MX2008009068A - Cuentas de resol, metodos para hacerlas y metodos para usarlas - Google Patents
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Abstract
Se divulgan cuentas de resol, que tienen una distribución de tamaño relativamente reducida, preparadas en rendimiento alto mediante la reacción de un fenol con un aldehído, con una base como catalizador, en la presencia de cuentas de resol previamente formadas, un estabilizador coloidal, y opcionalmente un surfactante. Las cuentas de resol se pueden tratar térmicamente para prevenir la pegajosidad y aglomeración y tienen una variedad de usos, tal como en la formación de cuentas de carbón activado.
Description
CUENTAS DE RESOL, MÉTODOS PARA HACERLAS Y MÉTODOS PARA USARLAS Campo de la Invención La presente invención se relaciona a resinas fenólicas, y más específicamente, a cuentas de resol y métodos para hacerlas y usarlas. Antecedentes de la Invención Las resinas de fenol-formaldehido son polímeros preparados al hacer reaccionar un fenol con un aldehido en la presencia de un ácido o una base, las resinas fenólicas catalizadas con base que se clasifican como resinas fenólicas de tipo resol. Un resol típico se hace al hacer reaccionar fenol con un exceso de formaldehído, en la presencia de una base tal como amoníaco, para producir una mezcla de metilol fenoles que se condensan en el calentamiento para producir prepolímeros de peso molecular bajo, o resoles. En el calentamiento de los resoles a temperatura elevada bajo condiciones básicas, neutras o ligeramente acídicas, se produce una estructura de red de peso molecular alto de anillos fenólicos, enlazados por grupos metileno y que retiene típicamente grupos metilol residuales. El documento GB 1,347,878 divulga un proceso en el cual el fenol o un derivado de fenol se condensa con formaldehído en solución acuosa, en la presencia de un catalizador que es una base orgánica o inorgánica, y en una fase homogénea para obtener una resina en la forma de una suspensión de gotitas aceitosas en el medio de reacción, la suspensión que se estabiliza mediante la adición de un agente dispersante el cual previene la coalescencia de las gotitas. El proceso descrito da por resultado cuentas esféricas de resina fenólica que se pueden separar, lavar, y secar, que se dicen que son útiles para una variedad de propósitos, por ejemplo como material de relleno o para aligerar el peso de tales materiales tradicionales como cemento o emplaste. El documento GB 1,457,013 divulga cuentas celulares, esféricas que tienen un alto contenido de carbón, que contienen una pluralidad de celdas cerradas, en donde las paredes de las celdas periféricas forman una capa delgada continua que marca los límites de la superficie externa. Las cuentas pueden ser comprendidas de un material precursor orgánico, que puede ser un fenoplasto y el proceso mediante el cual se hacen incluye una etapa de carbonización. La patente norteamericana No. 3,850,868 divulga hacer reaccionar urea o fenol y formaldehído en un medio acuoso básico para proporcionar una solución de prepolímero, mezclar el prepolímero en la presencia de un material formador de coloide protector, acidificar subsecuentemente la solución de prepolímero básica de modo que las partículas se forman y se precipitan en la presencia de un material formador de coloide, como cuentas esferoidales, y recolectar finalmente y, si se desea, secar las cuentas particuladas de urea o fenol formaldehído. Las cuentas resultantes se dicen que tienen una eficiencia opacificante alta que las hace adecuadas para composiciones de recubrimiento de bajo brillo. La patente norteamericana No. 4,026,848 divulga dispersiones de resol acuosas producidas en la presencia de goma ghatti y de un agente espesante. Las dispersiones se dicen que tienen utilidad aumentada en tales aplicaciones de uso final como recubrimientos y adhesivos. La patente norteamericana No. 4,039,525 divulga dispersiones de resol acuosas producidas en la presencia de ciertas gomas hidroxialquiladas, tales como gomas de guar hidroxialquiladas, como agentes interfaciales. La patente norteamericana No. 4,206,095 divulga resoles particulados producidos al hacer reaccionar un fenol, formaldehído, y una amina en un medio acuoso que contiene un coloide protector, para producir una suspensión acuosa de un resol particulado, y recuperar el resol particulado de la suspensión. La patente norteamericana No. 4,316,827 divulga composiciones de resina útiles como partículas de fricción que incluyen una mezcla de fenoles tri- y/o tetrafuncionales y difuncionales, un aldehido, un compuesto promotor de reacción opcional, un coloide protector y un caucho. En una reacción de condensación de primera etapa, el caucho se puede incorporar ya sea en el interior o incorporar sobre la superficie de las partículas de resina. El' producto de condensación se somete a una segunda etapa bajo condiciones acídicas, que da por .resultado un producto en forma particulada que se dice que no requiere molienda o cribado cuando se utiliza como una partícula de fricción. La patente norteamericana No. 4,366,303 divulga un proceso para producir resinas de resol particuladas que comprende hacer reaccionar formaldehído, fenol y una cantidad efectiva de hexametilentetramina o un compuesto que contiene amino hidrógeno, o mezclas de los mismos, en un medio acuoso que contiene una cantidad efectiva de un coloide protector durante un tiempo suficiente para producir una dispersión de una resina de resol particulada; enfriar la mezcla de reacción abajo de aproximadamente 40°C; hacer reaccionar la mezcla de reacción enfriada con un compuesto alcalino para formar difenatos alcalinos; y recuperar de la dispersión acuosa una resina que exhibe velocidades de curado incrementadas y resistencia a la sinterización incrementada. La patente norteamericana No. 4,182,696 divulga composiciones de moldeo que contienen rellenador, reactivo al calor, particulado sólido que se producen directamente al hacer reaccionar un fenol, formaldehído, y una amina en un medio acuoso que contiene un material rellenador insoluble en agua que tiene sitios reactivos sobre la superficie del mismo que se enlaza químicamente con una resina fenólica y un coloide protector para producir una suspensión acuosa de un resol que contiene rellenador particulado, y recuperar el resol que contiene rellenador de la suspensión. Los materiales rellenadores pueden estar en la forma de partículas fibrosas o no fibrosas y pueden ser inorgánicas u orgánicas . Las patentes norteamericanas Nos. 4,640,971 y 4,778,695 divulgan un proceso para producir una resina de resol en la forma de partículas microesfericas de un tamaño que no excede 500 µm al polimerizar fenoles y aldehidos en la presencia de un catalizador básico y una sal inorgánica sustancialmente insoluble en agua. Sales inorgánicas preferidas, que incluyen fluoruro de calcio, fluoruro de magnesio, y fluoruro de estroncio, cubren parcial o completamente la superficie de' las partículas microesfericas resultantes . La patente norteamericana No. 4,748,214 divulga un proceso para producir partículas de resina fenólicas curadas microesféricas que tienen un diámetro de partícula de no más de aproximadamente 100 µm al hacer reaccionar una resina novolak, un fenol, y un aldehido en un medio acuoso en la presencia de un catalizador básico y un estabilizador de emulsión. La resina novolak empleada en el proceso se obtiene al calentar un fenol y un aldehido en la presencia de un catalizador acídico tal como ácido clorhídrico o ácido oxálico para efectuar la polimerización, al deshidratar el producto de polimerización bajo presión reducida, al enfriar el producto y al pulverizarlo gruesamente. La patente norteamericana No. 4,071,481 divulga espumas fenólicas, mezclas para producirlas y sus procesos de manufactura. La resina utilizada es un producto de policondensación catalizado con base, de fenol y formaldehído que se obtiene en un estado sustancialmente anhidro, fundible, reactivo, sólido. La resina se espuma y se endurece mediante la aplicación de calor sin el uso de un catalizador. Agentes de soplado sensibles al calor, ya sea en forma líquida o en forma particulada se pueden mezclar con la resina previo