JPH0735427B2 - 速硬化性ノボラツク型フエノ−ル樹脂およびその製造方法 - Google Patents

速硬化性ノボラツク型フエノ−ル樹脂およびその製造方法

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JPH0735427B2
JPH0735427B2 JP61073441A JP7344186A JPH0735427B2 JP H0735427 B2 JPH0735427 B2 JP H0735427B2 JP 61073441 A JP61073441 A JP 61073441A JP 7344186 A JP7344186 A JP 7344186A JP H0735427 B2 JPH0735427 B2 JP H0735427B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、速硬化性ノボラック型フェノール樹脂および
その製造方法に関する。本発明に係わる速硬化性ノボラ
ック型フェノール樹脂はシェルモールド用の樹脂被覆砂
粒に用いられる。
[従来の技術] フェノール樹脂のオルソ結合体含有率が多いハイオルソ
ノボラック型樹脂は硬化速度が速いことが知られている
(特公昭53-35596号公報、特公昭46-8878、特開昭54-12
7997等)。この合成方法としては弱酸性触媒下または二
価金属イオン存在下でメチロール化させオルト結合した
メチロール化を行わせる。次いで酸または過塩素酸等を
添加したり又は昇温反応等によりメチレン化を行ない、
次いで濃縮する方法が知られている。
[発明が解決しようとする問題点] 上記ハイオルソノボラック型樹脂をシェルモールド用と
して用いた場合、硬化速度は速いが得られる鋳型の強度
が低くなる傾向にある。その原因としてはメチロール化
反応に続くメチレン化反応において反応制御がしにく
く、得られる樹脂がランダムに高分子量化し分子量分布
の大きな樹脂になると考えられる。従ってこの樹脂をシ
ェルモールド用に用いた場合強度低下が大きくなる。
本発明はこの欠点を克服するものであり、高強度であり
かつ硬化速度の速い速硬化性ノボラック型フェノール樹
脂およびその製造方法を提供することを目的とする。
[問題点を解決するための手段] 本発明の速硬化性ノボラック型フェノール樹脂は、ヒド
ロキシフェニレンメチレンを1構成単位として重量平均
分子量が1200〜2000の範囲にフェノール類とホルムアル
デヒド類とがランダム重合して構成されるノボラック型
のフェノール樹脂であり、該フェノール樹脂の分子量は
数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比
(Mw/Mn)が1.5〜2.3の範囲にあり、ホルムアルデヒド
類がフェノール類に重合して形成されるメチレン結合の
位置はフェノール類の水酸基に対するパラ結合(p)の
量とこのパラ結合(p)に対するオルソ結合(o)の量
の比(o/p)が3.5〜4.5(赤外吸光度比)の範囲にある
ことを特徴とする。
ノボラック型フェノール樹脂とは、フェノール、キシレ
ノール、クレゾール等のフェノール類と、ホルマリン、
パラホルムアルデヒド等のアルデヒド類とを酸触媒下で
縮合反応させて合成される樹脂をいう。
本フェノール樹脂において、重量平均分子量が1200未満
では樹脂の融点あるいは樹脂被覆砂の融着点が低くな
り、2000を超える場合は混練時のコーティング性が低下
し強度が低くなり、いずれも本発明の範囲に含まれな
い。またMw/Mn比が1.5〜2.3の範囲を超える場合には分
子量分布が広くなり、本発明の範囲に含まれない。また
o/p比が3.5未満の場合にはオルソメチレン基が少なくな
り硬化速度が十分に大きくならないし、o/p比が4.5を超
える場合にはパラメチレン基が少なくなり強度が十分に
向上しない。
本発明の速硬化性ノボラック型フェノール樹脂の製造方
法は、フェノール類とホルムアルデヒド類とを、フェノ
ール類に対するホルムアルデヒド類のモル比が0.4〜0.9
の範囲、PHが3以下で、重量平均分子量が300〜1800に
なるまで反応させる第1段反応工程と、 第1段反応工程で得られる反応液のPHを3〜7に調整
し、2価金属塩を添加し、これを触媒として第1段反応
工程終了時での未反応フェノールの50%以上を反応させ
る第2段反応工程と、 第2段反応工程で得られた反応液を加熱濃縮し樹脂化す
る樹脂化工程と、からなることを特徴とする。
フェノール類としてはフェノール、キシレノール、クレ
ゾール等を用いることができ、通常フェノールが用いら
れる。ホルムアルデヒド類としては水溶液として存在す
