JP2001114851A - フェノール樹脂組成物及びその製造方法 - Google Patents

フェノール樹脂組成物及びその製造方法

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JP2001114851A
JP2001114851A JP29811299A JP29811299A JP2001114851A JP 2001114851 A JP2001114851 A JP 2001114851A JP 29811299 A JP29811299 A JP 29811299A JP 29811299 A JP29811299 A JP 29811299A JP 2001114851 A JP2001114851 A JP 2001114851A
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phenol
phenolic resin
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Shinjiro Otsuka
新次郎 大塚
Teruhiko Tamura
輝彦 田村
Hideo Kunitomo
秀夫 国友
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Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】低分子量で且つ粘性も低く樹脂中の遊離フェノ
ール及び遊離ホルムアルデヒド含有量の非常に少なく、
環境対応に即したフェノール樹脂組成物を提供する。 【解決手段】数平均分子量が150〜500であり、不
揮発分40重量%以上で、遊離フェノール類が5重量%
以下、遊離アルデヒド類が1重量%以下である水溶性熱
硬化型フェノール樹脂組成物及びその製造方法に関す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は遊離フェノール類及
び遊離アルデヒド類の少ない低分子量の水溶性熱硬化型
フェノール樹脂組成物及びその製造方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】熱硬化性フェノール樹脂組成物(通常レ
ゾール型フェノール樹脂)は一般にフェノール類とアル
デヒド類とを、塩基性触媒としてアルカリ金属又はアル
カリ土類金属触媒等を用いて所定の温度で所定の時間反
応させることにより得られる。この場合、合成条件的に
遊離フェノール類の含有量の低いフェノール樹脂を得る
にはフェノール類に対するアルデヒト゛類の量を多く使用
し、逆に遊離アルデヒド類の低いフェノール樹脂を得る
にはフェノール量を過剰に使用することにより可能であ
るが、遊離フェノール類及び遊離アルデヒドの含有量が
ともに低い樹脂を得ようとすると、樹脂が高分子量化
し、その結果増粘現象を生じたり、水溶性を失う等の現
象を起こすという問題が発生する。一方、操作、設備面
からは、所定の条件下で得られた初期縮合物を減圧蒸留
により濃縮する時に水蒸気、不活性ガス等を吹き込みな
がら脱水と同時に、フェノール類とアルデヒド類とを除
去する手法が一般に最も多く使用されているが、この場
合比較的高温(80〜100度)で長時間(5〜10時
間)行わなければならない。しかもこの方法も樹脂が高
分子量化したり、増粘したりし、また遊離フェノール
類、遊離アルデヒド類の低減効果も少ない。従って、比
較的低分子量で、遊離フェノール類及び遊離アルデヒド
類の含有量が低い水溶性の熱硬化性フェノール樹脂は得
られていないのが現状である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、樹脂中の遊
離フェノール類及び遊離アルデヒド類の少ない低分子量
の水溶性熱硬化型フェノール樹脂組成物及びその製造方
法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者等は上記問題点
を解決すべく鋭意検討した結果、熱硬化性フェノール樹
脂の製造工程において、初期縮合物を製造した段階で初
期縮合物中に含まれるフェノール類の量に対し所定量の
水を加え、減圧蒸留することにより、遊離フェノール
類、遊離アルデヒド類の低い水溶性熱硬化性フェノール
