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フェノール樹脂(Phenol Formaldehyde Resin/PF)とは

フェノール樹脂(PF)の歴史

フェノール樹脂(Phenol Formaldehyde Resin/PF)とは、アメリカのL.H.Baekelandによって初めて発見され、世界ではじめて植物原料以外から人工的に合成された樹脂プラスチックです。「ベークライト」という言葉は、当時フェノール樹脂の商品名として登録されていました。日本では、1910年代に工業化が行われ、研究開発も多くされてきました。

フェノール樹脂は、最も古い合成熱硬化性ポリマーのひとつとして有名な樹脂です。年間約600万トン/年という印象的な世界的ボリュームを持っています。

フェノール樹脂の種類と製造方法

フェノール樹脂は、2つの異なるタイプに分類できます。

ノボラック -これらの樹脂は反応性がなく、完全に重合するために架橋剤が必要です。

レゾール -これらの樹脂は、反応性側基の存在により自己硬化性です。

フェノール樹脂は、フェノールとホルムアルデヒドの酸触媒(ノボラック)または塩基触媒(レゾール)付加重合により調製されます。レゾール触媒量の塩基(通常はNaOH)を含む水中でのフェノールとホルムアルデヒドの反応で生成します。

反応は、室温よりわずかに高い温度で数時間行われます。典型的な液体レゾール樹脂は、分子量がやや低く、通常2つまたは3つ以下のベンゼン環を含んでいます。反応をもう少し実行すると、固体のレゾールが生成されます。

通常、樹脂を高温で架橋する前に、pHを中性に調整します。可融性樹脂は、しばしばAステージ樹脂と呼ばれます。さらに凝縮すると、Bステージと呼ばれるゴム状物質が生じ、最終的に完全に架橋した樹脂はCステージ樹脂と呼ばれます。

ノボラックは、ホルムアルデヒドのカルボニル基のプロトン化とそれに続くフェノールのオルトまたはパラ位での求電子芳香族置換により、7未満のpHで形成されます。最初のステップも水中で行われますが、樹脂の架橋を防ぐために過剰のフェノールを添加する必要があります。これらの樹脂の分子量は、フェノールとホルムアルデヒドの比率に依存します。最終的な架橋は、ホルムアルデヒドまたはパラホルム、ホルムアルデヒドを分解するホルムアルデヒドのオリゴマーの追加により達成されます。

フェノール樹脂(PF)の構造式

CROWロゴ

レゾールとノボラックの両方の樹脂は、さまざまな化学変換を受ける重要な大容量の反応性中間体です。多くの場合、他のモノマーを添加すると、樹脂製品の価値を高める樹脂システムが改善されます。

フェノール樹脂は、最も一般的で用途の広い大容量樹脂システムの1つです。それらは機械加工可能で、軽量で、優れた腐食性と、300-350°Cまでの耐熱性を備えています。さらに、優れた寸法安定性、高温でのクリープ耐性、低湿度吸収、高絶縁耐力、優れた価格/性能特性を備えています。

市販フェノール樹脂製品

フェノール樹脂とphenolplastポリマーの大手メーカーは、Arizona Chemicals (Sylvares™ Copolymers)Ashland (Arofene™)GP Chemicals (GP®and Leaf® resins)Hexion (Bakelite®)Mitsui Chemicals (MiLex™), and Quantum Composites (ESC® Phenolic)などがあります。

フェノール樹脂(PF)の特長

  • 耐熱性が良好で、充填材を用いて強度を高められます。
  • 難燃性の特性を持っているので、接着材等にも使用されます。

フェノール樹脂(PF)の成形加工条件

射出成形

成形温度:160〜200℃   成形圧力:14〜137MPa

圧縮成形

成形温度:150〜190℃

フェノール樹脂(PF)の用途

日用品では、食器や容器に使用されており、工業部品ではスイッチやコネクター、自動車部品などの用途にも使われております。また、通信機器部品の積層板やコネクターも用途のひとつです。

フェノール樹脂は、コーティング、複合材料、接着剤、および成形部品に使用されます。フェノール材料は、特定の産業や用途の要件に合わせて、グラスファイバーやカーボンファイバーで補強したり、さまざまなフィラーや添加剤の組み合わせなど、さまざまな構成で利用できます。

フェノール樹脂は、食品および飲料缶のインテリアのコーティングに使用されるほか、保護コーティングの製造や、エポキシ、アクリル、ポリエステル、アルキドベースの接着剤またはコーティング製品の性能向上に最適です。たとえば、タンク、ドラム、パイプのライニングに使用されます。海洋および産業用途; ワイヤ、モーター、巻線コイルなどの電気機器。
可燃性が低く、有毒ガスの発生が非常に少なく、熱の放出が遅いため、多くの場合、航空宇宙および輸送業界のソリューションの一部です。たとえば、ガラスや炭素繊維の含有率が高いグレードは、航空機の内部構造に適しています。また、産業および石油およびガス用途で高温高圧環境にさらされる製品にも使用されます。

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