al calentamiento. Surfactantes y lubricantes se pueden utilizar para aumentar la uniformidad de los huecos en la espuma. Las espumas resultantes se dicen que son no acídicas, resistentes a los cambios de color y sustancialmente anhidras. La patente norteamericana No. 5,677,373 divulga un proceso para producir una dispersión, en donde las partículas de semilla de polivinilo ligeramente reticuladas dispersadas se hinchan con un líquido ionizante, las partículas de semilla que contienen grupos ionizables covalentemente enlazados causan un hinchamiento de las partículas de semilla mediante el líquido ionizante para formar una dispersión de gotitas, en donde las gotitas resultantes después del hinchamiento tienen un volumen que es por lo menos cinco veces aquel de las partículas de semilla. El líquido ionizante puede ser o contener un monómero polimerizable o se puede cargar con tal monómero. La polimerización de los monómeros se dice que se efectúa en las gotitas durante o después del hinchamiento, para formar partículas de polímeros . La divulgación de patente China No. CN 1240220A divulga un método para manufacturar un carbón activado esférico basado en resina de fenol-formaldehído que incluye mezclar conjuntamente una resina de fenol-formaldehído lineal y un agente de curado para formar una mezcla de bloque, triturar la mezcla de bloque para formar partículas de una materia prima de resina, dispersar la materia prima de resina en un líquido de dispersión que contiene un agente dispersante, emulsificar el material para formar esferas, y carbonizar y activar las esferas resultantes. El documento JP 63-48320 A divulga un método para manufacturar una resina fenólica particulada, en el cual un material particulado obtenido a partir de un producto de condensación que se agrega alrededor de una sustancia de núcleo se produce al someter un fenol y un aldehido a una reacción de condensación en la presencia de un dispersante y la sustancia de núcleo. El material particulado luego se deshidrata y se seca. La sustancia de núcleo puede ser ya sea un material orgánico o inorgánico. El material particulado obtenido se caracteriza como que es relativamente soluble en acetona . La publicación de patente Japonesa No. JP 10- 338511A divulga una resina fenólica esférica que tiene un diámetro de partícula de 150 a 2,500 µm obtenido al condensar fenoles y aldehidos en la presencia de un dispersante con un material de núcleo, al causar al producto de condensación agregarse alrededor del material de núcleo. Una resina fenólica, granulos de vidrio, SiC, carbón de mesofase, alúmina, gráfico, y flogopita, se dicen que son útiles como material de núcleo. Cuentas esféricas comprendidas de polímeros fenólicos así pueden ser hechas utilizando diversos métodos y tienen una variedad de usos y, mientras que para muchos usos el tamaño de partícula y la distribución de tamaño de partícula puede no ser especialmente importante, para algunos usos, el tamaño de partícula puede ser un factor muy importante, por ejemplo, cuando un producto carbonizado se desea que tenga propiedades de transporte o de adsorción particulares. También puede ser importante obtener partículas que tengan una distribución de tamaño de partícula relativamente reducida, por ejemplo cuando las propiedades de flujo a granel de un producto carbonizado son importantes, tal como para facilitar el flujo de las partículas, o cuando el empaquetamiento predecible de las partículas es necesario o útil. Por ejemplo, la publicación de patente norteamericana. No. 2003/0154993 Al, la cual divulga cigarros que incluyen una barra de tabaco y un componente de filtro que tiene una cavidad rellenada con carbón formado en cuentas esféricas, enfatiza la importancia de obtener contacto de punto a punto entre las cuentas esféricas conjuntamente con el relleno sustancialmente completo de la cavidad' a fin de producir canalización mínima de la fase de gas ambulatoria así como contacto máximo entre la fase de gas y la superficie de carbón de las cuentas esféricas durante el fumado. Por estos y otros usos, la obtención de un tamaño y forma de partícula deseado y distribución de tamaño de partícula puede ser un factor importante en la viabilidad económica de una cuenta de polímero esférica en el mercado. Aun permanece una necesidad en la técnica por cuentas de resol útiles en una variedad de productos, que superen las diversas desventajas de aquellas actualmente conocidas en la técnica . BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En un aspecto, la invención se relaciona a procesos para producir cuentas de resol curadas, los procesos que incluyen hacer reaccionar un fenol con un aldehido en un medio acuoso agitado proporcionado con una base como catalizador, un estabilizador coloidal, y opcionalmente un surfactante, durante un período de tiempo y a una temperatura suficiente para producir una dispersión acuosa de cuentas de resol; y curar térmicamente las cuentas de resol en un fluido calentado, con agitación, para obtener cuentas de resol curadas . En otro aspecto, la invención se relaciona a procesos para producir cuentas de resol curadas, los procesos que incluyen: a) hacer reaccionar un fenol con un aldehido en la presencia de una base como catalizador, en un medio acuoso agitado que incluye un estabilizador coloidal, y opcionalmente un surfactante, durante un período de tiempo y a una temperatura suficiente para producir una dispersión acuosa de cuentas de resol; b) recuperar las cuentas de resol insolubles en agua arriba de un tamaño de partícula mínimo de la dispersión acuosa; c) retener o reciclar las cuentas abajo del tamaño de partícula mínimo en la dispersión acuosa de las cuentas de resol y hacerlas reaccionar adicionalmente para obtener cuentas de resol completamente formadas arriba del tamaño de partícula mínimo; y d) curar térmicamente las cuentas de resol completamente formadas en un fluido calentado, con agitación, para obtener cuentas de resol curadas . Otro aspecto de la invención se relaciona a procesos para producir cuentas de resol curadas, los procesos que incluyen: a) hacer reaccionar un fenol con un aldehido en la presencia de una base como catalizador, en un medio acuoso agitado que incluye un estabilizador coloidal, y opcionalmente un surfactante, durante un período de tiempo y a una temperatura suficiente para producir una dispersión acuosa de cuentas de resol; b) recuperar las cuentas de resol insolubles en agua arriba de un tamaño de partícula mínimo de la dispersión acuosa; c) retener o reciclar las cuentas dentro de un intervalo de tamaño de partícula deseado en o a la dispersión acuosa de las cuentas de resol y hacerlas reaccionar adicionalmente para obtener cuentas de resol completamente formadas arriba del tamaño de partícula mínimo; y d) curar térmicamente las cuentas de resol completamente formadas en un fluido calentado, con agitación, para obtener cuentas de resol curadas. En otro aspecto, la invención se relaciona a cuentas de resol curadas hechas mediante procesos que incluyen: hacer reaccionar un fenol con un aldehido en un medio acuoso agitado proporcionado con una base como catalizador, y un estabilizador coloidal, y opcionalmente un surfactante, durante un período de tiempo y a una temperatura suficiente para producir una dispersión acuosa de las cuentas de resol; y curar térmicamente las cuentas de resol en un fluido calentado, con agitación, para obtener cuentas de resol curadas. En todavía otro aspecto, la invención se relaciona a cuentas de resol curadas hechas mediante procesos que incluyen: a) hacer reaccionar un fenol con un aldehido en la presencia de una base como catalizador, en un medio acuoso agitado que incluye un estabilizador coloidal, y opcionalmente un surfactante, durante un período de tiempo y a una temperatura suficiente para producir una dispersión acuosa de cuentas de resol; b) recuperar las cuentas de resol insolubles en agua arriba de un tamaño de partícula mínimo de la dispersión acuosa; c) retener o reciclar las cuentas abajo del tamaño de partícula mínimo en la dispersión acuosa de las cuentas de resol y hacerlas reaccionar adicionalmente para obtener cuentas de resol completamente formadas arriba del tamaño de