るホルムアルデヒド又はパラホルムアルデヒドとするこ
とができる。
第1段反応工程において、フェノール類に対するホルム
アルデヒド類のモル比が0.4未満では収率が低く不経済
であり、0.9を超える場合には反応が過激で高分子化な
いしゲル化する。また同工程においてPHが3を越える場
合にはメチレン化反応が十分に進行せず、重量平均分子
量が300未満ではメチレン化が不十分で脱水時にゲル化
しやすく、1800を越える場合には強度が低下する。
第2段反応工程において、PHを3〜7に調整するのはメ
チレン化反応を抑えオルソ位置にメチロール基を付加さ
せ易くするためである。同工程で用いられる2価金属塩
の2価金属としてはMg、Ca等のアルカリ土類金属又はZ
n、Mn等を用いることができ、この金属塩としては塩化
物、酢酸塩等とすることができる。また同工程におい
て、第1段反応工程終了時までの未反応フェノールの50
%未満反応させたものはオルソ位置のメチロール化が不
十分で硬化速度がおそいため本発明の範囲に含まれな
い。
第1段反応工程においては還流状態で60〜90分反応さ
せ、第2段反応工程においては還流状態で2〜3時間反
応させることができる。
[発明の効果] 本発明の速硬化性ノボラック型フェノール樹脂は重量平
均分子量が1200〜2000であってMw/Mnが1.5〜2.3であっ
てフェノール類の水酸基に対するメチレン基の結合位置
を示すパラ結合に対するオルソ結合の比(o/p)が3.5〜
4.5であることを特徴とする。従って本フェノール樹脂
は分子量分布が狭くかつオルソ結合が適度に多い樹脂で
あるので、反応性に富みかつ高強度となる。
本発明の速硬化性ノボラック型フェノール樹脂の製造方
法は、フェノール類とホルムアルデヒド類とをフェノー
ルに対するホルムアルデヒド類のモル比が0.4〜0.9の範
囲、PHが3以下で、重量平均分子量が300〜1800になる
まで反応させる第1段反応工程と、 第1段反応工程で得られた反応液のPHを3〜7に調整
し、2価金属塩を添加し、これを触媒として第1段反応
工程終了時での未反応フェノールの50%以上を反応させ
る第2段反応工程と、を有することを特徴とする。従っ
てこの製造方法によれば第1段反応工程で製造される反
応初期生成物はその骨格がランダムノボラックであり分
子量が低くかつ分子量分布が狭いものであり、次いでこ
れを原料として第2段反応工程を上記条件下で行うと、
上記ランダムノボラックの骨格の外側にオルソ結合の多
いかつ分子量のそろった樹脂を製造することができる。
従ってこの本製造方法によれば高強度となりかつ硬化速
度の速い速硬化性ノボラック型フェノール樹脂を製造す
ることができる。
[実施例] 以下、実施例により本発明を説明する。
(1)ノボラック型フェノール樹脂の製造 (イ)実施例品No.1の製造 フェノール100部、37%ホルマリン56部(ホルムアルデ
ヒド/フェノールのモル比=0.65)と濃塩酸0.3部を配
合し還流状態で60分間反応させた。この時点で重量平均
分子量を測定するとその値は530であり、未反応フェノ
ールは25%であった。この重量平均分子量の測定方法は
ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)で測定
した。
次いで水酸化ナトリウムを加えPHを4.0とし、その後塩
化亜鉛0.5部を加えた。還流状態でさらに3時間反応さ
せたところ、未反応フェノールが12%となったので減圧
下で加熱脱水を170℃まで行い常温で固形の樹脂(NO.
1)95部を得た。なお未反応フェノール量の測定方法はG
PCで測定した。
(ロ)実施例品No.2の製造 フェノール100部、85%パラホルムアルデヒド26部(ホ
ルムアルデヒド/フェノールのモル比=0.70)、シュウ
酸0.5部を配合し還流状態で60分間反応させた。この時
点での重量平均分子量は730であり、未反応フェノール
は19%であった。
次いでこの反応物にジメチルアミンを加えPHを4.5と
し、酢酸亜鉛を0.3部配合し還流状態でさらに2時間反
応させたところ未反応フェノールは8%となった。そこ
で減圧脱水を160℃まで実施し常温で固形の樹脂(NO.
2)98部を得た。なお重量平均分子量および未反応フェ
ノール量の測定はNo.1と同様にして行なった。
(ハ)実施例品No.3の製造 フェノール100部、37%ホルマリン43部、(ホルムアル
デヒド/フェノールのモル比=0.50)65%フェノールス
ルホン酸0.4部を配合し、還流状態で90分反応させた。
この時点での重量平均分子量は450であり、未反応フェ
ノールは21%であった。
次いでこの反応物にモノエタノールアミンを加えPHを5.