樹脂が得られることを見出し本発明を完成した。
【0005】すなわち[I]本発明は、数平均分子量が
150〜500であり、不揮発分が40重量%以上であ
り、遊離フェノール類が5重量%以下、遊離アルデヒド
類が1重量%以下である水溶性熱硬化型フフェノール樹
脂組成物を提供するものであり、[II]本発明は、フェ
ノール類とアルデヒド類とを触媒の存在下で反応させ、
フェノール樹脂初期縮合物を生成し、次いで水溶性熱硬
化型フェノール樹脂を製造する方法において、フェノー
ル樹脂初期縮合物の含水量が、該遊離フェノール類の9
重量倍以上になるように調整した後、減圧蒸留をするこ
とを特徴とする水溶性熱硬化型フェノール樹脂組成物の
製造方法を提供するものであり、さらに[III]本発明
は、減圧蒸留に際し、加熱用熱交換機と真空蒸発槽、又
は薄膜蒸留装置を用いる上記[II]記載の水溶性熱硬化
型フェノール樹脂組成物の製造方法を提供するものであ
る。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の水溶性熱硬化型フェノー
ル樹脂組成物は、その樹脂骨格中にメチロール基又はジ
メチレンエーテル基を持つ構造とフェノール核を持つ構
造とを含み、200℃以下の温度条件で30分以内に硬
化する混合物(通常は別名レゾール型フェノール樹脂と
言われている)であり、通常フェノール類とアルデヒド
類とを、反応触媒としてアルカリ金属及びアルカリ土類
金属等を用いて所定温度で所定時間反応させることによ
り得られるものである。
【0007】本発明の水溶性熱硬化型フェノール樹脂組
成物を得るためのフェノール類としては、特に限定され
るものではなく、例えばフェノール、クレゾール、キシ
レノール、エチルフェノール、ブチルフェノール、ノニ
ルフェノール、オクチルフェノールなどのアルキルフェ
ノール類、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビス
フェノールS、レゾルシン、カテコールなどの多価フェ
ノール類、ハロゲン化フェノール、フェニルフェノー
ル、アミノフェノールなどが挙げられる。またこれらの
フェノール類は、1種又は2種以上併用して用いられ
る。
【0008】また、アルデヒド類は、特に限定されるも
のではないが、例えばホルムアルデヒド、アセトアルデ
ヒド、ベンジルアルデヒド、グリオキザール、サリチル
アルデヒド等を挙げることができる。これらのうち、取
り扱いの容易さから、ホルムアルデヒドが好ましい。ホ
ルムアルデヒド源としては、ホルマリン、パラホルムア
ルデヒド等及びホルムアルデヒド供給物質としてヘキサ
メチレンテトラミン等が挙げられる。
【0009】本発明の水溶性フェノール樹脂とは、得ら
れたフェノール樹脂を水で希釈した場合に少なくともフ
ェノール樹脂100部に対して、希釈水を最低50部以
上添加することが可能な樹脂をいう。またフェノール樹
脂初期縮合物は、フェノール類とアルデヒド類をアルカ
リ触媒存在下に所定温度で所定時間反応させることによ
り得られるが、この場合の反応条件は何ら限定されるも
のではない。フェノール類に対するアルデヒド類のモル
比(F/P)は、特に限定されるものではないが、F/
P=1.3〜1.7の範囲が最も効果を発揮する。F/
Pが1.7を越えると遊離アルデヒド類の除去効果が半
減し、1.3未満では遊離フェノール類が多く収率が低
下するので好ましくない。また反応触媒も公知慣用の触
媒が用いられ、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウ
ム、水酸化バリウム、水酸化リチウム 、炭酸ソーダ等の
水溶性を保持出来る触媒なら何でも良い。また触媒の使
用量も限定するものではない。
【0010】反応温度及び時間も規定するものではな
く、F/P、触媒の種類、その使用量等に応じて適宜決
められる。本発明は、フェノール樹脂初期縮合物中の特
に残留する遊離フェノール類に対して水を9倍量以上加
え減圧蒸留することに特徴を有する。これは、フェノー
ル類と水はフェノール類:水=9.2:90.8部(1
/9の割合)で共沸することに着目したものである。こ
の場合の減圧蒸留の条件は何ら規定するものではない。
当然のことながら、処理量を低くし、長時間反応させた
り、高温、高真空下で反応させる等の条件にすると除去
効果は良好となるが、レゾール型フェノール樹脂のため