partícula mínimo; y d) curar térmicamente las cuentas de resol completamente formadas en un fluido calentado, con agitación, para obtener cuentas de resol curadas . En un aspecto adicional, la invención se relaciona a cuentas de resol curadas hechas mediante procesos que incluyen: a) hacer reaccionar un fenol con un aldehido en la presencia de una base como catalizador, en un medio acuoso agitado que incluye un estabilizador coloidal, y opcionalmente un surfactante, durante un período de tiempo y a una temperatura suficiente para producir una dispersión acuosa de cuentas de resol; b) recuperar las cuentas de resol insolubles en agua arriba de un tamaño de partícula mínimo de la dispersión acuosa; c) retener o reciclar las cuentas dentro de un intervalo de tamaño de partícula deseado en o a la dispersión acuosa de las cuentas de resol y hacerlas reaccionar adicionalmente para obtener cuentas de resol completamente formadas arriba del tamaño de partícula mínimo; y d) curar térmicamente las cuentas de resol completamente formadas en un fluido calentado, con agitación, para obtener cuentas de resol curadas. De acuerdo a la invención, el curado térmico se puede llevar a cabo en un fluido que es diferente del medio acuoso en el cual las cuentas de resol se forman, y el fluido puede estar, por ejemplo, en un líquido tal como agua, en vapor, en aire, en nitrógeno o en un gas inerte. La agitación se puede proporcionar mediante una variedad de medios, tal como mediante un movimiento del fluido calentado, un movimiento de un recipiente en el cual las cuentas de resol de colocan, un agitador, o un lecho fluidizado. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención se puede entender más fácilmente por referencia a la siguiente descripción detallada de la invención, y a los ejemplos proporcionados. Va a ser entendido que esta invención no se limita a los procesos específicos y condiciones descritas, debido a que los procesos específicos y condiciones de proceso para procesar artículos de acuerdo a la invención pueden variar. También va a ser entendido que la terminología utilizada es para el propósito de describir solamente modalidades particulares y no se propone para ser limitativa. Como se utiliza en la especificación y en las reivindicaciones, las formas singulares "un", "uno", y "el" incluyen referentes plurales a menos que el contexto lo dicte claramente de otra manera. Por "que comprende" o "que contiene" los inventores dan a entender que por lo menos el compuesto, elemento, partícula, etc. nombrados deben estar presentes en la composición o artículo, pero no excluyen la presencia de otros compuestos, materiales, partículas, etc. aun si tales otros compuestos, materiales, partículas etc. tienen la misma función como la que se nombra. En un aspecto, la invención se relaciona a cuentas de resol que comprenden el producto de reacción de un fenol con un aldehido, reaccionados en un medio acuoso agitado básico que contiene cuentas de resol previamente formadas, un estabilizador coloidal y opcionalmente un surfactante. Las cuentas de resol previamente formadas, también referidas en la presente como cuentas previamente formadas y como partículas de semillas, ayudan en obtener un tamaño de partícula deseado y distribución de tamaño de partícula. Los procesos de acuerdo con la invención se pueden llevar a cabo a manera de lotes, en forma de semi-lotes, o continuamente, como se describe adicionalmente enseguida. En un proceso de lotes típico, las cuentas de resol se pueden preparar, por ejemplo, al combinar en un medio acuoso agitado un fenol y un aldehido, en la presencia de cuentas de resol previamente formadas, una base tal como hidróxido de amonio como catalizador, un estabilizador coloidal tal como carboximetilcelulosa de sodio, y opcionalmente un surfactante tal como dodeciisulfato de sodio, y hacerlos reaccionar conjuntamente a una temperatura y tiempo suficiente para obtener el producto deseado. En los procesos de semi-lotes, uno o más de lo anterior se puede adicionar a la mezcla de reacción durante el curso de la reacción. En un aspecto, la invención así se relaciona a cuentas de resol que tienen un tamaño de partícula deseado y distribución de tamaño de partícula, las cuentas de resol que comprenden el producto de reacción de un fenol y un aldehido, reaccionados en la presencia de una base como catalizador, por ejemplo en un medio acuoso agitado, básico que incluye un estabilizador coloidal y opcionalmente un surfactante. En todavía otro aspecto, la invención se relaciona a procesos para producir cuentas de resol, los procesos que incluyen una etapa de hacer reaccionar un fenol con un aldehido, en la presencia de una base como catalizador, en un medio acuoso agitado que incluye un estabilizador coloidal, y opcionalmente un surfactante, en la presencia de cuentas de resol previamente formadas, durante un período de tiempo y a una temperatura suficiente para producir una dispersión acuosa de cuentas de resol. Las cuentas de resol previamente formadas se pueden obtener, por ejemplo, como cuentas de resol de menor tamaño producidas en un lote previo, o en el caso de un proceso continuo o semi-continuo, como cuentas recicladas obtenidas en cualquier punto anterior en el proceso . En todavía otro aspecto, la invención se relaciona a procesos para producir cuentas de resol, l'os procesos que incluyen: a) hacer reaccionar un fenol con un aldehido en la presencia de una base como catalizador, en un medio acuoso agitado que incluye una estabilizador coloidal, y opcionalmente un surfactante, durante un período de tiempo y a una temperatura suficiente para producir una dispersión acuosa de cuentas de resol; b) recuperar las cuentas de resol insolubles en agua de la dispersión acuosa; c) separar las cuentas abajo de un tamaño de partícula mínimo; y d) reciclar las cuentas abajo de un tamaño de partícula mínimo al medio acuoso de la etapa a) . En todavía otro aspecto, la invención se relaciona a procesos para producir cuentas de resol, los procesos que incluyen : a) hacer reaccionar un fenol con un aldehido en la presencia de una base como catalizador, en un medio acuoso agitado que incluye una estabilizador coloidal, y opcionalmente un surfactante, durante un período de tiempo y a una temperatura suficiente para producir una dispersión acuosa de cuentas de resol; b) recuperar las cuentas de resol insolubles en agua arriba de un tamaño de partícula mínimo de la dispersión acuosa; y c) retener o reciclar las cuentas abajo de un tamaño de partícula mínimo en la dispersión acuosa de las cuentas de resol. En todavía otro aspecto, la invención se relaciona a procesos para producir cuentas de resol, los procesos que incluyen : a) hacer reaccionar un fenol con un aldehido en la presencia de una base como catalizador, en un medio acuoso agitado que incluye un estabilizador coloidal, y opcionalmente un surfactante, durante un período de tiempo y a una temperatura suficiente para producir una dispersión acuosa de cuentas de resol;