1とし、塩化マンガン1.0部配合し還流状態でさらに4時
間反応させたところ未反応フェノールが9%となった。
そこで減圧脱水を180℃まで実施し常温で固形の樹脂(N
O.3)94部を得た。
なお重量平均分子量および未反応フェノール量の測定は
No.1と同様にして行なった。
(ニ)比較例品の製造 比較例として次の2種類の樹脂を製造した。
その1つはフェノール100部と85%パラホルムアルデヒ
ド28部と酢酸亜鉛0.5部を配合し還流状態で2時間反応
させ、次いでシュウ酸を0.8部配合し更に還流状態で1
時間反応させてその後減圧脱水を170℃まで実施し104部
の樹脂(比較例品NO.1)を得た。
他の比較例の樹脂は、フェノール100部、37%ホルマリ
ン60部、酢酸亜鉛0.3部を配合し還流状態で6時間反応
させ、次いで塩酸を加えPHをほぼ0とした後常圧で水を
除去しつつ120℃で1時間反応し、その後減圧脱水を170
℃まで実施して99部の樹脂(比較例品NO.2)を得た。
(2)実施例品、比較例品の特性 上記実施例品NO.1〜3、比較例品NO.1、2について重量
平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)に対するMwの比
(Mw/Mn、Q値)、パラ結合に対するオルソ結合の比(o
/p)を測定し、この結果を表に示した。
なおMw、MnはGPCで測定し、o/p比は赤外吸光度比で測定
した。なお、赤外吸光比は、赤外線スペクトルの760cm
-1(o位のピーク)と820cm-1(p位のピーク)の吸光
比o/p=(logO2/O1)/(logP2/P1)で算出した。
(3)砂試験 上記実施例品NO.1〜3および比較例1、2の樹脂被覆砂
特性を以下のようにして評価した。まず樹脂被覆砂の調
整は以下のようにした。
スピードミキサー(遠州鉄工製NSC-2型)に、160℃に加
熱したフーカーサンド8kgを投入し、各実施例品、比較
例品を160g加えて30秒間撹拌混練し、次いで水120g中に
ヘキサミン24gを溶解した水溶液を加え、砂粒が崩壊す
るまで撹拌した後ステアリン酸カルシウムを8g加えさら
に20秒間撹拌し、排砂して被覆砂を得た。
この各被覆砂の融着点、常温曲げ強度および温間曲げ強
度を測定し、この結果を表に示した。この融着点はJACT
試験法C−1に、常温曲げ強度はJISK-6910に、温間曲
げ強度はJACT試験法SM-5に準拠して行った。
(4)フェノール樹脂の性能評価 上記表の結果によれば実施例品NO.1〜3は比較例品NO.
1、2と比べて分子量は小さくて、Q値が小さいので分
子量分布がシャープであり、かつオルソ/パラ比は比較
例品と比べ同等又はそれよりも小さな値を示すが、比較
的オルソ体が多いものである。
そしてこの実施例品NO.1〜3の砂試験による樹脂の性能
は、比較例NO.1、2と比べ常温曲げ強度および温間曲げ
強度が大きい。特に温間曲げ強度は短時間で大きな値に
達している。
以上より本実施例品NO.1〜3の樹脂は高強度で硬化速度
の速いものである。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フェノール類とホルムアルデヒド類とがヒ
    ドロキシフェニレンメチレンを1構成単位としランダム
    重合して構成されるノボラック型のフェノール樹脂であ
    って、該フェノール樹脂は重量平均分子量が1200〜2000
    の範囲にありかつ数平均分子量(Mn)に対する重量平均
    分子量(Mw)の比(Mw/Mn)が1.5〜2.3であり、ヒドロ
    キシフェニレンメチレンにおけるメチレン結合の位置が
    フェノール類の水酸基に対するパラ結合(p)の量とこ
    のパラ結合(p)に対するオルソ結合(o)の量の比
    (o/p)が3.5〜4.5の範囲にあることを特徴とする速硬
    化性ノボラック型フェノール樹脂。
  2. 【請求項2】重量平均分子量が1200〜2000の範囲にあり
    かつ数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)
    の比(Mw/Mn)が1.5〜2.3であり、ヒドロキシフェニレ
    ンメチレンにおけるメチレン結合の位置がフェノール類
    の水酸基に対するパラ結合(p)の量とこのパラ結合
    (p)に対するオルソ結合(o)の量の比(o/p)が3.5
    〜4.5の範囲にある速硬化性ノボラック型フェノール樹
    脂の製造方法であって、 フェノール類とホルムアルデヒド類とを、フェノール類
    に対するホルムアルデヒド類のモル比が0.4〜0.9の範囲
    の量、pHが3以下の条件で、反応物の重量平均分子量が
    300〜1800になるまで重合反応させる第1段反応工程
    と、 第1段反応工程で得られた反応液のpHを3〜7に調整
    し、2価金属の塩酸塩または酢酸塩を触媒として添加
    し、第1段反応工程終了時の未反応フェノール類の50%
    以上を反応させる第2段反応工程と、 第2段反応工程で得られた反応液を加熱濃縮して樹脂化
    する樹脂化工程と、からなることを特徴とする速硬化性
    ノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
  3. 【請求項3】フェノール類はフェノールであり、ホルム
    アルデヒド類は水溶液として存在するホルムアルデヒド
    またはパラホルムアルデヒドである特許請求の範囲第2
    項記載の速硬化性ノボラック型フェノール樹脂の製造方
    法。
  4. 【請求項4】第1段反応工程においては還流状態で60〜
    90分反応させ、第2段反応工程においては還流状態で2
    〜3時間反応させる特許請求の範囲第2項記載の速硬化
    性ノボラック型フェノール樹脂の製造方法。
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