldehydes (F) and phenols (P) is not particularly limited, it is preferably 0.1 to 3.0, more preferably 0.5 to 1. 0. Most preferably, it is 0.6-0.8.
When the reaction is carried out under a condition where the reaction molar ratio is lower than the lower limit, the yield tends to be low, and the molecular weight tends to be too small even as a novolak type phenol resin. On the other hand, when the reaction molar ratio exceeds the above upper limit, the molecular weight tends to be difficult to control, and depending on the reaction conditions, gelation or partial gelation may occur.

本発明の製造方法においては、フェノール類とアルデヒド類とを、リン酸類水溶液を用いて120℃以上で反応させることを特徴とする。好ましくは130℃以上である。これにより、ノボラック型フェノール樹脂を短時間で高収率に製造することができる。
上記温度以上で反応させる方法としては特に限定されないが、フェノール類とアルデヒド類とを、リン酸類水溶液とともに一括して仕込み反応させることが好ましい。これにより、反応系を所定温度まで昇温させれば、その後フェノール類とアルデヒド類との反応に伴う大きな発熱により、反応系の温度を速やかに上記温度以上とすることができ、反応を急速に進行させることができる。
通常、ノボラック型フェノール樹脂の製造においては、この発熱を抑制するためにアルデヒド類を逐次添加する等の方法が採られるが、本発明の製造方法では、この発熱を利用することにより、反応を短時間で完了させることができる。
In the production method of the present invention, phenols and aldehydes are reacted at 120 ° C. or higher using an aqueous phosphoric acid solution. Preferably it is 130 degreeC or more. Thereby, a novolac type phenol resin can be produced in a high yield in a short time.
Although it does not specifically limit as a method of making it react at the said temperature or more, It is preferable to carry out batch reaction of phenols and aldehydes with phosphoric acid aqueous solution collectively. As a result, if the temperature of the reaction system is raised to a predetermined temperature, the temperature of the reaction system can be quickly increased to the above temperature or more rapidly due to the large exotherm associated with the reaction between phenols and aldehydes. Can be advanced.
Usually, in the production of a novolac type phenol resin, a method such as sequential addition of aldehydes is employed in order to suppress this exotherm, but in the production method of the present invention, the reaction is shortened by utilizing this exotherm. Can be completed in time.

また、本発明の製造方法においては、フェノール類とアルデヒド類とを、リン酸類水溶液とともに密閉装置中で反応させることを特徴とする。開放系の反応装置を用いて常圧下で反応を行った場合、反応系に急激な発熱を生じると、反応系中のフェノール類、アルデヒド類、水分などの成分が突沸し、反応装置から溢出したり、上記成分の沸騰によりそれ以上温度を上げたりするのが難しくなることがある。
本発明においては、密閉装置中で反応させることにより、このような問題を回避し、反応を効率よく短時間で進行させることができる。なお、ここで密閉装置としては特に限定されないが、例えば、オートクレーブなどが挙げられる。
Moreover, in the manufacturing method of this invention, phenols and aldehydes are made to react in a sealing apparatus with phosphoric acid aqueous solution. When reaction is carried out under normal pressure using an open reactor, components such as phenols, aldehydes and moisture in the reaction system suddenly boil and overflow from the reactor if the reaction system suddenly generates heat. Or it may be difficult to raise the temperature further due to boiling of the above components.
In the present invention, by reacting in a sealed device, such a problem can be avoided and the reaction can proceed efficiently in a short time. In addition, although it does not specifically limit as a sealing device here, For example, an autoclave etc. are mentioned.

本発明の製造方法は、上記フェノール類とアルデヒド類とを、リン酸類水溶液を用いて反応させるものであり、フェノール類1モルに対して上記リン酸類0.2モル以上を用いることを特徴とする。   In the production method of the present invention, the phenols and aldehydes are reacted using an aqueous solution of phosphoric acid, and 0.2 mol or more of the phosphoric acid is used with respect to 1 mol of phenols. .

