フェノール樹脂の製造方法
【課題】優れた水希釈性を有し、かつ、残存モノマー量が低減されたレゾール型フェノール樹脂の製造方法を提供すること。
【解決手段】フェノール類（Ｐ）とホルムアルデヒド（Ｆ）とを、両者のモル比［フェノール類（Ｐ）／ホルムアルデヒド（Ｆ）］が１／０．５〜１／１．２となる割合で、アルカリ触媒の存在下に反応させてレゾール樹脂（Ｒ）を得（工程１）、次いで、これにアルカノン（Ａ）及びホルムアルデヒド（Ｆ’）を、これらのモル比［ホルムアルデヒド（Ｆ’）／アルカノン（Ａ）］が３／１〜８／１となる割合であって、かつ、前記フェノール類（Ｐ）に対するアルカノン（Ａ）のモル比［アルカノン（Ａ）／フェノール類（Ｐ）］が０．１／１〜１／１となる割合で混合し、アルカリ触媒存在下に反応させる（工程２）。
【解決手段】フェノール類（Ｐ）とホルムアルデヒド（Ｆ）とを、両者のモル比［フェノール類（Ｐ）／ホルムアルデヒド（Ｆ）］が１／０．５〜１／１．２となる割合で、アルカリ触媒の存在下に反応させてレゾール樹脂（Ｒ）を得（工程１）、次いで、これにアルカノン（Ａ）及びホルムアルデヒド（Ｆ’）を、これらのモル比［ホルムアルデヒド（Ｆ’）／アルカノン（Ａ）］が３／１〜８／１となる割合であって、かつ、前記フェノール類（Ｐ）に対するアルカノン（Ａ）のモル比［アルカノン（Ａ）／フェノール類（Ｐ）］が０．１／１〜１／１となる割合で混合し、アルカリ触媒存在下に反応させる（工程２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水希釈性が良好であり、かつ、残存モノマーの少ない環境負荷が軽減されたレゾール型フェノール樹脂の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェノール樹脂は、耐熱性、接着性、機械的特性、電気的特性、価格優位性等に優れることから、摩擦材用結合剤、発泡成形体、研削材用結合剤、木材用接着剤、積層材用結合剤、鋳型用結合剤、鋳物中子用結着剤、コーティング剤、エポキシ樹脂硬化剤等として幅広く使用されている。斯かるフェノール樹脂は、フェノール類とアルデヒド類とを反応させて得られるものであり、触媒としてアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の水酸化物を用いるアルカリレゾール樹脂、またアンモニアを用いるアンモニアレゾール樹脂、２価金属塩を用いるハイオルソ型樹脂、触媒として酸類を用いたノボラック樹脂等が一般的に知られている。
【０００３】
近年、環境負荷軽減の観点、安全性の点から有機溶剤使用量を用いない、或いは有機溶剤使用量の少ない材料が求められており、この点から水希釈性の高いレゾール樹脂が求められている。しかしながら、かかるレゾール樹脂の水希釈性は、通常、レゾール樹脂の分子量が小さくなるにつれて向上するため、低分子量化により水希釈性を高めようとする場合、硬化物強度や耐熱性が低下してしまうという問題がある他、フェノールとホルマリンとの重縮合反応において反応が十分に進行していない、或いは、フェノールに対してホルマリンを過剰に使用する必要から残存フェノールや、揮発性の残存ホルマリンが多くなり、やはり環境負荷を増大させるものであった。とりわけ、レゾール樹脂は、水性化が可能であるものの、自己硬化型の熱硬化性樹脂であるために高温下での蒸留ができず、未反応フェノール類、アルデヒド類、或いは１核体成分などの残存モノマーが樹脂中に残存し易いものであった。
【０００４】
従来より、環境負荷軽減の観点からレゾール樹脂の残存モノマーを低減する手段としては、例えば、ホルマリンとフェノールとを反応させてレゾール樹脂を得た後に、エチレン尿素を加え系内に残存する未反応ホルムアルデヒドと反応させることによって未反応ホルムアルデヒド量を低減させる技術が知られている（下記特許文献１参照）。然し乍ら、斯かる技術は残存モノマー量を低減させるには有効な手段ではあるものの、水希釈性を向上させる効果はない。レゾール樹脂の水希釈性を高めるには、反応時間を短くして分子量が小さくなるようにすればよいが、この場合、多量の未反応ホルムアルデヒドが残存する為、高価なエチレン尿素を多量に加える必要があり、経済性に劣る他、機械的強度の低下などの弊害が生じるものであった。
【０００５】
このように、レゾール樹脂の分野では、残存モノマー量の低減を図りながら、水希釈性を向上させる技術が存在しないのが現状であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、優れた水希釈性を有し、かつ、残存モノマー量が低減されたレゾール型フェノール樹脂の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は鋭意検討を重ねた結果、先ず、低粘度のレゾール樹脂を製造し、次いで、これに所定量のホルムアルデヒド（Ｆ’）とアルカノン（Ａ）とをアルカリ存在下で反応させることにより、高粘度であり乍らも水希釈性に優れ、かつ、揮発成分が少ないレゾール樹脂が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、フェノール類（Ｐ）とホルムアルデヒド（Ｆ）とを、両者のモル比［フェノール類（Ｐ）／ホルムアルデヒド（Ｆ）］が１／０．５〜１／１．２となる割合で、アルカリ触媒の存在下に反応させてレゾール樹脂（Ｒ）を得（工程１）、次いで、これにアルカノン（Ａ）及びホルムアルデヒド（Ｆ’）を、これらのモル比［ホルムアルデヒド（Ｆ’）／アルカノン（Ａ）］が３／１〜８／１となる割合であって、かつ、前記フェノール類（Ｐ）に対するアルカノン（Ａ）のモル比［アルカノン（Ａ）／フェノール類（Ｐ）］が０．１／１〜１／１となる割合で混合し、アルカリ触媒存在下に反応させる（工程２）ことを特徴とするフェノール樹脂の製造方法に関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高粘度でありながら優れた水希釈性を有し、かつ、残存モノマー量が低減されたレゾール型フェノール樹脂の製造方法を提供することにある。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の製造方法は、前記した通り、先ず、工程１としてフェノール類（Ｐ）及びホルムアルデヒド（Ｆ）を、両者のモル比［フェノール類（Ｐ）／ホルムアルデヒド（Ｆ）］が１／０．５〜１／１．２となる割合で、アルカリ触媒の存在下で反応させてレゾール樹脂（Ｒ）を得る。このモル比で両者を反応させることにより、最終的なレゾール樹脂の分子量を実用的なレベルにまで高めることができる。ホルムアルデヒド（Ｆ）の使用割合がモル比［フェノール類（Ｐ）／ホルムアルデヒド（Ｆ）］で１／０．５よりも少ない場合には、次工程である工程２を経て最終的に得られるレゾール樹脂の水希釈性が低くなる他、十分な分子量も得られない。一方、ホルムアルデヒド（Ｆ）の使用割合がモル比［フェノール類（Ｐ）／ホルムアルデヒド（Ｆ）］で１／１．２よりも多い場合は、やはり最終的に得られるレゾール樹脂の分子量が低くなる他、残存ホルムアルデヒド量も多くなる。
【００１１】
工程１の反応方法は、具体的には、先ずフェノール類（Ｐ）及びホルムアルデヒド（Ｆ）を仕込み、これにアルカリ触媒を加えて反応させる方法が挙げられる。
【００１２】