b) recuperar las cuentas de resol insolubles en agua arriba de un tamaño de partícula mínimo de la dispersión acuosa; y c) retener o reciclar las cuentas dentro de un intervalo de tamaño de partícula deseado en o a la dispersión acuosa de las cuentas de resol. Las cuentas de resol de la invención pueden tener una variedad de tamaños de partícula y distribuciones de tamaño de partícula. Las cuentas pueden ser curadas o parcialmente curadas, y después utilizadas o procesadas adicionalmente, tal como mediante carbonización y activación, para obtener, por ejemplo, cuentas de carbón activadas. En los procesos de acuerdo a la invención, los reactivos se pueden combinar en un proceso en lotes, o uno o más de los reactivos o catalizadores se pueden adicionar a través del tiempo, solos o conjuntamente, en modo de semilotes. Además, los procesos de acuerdo a la invención se pueden llevar a cabo continua o semi-continuamente, en una variedad de recipientes de reacción y con una variedad de medios de agitación, como se describe adicionalmente en la presente . Así, en un aspecto, la invención se relaciona a procesos para producir cuentas de resol, los procesos que incluyen una etapa de proporcionar un fenol, por lo menos una porción de un aldehido, y por lo menos una porción de una base como catalizador a una mezcla de reacción la cual es un medio acuoso agitado que incluye un estabilizador coloidal, opcionalmente un surfactante, y cuentas de resol previamente formadas; hacerlas reaccionar durante un período de tiempo y a una temperatura suficiente para producir una dispersión acuosa de cuentas de resol; y después adicionar cualquier porción restante de la base y el aldehido durante un período de tiempo, tal como aproximadamente 45 minutos. Las cuentas de resol previamente formadas se pueden obtener, por ejemplo, como cuentas de resol de menor tamaño producidas en un lote previo, o en el caso de un proceso continuo o semi-continuo, como cuentas recicladas obtenidas en cualquier punto temprano en el proceso. En todavía otro aspecto, la invención se relaciona a procesos para producir cuentas de resol, los procesos que incluyen una etapa de proporcionar por lo menos una porción de un fenol, por lo menos una porción de un aldehido, y por lo menos una porción de una base como catalizador a una mezcla de reacción que es un medio acuoso agitado que incluye un estabilizador coloidal, opcionalmente un surfactante, y cuentas de resol previamente formadas; hacerlas reaccionar durante un período de tiempo y a una temperatura suficiente para producir una dispersión acuosa de cuentas de resol, por ejemplo hasta aproximadamente dos horas; después una porción adicional de fenol, una porción adicional del aldehido, y una porción adicional de una base como catalizador se adicionan a la mezcla de reacción y se hacen reaccionar, por ejemplo durante dos horas adicionales; y después adicionar cualquier porción restante del fenol, el aldehido, y la base durante un período de tiempo y a una temperatura suficiente para obtener las cuentas de resol deseadas. Las cuentas de resol previamente formadas se pueden obtener, por ejemplo, como cuentas de resol de mayor tamaño producidas en un lote previo en el caso de un proceso continuo o semi-continuo, como cuentas recicladas obtenidas en cualquier punto anterior del proceso. En todavía otro aspecto, los procesos de la invención se pueden llevar a cabo como ya es descrito, con una porción adicional de una base adicionada después de que los reactivos han comenzado a reaccionar, o aun cuando la reacción es de otra manera completada sustancialmente, la base que es la misma como o diferente de aquella adicionada a la mezcla de reacción como un catalizador para la reacción. Alternativamente, una porción de ácido se puede adicionar después de que la reacción se inicia o se completa sustancialmente, o los procesos descritos se pueden seguir mediante un período de curado a una temperatura elevada. En un aspecto, la invención se relaciona a procesos para producir cuentas de resol, los procesos que incluyen: a) hacer reaccionar un fenol con un aldehido en la presencia de una base como catalizador, en un medio acuoso agitado que incluye un estabilizador coloidal, y opcionalmente un surfactante, durante un período de tiempo y a una temperatura suficiente para producir una dispersión acuosa de cuentas de resol; b) recuperar las cuentas de resol insolubles en agua de la dispersión acuosa; c) separar las cuentas abajo de un tamaño de partícula mínimo; y d) reciclar las cuentas abajo de un tamaño de partícula mínimo al medio acuoso de la etapa a) , en donde las cuentas que se reciclan no se procesan adicionalmente, por ejemplo mediante curado térmico, tratamiento con ya sea un ácido o una base, o mediante recubrimiento de las cuentas, previo a ser recicladas. Así, en un aspecto, las cuentas previamente formadas a ser recicladas no se curan adicionalmente previo al reciclado, por ejemplo mediante curado térmico. Similarmente, en otro aspecto, las cuentas previamente formadas a ser recicladas no se tratan, por ejemplo con un ácido o una base y son a lo sumo removidas de la mezcla de reacción y enjuagadas con agua previo al reciclado. En otro aspecto, las cuentas previamente formadas a ser recicladas no se secan sustancialmente previo a ser recicladas, sino se proporcionan simplemente a la mezcla de reacción en un estado húmedo con agua como resultado, por ejemplo, de la filtración física del material, opcionalmente con clasificación llevada a cabo basado sobre el tamaño de las partículas. En un aspecto similar, las cuentas previamente formadas no se recubren previo al reciclado con un material adicional tal como, por ejemplo, una cera, cera de carnauba, goma arábiga, o lo similar, previo al reciclado. En este aspecto, las cuentas recicladas no se recubren de esta manera previo a ser recicladas . En un aspecto, las cuentas de resol de la invención, cuando se aislan de la mezcla de reacción en la cual se forman, y opcionalmente se lavan solo con agua, incluyen cantidades medibles de nitrógeno, derivadas por ejemplo del uso de amoníaco o hidróxido de amonio como catalizador, ya sea como tal o proporcionado por hexametilentetramina utilizada como una fuente de tanto amoníaco como formaldehído. En varios aspectos, la cantidad de nitrógeno presente en las cuentas de resol de la invención aisladas de la mezcla de reacción puede ser, por ejemplo, por lo menos 0.5% de nitrógeno, o por lo menos 0.8%, o por lo menos 1%, hasta aproximadamente 2.0% de nitrógeno, o hasta 2.5%, o hasta 2.6%, o hasta 3%, o más, de nitrógeno. La cantidad de nitrógeno se puede medir, por ejemplo, como análisis elemental llevado a cabo utilizando un Analizador Elemental ThermoFinnigan FlashEA™ 112. En un aspecto particular, la cantidad de nitrógeno es de aproximadamente 1% a aproximadamente 2.6%, basado sobre el análisis elemental llevado a cabo sobre un Analizador Elemental ThermoFinnigan FlashEA™ 112. Las cuentas de resol de la invención aisladas de la mezcla de reacción se caracterizan adicionalmente como que contienen material, que incluyen fenol, hidroximetil fenol, y oligómeros, que se pueden extraer en metanol. El material extraíble incluye nitrógeno, típicamente en una cantidad menor que aproximadamente 1.1% de nitrógeno, en peso de las cuentas de resol. La cantidad total de material extraíble típicamente comprende, por ejemplo, de aproximadamente 1% a aproximadamente 20%, o de 3% a 15%, de la masa de las cuentas de resina. Interesantemente, los inventores han encontrado que la extracción de este material no afecta sustancialmente la reciclabilidad de las cuentas, esto es, el uso de las cuentas previamente formadas como semillas. Sin que se desee ser relacionado por la teoría, la reciclabilidad de las cuentas aparece en cambio para ser una función del grado de reticulación en la cuenta de resina. Así, en un aspecto, las cuentas de resol previamente formadas útiles de acuerdo a la invención son relativamente insolubles en metanol, esto es, son solubles en cantidades de hasta aproximadamente 15% en peso, o hasta aproximadamente 20% en peso, o hasta aproximadamente 25% en peso, en cada caso basado sobre el peso de las cuentas previo a la extracción con metanol. Los inventores han encontrado que las cuentas de resol de la invención útiles como cuentas previamente formadas son típicamente amarillas en color, basado sobre la inspección visual. Esto se contrasta con las cuentas curadas, que típicamente aparecen que son café claras, de color canela, o rojas en color. La razón para esto no es clara, pero este fenómeno del mismo modo aparece para ser una función de la cantidad de reticulación en el polímero de resol . En otro aspecto, los inventores han encontrado que las cuentas activas, esto es, cuentas que son útiles como semillas, o cuentas previamente formadas, tienen típicamente una Tg de aproximadamente 30°C a aproximadamente 120°C, o de aproximadamente 30 °C a aproximadamente 68 °C, como es medido mediante DSC. Esto se contrasta con las cuentas que tienen perdida la actividad sustancial como las cuentas previamente formadas, y se caracterizan como que tienen Tg no medible. Como se encuentra la solubilidad del metanol, esto se observa a ser una medida de la reticulación del polímero de resol a partir de la cual las cuentas se forman. En todavía otro aspecto, las cuentas previamente formadas que son útiles como semillas son típicamente