ここでリン酸類としては、水に溶解してリン酸類水溶液となりうるリン酸系化合物を用いることができ、特に限定されないが、例えば、リン酸(オルトリン酸)、二リン酸、三リン酸などの直鎖状ポリリン酸、環状ポリリン酸、五酸化二リン、亜リン酸、次亜リン酸などのほか、各種リン酸エステル化合物が挙げられる。これらを単独または2種類以上組み合わせて使用することができる。   Here, as the phosphoric acid, a phosphoric acid compound that can be dissolved in water to form a phosphoric acid aqueous solution can be used, and is not particularly limited. For example, phosphoric acid (orthophosphoric acid), diphosphoric acid, triphosphoric acid, etc. In addition to linear polyphosphoric acid, cyclic polyphosphoric acid, diphosphorus pentoxide, phosphorous acid, hypophosphorous acid and the like, various phosphoric acid ester compounds can be mentioned. These can be used alone or in combination of two or more.

これらのリン酸類の中でも、リン酸が好ましい。リン酸は濃度調節を簡易に行うことができ、また、低コストで入手することができる。   Of these phosphoric acids, phosphoric acid is preferred. Phosphoric acid can be easily adjusted in concentration and can be obtained at low cost.

このリン酸類水溶液中のリン酸類の濃度としては特に限定されないが、20〜99重量%であることが好ましく、さらに好ましくは40〜99重量%である。リン酸類水溶液中のリン酸類の濃度を上記下限値以上とすることにより、フェノール類とアルデヒド類との反応を効率的に進行させることができる。   Although it does not specifically limit as a density | concentration of phosphoric acid in this phosphoric acid aqueous solution, It is preferable that it is 20 to 99 weight%, More preferably, it is 40 to 99 weight%. By setting the concentration of phosphoric acid in the phosphoric acid aqueous solution to the above lower limit or more, the reaction between phenols and aldehydes can be efficiently advanced.

本発明の製造方法において用いられるリン酸類の量は、フェノール類1モルに対して、0.2モル以上である。これにより、フェノール類とアルデヒド類とを、リン酸類水溶液を用いて反応させる系において、フェノール類を主成分とする有機相と、リン酸類水溶液からなる水相との分配を安定させることができる。
このリン酸類の量は、フェノール類1モルに対して、0.3〜1.0モルであることがさらに好ましく、0.4〜0.9モルであることが特に好ましい。これにより、分子量分布が狭く、未反応フェノール類を少ないノボラック型フェノール樹脂を効率的に得ることができる。
The amount of phosphoric acid used in the production method of the present invention is 0.2 mol or more per 1 mol of phenols. Thereby, in the system which reacts phenols and aldehydes using phosphoric acid aqueous solution, distribution with the organic phase which has phenols as a main component, and the aqueous phase which consists of phosphoric acid aqueous solution can be stabilized.
The amount of the phosphoric acid is more preferably 0.3 to 1.0 mol, and particularly preferably 0.4 to 0.9 mol, with respect to 1 mol of phenols. Thereby, a novolak type phenol resin having a narrow molecular weight distribution and less unreacted phenols can be obtained efficiently.

このリン酸類の量を多くすると、未反応フェノール類の含有量が少なく、かつ、分子量分布が狭いノボラック型フェノール樹脂を高収率で得るという効果は大きくなる傾向があるが、フェノール類1モルに対して、1.0モルを越える量を用いても、この効果が実質的に変わらなくなるので経済的でないことがある。また、0.2モル未満では、有機相と水相とを安定して分配するためには水相中のリン酸類濃度が低くなりすぎるので、反応速度が低下するようになる。   Increasing the amount of phosphoric acid tends to increase the effect of obtaining a high yield of novolak-type phenolic resin with a low content of unreacted phenols and a narrow molecular weight distribution. On the other hand, use of an amount exceeding 1.0 mol may not be economical because this effect is substantially unchanged. On the other hand, if the amount is less than 0.2 mol, the phosphoric acid concentration in the aqueous phase is too low to stably distribute the organic phase and the aqueous phase, so that the reaction rate decreases.