に高温で長時間処理することは樹脂が硬化(ゲル化)し
易く、このゲル化を避けなければならない。残留する遊
離フェノール類に対する水の量であるが、残留遊離フェ
ノールに対して9倍量以上あれば問題ない。これよりも
水量が少なすぎると遊離フェノール類、遊離アルデヒド
類の除去効果がほとんどなく、又あまり多すぎても除去
効率は変わらず、却って加えた水を除去するのに大きな
熱量を必要とし経済的にも採算がとれなくなるので好ま
しくない。最適な加水量はフェノール類に対し、8〜1
0倍の範囲が好ましい。また加える水の種類は規定する
ものではないが、純水が好ましい。
【0011】本発明の減圧蒸留には、加熱用熱交換機と
真空蒸発槽とを組み合わせた蒸留装置や薄膜蒸留装置を
用いることがができる。減圧蒸留の場合、加熱温度、流
量を規定するものではないが、加熱用熱交換機と真空蒸
発槽とを組み合わせた場合、流量 0.9L〜1.5L
/時間、真空度2660〜7980Paの条件下におい
ては、加熱用熱交換機温度90℃〜120℃、蒸発槽温
度90〜95℃の範囲が良好である。特に蒸発槽内での
フェノール樹脂がフラッシュする温度を60℃以上に保
持出来る条件であれば除去効率も高くなる。この温度よ
りも高温 、長時間保持すると樹脂が増粘しゲル化をき
たす。一方、薄膜蒸発機を使用した場合も使用する機種
により差があるが、温度90〜100℃に加熱すること
が必要である。
【0012】ここで言う加熱用熱交換機には、2重管方
式の単管式管型熱交換機、ジエル&チュ−ブ方式の多管
式熱交換機、スパイラル式熱交換機、プレート式熱交換
機等、市販のものが適用できる。又、薄膜蒸留装置も、
撹拌機、スクレーパー等を備えた撹拌型の薄膜蒸発装
置、円筒ドラム内を処理液が通過し薄膜化する円筒ドラ
ム式薄膜蒸留装置、遠心式薄膜蒸留装置等市販のものが
適用できる。
【0013】
【実施例】以下実施例を挙げて本発明を詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものでは
ない。尚、実施例及び比較例に記載されている「部」及
び「%」は「重量部」及び「重量%」を示す。 実施例1 温度計、攪拌装置、冷却管を備えた4つ口フラスコにフ
ェノール940部(10モル)及び42%ホルマリン1
071.4部(15モル)を加え撹拌を開始し、発熱に
注意しながら48%苛性ソーダ35.3部を除々に加
え、約1時間で80℃に昇温し、80℃で水希釈能トレ
ランス400%(約3時間)保持冷却して、フェノール
樹脂初期縮合物を得た。 <初期縮合物の組成及び性状> 樹脂不揮発分 54% 遊離フェノール 8.3% 遊離ホルムアルデヒド 1.1% 水 分 35.1% 水希釈能 400% 上記初期縮合物100部に対して水85部を加え、加熱
用管型熱交換機(ジャケット温度90℃).真空蒸発槽
(ジャケット温度90℃)の蒸発槽内に流量1.2L
/時間、真空度2660Paの条件にて減圧蒸留し、得
られた縮合物を不揮発分75%に水希釈しフェノール樹
脂(1)を得た。遊離フェノールに対する水量は、約1
0重量倍であった。 実施例2 実指例1と同じ初期縮合物を用い初期縮合物100部に
対して水100部を加えた以外は実施例1と同じ方法で
フェノール樹脂(2)を得た。遊離フェノールに対する
水量は約12重量倍であった。 実施例3 加熱用熱交換機のジャケット温度は100℃、真空蒸発
槽のジャケット温度を95℃にした以外は実施例1と同
じ方法でフェノール樹脂(3)を得た。 実施例4 加熱用熱交換機のジャケット温度を120℃にした以外
は実施例1と同じ方法でフェノール樹脂(4)を得た。 実施例5 真空度13300Paにした以外は実施例4と同じ方法
でフェノール樹脂(5)を得た。 実施例6 実施例1と同じ初期縮合物100部に水85部を加え、
薄膜蒸発機のジャケット温度90℃で、流量1.5L/
時間、真空度2660Paの条件にて減圧蒸留し得られ
た縮合物を不揮発分75%になるように水希釈しフェノ
ール樹脂(6)を得た。遊離フェノールに対する水の量
は約10重量倍であった。 実施例7 流量2.5L/時間にした以外は実施例6と同じ方法で
フェノール樹脂(7)を得た。 比較例1 実施例1と同じ初期縮合物を用い、水希釈せずに使用し
た以外は実施例1と同じ加熱用管型熱交換機のジャケッ
ト温度90℃、真空蒸発槽のジャケット温度90℃の槽