hinchables en DMSO a por lo menos 110% de su diámetro original. Esto, del mismo modo, es una medida de reticulación. Las cuentas previamente formadas que han perdido actividad sustancial como semillas típicamente no se hinchan apreciablemente en DMSO. Sin que se desee ser relacionado por la teoría, esto aparece también que es una función de la cantidad de reticulación. Las cuentas de resol de la invención, por ejemplo cuando se aislan como una suspensión acuosa de cuentas de resol de una mezcla de reacción en la cual se forman, son relativamente insolubles en acetona. Esta insolubilidad relativa en acetona del mismo modo puede ser considerada como una medida del grado de polimerización o reticulación que ha ocurrido en las cuentas. Las solubilidad en acetona de las cuentas de resol obtenida puede así ser, por ejemplo, no más de aproximadamente 5%, o no más de 10%, o no más de 15%, o no más de 20%, o no más de 25%, o no más de 26%, o no más de 30%, o no más de 45%, en cada caso como es medido por la comparación del peso del residuo producido mediante la evaporación del solvente de acetona al peso de partida de las cuentas. Alternativamente, la cantidad- de solubilidad de acetona puede ser de aproximadamente 5% a aproximadamente 45%, o de 10% a 30%, o de 10% a 26%, en cada caso como es medido por la comparación del peso del residuo producido mediante la evaporación del solvente de acetona al peso de partida de las cuentas. Factores que se creen que afectan la cantidad de la solubilidad de acetona incluyen las temperaturas en las cuales la reacción se lleva a cabo, y la duración del tiempo durante el cual la reacción se lleva a cabo. Ventajas para evitar cantidades sustanciales de solubilidad de acetona incluyen manejo del producto, por ejemplo secado y almacenamiento. Las cuentas que tienen solubilidad de acetona sustancial serían esperadas que sean difíciles para procesar, por ejemplo pegándose conjuntamente y formando aglomeraciones . Las cuentas de resol de la invención se caracterizan adicionalmente como que son relativamente infundibles, esto es, resistentes a la fusión. Así, cuando las cuentas se calientan, la resina no fluye, pero eventualmente produce un carbón. Esta propiedad del mismo modo es una función del grado de polimerización o reticulación que ha tomado lugar en las cuentas, y se pueden considerar características de los polímeros de resol como es distinguido de los polímeros novolak, en los cuales la reticulación sustancial requiere el uso de un agente de reticulación separado, frecuentemente llamado un agente de curado . Similarmente, las cuentas de resol de la invención no se deforman substancialmente cuando se aplica esfuerzo cortante, sino más bien tienden a despedazarse o a fragmentarse. Esto, del mismo modo, es una indicación de reticulación substancial que ha tomado lugar. La densidad de las cuentas de resol aisladas de la mezcla de reacción es típicamente por lo menos 0.3 g/mL, o por lo menos 0.4 g/mL, o por lo menos 0.5 g/mL, hasta aproximadamente 1.2 g/mL o hasta aproximadamente 1.3 g/mL, o de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 1.3 g/mL. En todavía otro aspecto, la invención se relaciona a cuentas de carbón activado que tienen un tamaño de partícula deseado y distribución de tamaño de partícula, las cuentas de carbón activado que comprenden el producto de reacción de un fenol con una aldehido como ya es descrito, por ejemplo llevado a cabo en la presencia de una base como catalizador, reaccionado en un medio acuoso agitado que incluye un estabilizador coloidal, y opcionalmente un surfactante, y después tratado térmicamente, con agitación, carbonizado, y activado, por la vía de una o más etapas de procesamiento intermedias, como se describe adicionalmente en la presente. En todavía en otro aspecto, la invención se relaciona a métodos para producir las cuentas de carbón activado precisamente descritas. Así, en un aspecto, la invención proporciona cuentas de resol que tienen una distribución de tamaño relativamente reducida en rendimiento alto mediante la reacción de fenol, formaldehído, y amoníaco en un medio ambiente acuoso en la presencia de un estabilizador coloidal protector, la mejora que es la adición de cuentas de resol previamente formadas que tiene una distribución de tamaño limitado y un tamaño más pequeño que el tamaño del producto deseado . En todavía otro aspecto, la invención se relaciona a procesos para producir cuentas de resol, los procesos que incluyen una etapa de hacer reaccionar un fenol con un aldehido en la presencia de una base como catalizador, en un medio acuoso agitado que incluye un estabilizador coloidal, y opcionalmente un surfactante, en la presencia de cuentas de resol previamente formadas, en donde la cantidad de metanol en la mezcla de reacción se limita. El metanol está típicamente presente en las soluciones de formaldehído y actúa como un inhibidor para prevenir al para-formaldehído precipitarse de la solución. Los inventores han encontrado que limitar la cantidad de metanol en la mezcla de reacción de tales procesos puede, en algunas modalidades, dar ventajas en términos de distribución de tamaño de partícula que se forman, dando por resultado una porción mayor de cuentas de tamaño más grandes. Estás cuentas de tamaño más grande pueden ser deseables para el procesamiento corriente abajo, conforme producen un producto carbonizado con propiedades de adsorción deseables, y el tamaño de las partículas proporciona procesamiento más fácil de las partículas durante la manufactura y uso. En todavía otro aspecto, la invención se relaciona a monolitos de carbón activado hechos mediante un proceso en el cual las cuentas de resol, que todavía contienen una superficie reactiva, por ejemplo al omitir o modificar la etapa de calentamiento como precisamente descrita, se aislan y se secan a una temperatura relativamente baja, por ejemplo 100°C o menos, o a 75°C o menos, o a 50°C o menos, o a aproximadamente 45°C, o aun menos. Las cuentas después se pueden carbonizar, por ejemplo sin agitación significante, y con o sin compactación, a una temperatura de por lo menos aproximadamente 500°C, tal que la reticulación ocurre en las cuentas, y en los puntos de contacto entre las cuentas, dando por resultado la formación de un monolito de resol. Otros aditivos se pueden incluir pero no se requieren a fin de obtener el monolito de resol. El monolito de resol resultante se puede activar, por ejemplo en vapor o dióxido de carbono durante un período de tiempo y a una temperatura, por ejemplo de aproximadamente 800°C a aproximadamente 1,000°C o más, suficientes para formar un monolito de carbón activado con sólidos microporosos y una red intersticial de macroporos/poros de transporte basados sobre el tamaño de partícula y distribución de tamaño de partícula de las cuentas de resol utilizadas. Las etapas de carbonización y activación se pueden combinar, en aquellos casos en los cuales las condiciones de carbonización son adecuadas también para la activación. El monolito de carbón activado resultante se puede utilizar, por ejemplo, para la adsorción en fase de gas o almacenamiento, o como un sistema de suministro de gas. Los monolitos activados de acuerdo a la invención no se limitan particularmente con respecto al tamaño, y el tamaño de los monolitos puede variar dentro de un amplio intervalo. Por ejemplo, el tamaño del monolito puede ser enteramente una función del tamaño del lote de las cuentas de resol que se utiliza para formar el monolito, con el límite práctico que es el tamaño del recipiente utilizado para contener las cuentas que forman el monolito, a fin de formar monolitos que tienen un diámetro o ancho que es por lo menos 10,000 veces el tamaño de partícula medio de las cuentas de resol, o por lo menos 100,000 veces el tamaño de partícula medio de las cuentas de resol. Alternativamente, un lote de cuentas • puede ser por lo menos parcialmente curado y carbonizado mientras están en contacto entre sí, y después molerse de modo que los monolitos sean un agregado de cuentas individuales, por ejemplo teniendo un ancho o diámetro de 10 a 10,000 o más veces el diámetro promedio de las cuentas de resol a partir de las cuales el monolito se forma. Hasta ahora