ここで用いるフェノール類（Ｐ）としては、フェノール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、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、オクチルフェノールなどのアルキルフェノール類、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、ノボラック型フェノール樹脂等が挙げられる。またこれらのフェノール類は、その使用にあたって１種類のみに限定されるものではなく、２種以上を併用してもよい。これらのなかでも特に最終的に得られるレゾール樹脂の水希釈性、及び反応性の点からフェノール及びクレゾールが好ましい。
【００１３】
また、ホルムアルデヒド（Ｆ）のホルムアルデヒド源としては、例えば、ホルマリン、パラホルムアルデヒド、トリオキサン等が挙げられる。ここで、ホルマリンは水希釈性や製造時の作業性の点から３５〜６０質量％のホルマリンであることが好ましい。
【００１４】
前記アルカリ触媒は、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物、カルシウム、マグネシウム、バリウム等のアルカリ土類金属の酸化物及び水酸化物、アンモニア、モノエタノールアミン等の第１級アミン、ジエタノールアミン等の第２級アミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、ジアザビシクロウンデセン等の第３級アミン等のアミン系化合物、あるいはナトリウムリン酸塩、カリウムリン酸塩、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ヘキサメチレンテトラミン等のアルカリ性物質等が挙げられる。
これらのなかでも高い水希釈性が得られる点からアルカリ金属の水酸化物が好ましい。また、前記アルカリ触媒は、反応系のｐＨが７．５〜１１となるように用いることが反応性の点から好ましい。
【００１５】
次に、本発明の製造方法における工程２は、上記の様にして得られたレゾール樹脂に、アルカノン（Ａ）とホルムアルデヒド（Ｆ’）とをアルカリ触媒下に反応させる工程である。工程２における各成分の反応割合は、アルカノン（Ａ）とホルムアルデヒド（Ｆ’）とのモル比［ホルムアルデヒド（Ｆ’）／アルカノン（Ａ）］が３／１〜８／１となる割合であって、かつ、前記工程１で用いた前記フェノール類（Ｐ）に対するアルカノン（Ａ）の割合［アルカノン（Ａ）／フェノール類（Ｐ）］のモル比が０．１／１〜１／１となる割合である。
【００１６】
ここで、アルカノン（Ａ）１モルに対するホルムアルデヒド（Ｆ’）のモル比［ホルムアルデヒド（Ｆ’）／アルカノン（Ａ）］が３以上にすることにより得られるレゾール樹脂の水希釈性が飛躍的に向上する。一方、該モル比が８以下とすることによりレゾール樹脂中の残存ホルムアルデヒド量を低減することができる。また、工程２で用いるアルカノン（Ａ）の量は、工程１で用いたフェノール類（Ｐ）１モルに対するモル比［アルカノン（Ａ）／フェノール類（Ｐ）］が０．１／１以上であることからレゾール樹脂の分子量が高くなり、残存モノマー量が低減する。他方、アルカノン（Ａ）の量がモル比［アルカノン（Ａ）／フェノール類（Ｐ）］が１／１以下であることからレゾール樹脂中の残存アルカノン量を低減でき揮発成分量を低くすることができる。
【００１７】
工程２において用いられるアルカノン（Ａ）は、具体的には、アセトン、メチルエチルケトンが挙げられるが、反応性が良好で分子量がより高くなる点からアセトンであることが好ましい。
【００１８】
工程２において用いられるホルムアルデヒド（Ｆ’）は、工程１の場合と同様にそのホルムアルデヒド源として、ホルマリン、パラホルムアルデヒド、トリオキサン等が挙げられる。また、ホルマリンは水希釈性や製造時の作業性の点から３０〜６０質量％のホルマリンであることが好ましい。
【００１９】
また、工程２の反応で用いる前記アルカリ触媒は、前記工程１で用いたものが何れも使用でき、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物、カルシウム、マグネシウム、バリウム等のアルカリ土類金属の酸化物及び水酸化物、アンモニア、モノエタノールアミン等の第１級アミン、ジエタノールアミン等の第２級アミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、ジアザビシクロウンデセン等の第３級アミン等のアミン系化合物、あるいはナトリウムリン酸塩、カリウムリン酸塩、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ヘキサメチレンテトラミン等のアルカリ性物質等が挙げられる。
これらのなかでも高い水希釈性が得られる点からアルカリ金属の水酸化物が好ましい。
特に、工程２の後にホウ酸により中和する場合には、水希釈性が飛躍的に向上する点からアルカリ金属の水酸化物であることが好ましい。工程２の反応における前記アルカリ触媒の使用量は、反応性の点から系内のｐＨが７．５〜１１となる量を使用することが好ましい。
【００２０】
工程２における反応温度は反応性の点から３０℃〜８０℃であることが好ましい。工程２の反応は、工程１終了後、レゾール樹脂を一旦取り出し、次いで、得られたレゾール樹脂、アルカノン（Ａ）、ホルムアルデヒド（Ｆ’）を反応容器に入れ、アルカリ触媒を加えて行っても良いが、生産性の点から工程１終了後、レゾール樹脂を取り出すことなく引き続きその系に、アルカノン（Ａ）、ホルムアルデヒド（Ｆ’）、及びアルカリ触媒を加え反応を行うことが好ましい。この工程２の反応は、ホルムアルデヒド量が固形分中１質量％未満、特に０．５質量％未満、残留フェノール類（Ｐ）量が２質量％未満、特に１質量％未満となるまで行うことが好ましい。本発明ではこのように未反応成分量が著しく低減されるまで反応をおこなっても水希釈性が損なわれることがなく、寧ろ優れた水希釈性が発現されることは特筆すべき点である。また、本発明の製造方法は、工程１及び工程２を併せた反応時間は約４〜９時間程度であり、生産性が極めて良好である。このように従来に比べ遜色のない反応時間で高分子量、低モノマー、かつ、高水希釈性のレゾール樹脂を得ることができる。
【００２１】
工程２終了後、必要により酸性物質を加え中和を行っても良い。ここで用いる酸性物質としては、ホウ酸、乳酸、硫酸、塩酸等が挙げられるが、工程１及び工程２で用いるアルカリ触媒として、アルカリ金属の水酸化物を用いた場合、該酸性物質としてホウ酸を用いることにより、得られるレゾール樹脂の水希釈性を高めることができる点から好ましい。
【００２２】
また、本発明で得られるレゾール樹脂は残存モノマーが充分に低減されているものであるが、必要によりホルマリン捕捉剤を併用してもよい。ホルマリン捕捉剤としては、レゾルシン、尿素、メラミン、ビューレット等が挙げられる。
【００２３】
このようにして得られるレゾール樹脂は、樹脂中の残留モノマー成分が極めて少なくなると共に水希釈性を飛躍的に高めることができる。具体的には、前記レゾール樹脂の水希釈性は２００質量％以上となる。特に工程１及び工程２で用いるアルカリ触媒としてアルカリ金属の水酸化物を用い、かつ、中和剤としてホウ酸を用いた場合には、水希釈性は１０００質量％以上となる。ここで、水希釈性とは、レゾール樹脂中に溶解し得る水の量を意味し、レゾール樹脂に徐徐に水を加えていって、系内が白濁した時点での系内の水分量を系内の樹脂量を基準にして表したものである。具体的には、下記式で表すことができる。よって、前記レゾール樹脂は優れた水希釈性を有する為、有機溶剤を全く用いない完全水系の組成物とすることができる。
