JP2005232199A - Novolak type phenol resin for refractory binder - Google Patents

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俊介 入江
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novolak type phenol resin for a refractory binder as a result of studies so as to solve various problems of the conventional novolak type phenol resin for the refractory binder and affording a refractory providing good working environment during handling and having excellent mechanical strength. <P>SOLUTION: The novolak type phenol resin for the refractory binder is characterized as follows. The novolak type phenol resin has (a) ≤1 wt.% content of unreacted phenols, (b) ≤10% content of binuclear components, (c) ≤5 dispersity of molecular weight distribution and (d) 300-1,000 number-average molecular weight. The novolak type phenol resin is obtained by reacting the phenols with aldehydes and phosphoric acids. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、耐火物結合剤用ノボラック型フェノール樹脂に関するものである。   The present invention relates to a novolac type phenol resin for a refractory binder.

近年、転炉、電気炉、取り鍋などにおいて、フェノール樹脂を結合剤として使用した黒鉛含有の不焼成煉瓦の使用量が増加している。このような耐火物用の結合剤として用いられるフェノール樹脂としては、ノボラック型及びレゾール型の液状または粉末のフェノール樹脂が、単独または併用の形で使用されている。   In recent years, in converters, electric furnaces, ladles, etc., the amount of non-fired brick containing graphite using phenolic resin as a binder is increasing. As a phenol resin used as a binder for such a refractory, a liquid or powder phenol resin of novolac type and resol type is used alone or in combination.

フェノール樹脂の代表的な使用例を挙げると、ノボラック型フェノール樹脂の場合は、ヘキサメチレンテトラミンを含む粉末樹脂をエチレングリコール、グリセリンまたは変性アルコール等の湿潤剤とともに用いたり、レゾール型の液状フェノール樹脂と組み合わせて用いたりしている。
また、ノボラック型フェノール樹脂を予めエチレングリコール等の溶剤に溶解した液状樹脂を、混練時にヘキサメチレンテトラミンと組み合わせて用いることも多い。
一方、レゾール型フェノール樹脂の場合は、水溶媒型の液状樹脂またはエチレングリコールなどの溶剤を用いた溶剤型の液状樹脂を単独で用いたり、これらの液状樹脂をノボラック型の粉末樹脂と組み合わせて用いたりしている(例えば、非特許文献1参照。)。
In the case of a novolak type phenol resin, a typical example of the use of a phenol resin is that a powder resin containing hexamethylenetetramine is used together with a wetting agent such as ethylene glycol, glycerin or a modified alcohol, or a resol type liquid phenol resin. They are used in combination.
Further, a liquid resin obtained by dissolving a novolac type phenol resin in a solvent such as ethylene glycol in advance is often used in combination with hexamethylenetetramine at the time of kneading.
On the other hand, in the case of a resol type phenol resin, an aqueous solvent type liquid resin or a solvent type liquid resin using a solvent such as ethylene glycol is used alone, or these liquid resins are used in combination with a novolac type powder resin. (For example, refer nonpatent literature 1.).

結合剤としてノボラック型フェノール樹脂を用いる場合、求められるノボラック型フェノール樹脂の特性は、加熱時の流動性が高いこと、溶剤や液状樹脂に溶解した時の粘度が低いことなどが挙げられる。加熱時の流動性は、乾燥後の耐火煉瓦の機械的強度に関係し、流動性が低い場合には耐火骨材表面へのコートが不足して耐火骨材間の接着性が不充分となり、機械的強度が低下するという問題がある。また、溶剤や液状樹脂に溶解した時の粘度についても、粘度が高くなると耐火骨材へのコート不足が発生し、同様に乾燥後の機械的強度が低下する場合がある。   When a novolac type phenol resin is used as a binder, the required properties of the novolac type phenol resin include high fluidity during heating and low viscosity when dissolved in a solvent or liquid resin. The fluidity during heating is related to the mechanical strength of the refractory brick after drying, and when the fluidity is low, the coating on the surface of the refractory aggregate is insufficient and the adhesion between the refractory aggregates becomes insufficient, There is a problem that the mechanical strength is lowered. Further, regarding the viscosity when dissolved in a solvent or a liquid resin, if the viscosity becomes high, the coating on the refractory aggregate may be insufficient, and the mechanical strength after drying may similarly decrease.

加熱時に高い流動性を有する、あるいは、溶剤や液状樹脂に溶解した時に低粘度となるノボラック型フェノール樹脂を得る方法について、これまで種々の提案がなされている。
例えば、ノボラック型フェノール樹脂を低分子量化する方法が挙げられる。しかしこの場合、樹脂を合成する際のホルムアルデヒド類のモル数に対し、フェノール類のモル数を過剰としなければならず、未反応フェノール類や2核体成分の含有量が増加する。このような樹脂を使用する際には、フェノール類等の刺激臭が強くなり、作業環境が悪化するという問題を生じてしまう。また、過度に低分子量化した樹脂の場合、樹脂が硬化する乾燥工程前の煉瓦の強度が低下してしまう場合もある。
このため、未反応フェノール類や2核体成分などの低分子量成分の含有量が少なく、加熱時の流動性が高く、又は溶剤溶解時に低粘度となり、しかも適正な分子量であるノボラック型フェノール樹脂が望まれている。
Various proposals have heretofore been made for methods of obtaining novolak-type phenolic resins that have high fluidity when heated, or have low viscosity when dissolved in a solvent or liquid resin.
For example, a method of reducing the molecular weight of a novolac type phenol resin can be mentioned. However, in this case, the number of moles of phenols must be excessive with respect to the number of moles of formaldehydes when the resin is synthesized, and the content of unreacted phenols and binuclear components increases. When such a resin is used, the irritating odor such as phenols becomes strong, resulting in a problem that the working environment is deteriorated. In addition, in the case of a resin having an excessively low molecular weight, the strength of the brick before the drying process in which the resin is cured may be reduced.
For this reason, a novolak type phenol resin having a low content of low molecular weight components such as unreacted phenols and dinuclear components, high fluidity during heating, or low viscosity when dissolved in a solvent, and having an appropriate molecular weight. It is desired.

船引恭平、他2名、「フェノール樹脂とその耐火物への利用」、耐火物、耐火物技術協会、昭和56年2月10日、No.277、vol33、p8−24Funabiki Shinpei and two others, "Phenolic resins and their use in refractories", Refractories, Refractory Technology Association, February 10, 1979, No. 277, vol33, p8-24

本発明は、従来の耐火物結合剤用ノボラック型フェノール樹脂の種々の問題を解決すべく検討の結果なされたものであり、取り扱い時の作業環境が良好で、優れた機械的強度を有する耐火物を得ることができる耐火物結合剤用ノボラック型フェノール樹脂を提供する
ものである。
The present invention has been made as a result of studies to solve various problems of conventional novolak type phenolic resins for refractory binders, has a good working environment during handling, and has excellent mechanical strength. It is intended to provide a novolac type phenolic resin for a refractory binder that can be obtained.