alternativo, el monolito se puede moler después o durante la carbonización o activación a fin de formar partículas que son agregados de cuentas de resol individuales, por ejemplo que tienen un diámetro de 10 a 100 veces el tamaño de partícula medio de las cuentas de resol individuales a partir de las cuales el monolito se formó. Basados sobre el uso propuesto, estás partículas de monolito más pequeñas pueden tener ciertas ventajas sobre los monolitos comprendidos de un lote dimensionable de cuentas, con respecto a las propiedades de tamaño y flujo. En todavía otro aspecto, la invención se relaciona a cuentas de carbón activado que tienen un tamaño de partícula deseado y distribución de tamaño de partícula, las cuentas de carbón activado que comprenden el producto de reacción de un fenol con un aldehido llevado a cabo en la presencia de una base como catalizador, reaccionado en un medio acuoso agitado que incluye un estabilizador coloidal, y opcionalmente un surfactante, y después tratado térmicamente, con agitación, carbonizado, y activado por la vía de una o más etapas de procesamiento intermedias, como se describe adicionalmente en la presente. En todavía otro aspecto, la invención se relaciona a procesos que previenen la pegajosidad y fusión de las cuentas de resol durante el curado y la carbonización, los procesos incluyen una etapa de calentar las cuentas de resol bajo condiciones mediante las cuales las cuentas de resol están en movimiento. El calentamiento se puede llevar a cabo en un fluido tal como un liquido o un gas, o en un vacío. Los inventores han encontrado que, en la formación de cuentas de resol de un aldehido y un fenol llevada a cabo en un medio acuoso agitado, si las cuentas se remueven de la mezcla de reacción y se someten después a una etapa de calentar las cuentas de resol ba o condiciones mediante las cuales las cuentas de resol están en movimiento, la pegajosidad durante el procesamiento subsecuente de está manera se puede reducir o evitar. Está etapa de calentamiento se puede llevar a cabo en un líquido, un gas, o un vacío, pero típicamente en un medio diferente al medio de reacción por sí mismo. Si esta etapa de calentamiento se omite, un monolito de resol se puede obtener, como se describe adicionalmente en la presente, que se puede carbonizar y activar para obtener un monolito de carbón activado útil para la adsorción en fase de gas o almacenamiento. Así, en un aspecto, la invención se relaciona a cuentas de resol que tienen un tamaño de partícula deseado y distribución de tamaño de partícula, las cuentas de resol que comprenden el producto de reacción de un fenol y un aldehido, reaccionado en un medio acuoso agitado, básico que incluye cuentas de resol previamente formadas, un estabilizador coloidal y opcionalmente un surfactante. Los procesos de acuerdo a la invención se pueden llevar a cabo a manera de lotes, en forma de semi-lotes, y continuamente, o semí-continuamente, como se describe adicionalmente en cualquier lugar en la presente. Como se utiliza en la presente, el término "cuentas" se propone para referirse simplemente a partículas aproximadamente esféricas o redondas, en algunas modalidades, la forma puede servir para mejorar las propiedades de flujo de las cuentas durante procesamiento subsecuente o -uso. Las cuentas de resol obtenidas de acuerdo a la invención típicamente serán aproximadamente esféricas, pero con un intervalo de valores de esfericidad (SPHT) . La esfericidad, como una medida de la redondez de una partícula, se puede calcular utilizando la siguiente ecuación:
SPHT = ^ ll2 en la cual SPHT es el valor de esfericidad obtenido; U es la circunferencia medida de una partícula; y A es el área de superficie medida (proyectada) de una partícula. Para una esfera ideal, el SPHT calculado sería 1.0; cualquiera de las partículas menos esféricas tendría un valor SPHT menor que 1. Los valores de esfericidad de las cuentas de resol de la invención referidas en la presente, así como aquellas de las cuentas de carbón activado de la invención referidas en la presente, se pueden determinar utilizando un CamSizer, disponible de Retsch Technology GmbH, Haan, Alemania, el CamSizer se calibra utilizando Microesferas de Vidrio Rastreables NIST, disponibles de Whitehouse Scientific, Número de Catálogo XX025, los estándares de calibración de las Microesferas de Vidrio, 366+/-2 mieras, 90% entre 217 y 590 mieras. Las cuentas de resol obtenidas de acuerdo a la invención reclamada tendrán típicamente valores SPHT, por ejemplo, de por lo menos aproximadamente 0.80, o por lo menos aproximadamente 0.85, o por lo menos 0.90, o aun por lo menos 0.95. Intervalos adecuados de valores de esfericidad así pueden variar, por ejemplo, de aproximadamente 0.80 a 1.0, o de 0.85 a 1.0, o de 0.90 a 0.99. El término resol del mismo modo no se propone para ser limitado particularmente, con referencia al producto de reacción de un fenol y un aldehido en el cual la reacción se lleva a cabo en la presencia de una base como catalizador. Típicamente, el aldehido se proporciona en exceso molar. El término resol no se propone, como se utiliza en la presente, para referirse solo a partículas de prepolímero que tienen solo una cantidad menor de reticulación o polimerización que han tomado lugar, pero en cambio se refiere al producto de reacción en cualquier etapa de la reacción inicial de un fenol con un aldehido a través de la etapa de termoendurecimiento cuando la reticulación significante ha ocurrido . Las cuentas de resol de acuerdo a la invención se pueden utilizar para una variedad de propósitos para los cuales las cuentas de resol son conocidas a ser útiles y encuentran fácil aplicación en la formación de cuentas de carbón activado cuando se tratan y se someten térmicamente a la carbonización y activación, como se describe adicionalmente en seguida para una amplia gama de usos finales, tal como en filtros de cigarros, en ropa para proteger personas de agentes de guerra química y biológica como adsorbentes médicos, para máscaras de gas utilizadas en limpieza de derrame químico y los similares. El término "cuentas de resol curadas" se propone para describir cuentas de resol, como precisamente descritas, que han sido curadas térmicamente para reducir la tendencia de las cuentas de resol a pegarse entre sí, como se describe adicionalmente en la presente. Las cuentas de resol curadas pueden ser útiles en una variedad de propósitos para los cuales las cuentas de resol son conocidas a ser útiles, que incluyen aquellos en que el polímero de resol del cual las cuentas son comprendidas todavía no se han reticulado substancialmente, la cantidad de curado en algunos casos que es solo el que se necesita para reducir la tendencia de las cuentas de resol a pegarse entre sí. Los tiempos, temperaturas, y condiciones bajo las cuales las cuentas de resol se curan térmicamente para obtener las cuentas de resol curadas de la invención son como se definen adicíonalmente en la presente. Los términos generales "fenol" y "uno o más fenoles" como se utiliza en la presente significan fenoles del tipo que forman productos de condensación con aldehidos, que incluyen, además de fenol (monohidroxibenceno) , otros fenoles monohídricos y dihídricos tal como fenol, pirocatecol, resorcinol, o hidroquinona; fenoles substituidos con alquilo tal como cresoles o xilenoles; fenoles monohídricos o polihídricos binucleares o polinucleares tal como naftoles, p, p' -dihidroxidifenil dimetilmetano o hidroxiantracenos ; y compuestos que, además de contener grupos hidroxilo fenólicos, incluyen tales grupos funcionales adicionales como ácidos sulfónicos de fenol o ácidos carboxílicos de fenol, tal como ácido salicílico; o compuestos capaces de reaccionar como hidroxilos fenólicos, tal como éteres de fenol. El fenol por sí mismo es especialmente adecuado para el uso como un reactivo, es fácilmente disponible, y es más económico que la mayoría de los fenoles precisamente descritos. Los fenoles utilizados de acuerdo a la invención se pueden suplementar con compuestos no fenólicos tales como urea, ureas substituidos, melanina, guanamína, o diciandiamina, por ejemplo, que son capaces de reaccionar con aldehidos como lo hacen los fenoles. Estos y