【００２４】
水希釈性（質量％）＝［（水質量／樹脂質量）×１００］
【００２５】
本発明の製造方法によって得られたレゾール樹脂は、未反応成分の除去工程を行わなくも、残存ホルムアルデヒド量、残留フェノール類（Ｐ）量が充分に低いものであるが、必要に応じて、溶剤抽出等の常法により未反応原料成分を除去してもよい。
【００２６】
このようにして得られたレゾール樹脂は、通常、水溶液の状態で用いることができ、取扱いの容易さから、不揮発分濃度が５０〜６０質量％の範囲であることが好ましい。また、そのｐＨは５〜８の範囲であることが好ましい。更に、該レゾール樹脂は水への溶解性に優れることから不揮発分濃度が高い割に水溶液にした場合の粘度は低くなる。具体的には、不揮発分濃度が５０〜６０質量％の水溶液における粘度が５０〜１０００ｍＰａ・ｓの範囲となる。
【００２７】
また、該レゾール樹脂は、優れた硬化性を有しており、１５０℃のホットプレート上でのゲルタイムにおいて通常のレゾール樹脂に比べ、２０〜５０％の時間となる。また、１５℃での貯蔵安定性に優れる他、硬化物の機械強度にも優れる。
【００２８】
以上詳述した本発明の製造方法によって得られるレゾール樹脂は、優れた水希釈性と低揮発成分とを兼備していることから、接着剤、塗料、鋳型用結合剤、鋳物中子用結着剤、摩擦材用結合剤、耐火物用結着剤、発泡成形体等に用いられている。
【００２９】
これらのなかで、接着剤、塗料用途しては、具体的には、水性塗料のビヒクル樹脂、水性インキのバインダー樹脂として利用することができる他、合板用水性接着剤、各種プラスチック用水性接着剤、パルプ、ガラス繊維等の繊維状物質及び木粉、セルロースパウダー、セラミック等の粒子状物質のバインダーとしても有用である。
【００３０】
これらの接着剤、塗料に用いる場合には、水性エポキシ樹脂、水性メラミン樹脂、水性ブロックイソシアネート、水性反応性ウレタン樹脂等の架橋材を併用してもよい。
【００３１】
また、本発明で得られるレゾール樹脂は前記した通り、溶媒を全く含まない完全水系で塗料・接着剤とすることができるが、用途に応じ、また、乾燥時の水分の蒸発速度を向上させるためにアルコール等の乾燥促進成分を組成物中０．０１〜１５質量％の割合で配合してもよい。その他、用途・要求特性に応じて防錆顔料、着色顔料、体質顔料等の顔料類、チキソ剤、粘度調整剤、流動助剤、表面調整剤、一次防錆剤、消泡剤、防腐剤、防かび剤等の各種添加剤を加えても良い。
【００３２】
また、鋳型用結合剤、鋳物中子用結着剤として用いる場合には、例えば前記レゾール樹脂を必要により硬化剤と共に鋳砂と混合、所定形状に硬化造形して使用することができる。
【００３３】
また、摩擦材用結合剤として用いる場合、天然ダイヤモンド砥粒、人造ダイヤモンド砥粒、アルミナ質砥粒、炭化ケイ素質砥粒等の砥粒を前記レゾール樹脂に共に配合・分散させ、硬化させることにより研磨剤を得ることができる。
【００３４】
耐火物用結着剤として用いる場合、前記レゾール樹脂を耐火物用骨材とを混練して耐火物煉瓦等の成形品を得ることができる。ここで、耐火物用骨材としては、例えば、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、黒鉛等を含有するものが挙げられる。
【００３５】
発泡成形体は、レゾール樹脂に発泡剤を溶融混練後、発泡成形して得ることができる。ここで用いる発泡剤としては、例えばブタン、ペンタン、シクロペンタン、イソペンタン、ヘキサンなどの炭化水素、塩化メチレン、塩化プロパンなどのハロゲン化炭化水素、パーフルオロヘキサン、パーフルオロペンタンなどのパーフルオロアルカン、パーフルオロブチルメチルエーテル、パーフルオロブチルエチルエーテルなどのハイドロフルオロエーテル、ジフルオロメタン、テトラフルオロエタン、ペンタフルオロエタンなどのハイドロフルオロカーボン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロメタン、ジクロロモノフルオロエタン、ジクロロトリフルオロエタン、ジクロロペンタフルオロプロパンなどのハイドロクロロフルオロカーボン、パーフルオロモルホリン、パーフルオロメチルモルホリンなどのフルオロアミンなどが挙げられる。発泡剤の使用量は前記レゾール樹脂１００質量部当り０．３〜１０質量部の範囲であることが好ましい。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。
【００３７】
残存モノマー量の測定：残存フェノール量はＧＰＣにより測定。
残存ホルムアルデヒド量はＨＰＬＣにより測定
水希釈性の測定：得られたレゾール樹脂に徐徐に水を加えていって、系内が白濁した時点での系内の水分量を系内の樹脂量を基準にして測定した。
【００３８】
［ＨＰＬＣの測定法］
装置：ウォータース・コーポレーション製「Waters HPLC system」
カラム：「Waters Symmetry C18; ５μｍ、４．６×２５０ｍｍ」
カラム温度：３０℃
溶離液：メタノール／水＝４３／５７
流量：０．８秒／分
検出波長：２００−４００ｎｍ
注入量：５μｍ
【００３９】
［ＧＰＣ測定条件］
カラム：昭和電工製「Shodex KF803」
昭和電工製「Shodex KF802」
昭和電工製「Shodex KF802」
昭和電工製「Shodex KF801」
検出器： ＲＩ（示差屈折径）
測定条件： カラム温度４０℃
展開溶媒 テトラヒドロフラン
流速 １．０ｍｌ／分
標準 ： 分子量が既知の単分散ポリスチレン
試料 ： 樹脂固形分換算で１．０質量％のテトラヒドロフラン溶液（２５μｌ）。
【００４０】
実施例１
フェノール２４０ｇ、３７質量％のホルマリン２００ｇを１０００ｍｌの反応容器に入れ、攪拌し、次いで、炭酸ナトリウムを加えてｐＨを９に調整し、反応温度５０℃に５時間保持した。
【００４１】
次いで、アセトン３０ｇと３７質量％のホルマリン２７２ｇを加え、炭酸ナトリウムを加えてｐＨを９．５に調整し、５０℃を２時間保持した後、更に３７質量％のホルマリン５４ｇを加え温度を８０℃に加熱した。この間、水希釈性と粘度を確認した。冷却後、レゾルシン１０−１４ｇを加えた。室温にて、粉末状のホウ酸２−６ｇを加え、反応生成物が均一かつｐＨ８になるまで攪拌した。
このようにして得られたレゾール樹脂は、不揮発分濃度５１−５４質量％、水希釈性３００質量％、粘度５０−５００ｍＰａ・ｓであった。未反応フェノールは０．５質量％以下、未反応ホルムアルデヒドは約０．５質量％以下であった。
【００４２】
実施例２
フェノール２４０ｇ、４２質量％のホルマリン１４８ｇを１０００ｍｌの反応容器に入れ、攪拌し、次いで、水酸化ナトリウムを加えてｐＨを９に調整し、反応温度７０℃で４時間保持した。
【００４３】
次いで、アセトン４０ｇと４２質量％のホルマリン３２０ｇを加え、炭酸ナトリウムを加えてｐＨを９．５に調整し、５０℃を２時間保持した後、更に４２質量％のホルマリン６４ｇを加え温度を７０℃に加熱した。この間、水希釈性と粘度を確認した。冷却後、レゾルシン１０−１５ｇを加えた。室温にて、粉末状のホウ酸４−８ｇを加え、反応生成物が均一かつｐＨ５になるまで攪拌した。