このような目的は、下記の本発明(1)〜(3)により達成される。
(1) (a)未反応フェノール類の含有量が1重量%以下、(b)2核体成分の含有量が10%以下、(c)分子量分布の分散度が5以下、及び、(d)数平均分子量が300〜1000であり、フェノール類とアルデヒド類とをリン酸類を用いて反応させて得られるものであることを特徴とする耐火物結合剤用ノボラック型フェノール樹脂。
(2) 上記フェノール樹脂1モルに対して、上記リン酸類0.2モル以上を用いる上記(1)に記載の耐火物結合剤用ノボラック型フェノール樹脂。
(3) 上記リン酸類は、リン酸である上記(1)又は(2)に記載の耐火物結合剤用ノボラック型フェノール樹脂。
Such an object is achieved by the following present inventions (1) to (3).
(1) (a) The content of unreacted phenols is 1% by weight or less, (b) the content of dinuclear components is 10% or less, (c) the degree of dispersion of molecular weight distribution is 5 or less, and (d ) Novolak type phenolic resin for refractory binders having a number average molecular weight of 300 to 1,000 and obtained by reacting phenols and aldehydes with phosphoric acids.
(2) The novolak-type phenol resin for refractory binders according to (1) above, wherein 0.2 mol or more of the phosphoric acid is used with respect to 1 mol of the phenol resin.
(3) The novolac type phenol resin for a refractory binder according to (1) or (2), wherein the phosphoric acid is phosphoric acid.

本発明は、(a)未反応フェノール類の含有量が1重量%以下、(b)2核体成分の含有量が10%以下、(c)分子量分布の分散度が5以下、及び、(d)数平均分子量が300〜1000であり、フェノール類とアルデヒド類とをリン酸類を用いて反応させて得られるものであることを特徴とする耐火物結合剤用ノボラック型フェノール樹脂であり、取り扱い時の作業環境が良好で、優れた機械的強度を有する耐火物を得ることができる。   In the present invention, (a) the content of unreacted phenols is 1% by weight or less, (b) the content of dinuclear components is 10% or less, (c) the degree of dispersion of molecular weight distribution is 5 or less, and ( d) A novolak type phenolic resin for refractory binders having a number average molecular weight of 300 to 1,000 and obtained by reacting phenols and aldehydes with phosphoric acids. It is possible to obtain a refractory having a good working environment and excellent mechanical strength.

以下に、本発明の耐火物結合剤用ノボラック型フェノール樹脂について説明する。
本発明の耐火物結合剤用ノボラック型フェノール樹脂(以下、単に「フェノール樹脂」ということがある)は、(a)未反応フェノール類の含有量が1重量%以下、(b)2核体成分の含有量が10%以下、(c)分子量分布の分散度が5以下、及び、(d)数平均分子量が300〜1000であり、フェノール類とアルデヒド類とをリン酸類を用いて反応させて得られるものであることを特徴とする。
Below, the novolak-type phenol resin for refractory binders of this invention is demonstrated.
The novolak-type phenolic resin for refractory binder of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “phenolic resin”) has (a) a content of unreacted phenols of 1% by weight or less, and (b) a binuclear component. Content of 10% or less, (c) the degree of dispersion of molecular weight distribution is 5 or less, and (d) the number average molecular weight is 300 to 1000, and phenols and aldehydes are reacted with phosphoric acids. It is obtained.

本発明のフェノール樹脂の原料とな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、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール等のクレゾール、2,3−キシレノール、2,4−キシレノール、2,5−キシレノール、2,6−キシレノール、3,4−キシレノール、3,5−キシレノール等のキシレノール、o−エチルフェノール、m−エチルフェノール、p−エチルフェノール等のエチルフェノール、イソプロピルフェノール、ブチルフェノール、p−tert−ブチルフェノール等のブチルフェノール、p−tert−アミルフェノール、p−オクチルフェノール、p−ノニルフェノール、p−クミルフェノール等のアルキルフェノール、フルオロフェノール、クロロフェノール、ブロモフェノール、ヨードフェノール等のハロゲン化フェノール、p−フェニルフェノール、アミノフェノール、ニトロフェノール、ジニトロフェノール、トリニトロフェノール等の1価フェノール置換体、および1−ナフトール、2−ナフトール等の1価の多環フェノール類、レゾルシン、アルキルレゾルシン、ピロガロール、カテコール、アルキルカテコール、ハイドロキノン、アルキルハイドロキノン、フロログルシン、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、ジヒドロキシナフタリン等の多価フェノール類などが挙げられる。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。通常、耐火物結合剤用には、耐火物の高い機械的強度が得られやすいことから、フェノール、クレゾール類、ビスフェノールAが多く用いられる。   Although it does not specifically limit as phenols used as the raw material of the phenol resin of this invention, For example, cresol, such as phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, 2,3-xylenol, 2,4-xylenol, 2 , 5-xylenol, 2,6-xylenol, 3,4-xylenol, xylenol such as 3,5-xylenol, ethylphenol such as o-ethylphenol, m-ethylphenol, p-ethylphenol, isopropylphenol, butylphenol, Butylphenol such as p-tert-butylphenol, p-tert-amylphenol, p-octylphenol, p-nonylphenol, alkylphenols such as p-cumylphenol, fluorophenol, chlorophenol, bromophenol, iodine Halogenated phenols such as phenol, monovalent phenol substitutes such as p-phenylphenol, aminophenol, nitrophenol, dinitrophenol and trinitrophenol, and monovalent polycyclic phenols such as 1-naphthol and 2-naphthol, Examples thereof include polyphenols such as resorcin, alkylresorcin, pyrogallol, catechol, alkylcatechol, hydroquinone, alkylhydroquinone, phloroglucin, bisphenol A, bisphenol F, bisphenol S, and dihydroxynaphthalene. These can be used alone or in combination of two or more. Usually, phenol, cresols, and bisphenol A are often used for refractory binders because high mechanical strength of refractories is easily obtained.

また、アルデヒド類としても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、トリオキサン、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ポリオキシメチレン、クロラール、ヘキサメチレンテトラミン、フルフラール、グリオキザール、n−ブチルアルデヒド、カプロアルデヒド、アリルアルデヒド、ベンズアルデヒド、クロト
ンアルデヒド、アクロレイン、テトラオキシメチレン、フェニルアセトアルデヒド、o−トルアルデヒド、サリチルアルデヒド等が挙げられる。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。通常、耐火物結合剤用には、合成時の反応性が高いことから、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒドが多く用いられる。
Although not particularly limited as aldehydes, for example, formaldehyde, paraformaldehyde, trioxane, acetaldehyde, propionaldehyde, polyoxymethylene, chloral, hexamethylenetetramine, furfural, glyoxal, n-butyraldehyde, caproaldehyde, allylaldehyde Benzaldehyde, crotonaldehyde, acrolein, tetraoxymethylene, phenylacetaldehyde, o-tolualdehyde, salicylaldehyde and the like. These can be used alone or in combination of two or more. Usually, formaldehyde and paraformaldehyde are often used for refractory binders because of their high reactivity during synthesis.