本発明の製造方法において、反応系中の水分量としては特に限定されないが、1〜40重量%とすることが好ましい。この反応条件は、未反応フェノール類のみならず、2核体や3核体といった低分子量領域のノボラック型フェノール樹脂が選択的に反応するのに有効で、分子量分布を効果的に狭くすることができる。言い換えれば、未反応フェノール類の反応は、上記反応条件の範囲外であっても十分に行いうるが、2核体、3核体等の低分子量領域の選択的な反応には不十分なことがあり、この場合には分子量分布が広くなる傾向がある。   In the production method of the present invention, the amount of water in the reaction system is not particularly limited, but is preferably 1 to 40% by weight. This reaction condition is effective for selectively reacting not only unreacted phenols but also low molecular weight novolak type phenol resins such as dinuclear and trinuclear compounds, and effectively narrowing the molecular weight distribution. it can. In other words, the reaction of unreacted phenols can be carried out sufficiently even outside the range of the above reaction conditions, but it is insufficient for the selective reaction in the low molecular weight region such as dinuclear or trinuclear. In this case, the molecular weight distribution tends to be wide.

本発明の製造方法において、反応系中の水分量とは、系内に存在するフェノール類、アルデヒド類、ノボラック型フェノール樹脂、リン酸類等全体に対する水分量である。水分には、仕込み時に添加した水分、添加するアルデヒド類に含まれる水分、添加するリン酸類水溶液に含まれる水分、リン酸類の結晶水等、仕込み原料に由来する水分、反応時に発生する縮合水などがある。
これらの反応系中の水分量が1〜40重量%であることが好ましく、さらに好ましくは1〜30重量%である。反応系中の水分量の計算方法は、仕込み原料中の水分量と反応で生成する縮合水量を反応系中の水分量とし、これを仕込み全量で除した値である。
この水分量は少ない程、未反応フェノール類が少なく、かつ、分子量分布が狭いノボラック型フェノール樹脂を高収率に得ることができる。この点から、40重量%以下が好ましく、かかる効果をより高めるためには30重量%以下がより好ましい。しかし、水分が過少であるとリン酸類が高粘度化若しくは固結し、触媒作用が低下するため、結晶水を含む程度の水分量である1重量%以上がより好ましい。水分量が40重量%を越えるとその効果がほとんど変わらなくなる。
In the production method of the present invention, the amount of water in the reaction system is the amount of water with respect to phenols, aldehydes, novolac-type phenol resins, phosphoric acids and the like existing in the system. Water includes water added during charging, water contained in aldehydes added, water contained in aqueous phosphoric acid solution added, water crystallized from phosphoric acids, water derived from raw materials, condensed water generated during reaction, etc. There is.
The water content in these reaction systems is preferably 1 to 40% by weight, more preferably 1 to 30% by weight. The method for calculating the amount of water in the reaction system is a value obtained by dividing the amount of water in the charged raw material and the amount of condensed water produced by the reaction as the amount of water in the reaction system, and dividing this by the total amount charged.
The smaller the amount of water, the smaller the amount of unreacted phenols and the higher the yield of a novolak type phenol resin with a narrow molecular weight distribution. In this respect, 40% by weight or less is preferable, and 30% by weight or less is more preferable in order to further enhance the effect. However, if the water content is too low, the phosphoric acids will increase in viscosity or solidify and the catalytic action will decrease, so that the water content to the extent that it contains crystal water is preferably 1% by weight or more. When the water content exceeds 40% by weight, the effect is hardly changed.

本発明の製造方法において、反応中の攪拌速度については特に限定されないが、攪拌速度は速いほうが好ましい。これは、触媒を含む水相とフェノール類を含む有機相とは、溶け合わず不均一な状態で反応が進行するため、攪拌速度が速いほど水相と有機相の接触界面が増加し、反応が効率的に進行するためである。   In the production method of the present invention, the stirring speed during the reaction is not particularly limited, but a higher stirring speed is preferred. This is because the aqueous phase containing the catalyst and the organic phase containing phenols do not melt together and the reaction proceeds in a non-uniform state, so the higher the stirring speed, the more the contact interface between the aqueous phase and the organic phase increases. This is because the process proceeds efficiently.