otros compuestos adecuados se describen en la patente norteamericana No. 3,960,761, la porción relevante de la cual se incorpora en la presente por referencia. En un aspecto, el fenol utilizado es uno o más fenoles monohídricos, presentes en una cantidad de por lo menos 50%, con respecto al peso total de los fenoles utilizados, o por lo menos 60%, o por lo menos 75%, o por lo menos 90%, o aún por lo menos 95% de fenoles monohídricos, en cada caso basados sobre el peso total de los fenoles utilizados . En otro aspecto, el fenol utilizado es fenol, esto es, monohidroxibenceno, por ejemplo presente en una cantidad de por lo menos 50%, con respecto al peso total de los fenoles utilizados, o por lo menos 60%, o por lo menos 75%, o por lo menos 90%, o aún por lo menos 95%, en cada caso basado sobre el peso total de los fenoles utilizados. Los términos generales "aldehido" y "uno o más aldehidos" incluyen, además del formaldehído, polímeros de formaldehído tal como paraformaldehído o polioximetileno, acetaldehído, aldehidos saturados o insaturados, monohídricos o polihídricos, alifáticos o aromáticos tal como butiraldehído, benzaldehído, salicilaldehído, furfuraldehído, acroleina, crotonaldehído, glioxal, o mezclas de estos. Aldehidos especialmente adecuados incluyen formaldehído, metaldehído, paraldehído, acetaldehído y benzaldehído. El formaldehído es adecuado particularmente, es económico, y es fácilmente disponible. Equivalentes de formaldehídos para el propósito de la presente invención incluyen paraformaldehído, así cómo hexametilentetramina que, cuando se utiliza de acuerdo a la invención, también proporciona una fuente de amoníaco. Estos y otros aldehidos adecuados se describen en la patente norteamericana No. 3,960,761, la porción relevante de la cual se incorpora en la presente por referencia. Cuando el formaldehído se utiliza como un aldehido, se puede adicionar como una solución al 37% de paraformaldehído en agua y alcohol, llamada formalina. El alcohol es usualmente metanol, y está típicamente en tales soluciones en un promedio de concentración de aproximadamente 7-11% basado sobre la muestra del formaldehído. El metanol es un buen solvente para el para-formaldehído y actúa para mantener al para-formaldehído de precipitarse de la solución. La formalina así se puede almacenar y procesar a temperaturas bajas (<23°C) sin que al para-formaldehído se precipite de la solución. Sin embargo, como se describe adicionalmente enseguida, los inventores han encontrado que mucho menos metanol se puede utilizar para suministrar formaldehído a la reacción que se utiliza típicamente, y que las soluciones que tienen menos metal proporcionan ciertas ventajas. Así, un aspecto de la invención se relaciona a procesos para producir cuentas de resol en las cuales la cantidad de metanol se limita . En un aspecto, el aldehido utilizado es uno o más aldehido de alquilo que tiene de uno a tres átomos de carbono y presente en una cantidad de por lo menos 50%, con respecto al peso total de los aldehidos utilizados, o por lo menos 60%, o por lo menos 75%, o por lo menos 90%, o aun por lo menos 95%, en cada caso basados sobre el peso total de los aldehidos utilizados. En otro aspecto, el aldehido utilizado es formaldehído, por ejemplo presente en una cantidad de por lo menos 50%, con respecto al peso total de los aldehidos utilizados, o por lo menos 60%, o por lo menos 75%, o por lo menos 90%, o aún por lo menos 95%, en cada caso sobre el peso total de los aldehidos utilizados. Los procesos de acuerdo a la invención se llevan a cabo en la presencia de una base como catalizador, tal que el medio de reacción acuoso es típicamente un medio acuoso básico, esto es, un medio alcalino, que tiene un pH, por ejemplo, mayor que 7, o por lo menos 7.5, o por lo menos 8, hasta aproximadamente 11, o hasta aproximadamente 12, o de aproximadamente 7 o aproximadamente 12, o de 7.5 a 11. Sin embargo, Los procesos de acuerdo a la invención se pueden llevar a cabo en medios acuosos esto es no alcalinos, por ejemplo si el cloruro de amonio o el similar, se utiliza como una base. Además el pH puede cambiar durante el curso de la reacción, tal que los valores de pH puede ser aquellos obtenidos en el principio de los procesos mediante los cuales las cuentas de resol de la invención se obtienen. Una variedad de bases orgánicas o inorgánicas se puede utilizar como catalizadores, que incluyen pero no se limitan a amoníaco o hidróxido de amonio; aminas tales como dietilendiamina, dietilentriamina, hexametilendiamina, hexametilentetramina, o polietilenimina; e hidróxidos de metal, óxidos, o carbonatos, tal como hidróxido de sodio, hidróxido de potasio, hidróxido de calcio, óxido de calcio, hidróxido de bario, óxido de bario, carbonato de sodio; y los similares. Se entiende que varias bases utilizadas pueden existir en un medio acuoso como hidróxidos, en conjunto o en parte, por ejemplo amoníaco o hidróxido de amonio. En los procesos de acuerdo a la invención, la cantidad de agua en el medio acuoso no es particularmente crítica aunque será mucho más económico que la reacción no se lleve a cabo en un medio acuoso diluido. La cantidad de agua utilizada será por lo menos una cantidad que permitirá la formación de una dispersión de resina en agua fenólica, típicamente por lo menos aproximadamente 50 partes en peso de agua por 100 partes en peso de las cuentas de resol obtenidas. No existe ventaja para utilizar una cantidad de agua, y de hecho, la reacción probablemente procederá más lentamente cuando el agua en exceso se utilice, aunque la invención trabajará aun con un exceso grande de agua. Niveles típicos de agua con respecto a los activos orgánicos así típicamente serán de aproximadamente 30 a aproximadamente 70% en peso o de 50% en peso a 70% en peso. Así, la cantidad de agua pued'e variar dentro de un intervalo relativamente amplio, por ejemplo de aproximadamente 25 a aproximadamente 95% en peso, o de 30 a 80% en peso, o de 35 a 75% en peso. Los estabilizadores coloidales útiles de acuerdo a la invención sirven para promover o mantener una dispersión de resina en agua fenólica tal que las cuentas de resol se forman en el medio acuoso durante el curso de la reacción. Una variedad amplia de tales agentes se puede utilizar incluyendo, sin limitación, gomas naturalmente derivadas tales como goma arábiga, goma ghatti, goma de algina, goma de algarroba, goma de guar o goma de guar de hidroxialquilo; celulósicas tales como carboxil-metilcelulosa, hidroxietil celulosa, sus sales de sodio, y las similares; alcohol polivinílico parcialmente hidrolizado; almidón soluble; agar; alquilfenoles polioxietilenados; alcoholes de cadena recta y de cadena ramificada polioxietilenados; compuestos de alquilo arilo de cadena larga; compuestos de perfluoroalquilo de cadena larga; polímeros de óxido de propileno de peso molecular alto; polímeros de polisiloxano; y los similares. Estos y otros agentes se describen adicionalmente, por ejemplo en la patente norteamericana No. 4,206,095, la porción relevante de la cual se incorpora en la presente por referencia . Los estabilizadores coloidales se utilizan en cantidades suficientes para promover la formación o estabilización de una dispersión de resina en agua fenólica conforme las cuentas de resol se forman. Se pueden adicionar en el inicio de la reacción, o se pueden adicionar después de que alguna polimerización inicial ha tomado lugar. Es suficiente que la dispersión sea estable mientras que la mezcla de reacción este siendo agitada, la agitación así ayuda a los estabilizadores coloidales a mantener la dispersión deseada. Es típico de utilizar los estabilizadores coloidales en cantidades relativamente pequeñas, por ejemplo de aproximadamente 0.05 a aproximadamente 2 por ciento en peso, o de 0.1 a 1.5 por ciento en peso, en cada caso basado sobre el peso del fenol. Alternativamente, los estabilizadores coloidales se pueden utilizar en cantidades hasta 2 por ciento en peso, o hasta 3 por ciento en peso o mas, basados sobre el peso del fenol. Típicamente de aproximadamente 0.2 por ciento en peso a aproximadamente 1 por ciento en peso, basado sobre el peso del fenol, es un buen punto de partida para desarrollar formulaciones adecuadas.