フェノール類(P)とアルデヒド類(F)との反応モル比(F/P)は特に限定されないが、0.4〜1.0であることが好ましく、より好ましくは、0.5〜0.8である。
これにより、耐火物結合剤に適した分子量を有するフェノール樹脂を得ることができる。反応モル比が上記下限値未満では、歩留まりが低くなりやすく、また、得られるフェノール樹脂の分子量が小さくなる場合がある。一方、反応モル比が上記上限値を超えると、フェノール樹脂の分子量が大きくなりやすく、軟化点が高くなり、加熱時に充分な流動性が得られなくなることがある。また、分子量のコントロールが難しい場合があり、反応条件によってはゲル化、もしくは部分的なゲル化物が生じやすくなる。
Although the reaction molar ratio (F / P) of phenols (P) and aldehydes (F) is not particularly limited, it is preferably 0.4 to 1.0, more preferably 0.5 to 0.00. 8.
Thereby, the phenol resin which has the molecular weight suitable for a refractory binder can be obtained. When the reaction molar ratio is less than the lower limit, the yield tends to be low, and the molecular weight of the resulting phenol resin may be small. On the other hand, when the reaction molar ratio exceeds the above upper limit, the molecular weight of the phenol resin tends to increase, the softening point becomes high, and sufficient fluidity may not be obtained during heating. Moreover, it is sometimes difficult to control the molecular weight, and depending on the reaction conditions, gelation or partial gelation tends to occur.

本発明のフェノール樹脂を合成する際の反応方法としては特に限定されないが、例えば、反応の開始時にフェノール類とアルデヒド類を全量一括して反応容器に仕込み、触媒を添加して反応させる方法、あるいは、反応初期の発熱を抑制するために、フェノール類と触媒を仕込んだ後アルデヒド類を逐次添加して反応させる方法、などが挙げられる。   The reaction method for synthesizing the phenolic resin of the present invention is not particularly limited. For example, a method in which all phenols and aldehydes are collectively charged into a reaction vessel at the start of the reaction and a catalyst is added to react, or In order to suppress heat generation at the initial stage of reaction, a method in which phenols and a catalyst are added and then aldehydes are sequentially added and reacted is included.

本発明のフェノール樹脂中の未反応フェノール類、及び2核体成分の含有量は、未反応フェノール類が1重量%以下、2核体成分は10%以下である。
これにより、樹脂を取り扱う際の作業環境を悪化させるガスの発生量を減らすことができる。
未反応フェノール類や2核体成分の含有量が上記上限値より多い場合は、耐火骨材と混練する際、これらの成分が強い刺激性のガスとなり、作業環境の悪化につながることがある。また、フェノール樹脂の分子量が小さくなり、耐火物の機械的強度が低下することがある。
このような目的のためには、未反応フェノール類の含有量が0.5重量%以下、2核体成分の含有量が7%以下であることがより好ましい。
The content of unreacted phenols and dinuclear components in the phenolic resin of the present invention is 1% by weight or less for unreacted phenols and 10% or less for dinuclear components.
Thereby, the generation amount of gas which worsens the working environment at the time of handling resin can be reduced.
When the content of unreacted phenols and dinuclear components is higher than the above upper limit, when kneading with a refractory aggregate, these components become strong irritating gases, which may lead to deterioration of the working environment. In addition, the molecular weight of the phenol resin is reduced, and the mechanical strength of the refractory may be reduced.
For such purposes, it is more preferable that the content of unreacted phenols is 0.5% by weight or less, and the content of the binuclear component is 7% or less.

本発明のフェノール樹脂は、分子量分布の分散度が5以下である。
これにより、加熱時において良好な流動性を示し、また溶剤に溶解させたときの溶液粘度を低くすることができ、耐火物に良好な機械的強度を付与することができる。
分散度が上記上限値を超えると、上記流動性や溶液粘度が高くなり、耐火骨材にフェノール樹脂を混錬する際に耐火骨材表面がコート不足となり、耐火物の機械的強度が低下してしまうことがある。
このような目的のためには、分散度は3以下であることがより好ましい。
The degree of dispersion of the molecular weight distribution of the phenol resin of the present invention is 5 or less.
Thereby, good fluidity is exhibited during heating, the solution viscosity when dissolved in a solvent can be lowered, and good mechanical strength can be imparted to the refractory.
If the degree of dispersion exceeds the above upper limit, the fluidity and solution viscosity increase, and the refractory aggregate surface becomes insufficient when kneading phenolic resin into the refractory aggregate, which reduces the mechanical strength of the refractory. May end up.
For such purposes, the degree of dispersion is more preferably 3 or less.

また、本発明のフェノール樹脂は、数平均分子量(Mn)が300〜1000である。
これにより、耐火物に高い機械的強度を付与することができる。
数平均分子量が上記上限値を超えると上記流動性や溶液粘度が高くなり、耐火物の機械的強度が低下することがある。また、上記下限値未満では、接着力が低下し、耐火物の機械的強度が低下することがある。
このような目的のためには、数平均分子量は400〜900であることがより好ましい。
The phenol resin of the present invention has a number average molecular weight (Mn) of 300 to 1,000.
Thereby, high mechanical strength can be provided to the refractory.
When the number average molecular weight exceeds the upper limit, the fluidity and the solution viscosity are increased, and the mechanical strength of the refractory may be lowered. Moreover, if it is less than the said lower limit, adhesive force may fall and the mechanical strength of a refractory may fall.
For such purposes, the number average molecular weight is more preferably 400 to 900.

なお、本発明のフェノール樹脂における未反応フェノール類の含有量は、JIS K 0114 に準拠して、ガスクロマトグラフィー法を用い、2,5−キシレノールを内部標準物質として内部標準法で測定した値である。
また、数平均分子量、分子量分布の分散度は、GPC(ゲルパーミエーションクロマト
グラフィー)法を用いて測定したものであり、テトラヒドロフランを溶出溶媒として使用し、流量1.0ml/分、カラム温度40℃の条件で示差屈折計を検出器として用いて測定し、分子量については標準ポリスチレンにより換算した。2核体成分の含有量は、分子量分布曲線から該当する面積比率より求めたものである。装置は、
1)本体:TOSOH社製・「HLC−8120」
2)分析用カラム:TOSOH社製・「G1000HXL」2本、「G3000HXL」1本、
を使用した。
The content of unreacted phenols in the phenolic resin of the present invention is a value measured by an internal standard method using 2,5-xylenol as an internal standard substance using a gas chromatography method in accordance with JIS K 0114. is there.
In addition, the number average molecular weight and the dispersity of the molecular weight distribution were measured using a GPC (gel permeation chromatography) method, tetrahydrofuran was used as an elution solvent, the flow rate was 1.0 ml / min, and the column temperature was 40 ° C. Under the conditions, a differential refractometer was used as a detector, and the molecular weight was converted with standard polystyrene. The content of the binuclear component is determined from the corresponding area ratio from the molecular weight distribution curve. The device
1) Body: "HLC-8120" manufactured by TOSOH
2) Analytical column: Two "G1000HXL" manufactured by TOSOH, one "G3000HXL"
It was used.