反応終了後、触媒除去のために、中和や水洗を行ってもよい。また、必要により、水や有機溶剤、さらには未反応のフェノール類を除去するため、常圧蒸留や、減圧蒸留、水蒸気蒸留等を行うことも可能である。   After completion of the reaction, neutralization or washing with water may be performed to remove the catalyst. Moreover, in order to remove water, an organic solvent, and also unreacted phenols as needed, it is possible to perform atmospheric distillation, vacuum distillation, steam distillation or the like.

本発明の製造方法において、リン酸類を触媒として用い、分子量分布の狭いノボラック型フェノール樹脂を高収率で得ることができる理由は、以下のように考えられる。
本発明に用いるリン酸類は、非常に水溶性が高い。しかし、フェノール類には溶解性が小さく、ノボラック型フェノール樹脂には分子量増大ととも溶解性が更に小さくなる性質を有している。このため、反応時には、触媒であるリン酸類を多量に含んだ水相と、フェノール類、ノボラック型フェノール樹脂からなる、触媒がほとんど存在しない有機相とに相分離した状態となる。フェノール類及び2核体等の低分子成分は比較的水相に溶出しやすく、溶出した部分はアルデヒド類と反応する。しかし、高分子領域では溶出がほとんどなく反応が進まない。また、水相に溶出し反応したノボラック型フェノール樹脂は速やかに有機相に抽出され、その以上反応は進まない。
この様にして、低分子量領域と高分子量領域の反応速度差が生じるため、結果的に未反応フェノール類が少なく、かつ、分子量分布が狭いノボラック型樹脂を高収率に製造することができる。
In the production method of the present invention, the reason why a novolak type phenol resin having a narrow molecular weight distribution can be obtained in high yield using phosphoric acids as a catalyst is considered as follows.
The phosphoric acids used in the present invention are very water-soluble. However, the phenols have low solubility, and the novolak type phenol resin has the property that the solubility is further reduced as the molecular weight increases. For this reason, at the time of reaction, it will be in the state which phase-separated into the organic phase which consists of phenols and a novolak-type phenol resin which hardly contains a catalyst, and the aqueous phase which contained phosphoric acid which is a catalyst in large quantities. Low molecular components such as phenols and dinuclear substances are relatively easily eluted in the aqueous phase, and the eluted part reacts with aldehydes. However, in the polymer region, there is almost no elution and the reaction does not proceed. In addition, the novolak-type phenol resin eluted and reacted in the aqueous phase is quickly extracted into the organic phase, and the reaction does not proceed further.
In this way, a difference in reaction rate between the low molecular weight region and the high molecular weight region occurs, and as a result, a novolak resin having a small amount of unreacted phenols and a narrow molecular weight distribution can be produced in a high yield.

また、本発明の製造方法においては、触媒としてリン酸類水溶液を用い、反応温度を120℃以上とし、好ましくは、反応条件として、反応系中の水分量を1〜40重量%とすることを特徴とする。
反応温度を120℃以上の高温とすることにより、以下のような効果を得ることができる。高温であることから、2核体、3核体等の低分子量領域も水相へ溶出されやすく、水相での反応が容易に進む。また、高温であることにより反応速度も向上する。そして、反応系中の水分が1〜40重量%である場合、水分が少なく水相中の触媒濃度が高い状態で維持され、水相と有機相がよりしっかりと分離するので、高分子量成分を含む有機相側の反応を抑止できる。また、リン酸類は高濃度であると粘度を高めたり固結したりする性質があるが、高温であるため溶融した状態となり触媒機能を失うことが防止できる。これらの効果から、未反応フェノール類が少なく、かつ、分子量分布が狭いノボラック型フェノール樹脂を短時間に高収率に得る効果が高まることによる。
In the production method of the present invention, an aqueous phosphoric acid solution is used as a catalyst, the reaction temperature is 120 ° C. or higher, and preferably, the reaction system has a water content of 1 to 40% by weight as a reaction condition. And
By setting the reaction temperature to a high temperature of 120 ° C. or higher, the following effects can be obtained. Because of the high temperature, low molecular weight regions such as dinuclear and trinuclear bodies are easily eluted into the aqueous phase, and the reaction in the aqueous phase easily proceeds. In addition, the reaction rate is improved due to the high temperature. When the water content in the reaction system is 1 to 40% by weight, the water content is low and the catalyst concentration in the water phase is maintained high, and the water phase and the organic phase are more securely separated. The reaction on the organic phase side can be suppressed. Moreover, although phosphoric acid has the property to raise a viscosity or to solidify when it is high concentration, since it is high temperature, it can be in the molten state and can prevent losing a catalyst function. From these effects, the effect of obtaining a novolak-type phenol resin with a small amount of unreacted phenols and a narrow molecular weight distribution in a high yield in a short time is enhanced.