このようにして得られたレゾール樹脂は、不揮発分濃度５４−５６質量％、水希釈性３００質量％以上、粘度３００−５００ｍＰａ・ｓであった。未反応フェノールは１．０質量％以下、未反応ホルムアルデヒドは約０．５質量％以下であった。また、１５０℃ホットプレートでのゲルタイムは約７０秒であった。
この組成物を１０℃にて３週間放置した後の水希釈性は２００質量％以上、粘度は４００−６００ｍＰａ・ｓであった。
【００４４】
得られたレゾール樹脂の１−２ｇをガラス容器に入れ、次いで１５０℃のオーブンに入れ１時間硬化を行った。
次いで、硬化物０．５ｇを充分に粉砕し、ＤＴＧ分析を行ったところ、３００℃における窒素ガス雰囲気下での質量減量は１２．５質量％であった。
上記レゾール樹脂を水で希釈し、これを濾過紙にしみこませ、次いで乾燥し、この樹脂を成形プレスで硬化させた。また、この濾紙から試験片を切り出し、ユニバーサル・テスターで測定したところ、室温での引っ張り強度は４５ＭＰａであった。
【００４５】
実施例３
フェノール２４０ｇ、４２質量％のホルマリン１７６ｇを１０００ｍｌの反応容器に入れ、攪拌し、次いで、水酸化ナトリウムを加えてｐＨを８に調整し、反応温度８０℃で４時間保持した。
次いで、アセトン４４ｇと４２質量％のホルマリン３３６ｇを加え、炭酸ナトリウムを加えてｐＨを９．５に調整し、６５℃の温度で保持した。２−６ｇの尿素を加え所望の水希釈性と粘度となるよう確認した。
冷却後、レゾルシン２−４ｇを加えた。室温にて、粉末状のホウ酸２−７ｇと乳酸１−４ｇを加え、反応生成物が均一かつｐＨ５になるまで攪拌した。
このようにして得られたレゾール樹脂は、不揮発分濃度５４−５６質量％、水希釈性２００質量％以上、粘度２００−６００ｍＰａ・ｓであった。
未反応フェノールは１．０質量％以下、未反応ホルムアルデヒドは約０．５質量％以下であった。また、１５０℃ホットプレートでのゲルタイムは約７０秒であった。
この組成物を１０℃にて２週間放置した後の水希釈性は２００質量％以上、粘度は３００−７００ｍＰａ・ｓであった。
実施例２と同様にして測定した１５０℃ホットプレートでのゲルタイムは８０秒、３００℃での質量減量は１２．８質量％、引っ張り強度は４４ＭＰａであった。
【００４６】
実施例４
クレゾール２６０ｇ、４２質量％のホルマリン１６５ｇを１０００ｍｌの反応容器に入れ、攪拌し、次いで、水酸化ナトリウムを加えてｐＨを１０に調整し、反応温度５０℃で４時間保持した。
次いで、アセトン４２ｇと４２質量％のホルマリン３３６ｇを加え、水酸化ナトリウムを加えてｐＨを９．５に調整し、５０℃の温度で２時間保持した。次いで、７５℃に昇温し、該温度で保持し、所望の水希釈性と粘度となるよう確認した。
冷却後、レゾルシン１０−１５ｇを加えた。室温にて、粉末状のホウ酸４−７ｇを加え、反応生成物が均一かつｐＨ７になるまで攪拌した。
このようにして得られたレゾール樹脂は、不揮発分濃度５４−５６質量％、水希釈性３００質量％、粘度３００−５００ｍＰａ・ｓであった。
未反応フェノールは０．５質量％以下、未反応ホルムアルデヒドは約１．０質量％以下であった。
【００４７】
実施例５
フェノール２４０ｇ、４２質量％のホルマリン１７６ｇを１０００ｍｌの反応容器に入れ、攪拌し、次いで、水酸化ナトリウムを加えてｐＨを９に調整し、反応温度６０℃で３時間保持した。
次いで、メチルエチルケトン４８ｇと４２質量％のホルマリン３２０ｇを加え、水酸化ナトリウムを加えてｐＨを９．５に調整し、６０℃の温度で２時間保持した。次いで、７０℃に昇温し、該温度で保持し、所望の水希釈性と粘度となるよう確認した。
冷却後、レゾルシン８−１５ｇを加えた。室温にて、粉末状のホウ酸４−６ｇを加え、反応生成物が均一かつｐＨ７になるまで攪拌した。
このようにして得られたレゾール樹脂は、不揮発分濃度５４−５６質量％、水希釈性２００質量％以上、粘度２００−５００ｍＰａ・ｓであった。未反応フェノールは１．０質量％以下、未反応ホルムアルデヒドは約１．０質量％以下であった。
【００４８】
比較例１
フェノール３４２ｇ、４２質量％のホルマリン３９０ｇを１０００ｍｌの反応容器に入れ、攪拌し、次いで、４８質量％水酸化ナトリウム水溶液１０ｇを加え、８０℃に昇温させ、該温度にて６時間保持した。次いで、室温に冷却した。
このようにして得られたレゾール樹脂は、不揮発分濃度５６質量％、分子量約７００、水希釈性１０−２０質量％、ｐＨ約８．５、粘度１５０ｍＰａ・ｓであった。
未反応フェノールは０．３質量％、未反応ホルムアルデヒドは５質量％、１５０℃ホットプレートでのゲルタイムは１００ｓであった。
【００４９】
比較例２
フェノール３７６ｇ、４２質量％のホルマリン２０６ｇ（フェノール１モルに対して０．７２モル）を１０００ｍｌの反応容器に入れ、攪拌し、シュウ酸１．１ｇを加え、１００℃まで昇温し、１時間保持した。次いで、シュウ酸１．１ｇを加え、更に１時間反応を継続させた。
次いで、４２質量％ホルマリンの２２８．５ｇを反応容器に加え、４８質量％水酸化ナトリウムを加えてｐＨを８．５−９に調整し、７５−８０℃に加熱し、この温度で３−５時間保持した。
次いで、室温に冷却した。
このようにして得られたレゾール樹脂は、不揮発分濃度５６質量％、分子量約７００以上、水希釈性１０−２０質量％、ｐＨ約８．５、粘度約５００ｍＰａ・ｓであった。
未反応フェノールは１質量％、未反応ホルムアルデヒドは３質量％であった。
【００５０】
比較例３
フェノール５６５ｇ、４２質量％のホルマリン２８０ｇ（フェノール１モルに対して０．６５モル）を１０００ｍｌの反応容器に入れ、攪拌し、シュウ酸２．０ｇを加え、１００℃まで昇温し、１時間保持した。次いで、シュウ酸２．０ｇを加え、更に１時間反応を継続させ、更に１８０℃に加熱し３時間保持した。未反応フェノールを減圧にて除去し、室温に冷却しノボラック樹脂を得た。
この様にして得られたノボラック樹脂の３１２ｇにメタノール２２０ｇ、４２質量％ホルマリン１４５％を加え、更に、水酸化ナトリウムを加えてｐＨを約９に調整し、ついで７５℃にまで昇温し、粘度が３００−６００ｍＰａ・ｓになるまで反応を行った。
このようにして得られたレゾール樹脂は、不揮発分濃度５１〜５３質量％、分子量約８００以上、水希釈性５０−８０質量％、ｐＨ８−１０、未反応フェノールは１質量％、未反応ホルムアルデヒドは２質量％以上であった。
【００５１】
比較例４
フェノール４００ｇ、４２質量％のホルマリン６７６ｇを２０００ｍｌの反応容器に入れ、攪拌し、４８％水酸化ナトリウム水溶液２１．２ｇを加え、８０℃に昇温させ、該温度にて４時間保持した。反応温度を５０℃に下げ、エチレン尿素１４ｇを加え、３０分攪拌し室温に冷却した。得られた樹脂は、不揮発分濃度５３〜５７％、分子量約５００以上、水希釈性１８０質量％、ｐＨ８−１０、未反応フェノールは３質量％、未反応ホルムアルデヒドは、０．８質量％であった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水希釈性が良好であり、かつ、残存モノマーの少ない環境負荷が軽減されたレゾール型フェノール樹脂の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェノール樹脂は、耐熱性、接着性、機械的特性、電気的特性、価格優位性等に優れることから、摩擦材用結合剤、発泡成形体、研削材用結合剤、木材用接着剤、積層材用結合剤、鋳型用結合剤、鋳物中子用結着剤、コーティング剤、エポキシ樹脂硬化剤等として幅広く使用されている。斯かるフェノール樹脂は、フェノール類とアルデヒド類とを反応させて得られるものであり、触媒としてアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の水酸化物を用いるアルカリレゾール樹脂、またアンモニアを用いるアンモニアレゾール樹脂、２価金属塩を用いるハイオルソ型樹脂、触媒として酸類を用いたノボラック樹脂等が一般的に知られている。