本発明のフェノール樹脂は、フェノール類とアルデヒド類とをリン酸類を用いて反応させて得られるものであることを特徴とする。   The phenol resin of the present invention is obtained by reacting phenols and aldehydes with phosphoric acids.

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.

リン酸類を水溶液の形態で用いる際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 at the time of using phosphoric acid in the form of 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 acids to the above lower limit or higher, the reaction between phenols and aldehydes can be efficiently advanced.

ここで用いられるリン酸類の量としては特に限定されないが、フェノール類1モルに対して、0.2モル以上であることが好ましい。これにより、フェノール類とアルデヒド類とを、リン酸類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、リン酸類を含有す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、未反応フェノール類の含有量が少ない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 here is not particularly limited, but is preferably 0.2 mol or more with respect to 1 mol of phenols. Thereby, in the system which makes phenols and aldehydes react using phosphoric acids, distribution of the organic phase which has phenols as a main component and the water phase containing phosphoric acids 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, the phenol resin with little content of 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い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モルを超える量を用いても、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 phenol resin with a low content of unreacted phenols in a high yield, but it exceeds 1.0 mol with respect to 1 mol of phenol. Even if the amount is used, this effect may not be substantially changed, so it may not be economical. 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.

本発明のフェノール樹脂を合成する際の反応条件としては特に限定されないが、反応温度は40〜150℃であることが好ましい。さらに好ましくは90〜140℃である。反応温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促進させることができ、未反応フェノール類の含有量を低減させることができる。また、リン酸類水溶液を好ましい粘度にすることができ、触媒作用が低下するのを避けることができる。一方、上記上限値以下とすることにより、フェノール樹脂の分解を抑制することができる。   Although it does not specifically limit as reaction conditions at the time of synthesize | combining the phenol resin of this invention, It is preferable that reaction temperature is 40-150 degreeC. More preferably, it is 90-140 degreeC. By making reaction temperature more than the said lower limit, reaction with phenols and aldehydes can be accelerated | stimulated and content of unreacted phenols can be reduced. Moreover, it can make phosphoric acid aqueous solution into a preferable viscosity, and can avoid that a catalytic action falls. On the other hand, the decomposition of the phenol resin can be suppressed by setting it to the upper limit value or less.

また、反応時の反応系中の水分含有率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。さらに好ましくは1〜30重量%である。
ここで、反応系中の水分含有率とは、反応系内に存在するフェノール類、アルデヒド類、リン酸類、フェノール樹脂などの合計量に対する、反応系内に存在する水分の合計量の重量比率を指す。反応系内に存在する水分としては、リン酸類の水溶液に含有される水分、アルデヒド類に含有される水分など、添加する原料に由来する水分のほか、反応時に発生する縮合水がある。
反応系中の水分含有率は、仕込み原料中の水分量と、反応で生成する縮合水量との合計を反応系中の水分量とし、これを仕込み全量で除することで算出することができる。また、水を蒸留して取り除きながら反応させる場合、上記仕込み原料中の水分量と反応で生成する縮合水量との合計量から、溜去した水分量を減じて反応系中の水分量とし、同様に算出することができる。
Moreover, it is although it does not specifically limit as a moisture content rate in the reaction system at the time of reaction, It is preferable to set it as 1 to 40 weight%. More preferably, it is 1 to 30% by weight.
Here, the moisture content in the reaction system is the weight ratio of the total amount of moisture present in the reaction system to the total amount of phenols, aldehydes, phosphoric acids, phenol resins, etc. present in the reaction system. Point to. The water present in the reaction system includes water derived from the raw material to be added, such as water contained in an aqueous solution of phosphoric acid, water contained in aldehydes, and condensed water generated during the reaction.
The water content in the reaction system can be calculated by taking the sum of the water content in the charged raw material and the amount of condensed water produced by the reaction as the water content in the reaction system, and dividing this by the total amount charged. Also, when the reaction is carried out by distilling off water, the water content in the reaction system is reduced by subtracting the amount of water distilled off from the total amount of water content in the raw material and the amount of condensed water produced by the reaction. Can be calculated.

この水分含有率を、好ましくは上記の範囲内で反応を行うことにより、未反応フェノール類の含有量が少なく、かつ、分子量分布が狭いフェノール樹脂を高収率で得ることができる。
反応系中の水分含有率を上記下限値以上とすることにより、リン酸類が高粘度化もしくは固結するのを抑えることができる。また、上記上限値以下とすることにより、反応速度の低下を抑制することができるので、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。
By carrying out the reaction preferably within the above range for the water content, a phenol resin having a small content of unreacted phenols and a narrow molecular weight distribution can be obtained in a high yield.
By setting the water content in the reaction system to the above lower limit value or more, it is possible to prevent the phosphoric acids from becoming highly viscous or solidified. Moreover, since the fall of reaction rate can be suppressed by setting it as the said upper limit or less, reaction of phenols and aldehydes can be advanced efficiently.

このような反応条件は、未反応フェノール類だけでなく、2核体成分のような低分子量成分を選択的に反応させるのに有効であり、得られるフェノール樹脂の分子量分布を狭くすることができる。
すなわち、未反応フェノール類の反応は上記反応条件の範囲外においても十分に進行するが、2核体成分のような低分子量成分の選択的な反応に対しては、上記反応条件の範囲内とすることが効果的である。
Such reaction conditions are effective for selectively reacting not only unreacted phenols but also low molecular weight components such as dinuclear components, and can narrow the molecular weight distribution of the resulting phenolic resin. .
That is, the reaction of unreacted phenols proceeds sufficiently even outside the range of the reaction conditions described above, but for the selective reaction of low molecular weight components such as dinuclear components, the reaction conditions are within the range of the reaction conditions described above. It is effective to do.

なお、反応時間については特に制限はなく、フェノール類やアルデヒド類の種類、反応モル比、触媒の種類及び使用量、反応条件などに応じて適宜選択することができる。   In addition, there is no restriction | limiting in particular about reaction time, According to the kind of phenols and aldehydes, reaction molar ratio, the kind and usage-amount of a catalyst, reaction conditions, etc., it can select suitably.

本発明のフェノール樹脂を合成する場合、例えば、水分含有率が20〜40重量%の範囲における還流温度は、ほぼ102〜110℃になり、温度及び水分のコントロール上、常圧反応は好ましい条件である。このほかの反応方法としては、例えば、ブタノール、プロパノールなどの非水系溶媒を使用した溶剤還流脱水反応、高圧反応等の方法を適用することができる。
また、アルデヒド類を逐次添加して、生成する縮合水を蒸留等で取り除きながら行う反応方法は、反応系中の水分量が一定となり、好ましい反応条件で実施することができる。ただし、未反応のフェノール類が水分と一緒に取り除かれやすくなる場合は、未反応フェノール類が一定量以下となるまで、未反応のフェノール類が蒸留されない条件で反応を行い、次いで、蒸留により水分を取り除いた後、あるいは取り除きながら反応を続けることが好ましい。
When synthesizing the phenol resin of the present invention, for example, the reflux temperature in the range of 20 to 40% by weight of water is approximately 102 to 110 ° C., and normal pressure reaction is a preferable condition for controlling the temperature and moisture. is there. As other reaction methods, for example, a solvent reflux dehydration reaction using a non-aqueous solvent such as butanol or propanol, a high pressure reaction, or the like can be applied.
In addition, a reaction method in which aldehydes are sequentially added and condensed water to be generated is removed by distillation or the like can be carried out under preferable reaction conditions because the amount of water in the reaction system is constant. However, when unreacted phenols are easily removed together with moisture, the reaction is performed under the condition that unreacted phenols are not distilled until the unreacted phenols become a certain amount or less. It is preferable to continue the reaction after removing or after removing.