本発明の製造方法により得られたノボラック型フェノール樹脂の分子量分布は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)の様な液体クロマトグラフィーで測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)と重量平均分子量(Mw)の比(Mw/Mn)で表した値(分散度)で比較することが可能である。一般的に分子量分布を有する高分子量化合物では、Mw>Mnであり、分散度は1よりも大きな値となり、この値が小さいほど分散度は低く分子量分布は狭い。   The molecular weight distribution of the novolak-type phenolic resin obtained by the production method of the present invention is the number average molecular weight (Mn) in terms of polystyrene and the weight average molecular weight (Mw) measured by liquid chromatography such as gel permeation chromatography (GPC). ) (Mw / Mn) in terms of the value (dispersion degree). In general, in a high molecular weight compound having a molecular weight distribution, Mw> Mn and the dispersity is a value larger than 1, and the smaller the value, the lower the dispersity and the narrower the molecular weight distribution.

以下、本発明を実施例により説明する。しかし、本発明は実施例により限定されるものではない。また、実施例、比較例で示される「%」は全て「重量%」を表す。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples. However, the present invention is not limited to the examples. In the examples and comparative examples, “%” represents all “% by weight”.

<実施例1>
攪拌装置および温度計を備えた10Lの密閉反応装置(オートクレープ)に、フェノール4000g、92%パラホルムアルデヒド971g(モル比F/P=0.7)、85%リン酸水溶液4000g(リン酸類/フェノール類1モル=0.62モル)を添加し、密閉状態で加熱した。内温が80℃まで上昇した時点で、急激な発熱反応が起こり、内温が150℃までおよそ3分間で上昇した。同時に圧力も0.43MPaまで上昇した。内温が130℃まで低下した時点で、圧力抜きのコックを徐々に開き、冷却管経由で内圧を大気圧に戻した。この時点で内温95℃であった。内温を60℃まで冷却し、10分間静置した。静置後、反応装置底部よりリン酸水溶液を分離除去した。分離終了後、水4000gを添加し、内温80〜90℃で15分間攪拌し残留する触媒を洗浄した。10分間の静置後、反応装置上部より洗浄水を除去した。ここへ脱水配管を取り付け、内温130℃まで常圧脱水を行い、続けて内温150℃まで5000Paで減圧脱水を行い、系中の水分等を除去した。得られた樹脂を反応装置よりバットに取り出し、ノボラック型フェノール樹脂5245gを得た。
得られた樹脂のGPCによる数平均分子量(Mn)=510、重量平均分子量(Mw)=800であり、分散度(Mw/Mn)=1.57であった。また、未反応のフェノール成分は、0.6%であった。反応に要した時間は、合計2時間15分であった。
<Example 1>
In a 10 L closed reaction apparatus (autoclave) equipped with a stirrer and a thermometer, phenol 4000 g, 92% paraformaldehyde 971 g (molar ratio F / P = 0.7), and 85% phosphoric acid aqueous solution 4000 g (phosphoric acids / phenol) 1 mol = 0.62 mol) was added and heated in a sealed state. When the internal temperature rose to 80 ° C., a rapid exothermic reaction occurred, and the internal temperature rose to 150 ° C. in about 3 minutes. At the same time, the pressure rose to 0.43 MPa. When the internal temperature decreased to 130 ° C., the pressure release cock was gradually opened, and the internal pressure was returned to atmospheric pressure via the cooling pipe. At this time, the internal temperature was 95 ° C. The internal temperature was cooled to 60 ° C. and allowed to stand for 10 minutes. After standing, the aqueous phosphoric acid solution was separated and removed from the bottom of the reactor. After completion of the separation, 4000 g of water was added and stirred for 15 minutes at an internal temperature of 80 to 90 ° C. to wash the remaining catalyst. After standing for 10 minutes, washing water was removed from the upper part of the reactor. A dehydration pipe was attached here, and atmospheric pressure dehydration was performed up to an internal temperature of 130 ° C., followed by vacuum dehydration up to an internal temperature of 150 ° C. at 5000 Pa to remove moisture and the like in the system. The obtained resin was taken out from the reactor into a vat to obtain 5245 g of a novolac type phenol resin.
The number average molecular weight (Mn) of the obtained resin by GPC was 510, the weight average molecular weight (Mw) was 800, and the degree of dispersion (Mw / Mn) was 1.57. Moreover, the unreacted phenol component was 0.6%. The time required for the reaction was 2 hours and 15 minutes in total.