内に流量1.2L/時間、真空度2660Paにて減圧
蒸留しフェノール樹脂(8)を得た。 比較例2 実施例1と同じ初期縮合物を用い、水希釈せずに使用し
た以外は実施例6と同じ方法でフェノール樹脂(9)を
得た。 尚、上記実施例1〜7及び比較例1〜2の製造条件を表
1、樹脂の性状を表2に示す。
【0014】
【表1】
【0015】
【表2】
【0016】 註1 試験条件 〈不揮発分〉 測定温度・時間 :135±2.5℃×1時間 測定容器 :アルミ箔シャーレ(内径60mm、深さ25m m、曲率半径 30.5mm) サンプル :1.0±0.1g
【0017】
【式1】
【0018】 A: アルミ箔シャーレの重量(g) B: 〃 +サンプル量(g) C: 乾燥後の重量(g) 〈粘度〉25℃でB型回転粘度計で測定した。 〈水希釈能〉サンプル5gを精秤し25℃にて純水を滴
下し液が白濁(活字が読めなくなる)した点の純水の滴
下量を示す。
【0019】
【式2】
【0020】V : 純水の滴下量 〈遊離フェノール(ガスクロマトグラフ法)〉 装 置 :GC−7A 島津製作所(株)製 カラム :30%セライト545カルナバワックス 2m×3mmφ 温度 :170℃ 注入口温度 :230℃ 検出器 :FID 内部標準 :パラクレゾール 〈遊離ホルマリン(塩酸ヒドロキシルアミン法)〉サン
プル5gを精秤し、水又はメタノール50mlを加え、
pH4.0に調整した塩酸ヒドロキシルアミン50ml
を加え、所定時間放置後、1N水酸化ナトリウム溶液で
pH4.0まで滴定した。
【0021】
【式3】
【0022】 A : 1N水酸化ナトリウム使用量(ml) F : 〃 の力価 S : サンプル量(g) 〈数平均分子量〉〉 装 置 : GPC8010 東ソー(株) 製 カラム : 東ソー TSK−GEL 2000X2 温 度 : 40℃ 溶 剤 : THF 平均分子量比 : 重量平均分子量( Mw)及び数平均分子(M n)の値を求めてMw/Mnの値を算出した。
【0023】
【発明の効果】本発明の熱硬化型水溶性フェノール樹脂
組成物は、比較的低分子量で且つ粘性も低く樹脂中の遊
離フェノール及び遊離ホルムアルデヒド含有量の非常に
少なく、環境対応に即したフェノール樹脂組成物を提供
することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4J033 CA01 CA02 CA03 CA05 CA11 CA12 CA13 CA18 CA19 CA25 CA26 CB02 CB29 CC04 CD03 HA02 HA08 HA13 HA23 HA26

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】数平均分子量が150〜500であり、不
    揮発分が40重量%以上であり、遊離フェノール類が5
    重量%以下、遊離アルデヒド類が1重量%以下である水
    溶性熱硬化型フェノール樹脂組成物。
  2. 【請求項2】フェノール類とアルデヒド類とを触媒の存
    在下で反応させ、フェノール樹脂初期縮合物を生成し、
    次いで水溶性熱硬化型フェノール樹脂を製造する方法に
    おいて、フェノール樹脂初期縮合物の水量を、該初期縮
    合物中の遊離フェノール類の9重量倍以上になるように
    調整した後、減圧蒸留をすることを特徴とする水溶性熱
    硬化型フェノール樹脂組成物の製造方法。
  3. 【請求項3】減圧蒸留に際し、加熱用熱交換機及び真空
    蒸発槽、又は薄膜蒸留装置を用いる請求項2記載の水溶
    性熱硬化型フェノール樹脂組成物の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009013298A (ja) * 2007-07-05 2009-01-22 Showa Highpolymer Co Ltd 水溶性レゾール樹脂の製造方法
CN102964550A (zh) * 2012-11-15 2013-03-13 常熟市协新冶金材料有限公司 一种酚醛树脂组合物
CN103865459A (zh) * 2014-03-24 2014-06-18 刘启明 含钾离子碱性化合物的酚醛树脂胶及其制备方法

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