本発明のフェノール樹脂の合成においては、リン酸類を触媒として用いるが、このほか、シュウ酸、硫酸、塩酸、p−トルエンスルホン酸などの、通常、ノボラック型フェノール樹脂の製造で使用する酸性触媒を併用することもできる。これらの酸性触媒の併用は、特に、4核体以上の高分子量成分を必要とする場合、その反応促進に有効であり、分子量分布を制御する方法として有効な手段である。   In the synthesis of the phenolic resin of the present invention, phosphoric acids are used as a catalyst. In addition to this, acidic catalysts such as oxalic acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, and p-toluenesulfonic acid are usually used in the production of novolak type phenolic resins. It can also be used together. The combined use of these acidic catalysts is effective for accelerating the reaction, particularly when a high molecular weight component having four or more nuclei is required, and is an effective means for controlling the molecular weight distribution.

本発明の製造方法においては特に限定されないが、以上に説明した方法によりフェノール樹脂を合成した後、反応系の水洗を行い、フェノール樹脂中に含有されるリン酸類の濃度を3.0重量%以下にすることが好ましい。さらに好ましくは0.1重量%以下である

これにより、水洗後、常圧蒸留もしくは減圧蒸留を行うとき、フェノール樹脂の分解を抑制することができる。
Although it is not particularly limited in the production method of the present invention, after synthesizing the phenol resin by the method described above, the reaction system is washed with water, and the concentration of phosphoric acids contained in the phenol resin is 3.0% by weight or less. It is preferable to make it. More preferably, it is 0.1 weight% or less.
Thereby, decomposition | disassembly of a phenol resin can be suppressed when performing atmospheric distillation or vacuum distillation after water washing.

ここで水洗を行う方法としては特に限定されないが、例えば、フェノール樹脂を含む有機相と、リン酸類水溶液を含む水相とを、遠心分離により分離する。次いで、得られた有機相を、純水やイオン交換水で水洗を行うことにより、フェノール樹脂中に含有されるリン酸類の濃度を3.0重量%以下とすることができる。また、この水洗を複数回数実施することにより、リン酸類の濃度を0.1重量%以下とすることができる。   Although it does not specifically limit as a method to wash with water here, For example, the organic phase containing a phenol resin and the aqueous phase containing phosphoric acid aqueous solution are isolate | separated by centrifugation. Subsequently, the obtained organic phase is washed with pure water or ion-exchanged water, whereby the concentration of phosphoric acids contained in the phenol resin can be reduced to 3.0% by weight or less. Moreover, the concentration of phosphoric acids can be reduced to 0.1% by weight or less by performing this water washing a plurality of times.

また、さらに、リン酸類の濃度が上記上限値以下になるまで水洗を行った後、反応系中に残留しているリン酸類1当量に対して、アルカリ性物質0.8〜1.5当量を用いて中和することができる。これにより、リン酸類の有する触媒活性を失活させることができるので、この後の工程で、高温で脱水反応を行う場合でも、フェノール樹脂の分解を抑制することができる。   Further, after washing with water until the concentration of phosphoric acid is not more than the above upper limit, 0.8 to 1.5 equivalents of alkaline substance is used for 1 equivalent of phosphoric acid remaining in the reaction system. Can be neutralized. Thereby, since the catalytic activity which phosphoric acids have can be deactivated, even when performing a dehydration reaction at high temperature by the subsequent process, decomposition | disassembly of a phenol resin can be suppressed.

ここで用いられるアルカリ性物質としては特に限定されないが、例えば、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、トリエタノールアミンなどを用いることができる。アルカリ性物質の形態としては特に限定されないが、水溶液の形態で用いることが好ましい。   Although it does not specifically limit as an alkaline substance used here, For example, calcium hydroxide, sodium hydroxide, a triethanolamine etc. can be used. Although it does not specifically limit as a form of an alkaline substance, It is preferable to use with the form of aqueous solution.

以上に説明した方法により、フェノール樹脂を合成した後、必要に応じて、水や有機溶剤、さらには未反応フェノール類を除去するため、常圧蒸留や、減圧蒸留、水蒸気蒸留等を併せて行うこともできる。   After synthesizing the phenol resin by the method described above, if necessary, in order to remove water, organic solvent, and unreacted phenols, atmospheric distillation, vacuum distillation, steam distillation, etc. are performed in combination. You can also

本発明において、フェノール類とアルデヒド類とをリン酸類を用いて反応させることにより、未反応フェノール類や2核体成分の含有量が少なく、かつ、分子量分布の分散度が小さいフェノール樹脂を得ることができる理由は、以下のように考えられる。   In the present invention, by reacting phenols and aldehydes with phosphoric acids, a phenol resin having a small content of unreacted phenols and binuclear components and a low molecular weight distribution is obtained. The reason for this can be considered as follows.

リン酸類は非常に水溶性が高い化合物であるが、フェノール類には溶解性が小さく、フェノール樹脂に対してはその分子量が増大するとともに溶解性が更に小さくなる性質を有している。
このリン酸類を用いることにより、反応開始時の反応系はフェノール類を主成分とする有機相と、リン酸類を含有する水相に相分離する。この液−液不均一反応系において、フェノール類モノマー及び2核体成分等の低分子量成分は比較的水相に溶出しやすく、溶出した成分はリン酸類の触媒作用により、添加されたアルデヒド類と反応する。反応により生成したフェノール樹脂は、速やかに有機相に抽出されるが、ある程度高分子量化したフェノール樹脂は水相にほとんど溶出しないため、さらに高分子量化する反応は起こりにくくなる。
Phosphoric acids are very water-soluble compounds, but phenols have low solubility, and phenol resins have the property of increasing their molecular weight and further reducing solubility.
By using these phosphoric acids, the reaction system at the start of the reaction is phase-separated into an organic phase mainly composed of phenols and an aqueous phase containing phosphoric acids. In this liquid-liquid heterogeneous reaction system, low molecular weight components such as phenolic monomers and dinuclear components are relatively easily eluted in the aqueous phase, and the eluted components are separated from the added aldehydes by the catalytic action of phosphoric acids. react. The phenol resin produced by the reaction is rapidly extracted into the organic phase, but the phenol resin having a high molecular weight to some extent does not elute into the aqueous phase.