<実施例2>
92%パラホルムの仕込量を1040g(F/P=0.75)にした以外は、実施例1と同様な方法で行い、ノボラック型フェノール樹脂4300gを得た。
得られた樹脂のGPCによる数平均分子量(Mn)=660、重量平均分子量(Mw)=890であり、分散度(Mw/Mn)=1.35であった。また、未反応のフェノール成分は、0.2%であった。反応に要した時間は、合計2時間10分であった。
<Example 2>
Except that the charged amount of 92% paraform was changed to 1040 g (F / P = 0.75), the same procedure as in Example 1 was performed to obtain 4300 g of a novolac type phenol resin.
The number average molecular weight (Mn) by GPC of the obtained resin was 660, the weight average molecular weight (Mw) was 890, and the dispersity (Mw / Mn) was 1.35. Moreover, the unreacted phenol component was 0.2%. The time required for the reaction was 2 hours and 10 minutes in total.

<比較例1>
攪拌装置、冷却管および温度計を備えた10Lの反応装置にフェノール7000g、蓚酸70gを仕込み、常圧で内温95℃まで昇温した後、37%ホルマリン3864g(F/P=0.64)を1時間かけて添加した。更に98〜100℃で1時間還流反応を行った後、脱水配管に切り替え生成した水を除去しながら140℃まで昇温した。次いで、釜内を5000Paまで徐々に減圧にしながら内温を250℃まで上げ、水分等を除去し、ノボラック型フェノール樹脂6090gを得た。
得られた樹脂のGPCによる数平均分子量(Mn)=720、重量平均分子量(Mw)=1580であり、分散度(Mw/Mn)=2.19であった。また、未反応のフェノール成分=0.4%であった。反応に要した時間は、合計4時間30分であった。
<Comparative Example 1>
A 10 L reactor equipped with a stirrer, a condenser and a thermometer was charged with 7000 g of phenol and 70 g of oxalic acid, heated to an internal temperature of 95 ° C. at normal pressure, and then 3864 g of 37% formalin (F / P = 0.64). Was added over 1 hour. Furthermore, after refluxing reaction at 98-100 degreeC for 1 hour, it heated up to 140 degreeC, removing the water produced | generated by switching to dehydration piping. Next, while gradually reducing the pressure in the kettle to 5000 Pa, the internal temperature was raised to 250 ° C. to remove moisture and the like, and 6090 g of a novolac type phenol resin was obtained.
The number average molecular weight (Mn) by GPC of the obtained resin was 720, the weight average molecular weight (Mw) = 1580, and the dispersity (Mw / Mn) = 2.19. The unreacted phenol component was 0.4%. The total time required for the reaction was 4 hours 30 minutes.