【０００３】
近年、環境負荷軽減の観点、安全性の点から有機溶剤使用量を用いない、或いは有機溶剤使用量の少ない材料が求められており、この点から水希釈性の高いレゾール樹脂が求められている。しかしながら、かかるレゾール樹脂の水希釈性は、通常、レゾール樹脂の分子量が小さくなるにつれて向上するため、低分子量化により水希釈性を高めようとする場合、硬化物強度や耐熱性が低下してしまうという問題がある他、フェノールとホルマリンとの重縮合反応において反応が十分に進行していない、或いは、フェノールに対してホルマリンを過剰に使用する必要から残存フェノールや、揮発性の残存ホルマリンが多くなり、やはり環境負荷を増大させるものであった。とりわけ、レゾール樹脂は、水性化が可能であるものの、自己硬化型の熱硬化性樹脂であるために高温下での蒸留ができず、未反応フェノール類、アルデヒド類、或いは１核体成分などの残存モノマーが樹脂中に残存し易いものであった。
【０００４】
従来より、環境負荷軽減の観点からレゾール樹脂の残存モノマーを低減する手段としては、例えば、ホルマリンとフェノールとを反応させてレゾール樹脂を得た後に、エチレン尿素を加え系内に残存する未反応ホルムアルデヒドと反応させることによって未反応ホルムアルデヒド量を低減させる技術が知られている（下記特許文献１参照）。然し乍ら、斯かる技術は残存モノマー量を低減させるには有効な手段ではあるものの、水希釈性を向上させる効果はない。レゾール樹脂の水希釈性を高めるには、反応時間を短くして分子量が小さくなるようにすればよいが、この場合、多量の未反応ホルムアルデヒドが残存する為、高価なエチレン尿素を多量に加える必要があり、経済性に劣る他、機械的強度の低下などの弊害が生じるものであった。
【０００５】
このように、レゾール樹脂の分野では、残存モノマー量の低減を図りながら、水希釈性を向上させる技術が存在しないのが現状であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、優れた水希釈性を有し、かつ、残存モノマー量が低減されたレゾール型フェノール樹脂の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は鋭意検討を重ねた結果、先ず、低粘度のレゾール樹脂を製造し、次いで、これに所定量のホルムアルデヒド（Ｆ’）とアルカノン（Ａ）とをアルカリ存在下で反応させることにより、高粘度であり乍らも水希釈性に優れ、かつ、揮発成分が少ないレゾール樹脂が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、フェノール類（Ｐ）とホルムアルデヒド（Ｆ）とを、両者のモル比［フェノール類（Ｐ）／ホルムアルデヒド（Ｆ）］が１／０．５〜１／１．２となる割合で、アルカリ触媒の存在下に反応させてレゾール樹脂（Ｒ）を得（工程１）、次いで、これにアルカノン（Ａ）及びホルムアルデヒド（Ｆ’）を、これらのモル比［ホルムアルデヒド（Ｆ’）／アルカノン（Ａ）］が３／１〜８／１となる割合であって、かつ、前記フェノール類（Ｐ）に対するアルカノン（Ａ）のモル比［アルカノン（Ａ）／フェノール類（Ｐ）］が０．１／１〜１／１となる割合で混合し、アルカリ触媒存在下に反応させる（工程２）ことを特徴とするフェノール樹脂の製造方法に関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高粘度でありながら優れた水希釈性を有し、かつ、残存モノマー量が低減されたレゾール型フェノール樹脂の製造方法を提供することにある。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の製造方法は、前記した通り、先ず、工程１としてフェノール類（Ｐ）及びホルムアルデヒド（Ｆ）を、両者のモル比［フェノール類（Ｐ）／ホルムアルデヒド（Ｆ）］が１／０．５〜１／１．２となる割合で、アルカリ触媒の存在下で反応させてレゾール樹脂（Ｒ）を得る。このモル比で両者を反応させることにより、最終的なレゾール樹脂の分子量を実用的なレベルにまで高めることができる。ホルムアルデヒド（Ｆ）の使用割合がモル比［フェノール類（Ｐ）／ホルムアルデヒド（Ｆ）］で１／０．５よりも少ない場合には、次工程である工程２を経て最終的に得られるレゾール樹脂の水希釈性が低くなる他、十分な分子量も得られない。一方、ホルムアルデヒド（Ｆ）の使用割合がモル比［フェノール類（Ｐ）／ホルムアルデヒド（Ｆ）］で１／１．２よりも多い場合は、やはり最終的に得られるレゾール樹脂の分子量が低くなる他、残存ホルムアルデヒド量も多くなる。
【００１１】
工程１の反応方法は、具体的には、先ずフェノール類（Ｐ）及びホルムアルデヒド（Ｆ）を仕込み、これにアルカリ触媒を加えて反応させる方法が挙げられる。
【００１２】
ここで用いるフェノール類（Ｐ）としては、フェノール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、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、オクチルフェノールなどのアルキルフェノール類、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、ノボラック型フェノール樹脂等が挙げられる。またこれらのフェノール類は、その使用にあたって１種類のみに限定されるものではなく、２種以上を併用してもよい。これらのなかでも特に最終的に得られるレゾール樹脂の水希釈性、及び反応性の点からフェノール及びクレゾールが好ましい。
【００１３】
また、ホルムアルデヒド（Ｆ）のホルムアルデヒド源としては、例えば、ホルマリン、パラホルムアルデヒド、トリオキサン等が挙げられる。ここで、ホルマリンは水希釈性や製造時の作業性の点から３５〜６０質量％のホルマリンであることが好ましい。
【００１４】
前記アルカリ触媒は、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物、カルシウム、マグネシウム、バリウム等のアルカリ土類金属の酸化物及び水酸化物、アンモニア、モノエタノールアミン等の第１級アミン、ジエタノールアミン等の第２級アミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、ジアザビシクロウンデセン等の第３級アミン等のアミン系化合物、あるいはナトリウムリン酸塩、カリウムリン酸塩、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ヘキサメチレンテトラミン等のアルカリ性物質等が挙げられる。
これらのなかでも高い水希釈性が得られる点からアルカリ金属の水酸化物が好ましい。また、前記アルカリ触媒は、反応系のｐＨが７．５〜１１となるように用いることが反応性の点から好ましい。
【００１５】
次に、本発明の製造方法における工程２は、上記の様にして得られたレゾール樹脂に、アルカノン（Ａ）とホルムアルデヒド（Ｆ’）とをアルカリ触媒下に反応させる工程である。工程２における各成分の反応割合は、アルカノン（Ａ）とホルムアルデヒド（Ｆ’）とのモル比［ホルムアルデヒド（Ｆ’）／アルカノン（Ａ）］が３／１〜８／１となる割合であって、かつ、前記工程１で用いた前記フェノール類（Ｐ）に対するアルカノン（Ａ）の割合［アルカノン（Ａ）／フェノール類（Ｐ）］のモル比が０．１／１〜１／１となる割合である。