また、反応系中の水分量や反応温度を好ましくは上記範囲内とすることにより、反応により生じた2核体成分、3核体成分等の低分子量成分がリン酸類を含有する水相へ溶出されやすくなり、水相での反応を容易に進めることができる。そして、水相中のイオン濃度が高い状態で維持されるので、水相と有機相との界面がよりしっかりと分離し、有機相側における高分子化反応を防止できる。   Also, by setting the water content and reaction temperature in the reaction system preferably within the above ranges, low molecular weight components such as dinuclear components and trinuclear components generated by the reaction are eluted into the aqueous phase containing phosphoric acids. And the reaction in the aqueous phase can easily proceed. And since the ion concentration in a water phase is maintained in the state where it is high, the interface of a water phase and an organic phase isolate | separates more firmly, and the polymeric reaction on the organic phase side can be prevented.

このように、本発明のフェノール樹脂を合成する際には、フェノール樹脂の低分子量成分と高分子量成分とが、上記水相への溶解性の差異による反応速度差を生じ、フェノール類モノマーや2核体成分等の低分子量成分が選択的に反応するとともに、生成したフェノール樹脂が過度に高分子量化することを抑制することができる。   As described above, when synthesizing the phenol resin of the present invention, the low molecular weight component and the high molecular weight component of the phenol resin cause a difference in reaction rate due to the difference in solubility in the aqueous phase. While low molecular weight components, such as a nucleus component, react selectively, it can suppress that the produced | generated phenol resin becomes high molecular weight too much.

本発明のフェノール樹脂の合成においては、このような液−液不均一反応を行うことにより、未反応フェノール類や2核体成分含有量が上記上限値以下であり、さらに、高分子量成分の増大を抑えることにより、数平均分子量が上記範囲内であり、分子量分布の分散度が上記上限値以下であるフェノール樹脂を得ることができるものである。   In the synthesis of the phenol resin of the present invention, by performing such a liquid-liquid heterogeneous reaction, the content of unreacted phenols and dinuclear components is less than or equal to the above upper limit, and further, the increase in high molecular weight components By suppressing the above, it is possible to obtain a phenol resin having a number average molecular weight within the above range and a molecular weight distribution having a dispersion degree of not more than the above upper limit.

本発明のフェノール樹脂は、特に限定されないが、硬化剤として通常ヘキサメチレンテトラミン、レゾール型フェノール樹脂などを用いることができる。これらを単独あるいは2種以上混合して使用してもよい。例えば、硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンを使用する場合は、フェノール樹脂100重量部に対して、通常5〜15重量部配合する。
また、このほかにも必要に応じて、改質剤として滑剤、シランカップリング剤などを配合することができる。
Although the phenol resin of the present invention is not particularly limited, hexamethylenetetramine, a resol type phenol resin, or the like can be used as a curing agent. You may use these individually or in mixture of 2 or more types. For example, when hexamethylenetetramine is used as the curing agent, it is usually blended in an amount of 5 to 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the phenol resin.
In addition to these, a lubricant, a silane coupling agent, and the like can be blended as a modifier, if necessary.

以上に説明したように、本発明のフェノール樹脂は、未反応フェノール類や2核体成分の含有量が少ない。これにより、耐火骨材と混練する際、あるいは、加熱乾燥させる際の作業環境を悪化させるガスの発生量を減らすことができる。
また、特定の数平均分子量や分子量分布の分散度を有する。これにより、高い流動性を有するので、フェノール樹脂と耐火骨材との混練時に耐火骨材へのコートを十分に行うことができ、耐火物に高い機械的強度を付与することができる。
As explained above, the phenol resin of the present invention has a low content of unreacted phenols and dinuclear components. Thereby, the generation amount of gas which worsens the working environment at the time of kneading with a refractory aggregate or heat drying can be reduced.
Further, it has a specific number average molecular weight and a degree of molecular weight distribution. Thereby, since it has high fluidity | liquidity, the coating to a refractory aggregate can fully be performed at the time of kneading | mixing a phenol resin and a refractory aggregate, and high mechanical strength can be provided to a refractory.

本発明のフェノール樹脂を耐火物結合剤として用いる場合は、通常の方法を適用することができる。すなわち、アルミナ、マグネシア、鱗状黒鉛などの耐火骨材と、本発明のフェノール樹脂、及び硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンなどを所定の配合で混錬することにより坏土を得る。得られた坏土を金型などに充填し、加圧して成形後、所定の温度まで加熱し、必要に応じて焼成することにより、耐火物を得ることができる。   When the phenol resin of the present invention is used as a refractory binder, a usual method can be applied. That is, a kneaded material is obtained by kneading refractory aggregates such as alumina, magnesia, and scaly graphite, the phenolic resin of the present invention, and hexamethylenetetramine as a curing agent in a predetermined composition. A refractory can be obtained by filling the obtained clay into a mold or the like, pressurizing and molding, heating to a predetermined temperature, and firing as necessary.

以下、本発明について実施例を用いて具体的に説明する。ここに記載されている「部」は「重量部」、「%」は、2核体成分の含有量以外は「重量%」を示す。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. “Parts” described herein means “parts by weight”, and “%” means “% by weight” except for the content of the binuclear component.

1.フェノール樹脂の合成
<実施例1>
攪拌装置、冷却管及び温度計を備えた反応容器に、フェノール1000部、85%リン酸水溶液1000部(フェノール類1モルに対して0.82モルに相当)を仕込んだ。この内温を130℃まで昇温した後、92%パラホルムアルデヒド277部(反応モル比 F/P=0.80)を30分間かけて逐添した後、1時間還流反応を行った。
次に、純水500部を添加して混合し、樹脂相と分離した水相を除去した。このような水洗工程を3回行った。水洗後のフェノール樹脂中に残存しているリン酸量を測定したところ、0.07部であった。ここへ50%水酸化ナトリウム水溶液0.06部(上記残存リン酸1当量に対して1.2当量)を添加し、再度脱水配管へ切り替え内温130℃まで常圧脱水を行い、続けて内温150℃まで9500Paで減圧脱水を行った。
その後、エチレングリコール450部を添加し、得られた樹脂を反応容器より取り出し、フェノール樹脂溶液1470部を得た。得られた樹脂のGPC測定による分子量は、Mn=515、Mw=720であり、分散度(Mw/Mn)=1.40であった。また、未反応フェノール類量は検出限界(0.1%)未満であり、2核体成分量は2%であった。
1. Synthesis of phenolic resin
<Example 1>
In a reaction vessel equipped with a stirrer, a cooling tube and a thermometer, 1000 parts of phenol and 1000 parts of 85% aqueous phosphoric acid solution (corresponding to 0.82 mol per mol of phenol) were charged. After the internal temperature was raised to 130 ° C., 277 parts of 92% paraformaldehyde (reaction molar ratio F / P = 0.80) was added over 30 minutes, followed by refluxing reaction for 1 hour.
Next, 500 parts of pure water was added and mixed to remove the aqueous phase separated from the resin phase. Such a water washing process was performed 3 times. When the amount of phosphoric acid remaining in the phenol resin after washing with water was measured, it was 0.07 part. To this, 0.06 part of 50% aqueous sodium hydroxide solution (1.2 equivalents relative to 1 equivalent of the remaining phosphoric acid) was added, and the dehydration pipe was switched again to perform normal pressure dehydration to an internal temperature of 130 ° C. Vacuum dehydration was performed at 9500 Pa to a temperature of 150 ° C.
Thereafter, 450 parts of ethylene glycol was added, and the resulting resin was taken out of the reaction vessel to obtain 1470 parts of a phenol resin solution. The molecular weight of the obtained resin by GPC measurement was Mn = 515, Mw = 720, and dispersity (Mw / Mn) = 1.40. The amount of unreacted phenols was less than the detection limit (0.1%), and the amount of dinuclear components was 2%.