<比較例2>
攪拌装置、冷却管および温度計を備えた10Lの反応装置にフェノール3000g、85%リン酸水溶液3000gを仕込み、常圧で内温95℃まで昇温した後、92%パラホルムアルデヒド728g(F/P=0.70)を1時間かけて添加した。更に98〜100℃で1時間還流反応を行った。内温を60℃まで冷却し、10分間静置した。静置後反応装置底部よりリン酸水溶液を分離除去した。分離終了後、水3000gを添加し、内温80〜90℃で15分間攪拌し残留する触媒を洗浄した。10分間の静置後、反応装置上部より洗浄水を除去した。ここへ脱水配管を取り付け、内温130℃まで常圧脱水を行い、続けて内温150℃まで5000Paで減圧脱水を行い、系中の水分等を除去した。得られた樹脂を反応装置よりバットに取り出し、ノボラック型フェノール樹脂4292gを得た。
得られた樹脂のGPCによる数平均分子量(Mn)=520、重量平均分子量(Mw)=790であり、分散度(Mw/Mn)=1.52であった。また、未反応のフェノール成分は、0.4%であった。反応に要した時間は、合計4時間10分であった。
<Comparative example 2>
A 10 L reactor equipped with a stirrer, a cooling tube and a thermometer was charged with 3000 g of phenol and 3000 g of 85% phosphoric acid aqueous solution, heated to an internal temperature of 95 ° C. at normal pressure, and then 728 g of 92% paraformaldehyde (F / P = 0.70) was added over 1 hour. Furthermore, refluxing reaction was performed at 98-100 degreeC for 1 hour. The internal temperature was cooled to 60 ° C. and allowed to stand for 10 minutes. After standing, the aqueous phosphoric acid solution was separated and removed from the bottom of the reaction apparatus. After completion of the separation, 3000 g of water was added and stirred for 15 minutes at an internal temperature of 80 to 90 ° C. to wash the remaining catalyst. After standing for 10 minutes, washing water was removed from the upper part of the reactor. A dehydration pipe was attached here, and atmospheric pressure dehydration was performed up to an internal temperature of 130 ° C., followed by vacuum dehydration up to an internal temperature of 150 ° C. at 5000 Pa to remove moisture and the like in the system. The obtained resin was taken out from the reactor into a vat to obtain 4292 g of a novolac type phenol resin.
The number average molecular weight (Mn) by GPC of the obtained resin was 520, the weight average molecular weight (Mw) was 790, and the degree of dispersion (Mw / Mn) was 1.52. Moreover, the unreacted phenol component was 0.4%. The total time required for the reaction was 4 hours and 10 minutes.

以上、実施例、比較例で製造した樹脂についての結果を表1に示す。収率の値は、理論収得量に対する値から計算した。また、各物性値の測定方法は以下の通りである。   The results for the resins produced in the examples and comparative examples are shown in Table 1. The yield value was calculated from the value for the theoretical yield. Moreover, the measuring method of each physical property value is as follows.

Figure 2005075937
Figure 2005075937

(測定方法)
(1)数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、分散度(Mw/Mn):液体クロマトグラフィーで測定した。
・液体クロマトグラフィー:
東ソー社製GPCカラム(G1000HXL:1本、G2000HXL:2本、G3000HXL:1本)を用い、流量1.0ml/分、溶出溶媒テトラヒドロフラン、カラム温度40℃の分析条件で示差屈折計を検出器として用いてGPC測定し、分子量は標準ポリスチレンにより換算した。
(2)未反応フェノール量:ガスクロマトグラフィーで測定した。
・ガスクロマトグラフィー:JIS K0114に準拠して、2,5−キシレノールを内部標準として内部標準法で測定した。
(Measuring method)
(1) Number average molecular weight (Mn), weight average molecular weight (Mw), dispersity (Mw / Mn): measured by liquid chromatography.
・ Liquid chromatography:
Using a Tosoh GPC column (G1000HXL: 1, G2000HXL: 2, G3000HXL: 1) with a flow rate of 1.0 ml / min, elution solvent tetrahydrofuran, and column temperature of 40 ° C as a differential refractometer as a detector GPC measurement was performed, and the molecular weight was converted by standard polystyrene.
(2) Unreacted phenol content: measured by gas chromatography.
-Gas chromatography: In accordance with JIS K0114, 2,5-xylenol was used as an internal standard and measured by an internal standard method.

