Phenolic resin - phenolic resin

Japanese: フェノール樹脂 - ふぇのーるじゅし（英語表記）phenolic resin

Also known as phenolic resin, it is a thermosetting resin produced by the reaction of phenols (mainly phenol and cresol) with formaldehyde, and is the oldest of the synthetic resins (plastics).

[Hiroshi Kakiuchi]

History and development

In July 1907, the American Baekeland (born in Belgium) applied for a patent for the famous "heat and pressure" method for molding synthetic resins with phenol and formaldehyde. This technology enabled the wide application of the first completely synthetic polymer material. He registered the product name "Bakelite", which is still in use today. Although new synthetic polymer materials are now rapidly growing, this resin was produced in large quantities until around 1980. Phenolic resin products that we see in our daily lives today include black sockets, wiring devices such as switches, and tableware such as bowls, but are also consumed in large quantities as adhesives, laminates, resins for grinding wheels, resins for shell molds (used in the casting industry), and resins for brakes. Since the 1990s, it has been used in large quantities as glass fibers and electronic materials. Its annual production volume is 242,000 tons (2002).

[Hiroshi Kakiuchi]

Manufacturing method

Phenols and formaldehyde are heated to create a low molecular weight (1000 or less) powder or viscous liquid initial reaction product, and if necessary, a filler such as pulp or wood flour is added and mixed thoroughly, after which the product is heated and hardened in a mold. The reaction between phenol and formaldehyde (using an aqueous solution of formaldehyde, i.e., formalin) produces different initial reaction products depending on whether the reaction system is acidic or basic (alkaline).

When the reaction system is acidic, novolak, one of the initial reaction products, is cured by adding 10% hexamethylenetetramine (HMTA) as a crosslinking agent to the novolak, kneading it with wood powder or pulp powder as a filler, and curing it under heat and pressure at 150-160°C. HMTA is thermally decomposed at 115°C or higher to formaldehyde and ammonia. This formaldehyde crosslinks the novolak to give a hardened material with a network structure (two-stage method). When the reaction system is basic, resol (also called Bakelite A), the initial product, does not require a crosslinking agent to harden, and in most cases it hardens in one stage with heat and pressure at 130-200°C in the presence of the filler mentioned above. Resol is used for glass-phenolic resin laminates.

[Hiroshi Kakiuchi]

"Plastic Technology Encyclopedia 15: Phenolic Resin" (1971), edited and published by the Industrial Research Institute ; "Plastic Materials Lectures: Phenolic Resin" by Shinichi Murayama (1978, Nikkan Kogyo Shimbun) ; "Adhesives" by Takuhiko Motoyama and Koji Nagata (1988, Industrial Research Institute) ; "Development and Applications of Inorganic-Organic Hybrid Materials" edited by Meiyuki Kajiwara (2000, CMC) ; "Synthesis, Hardening, Strengthening and Applications of Phenolic Resin" by Akihiro Matsumoto (2000, IPC)

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

石炭酸樹脂ともよばれ、フェノール類（主としてフェノールとクレゾール）とホルムアルデヒドとの反応によって生成する熱硬化性樹脂であり、合成樹脂（プラスチック）のうちでもっとも古いものである。

［垣内　弘］

歴史と発展

1907年7月にアメリカのベークランド（ベルギー生まれ）がフェノールとホルムアルデヒドによる合成樹脂の成形法について有名な「加熱と加圧」方法特許を申請した。この技術によって最初の完全な合成高分子材料として幅広く応用することが可能となった。彼が商品名として「ベークライト」Bakeliteを登録し、この名称はいまでも使われている。現在では新しい合成高分子材料が非常に伸びてきているが、1980年ごろまではこの樹脂が多量に生産されていた。いま身近に目にするフェノール樹脂製品は黒色のソケット、スイッチなどの配線器具、お椀(わん)のような食器などだが、そのほかに接着剤、積層板、砥石(といし)用樹脂、シェルモールド用樹脂（鋳造工業に用いられる）やブレーキ用樹脂として多量に消費されている。1990年代以降は、ガラス繊維や電子材料として多量に使われている。その生産量は、年産24.2万トン（2002）である。

［垣内　弘］

製造法

フェノール類とホルムアルデヒドを加熱して低分子量（分子量1000以下）の粉末または粘い液体の初期反応物をつくり、必要に応じてパルプや木粉などのフィラー（充填(じゅうてん)材、filler）を加えて十分に混合したのち、型の中で加熱硬化させる。フェノールとホルムアルデヒド（ホルムアルデヒドの水溶液すなわちホルマリンを使用する）との反応は、反応系が酸性か塩基性（アルカリ性）かによって初期反応生成物が異なる。

　反応系が酸性の場合、初期反応生成物の一つであるノボラックnovolakは、ヘキサメチレンテトラミン（HMTA）を架橋剤として、ノボラックに対して10％ぐらい添加し、フィラーとして木粉やパルプ粉末を混練して150～160℃の加熱・加圧下で硬化させる。HMTAは115℃以上で熱分解してホルムアルデヒドとアンモニアになる。このホルムアルデヒドがノボラックを架橋し網状構造の硬化物を与える（二段法）。反応系が塩基性の場合の、初期生成物として得られるレゾールresol（ベークライトAともいう）の硬化は、架橋剤を必要とせず、多くは先述のフィラーの存在下で一段で130～200℃の加熱・加圧で硬化する。ガラスフェノール樹脂積層板にはレゾールを用いる。

［垣内　弘］

『工業調査会編・刊『プラスチック技術全書15　フェノール樹脂』（1971）』▽『村山新一著『プラスチック材料講座　フェノール樹脂』（1978・日刊工業新聞社）』▽『本山卓彦・永田宏二著『接着剤』（1988・工業調査会）』▽『梶原鳴雪監修『無機・有機ハイブリッド材料の開発と応用』（2000・シーエムシー）』▽『松本明博著『フェノール樹脂の合成・硬化・強靭化および応用』（2000・アイピーシー）』