<実施例2>
攪拌装置、冷却管及び温度計を備えた反応容器に、フェノール1000部、85%リン酸水溶液1000部(フェノール類1モルに対して0.82モルに相当)を仕込んだ。この内温を130℃まで昇温した後、92%パラホルムアルデヒド243部(反応モル比 F/P=0.70)を30分間かけて逐添した後、1時間還流反応を行った。
次に、純水500部を添加して混合し、樹脂相と分離した水相を除去した。このような水洗工程を3回行った。水洗後のフェノール樹脂中に残存しているリン酸量を測定したところ、0.07部であった。ここへ50%水酸化ナトリウム水溶液0.06部(上記残存リン酸1当量に対して1.2当量)を添加し、再度脱水配管へ切り替え内温130℃まで常圧脱水を行い、続けて内温150℃まで9500Paで減圧脱水を行った。
その後、エチレングリコール450部を添加し、得られた樹脂を反応容器より取り出し、フェノール樹脂溶液1430部を得た。得られた樹脂のGPC測定による分子量は、Mn=425、Mw=540であり、分散度(Mw/Mn)=1.27であった。また、未反応フェノール類量は0.1%であり、2核体成分量は8%であった。
<Example 2>
In a reaction vessel equipped with a stirrer, a cooling tube and a thermometer, 1000 parts of phenol and 1000 parts of 85% aqueous phosphoric acid solution (corresponding to 0.82 mol per mol of phenol) were charged. After the internal temperature was raised to 130 ° C., 243 parts of 92% paraformaldehyde (reaction molar ratio F / P = 0.70) was added over 30 minutes, followed by refluxing reaction for 1 hour.
Next, 500 parts of pure water was added and mixed to remove the aqueous phase separated from the resin phase. Such a water washing process was performed 3 times. When the amount of phosphoric acid remaining in the phenol resin after washing with water was measured, it was 0.07 part. To this, 0.06 part of 50% aqueous sodium hydroxide solution (1.2 equivalents relative to 1 equivalent of the remaining phosphoric acid) was added, and the dehydration pipe was switched again to perform normal pressure dehydration to an internal temperature of 130 ° C. Vacuum dehydration was performed at 9500 Pa to a temperature of 150 ° C.
Thereafter, 450 parts of ethylene glycol was added, and the resulting resin was taken out of the reaction vessel to obtain 1430 parts of a phenol resin solution. The molecular weight of the obtained resin by GPC measurement was Mn = 425, Mw = 540, and dispersity (Mw / Mn) = 1.27. The amount of unreacted phenols was 0.1%, and the amount of dinuclear components was 8%.

<実施例3>
攪拌装置、冷却管及び温度計を備えた反応容器に、フェノール1000部、85%リン酸水溶液429部(フェノール類1モルに対して0.35モルに相当)を仕込んだ。この内温を130℃まで昇温した後、92%パラホルムアルデヒド277部(反応モル比 F/P=0.80)を30分間かけて逐添した後、1時間還流反応を行った。
次に、純水500部、メチルイソブチルケトン2000部を添加し、樹脂相と分離した水相を除去した。さらに純水2000部を添加し、樹脂と分離している水相を除去する水洗工程を3回行った。水洗後の樹脂中に残存しているリン酸量を測定したところ、検出限界以下であった。これを再度脱水配管へ切り替え内温130℃まで常圧脱水を行い、続けて内温150℃まで9500Paで減圧脱水を行った。
その後、エチレングリコール450部を添加し、得られた樹脂を反応容器より取り出し、フェノール樹脂溶液1460部を得た。得られた樹脂のGPC測定による分子量は、Mn=525、Mw=745であり、分散度(Mw/Mn)=1.42であった。また、未反応フェノール類量は0.1%であり、2核体成分量は4%であった。
<Example 3>
In a reaction vessel equipped with a stirrer, a condenser tube and a thermometer, 1000 parts of phenol and 429 parts of 85% phosphoric acid aqueous solution (corresponding to 0.35 mol per mol of phenols) were charged. After the internal temperature was raised to 130 ° C., 277 parts of 92% paraformaldehyde (reaction molar ratio F / P = 0.80) was added over 30 minutes, followed by refluxing reaction for 1 hour.
Next, 500 parts of pure water and 2000 parts of methyl isobutyl ketone were added, and the aqueous phase separated from the resin phase was removed. Further, 2000 parts of pure water was added, and a water washing step for removing the aqueous phase separated from the resin was performed three times. When the amount of phosphoric acid remaining in the resin after washing with water was measured, it was below the detection limit. This was again switched to a dehydration pipe, and normal pressure dehydration was performed to an internal temperature of 130 ° C., followed by vacuum dehydration at 9500 Pa to an internal temperature of 150 ° C.
Thereafter, 450 parts of ethylene glycol was added, and the resulting resin was taken out of the reaction vessel to obtain 1460 parts of a phenol resin solution. The molecular weight of the obtained resin by GPC measurement was Mn = 525, Mw = 745, and dispersity (Mw / Mn) = 1.42. The amount of unreacted phenols was 0.1%, and the amount of dinuclear components was 4%.

<比較例>
攪拌装置、冷却管及び温度計を備えた反応容器に、フェノール1000部、蓚酸10部を仕込み、常圧で内温95℃まで昇温した後、37%ホルマリン621部を1時間かけて添加した。さらに98〜100℃で1時間還流反応を行った後、大気圧にて加熱脱水し、140℃まで内温を上昇させ、9500Paまで減圧し、さらに内温を180℃まで加熱した後、エチレングリコール450部添加し、反応容器より取り出し、フェノール樹脂溶液1455部を得た。
得られた樹脂のGPC測定による分子量は、Mn=460、Mw=986であり、分散度=2.14であった。また、未反応フェノール類量は3.0%であり、2核体成分量は13%であった。
<Comparative example>
A reaction vessel equipped with a stirrer, a condenser tube and a thermometer was charged with 1000 parts of phenol and 10 parts of oxalic acid, heated to an internal temperature of 95 ° C. at normal pressure, and then added with 621 parts of 37% formalin over 1 hour. . Furthermore, after refluxing reaction at 98-100 degreeC for 1 hour, it heat-dehydrates at atmospheric pressure, raises internal temperature to 140 degreeC, depressurizes to 9500 Pa, and also heats internal temperature to 180 degreeC, Then, ethylene glycol 450 parts was added and taken out from the reaction vessel to obtain 1455 parts of a phenolic resin solution.
The molecular weight of the obtained resin by GPC measurement was Mn = 460, Mw = 986, and the dispersity = 2.14. The amount of unreacted phenols was 3.0%, and the amount of dinuclear components was 13%.