実施例1、2は、フェノール類とアルデヒド類とを、フェノール類1モルに対してリン酸類0.2モル以上を含有するリン酸類水溶液を用いて、密閉装置中で120℃以上として反応させる本発明の製造方法により得られたフェノール樹脂であり、未反応フェノール量が少なく、分子量分布の狭いノボラック型フェノール樹脂を、短時間で高収率に得ることができた。
これに対し、比較例1は、通常の蓚酸触媒を使用した反応であり、未反応フェノール量は減圧蒸留で除去したため少ないが、そのために長時間を要し、収率も低くなった。また、分子量分布も実施例と比較すると広くなった。比較例2では、リン酸を触媒に使用したため、未反応フェノール量が少なく、分子量分布の狭い樹脂が得られたが、常圧で反応を実施したため、反応時間が長くかかった。
In Examples 1 and 2, phenols and aldehydes are reacted at 120 ° C. or higher in a sealed apparatus using an aqueous phosphoric acid solution containing 0.2 mol or more of phosphoric acid with respect to 1 mol of phenol. It was a phenolic resin obtained by the production method of the invention, and a novolak type phenolic resin having a small amount of unreacted phenol and a narrow molecular weight distribution could be obtained in a high yield in a short time.
On the other hand, Comparative Example 1 was a reaction using a normal oxalic acid catalyst, and the amount of unreacted phenol was small because it was removed by distillation under reduced pressure. However, it took a long time and the yield was low. In addition, the molecular weight distribution also became wider compared to the examples. In Comparative Example 2, since phosphoric acid was used as a catalyst, a resin with a small amount of unreacted phenol and a narrow molecular weight distribution was obtained. However, since the reaction was carried out at normal pressure, the reaction time was long.

本発明の製造方法は、例えば、成形材料、摩擦材、砥石、封止材等のバインダーに使用されるノボラック型フェノール樹脂を製造する方法として好適である。   The production method of the present invention is suitable as a method for producing a novolac type phenol resin used for a binder such as a molding material, a friction material, a grindstone, and a sealing material.

Claims (4)

フェノール類とアルデヒド類とを、リン酸類水溶液を用いて密閉装置中で120℃以上として反応させるノボラック型フェノール樹脂の製造方法であって、前記フェノール類1モルに対して前記リン酸類0.2モル以上を用いることを特徴とするノボラック型フェノール樹脂の製造方法。 A method for producing a novolac-type phenol resin in which phenols and aldehydes are reacted at 120 ° C. or higher in an airtight device using an aqueous phosphoric acid solution, and 0.2 mol of the phosphoric acid per 1 mol of the phenol A method for producing a novolac-type phenolic resin characterized by using the above. 前記フェノール類と前記アルデヒド類とを、前記リン酸類水溶液とともに一括して仕込み反応させる請求項1に記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。 The method for producing a novolac type phenol resin according to claim 1, wherein the phenols and the aldehydes are collectively charged and reacted together with the phosphoric acid aqueous solution. 反応系中の水分量を1〜40重量%として反応させる請求項1または2に記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。 The method for producing a novolac type phenol resin according to claim 1 or 2, wherein the reaction is carried out with a water content in the reaction system of 1 to 40% by weight. 前記リン酸類が、リン酸である請求項1ないし3のいずれかに記載のノボラック型フェノール樹脂の製造方法。 The method for producing a novolac type phenol resin according to any one of claims 1 to 3, wherein the phosphoric acid is phosphoric acid.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108546320A (en) * 2018-04-12 2018-09-18 安徽皖东树脂科技有限公司 The preparation method of phenolic resin

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