【００１６】
ここで、アルカノン（Ａ）１モルに対するホルムアルデヒド（Ｆ’）のモル比［ホルムアルデヒド（Ｆ’）／アルカノン（Ａ）］が３以上にすることにより得られるレゾール樹脂の水希釈性が飛躍的に向上する。一方、該モル比が８以下とすることによりレゾール樹脂中の残存ホルムアルデヒド量を低減することができる。また、工程２で用いるアルカノン（Ａ）の量は、工程１で用いたフェノール類（Ｐ）１モルに対するモル比［アルカノン（Ａ）／フェノール類（Ｐ）］が０．１／１以上であることからレゾール樹脂の分子量が高くなり、残存モノマー量が低減する。他方、アルカノン（Ａ）の量がモル比［アルカノン（Ａ）／フェノール類（Ｐ）］が１／１以下であることからレゾール樹脂中の残存アルカノン量を低減でき揮発成分量を低くすることができる。
【００１７】
工程２において用いられるアルカノン（Ａ）は、具体的には、アセトン、メチルエチルケトンが挙げられるが、反応性が良好で分子量がより高くなる点からアセトンであることが好ましい。
【００１８】
工程２において用いられるホルムアルデヒド（Ｆ’）は、工程１の場合と同様にそのホルムアルデヒド源として、ホルマリン、パラホルムアルデヒド、トリオキサン等が挙げられる。また、ホルマリンは水希釈性や製造時の作業性の点から３０〜６０質量％のホルマリンであることが好ましい。
【００１９】
また、工程２の反応で用いる前記アルカリ触媒は、前記工程１で用いたものが何れも使用でき、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物、カルシウム、マグネシウム、バリウム等のアルカリ土類金属の酸化物及び水酸化物、アンモニア、モノエタノールアミン等の第１級アミン、ジエタノールアミン等の第２級アミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、ジアザビシクロウンデセン等の第３級アミン等のアミン系化合物、あるいはナトリウムリン酸塩、カリウムリン酸塩、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、ヘキサメチレンテトラミン等のアルカリ性物質等が挙げられる。
これらのなかでも高い水希釈性が得られる点からアルカリ金属の水酸化物が好ましい。
特に、工程２の後にホウ酸により中和する場合には、水希釈性が飛躍的に向上する点からアルカリ金属の水酸化物であることが好ましい。工程２の反応における前記アルカリ触媒の使用量は、反応性の点から系内のｐＨが７．５〜１１となる量を使用することが好ましい。
【００２０】
工程２における反応温度は反応性の点から３０℃〜８０℃であることが好ましい。工程２の反応は、工程１終了後、レゾール樹脂を一旦取り出し、次いで、得られたレゾール樹脂、アルカノン（Ａ）、ホルムアルデヒド（Ｆ’）を反応容器に入れ、アルカリ触媒を加えて行っても良いが、生産性の点から工程１終了後、レゾール樹脂を取り出すことなく引き続きその系に、アルカノン（Ａ）、ホルムアルデヒド（Ｆ’）、及びアルカリ触媒を加え反応を行うことが好ましい。この工程２の反応は、ホルムアルデヒド量が固形分中１質量％未満、特に０．５質量％未満、残留フェノール類（Ｐ）量が２質量％未満、特に１質量％未満となるまで行うことが好ましい。本発明ではこのように未反応成分量が著しく低減されるまで反応をおこなっても水希釈性が損なわれることがなく、寧ろ優れた水希釈性が発現されることは特筆すべき点である。また、本発明の製造方法は、工程１及び工程２を併せた反応時間は約４〜９時間程度であり、生産性が極めて良好である。このように従来に比べ遜色のない反応時間で高分子量、低モノマー、かつ、高水希釈性のレゾール樹脂を得ることができる。
【００２１】
工程２終了後、必要により酸性物質を加え中和を行っても良い。ここで用いる酸性物質としては、ホウ酸、乳酸、硫酸、塩酸等が挙げられるが、工程１及び工程２で用いるアルカリ触媒として、アルカリ金属の水酸化物を用いた場合、該酸性物質としてホウ酸を用いることにより、得られるレゾール樹脂の水希釈性を高めることができる点から好ましい。
【００２２】
また、本発明で得られるレゾール樹脂は残存モノマーが充分に低減されているものであるが、必要によりホルマリン捕捉剤を併用してもよい。ホルマリン捕捉剤としては、レゾルシン、尿素、メラミン、ビューレット等が挙げられる。
【００２３】
このようにして得られるレゾール樹脂は、樹脂中の残留モノマー成分が極めて少なくなると共に水希釈性を飛躍的に高めることができる。具体的には、前記レゾール樹脂の水希釈性は２００質量％以上となる。特に工程１及び工程２で用いるアルカリ触媒としてアルカリ金属の水酸化物を用い、かつ、中和剤としてホウ酸を用いた場合には、水希釈性は１０００質量％以上となる。ここで、水希釈性とは、レゾール樹脂中に溶解し得る水の量を意味し、レゾール樹脂に徐徐に水を加えていって、系内が白濁した時点での系内の水分量を系内の樹脂量を基準にして表したものである。具体的には、下記式で表すことができる。よって、前記レゾール樹脂は優れた水希釈性を有する為、有機溶剤を全く用いない完全水系の組成物とすることができる。
【００２４】
水希釈性（質量％）＝［（水質量／樹脂質量）×１００］
【００２５】
本発明の製造方法によって得られたレゾール樹脂は、未反応成分の除去工程を行わなくも、残存ホルムアルデヒド量、残留フェノール類（Ｐ）量が充分に低いものであるが、必要に応じて、溶剤抽出等の常法により未反応原料成分を除去してもよい。
【００２６】
このようにして得られたレゾール樹脂は、通常、水溶液の状態で用いることができ、取扱いの容易さから、不揮発分濃度が５０〜６０質量％の範囲であることが好ましい。また、そのｐＨは５〜８の範囲であることが好ましい。更に、該レゾール樹脂は水への溶解性に優れることから不揮発分濃度が高い割に水溶液にした場合の粘度は低くなる。具体的には、不揮発分濃度が５０〜６０質量％の水溶液における粘度が５０〜１０００ｍＰａ・ｓの範囲となる。
【００２７】
また、該レゾール樹脂は、優れた硬化性を有しており、１５０℃のホットプレート上でのゲルタイムにおいて通常のレゾール樹脂に比べ、２０〜５０％の時間となる。また、１５℃での貯蔵安定性に優れる他、硬化物の機械強度にも優れる。
【００２８】
以上詳述した本発明の製造方法によって得られるレゾール樹脂は、優れた水希釈性と低揮発成分とを兼備していることから、接着剤、塗料、鋳型用結合剤、鋳物中子用結着剤、摩擦材用結合剤、耐火物用結着剤、発泡成形体等に用いられている。
【００２９】
これらのなかで、接着剤、塗料用途しては、具体的には、水性塗料のビヒクル樹脂、水性インキのバインダー樹脂として利用することができる他、合板用水性接着剤、各種プラスチック用水性接着剤、パルプ、ガラス繊維等の繊維状物質及び木粉、セルロースパウダー、セラミック等の粒子状物質のバインダーとしても有用である。
【００３０】
これらの接着剤、塗料に用いる場合には、水性エポキシ樹脂、水性メラミン樹脂、水性ブロックイソシアネート、水性反応性ウレタン樹脂等の架橋材を併用してもよい。
【００３１】