2.耐火物としての実用試験
実験用万能混練装置に、マグネシアクリンカー粗粒(1〜3mm)650部、マグネシアクリンカー微粉(0.3mm以下)200部、鱗状黒鉛150部、実施例及び比較例で得られたフェノール樹脂28部(固形分換算)、ヘキサメチレンテトラミン2.8部を加え、40℃で30分間混錬した。
次いで、混練物120gを15mm×25mm×100mmの金型に取り、9.8×10Paの圧力を与えて成形し、得られた試験片を200℃で3時間乾燥した。
さらに、この試験片を還元雰囲気下で、1000℃で3時間加熱処理(焼成)して、各々の試験片を作製した。
2. Practical tests as refractories Obtained in an experimental universal kneader with 650 parts of magnesia clinker coarse particles (1 to 3 mm), 200 parts of magnesia clinker fine powder (0.3 mm or less), 150 parts of scaly graphite, Examples and Comparative Examples 28 parts of phenol resin (in terms of solid content) and 2.8 parts of hexamethylenetetramine were added and kneaded at 40 ° C. for 30 minutes.
Next, 120 g of the kneaded product was placed in a 15 mm × 25 mm × 100 mm mold, molded by applying a pressure of 9.8 × 10 7 Pa, and the obtained test piece was dried at 200 ° C. for 3 hours.
Furthermore, this test piece was heat-treated at 1000 ° C. for 3 hours under a reducing atmosphere to produce each test piece.

実施例及び比較例で得られたフェノール樹脂の分子量、分散度、未反応フェノール量、2核体成分量、及び上記耐火物の特性測定結果を表1に示す。   Table 1 shows the molecular weight, the degree of dispersion, the amount of unreacted phenol, the amount of the binuclear component, and the characteristic measurement results of the refractories obtained in Examples and Comparative Examples.

Figure 2005232199
Figure 2005232199

フェノール樹脂及び耐火物の特性評価方法は下記の通りである。
(1)未反応フェノール類の含有量:JIS K 0114 に準拠して、ガスクロマトグラフィー法を用い、2,5−キシレノールを内部標準物質として内部標準法で測定した値である。
(2)数平均分子量、重量平均分子量、分子量分布の分散度:GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)法を用いて測定したものであり、テトラヒドロフランを溶出溶媒として使用し、流量1.0ml/分、カラム温度40℃の条件で示差屈折計を検出器として用いて測定し、分子量については標準ポリスチレンにより換算した。装置は、
1)本体:TOSOH社製・「HLC−8120」
2)分析用カラム:TOSOH社製・「G1000HXL」2本、「G3000HXL」1本、
を使用した。
(3)2核体成分の含有量:上記GPC測定により得られた分子量分布曲線から該当する面積比率より算出した。
(4)曲げ強度:東洋ボールドウィン社製・テンシロンUTM−III−500を使用した
。スパン80mm、ヘッドスピート5mm/minで行った。
(5)刺激臭:混錬時に生じた臭気を官能検査にて確認した。比較例を基準とし、同様の刺激臭が有る場合を有り、無い場合を無しとした。
The characteristic evaluation method of a phenol resin and a refractory is as follows.
(1) Content of unreacted phenols: This is a value measured by an internal standard method using 2,5-xylenol as an internal standard substance using a gas chromatography method in accordance with JIS K 0114.
(2) Number average molecular weight, weight average molecular weight, dispersity of molecular weight distribution: measured using GPC (gel permeation chromatography) method, using tetrahydrofuran as an elution solvent, flow rate 1.0 ml / min, Measurement was performed using a differential refractometer as a detector at a column temperature of 40 ° C., and the molecular weight was converted with standard polystyrene. The device
1) Body: "HLC-8120" manufactured by TOSOH
2) Analytical column: Two "G1000HXL" manufactured by TOSOH, one "G3000HXL"
It was used.
(3) Content of binuclear component: It was calculated from the corresponding area ratio from the molecular weight distribution curve obtained by the GPC measurement.
(4) Bending strength: Tensilon UTM-III-500 manufactured by Toyo Baldwin Company was used. The span was 80 mm and the head speed was 5 mm / min.
(5) Irritant odor: The odor generated during kneading was confirmed by sensory test. On the basis of the comparative example, there were cases where there was a similar irritating odor, and cases where there was no case.

実施例1〜3はいずれも、本発明のフェノール樹脂であり、これを用いた耐火物としての実用試験において、従来のフェノール樹脂である比較例と比べて、200℃での乾燥後の機械的強度、1000℃での焼成後の機械的強度をいずれも向上させることができた。また、混練時に発生する刺激臭を低減させることができた。   Examples 1 to 3 are all phenolic resins of the present invention, and in a practical test as a refractory using the same, compared with a comparative example that is a conventional phenolic resin, mechanical properties after drying at 200 ° C. Both strength and mechanical strength after firing at 1000 ° C. could be improved. In addition, the irritating odor generated during kneading could be reduced.

本発明の耐火物結合剤用ノボラック型フェノール樹脂は、取り扱い時の作業環境が良好で、耐火物の機械的強度を向上させることができることから、耐火物結合剤として好適に用いられるものである。   The novolak type phenolic resin for refractory binders of the present invention is suitably used as a refractory binder because the working environment during handling is good and the mechanical strength of the refractory can be improved.

Claims (3)

(a)未反応フェノール類の含有量が1重量%以下、(b)2核体成分の含有量が10%以下、(c)分子量分布の分散度が5以下、及び、(d)数平均分子量が300〜1000であり、フェノール類とアルデヒド類とをリン酸類を用いて反応させて得られるものであることを特徴とする耐火物結合剤用ノボラック型フェノール樹脂。 (A) The content of unreacted phenols is 1% by weight or less, (b) the content of binuclear components is 10% or less, (c) the degree of dispersion of the molecular weight distribution is 5 or less, and (d) the number average A novolak type phenol resin for a refractory binder, which has a molecular weight of 300 to 1,000 and is obtained by reacting phenols and aldehydes with phosphoric acids. 前記フェノール樹脂1モルに対して、前記リン酸類0.2モル以上を用いる請求項1に記載の耐火物結合剤用ノボラック型フェノール樹脂。 The novolak-type phenol resin for refractory binders according to claim 1, wherein 0.2 mol or more of the phosphoric acid is used with respect to 1 mol of the phenol resin. 前記リン酸類は、リン酸である請求項1又は2に記載の耐火物結合剤用ノボラック型フェノール樹脂。 The novolac type phenol resin for a refractory binder according to claim 1 or 2, wherein the phosphoric acid is phosphoric acid.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022195971A1 (en) * 2021-03-16 2022-09-22 旭有機材株式会社 Method for fractionating phenolic resin, method for producing phenolic resin, and solvent for fractionating phenolic resin

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WO2022195971A1 (en) * 2021-03-16 2022-09-22 旭有機材株式会社 Method for fractionating phenolic resin, method for producing phenolic resin, and solvent for fractionating phenolic resin

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