また、本発明で得られるレゾール樹脂は前記した通り、溶媒を全く含まない完全水系で塗料・接着剤とすることができるが、用途に応じ、また、乾燥時の水分の蒸発速度を向上させるためにアルコール等の乾燥促進成分を組成物中０．０１〜１５質量％の割合で配合してもよい。その他、用途・要求特性に応じて防錆顔料、着色顔料、体質顔料等の顔料類、チキソ剤、粘度調整剤、流動助剤、表面調整剤、一次防錆剤、消泡剤、防腐剤、防かび剤等の各種添加剤を加えても良い。
【００３２】
また、鋳型用結合剤、鋳物中子用結着剤として用いる場合には、例えば前記レゾール樹脂を必要により硬化剤と共に鋳砂と混合、所定形状に硬化造形して使用することができる。
【００３３】
また、摩擦材用結合剤として用いる場合、天然ダイヤモンド砥粒、人造ダイヤモンド砥粒、アルミナ質砥粒、炭化ケイ素質砥粒等の砥粒を前記レゾール樹脂に共に配合・分散させ、硬化させることにより研磨剤を得ることができる。
【００３４】
耐火物用結着剤として用いる場合、前記レゾール樹脂を耐火物用骨材とを混練して耐火物煉瓦等の成形品を得ることができる。ここで、耐火物用骨材としては、例えば、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、黒鉛等を含有するものが挙げられる。
【００３５】
発泡成形体は、レゾール樹脂に発泡剤を溶融混練後、発泡成形して得ることができる。ここで用いる発泡剤としては、例えばブタン、ペンタン、シクロペンタン、イソペンタン、ヘキサンなどの炭化水素、塩化メチレン、塩化プロパンなどのハロゲン化炭化水素、パーフルオロヘキサン、パーフルオロペンタンなどのパーフルオロアルカン、パーフルオロブチルメチルエーテル、パーフルオロブチルエチルエーテルなどのハイドロフルオロエーテル、ジフルオロメタン、テトラフルオロエタン、ペンタフルオロエタンなどのハイドロフルオロカーボン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロメタン、ジクロロモノフルオロエタン、ジクロロトリフルオロエタン、ジクロロペンタフルオロプロパンなどのハイドロクロロフルオロカーボン、パーフルオロモルホリン、パーフルオロメチルモルホリンなどのフルオロアミンなどが挙げられる。発泡剤の使用量は前記レゾール樹脂１００質量部当り０．３〜１０質量部の範囲であることが好ましい。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。
【００３７】
残存モノマー量の測定：残存フェノール量はＧＰＣにより測定。
残存ホルムアルデヒド量はＨＰＬＣにより測定
水希釈性の測定：得られたレゾール樹脂に徐徐に水を加えていって、系内が白濁した時点での系内の水分量を系内の樹脂量を基準にして測定した。
【００３８】
［ＨＰＬＣの測定法］
装置：ウォータース・コーポレーション製「Waters HPLC system」
カラム：「Waters Symmetry C18; ５μｍ、４．６×２５０ｍｍ」
カラム温度：３０℃
溶離液：メタノール／水＝４３／５７
流量：０．８秒／分
検出波長：２００−４００ｎｍ
注入量：５μｍ
【００３９】
［ＧＰＣ測定条件］
カラム：昭和電工製「Shodex KF803」
昭和電工製「Shodex KF802」
昭和電工製「Shodex KF802」
昭和電工製「Shodex KF801」
検出器： ＲＩ（示差屈折径）
測定条件： カラム温度４０℃
展開溶媒 テトラヒドロフラン
流速 １．０ｍｌ／分
標準 ： 分子量が既知の単分散ポリスチレン
試料 ： 樹脂固形分換算で１．０質量％のテトラヒドロフラン溶液（２５μｌ）。
【００４０】
実施例１
フェノール２４０ｇ、３７質量％のホルマリン２００ｇを１０００ｍｌの反応容器に入れ、攪拌し、次いで、炭酸ナトリウムを加えてｐＨを９に調整し、反応温度５０℃に５時間保持した。
【００４１】
次いで、アセトン３０ｇと３７質量％のホルマリン２７２ｇを加え、炭酸ナトリウムを加えてｐＨを９．５に調整し、５０℃を２時間保持した後、更に３７質量％のホルマリン５４ｇを加え温度を８０℃に加熱した。この間、水希釈性と粘度を確認した。冷却後、レゾルシン１０−１４ｇを加えた。室温にて、粉末状のホウ酸２−６ｇを加え、反応生成物が均一かつｐＨ８になるまで攪拌した。
このようにして得られたレゾール樹脂は、不揮発分濃度５１−５４質量％、水希釈性３００質量％、粘度５０−５００ｍＰａ・ｓであった。未反応フェノールは０．５質量％以下、未反応ホルムアルデヒドは約０．５質量％以下であった。
【００４２】
実施例２
フェノール２４０ｇ、４２質量％のホルマリン１４８ｇを１０００ｍｌの反応容器に入れ、攪拌し、次いで、水酸化ナトリウムを加えてｐＨを９に調整し、反応温度７０℃で４時間保持した。
【００４３】
次いで、アセトン４０ｇと４２質量％のホルマリン３２０ｇを加え、炭酸ナトリウムを加えてｐＨを９．５に調整し、５０℃を２時間保持した後、更に４２質量％のホルマリン６４ｇを加え温度を７０℃に加熱した。この間、水希釈性と粘度を確認した。冷却後、レゾルシン１０−１５ｇを加えた。室温にて、粉末状のホウ酸４−８ｇを加え、反応生成物が均一かつｐＨ５になるまで攪拌した。
このようにして得られたレゾール樹脂は、不揮発分濃度５４−５６質量％、水希釈性３００質量％以上、粘度３００−５００ｍＰａ・ｓであった。未反応フェノールは１．０質量％以下、未反応ホルムアルデヒドは約０．５質量％以下であった。また、１５０℃ホットプレートでのゲルタイムは約７０秒であった。
この組成物を１０℃にて３週間放置した後の水希釈性は２００質量％以上、粘度は４００−６００ｍＰａ・ｓであった。
【００４４】
得られたレゾール樹脂の１−２ｇをガラス容器に入れ、次いで１５０℃のオーブンに入れ１時間硬化を行った。
次いで、硬化物０．５ｇを充分に粉砕し、ＤＴＧ分析を行ったところ、３００℃における窒素ガス雰囲気下での質量減量は１２．５質量％であった。
上記レゾール樹脂を水で希釈し、これを濾過紙にしみこませ、次いで乾燥し、この樹脂を成形プレスで硬化させた。また、この濾紙から試験片を切り出し、ユニバーサル・テスターで測定したところ、室温での引っ張り強度は４５ＭＰａであった。
【００４５】
実施例３
フェノール２４０ｇ、４２質量％のホルマリン１７６ｇを１０００ｍｌの反応容器に入れ、攪拌し、次いで、水酸化ナトリウムを加えてｐＨを８に調整し、反応温度８０℃で４時間保持した。
次いで、アセトン４４ｇと４２質量％のホルマリン３３６ｇを加え、炭酸ナトリウムを加えてｐＨを９．５に調整し、６５℃の温度で保持した。２−６ｇの尿素を加え所望の水希釈性と粘度となるよう確認した。
冷却後、レゾルシン２−４ｇを加えた。室温にて、粉末状のホウ酸２−７ｇと乳酸１−４ｇを加え、反応生成物が均一かつｐＨ５になるまで攪拌した。
このようにして得られたレゾール樹脂は、不揮発分濃度５４−５６質量％、水希釈性２００質量％以上、粘度２００−６００ｍＰａ・ｓであった。
未反応フェノールは１．０質量％以下、未反応ホルムアルデヒドは約０．５質量％以下であった。また、１５０℃ホットプレートでのゲルタイムは約７０秒であった。
この組成物を１０℃にて２週間放置した後の水希釈性は２００質量％以上、粘度は３００−７００ｍＰａ・ｓであった。
実施例２と同様にして測定した１５０℃ホットプレートでのゲルタイムは８０秒、３００℃での質量減量は１２．８質量％、引っ張り強度は４４ＭＰａであった。
【００４６】
実施例４
クレゾール２６０ｇ、４２質量％のホルマリン１６５ｇを１０００ｍｌの反応容器に入れ、攪拌し、次いで、水酸化ナトリウムを加えてｐＨを１０に調整し、反応温度５０℃で４時間保持した。
次いで、アセトン４２ｇと４２質量％のホルマリン３３６ｇを加え、水酸化ナトリウムを加えてｐＨを９．５に調整し、５０℃の温度で２時間保持した。次いで、７５℃に昇温し、該温度で保持し、所望の水希釈性と粘度となるよう確認した。
冷却後、レゾルシン１０−１５ｇを加えた。室温にて、粉末状のホウ酸４−７ｇを加え、反応生成物が均一かつｐＨ７になるまで攪拌した。
このようにして得られたレゾール樹脂は、不揮発分濃度５４−５６質量％、水希釈性３００質量％、粘度３００−５００ｍＰａ・ｓであった。
未反応フェノールは０．５質量％以下、未反応ホルムアルデヒドは約１．０質量％以下であった。
【００４７】
実施例５
フェノール２４０ｇ、４２質量％のホルマリン１７６ｇを１０００ｍｌの反応容器に入れ、攪拌し、次いで、水酸化ナトリウムを加えてｐＨを９に調整し、反応温度６０℃で３時間保持した。
次いで、メチルエチルケトン４８ｇと４２質量％のホルマリン３２０ｇを加え、水酸化ナトリウムを加えてｐＨを９．５に調整し、６０℃の温度で２時間保持した。次いで、７０℃に昇温し、該温度で保持し、所望の水希釈性と粘度となるよう確認した。
冷却後、レゾルシン８−１５ｇを加えた。室温にて、粉末状のホウ酸４−６ｇを加え、反応生成物が均一かつｐＨ７になるまで攪拌した。
このようにして得られたレゾール樹脂は、不揮発分濃度５４−５６質量％、水希釈性２００質量％以上、粘度２００−５００ｍＰａ・ｓであった。未反応フェノールは１．０質量％以下、未反応ホルムアルデヒドは約１．０質量％以下であった。
【００４８】
比較例１
フェノール３４２ｇ、４２質量％のホルマリン３９０ｇを１０００ｍｌの反応容器に入れ、攪拌し、次いで、４８質量％水酸化ナトリウム水溶液１０ｇを加え、８０℃に昇温させ、該温度にて６時間保持した。次いで、室温に冷却した。
このようにして得られたレゾール樹脂は、不揮発分濃度５６質量％、分子量約７００、水希釈性１０−２０質量％、ｐＨ約８．５、粘度１５０ｍＰａ・ｓであった。
未反応フェノールは０．３質量％、未反応ホルムアルデヒドは５質量％、１５０℃ホットプレートでのゲルタイムは１００ｓであった。
【００４９】
比較例２
フェノール３７６ｇ、４２質量％のホルマリン２０６ｇ（フェノール１モルに対して０．７２モル）を１０００ｍｌの反応容器に入れ、攪拌し、シュウ酸１．１ｇを加え、１００℃まで昇温し、１時間保持した。次いで、シュウ酸１．１ｇを加え、更に１時間反応を継続させた。
次いで、４２質量％ホルマリンの２２８．５ｇを反応容器に加え、４８質量％水酸化ナトリウムを加えてｐＨを８．５−９に調整し、７５−８０℃に加熱し、この温度で３−５時間保持した。
次いで、室温に冷却した。
このようにして得られたレゾール樹脂は、不揮発分濃度５６質量％、分子量約７００以上、水希釈性１０−２０質量％、ｐＨ約８．５、粘度約５００ｍＰａ・ｓであった。
未反応フェノールは１質量％、未反応ホルムアルデヒドは３質量％であった。
【００５０】
比較例３
フェノール５６５ｇ、４２質量％のホルマリン２８０ｇ（フェノール１モルに対して０．６５モル）を１０００ｍｌの反応容器に入れ、攪拌し、シュウ酸２．０ｇを加え、１００℃まで昇温し、１時間保持した。次いで、シュウ酸２．０ｇを加え、更に１時間反応を継続させ、更に１８０℃に加熱し３時間保持した。未反応フェノールを減圧にて除去し、室温に冷却しノボラック樹脂を得た。
この様にして得られたノボラック樹脂の３１２ｇにメタノール２２０ｇ、４２質量％ホルマリン１４５％を加え、更に、水酸化ナトリウムを加えてｐＨを約９に調整し、ついで７５℃にまで昇温し、粘度が３００−６００ｍＰａ・ｓになるまで反応を行った。
このようにして得られたレゾール樹脂は、不揮発分濃度５１〜５３質量％、分子量約８００以上、水希釈性５０−８０質量％、ｐＨ８−１０、未反応フェノールは１質量％、未反応ホルムアルデヒドは２質量％以上であった。
【００５１】
比較例４
フェノール４００ｇ、４２質量％のホルマリン６７６ｇを２０００ｍｌの反応容器に入れ、攪拌し、４８％水酸化ナトリウム水溶液２１．２ｇを加え、８０℃に昇温させ、該温度にて４時間保持した。反応温度を５０℃に下げ、エチレン尿素１４ｇを加え、３０分攪拌し室温に冷却した。得られた樹脂は、不揮発分濃度５３〜５７％、分子量約５００以上、水希釈性１８０質量％、ｐＨ８−１０、未反応フェノールは３質量％、未反応ホルムアルデヒドは、０．８質量％であった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェノール類（Ｐ）とホルムアルデヒド（Ｆ）とを、両者のモル比［フェノール類（Ｐ）／ホルムアルデヒド（Ｆ）］が１／０．５〜１／１．２となる割合で、アルカリ触媒の存在下に反応させてレゾール樹脂（Ｒ）を得（工程１）、次いで、これにアルカノン（Ａ）及びホルムアルデヒド（Ｆ’）を、これらのモル比［ホルムアルデヒド（Ｆ’）／アルカノン（Ａ）］が３／１〜８／１となる割合であって、かつ、前記フェノール類（Ｐ）に対するアルカノン（Ａ）のモル比［アルカノン（Ａ）／フェノール類（Ｐ）］が０．１／１〜１／１となる割合で混合し、アルカリ触媒存在下に反応させる（工程２）ことを特徴とするフェノール樹脂の製造方法。
【請求項２】
工程２の後、更にホウ酸を加える請求項１記載のフェノール樹脂の製造方法。
【請求項３】
工程２におけるアルカリ触媒が、アルカリ金属水酸化物である請求項２記載のフェノール樹脂の製造方法。
【請求項４】
工程２におけるアルカリ触媒の使用量が、反応系中１〜３．５質量％となる割合である請求項３記載のフェノール樹脂の製造方法。
【請求項１】
フェノール類（Ｐ）とホルムアルデヒド（Ｆ）とを、両者のモル比［フェノール類（Ｐ）／ホルムアルデヒド（Ｆ）］が１／０．５〜１／１．２となる割合で、アルカリ触媒の存在下に反応させてレゾール樹脂（Ｒ）を得（工程１）、次いで、これにアルカノン（Ａ）及びホルムアルデヒド（Ｆ’）を、これらのモル比［ホルムアルデヒド（Ｆ’）／アルカノン（Ａ）］が３／１〜８／１となる割合であって、かつ、前記フェノール類（Ｐ）に対するアルカノン（Ａ）のモル比［アルカノン（Ａ）／フェノール類（Ｐ）］が０．１／１〜１／１となる割合で混合し、アルカリ触媒存在下に反応させる（工程２）ことを特徴とするフェノール樹脂の製造方法。
【請求項２】
工程２の後、更にホウ酸を加える請求項１記載のフェノール樹脂の製造方法。
【請求項３】
工程２におけるアルカリ触媒が、アルカリ金属水酸化物である請求項２記載のフェノール樹脂の製造方法。
【請求項４】
工程２におけるアルカリ触媒の使用量が、反応系中１〜３．５質量％となる割合である請求項３記載のフェノール樹脂の製造方法。
【公開番号】特開２０１１−６３７４８（Ｐ２０１１−６３７４８Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１６９９５（Ｐ２００９−２１６９９５）
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００００２８８６）ＤＩＣ株式会社 (2,597)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（０００００２８８６）ＤＩＣ株式会社 (2,597)
【Ｆターム（参考）】
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