Una variedad de carboximetilcelulosa se puede utilizar de acuerdo a la invención como estabilizadores coloidales que tienen una variedad de grado de sustitución, por ejemplo, por lo menos 0.4, o por lo menos 0.5, o por lo menos 0.6, hasta aproximadamente 1.2, o hasta aproximadamente 1.5, o de aproximadamente 0.4 a aproximadamente 1.5, o de 0.6 a 1.2, o de 0.8 a 1.1. Similarmente, el peso molecular de la carboximetilcelulosa también puede variar, por ejemplo de aproximadamente 100,000 a aproximadamente 750,000, o de 150,000 a 500,000, o un promedio típico de aproximadamente 250,000. Los inventores han encontrado la carboximetilcelulosa de sodio que es especialmente bien adecuada para el uso de acuerdo a la invención, Los inventores han encontrado que los productos hechos utilizando ciertas gomas de guar dieron por resultado partículas que frecuentemente se texturizaron ásperas y contuvieron cantidades grandes de cuentas fusionadas o aglomerados . Los procesos de acuerdo a la invención se pueden llevar a cabo opcionalmente en la presencia de uno o más agentes activos de superficie, después en la presente surfactantes, y en realidad en la ausencia de partículas de semillas, pueden ser útiles para proporcionar un surfactante a fin de obtener propiedades deseadas en las cuentas de resol formadas . Surfactantes útiles de acuerdo a la invención incluyen surfactantes aniónicos, surfactantes catiónicos y surfactantes no iónicos. Ejemplos de surfactantes aniónicos incluyen, pero no se limitan a, carboxilatos, fosfatos, sulfonatos, sulfatos, sulfoacetatos, y ácidos libres de estas sales y las similares. Surfactantes catiónicos incluyen sales de aminas de cadena larga, diaminas y poliaminas, sales de amonio cuaternario, aminas de cadena larga polioxietilenadas, sales de piridinio de alquilo de cadena larga, sales cuaternarias de lanolina, y las similares. Surfactantes no iónicos incluyen óxido de alquilamina de cadena larga, alquilfenoles polioxietilenados, alcoholes de cadena recta y de cadena ramificada polioxietilenados, ceras de lanolina alcoxiladas, monoéteres de polietilenglicol, monoéteres de dodecilhexaoxilenglicol, y los similares. Los inventores han encontrado que el dodeciisulfato de sodio (SDS) es bien adecuado para el uso de acuerdo a la invención. Otros surfactantes aniónicos también son bien adecuados para el uso de acuerdo a la invención, y aunque el surfactante puede ser omitido y el producto aceptable que tiene una distribución de tamaño relativamente reducida obtenido, la presencia de un surfactante parece que ayuda a la formación de un producto más esférico.
En los procesos de acuerdo a la invención mediante los cuales las cuentas de resol se preparan, la reacción se lleva a cabo en un medio acuoso agitado, la agitación proporcionada es suficiente para proporcionar una dispersión de resina en agua fenólica tal que las cuentas de resol se obtienen teniendo un tamaño de partícula deseado. La agitación se puede proporcionar en un recipiente de reacción mediante una variedad de métodos, que incluyen pero no se limitan a impulsores de cuchilla inclinada, impulsores de alta eficiencia, agitadores de tipo espiral, turbina y ancla. La mezcla de reacción se puede agitar en una velocidad relativamente baja, que es dependiente en parte en el tamaño del recipiente, con, por ejemplo, una paleta de agitación en forma de ancla. Alternativamente, la agitación se puede proporcionar, por ejemplo, mediante el mezclado causado por el flujo inducido por circulación interna o externa, mediante flujo co-corriente o flujo contra corriente, por ejemplo con respecto a un flujo de reactivos, o al fluir el medio de reacción pasando uno o más dispositivos de mezclado estacionarios, tales como mezcladores estáticos. Una ventaja de la presente invención, como se describe en la presente, es la habilidad de obtener un tamaño de partícula deseado y distribución de tamaño de partícula. La distribución de tamaño de partícula de las cuentas de resol obtenidas de acuerdo a la invención, como se define en la presente, puede ser aquella medida siguiendo las técnicas de aislamiento descritas enseguida. Después de que las reacciones se completan y las cuentas de resol se obtienen, las cuentas de resol de tamaño útil se obtienen al enfriar la mezcla de producto a una temperatura de aproximadamente 20°C a aproximadamente 40°C, y la suspensión se drena del reactor en un recipiente de transferencia que tiene un dispositivo de agitación de modo que los sólidos se pueden suspender en el recipiente cuando se desee. Los contenidos del recipiente primero se dejan asentar durante un período de aproximadamente 15 a aproximadamente 60 minutos (sin agitación) para permitir a un lecho de partículas formarse en la base del recipiente. Una separación clara entre el lecho más bajo de las partículas y la fase líquida superior será visible cuando el proceso de asentamiento haya sido completado, típicamente, el líquido tiene una apariencia lechosa y tiene una viscosidad en el intervalo de 0.10 a 20 cP. La presencia de un gran número de partículas de sub-5 mieras da a la fase líquida esta apariencia lechosa. A partir de la suspensión lechosa asentada, la fase líquida se decanta de la parte superior del recipiente hasta que la línea de separación entre el lecho asentado de las partículas se ha alcanzado. Este proceso de decantación removerá la mayoría de líquido en el recipiente. La cantidad que permanece en el lecho de las partículas será de aproximadamente 5% a aproximadamente 30% de la cantidad total del líquido originalmente presente en la suspensión. Se contienen en la fase líquida decantada una gran cantidad de partículas de sub-5 mieras que todavía se suspenden en la fase líquida que será removida del recipiente. Esta cantidad de sólidos suspendidos representa de aproximadamente 0.10% a aproximadamente 5% del rendimiento total de los sólidos del proceso. Al lecho de los sólidos, una cantidad de agua se adiciona que es aproximadamente equivalente a la cantidad del líquido decantado removido del recipiente. Los contenidos del recipiente luego se resuspenden utilizando un dispositivo de agitación tal que la concentración de la fase sólida es homogénea por todo el recipiente. El mezclado se continúa típicamente durante por lo menos 10 minutos. El impulsor luego se apaga y la suspensión se deja asentar una vez nuevamente para formar un lecho de sólidos en la base del recipiente. La suspensión se deja asentar durante aproximadamente 15 a aproximadamente 60 minutos hasta que una interfase discreta entre el lecho de los sólidos y el líquido se puede observar. El procedimiento para lavar los sólidos descritos en lo anterior se repite 2 a 4 veces adicionales hasta que la fase líquida es sustancialmente clara y libre de cualquiera de los sólidos suspendidos. La suspensión luego se resuspende, utilizando el agitador, y los contenidos del recipiente se vierten sobre un filtro. Una vez que la suspensión ha sido vertida sobre el filtro, se aplica vacío al lecho de los sólidos para separar la fase líquida de la fase sólida. El vacío se mantiene hasta que el líquido ha sido removido de la torta. El tiempo necesario para hacer esto dependerá de la resistencia ofrecida por el lecho de sólidos y el medio de filtración. Típicamente, para tamaños de partícula en el intervalo de 100 a 700 um y un elemento de filtro que tiene un tamaño de poro promedio de 40 um, este proceso tomará de aproximadamente 5 a aproximadamente 60 minutos. Después de que el líquido ha sido removido de la torta, el gas de nitrógeno a temperatura ambiente y presión se alimenta a la parte superior de la torta. El gas se retira a través de la torta utilizando el vacío localizado en la base del lecho. El gas se retira a través de la torta de 1 a 12 horas, hasta que el lecho de sólidos ha sido secado. El contenido de humedad de la torta debe estar abajo de 1% sobre una base de sólidos total. Los sólidos secos se remueven del filtro. La distribución de tamaño de partícula de los sólidos secos se puede determinar mediante un número de métodos. Por ejemplo, una solución de cribas se puede utilizar para fraccionar los sólidos en grupos separados. Por ejemplo, para una distribución que contiene partículas en el intervalo de tamaño de 50 a 650 um, la fracción de criba inicial será entre 50 y 150 um. El segundo podría ser entre 150 y 250 um, y así sucesivamente en incrementos de 100 um hasta 650 um. Alternativamente, las fracciones de criba deben ser seleccionadas para producir fracciones de 50 um en lugar de 100 um. Mediante el fraccionamiento de los sólidos en fracciones diferentes, una distribución de tamaño de partícula se puede generar que exprese la fracción (volumen o peso) de la distribución presente en el tamaño medio de cada fracción de criba. En el procedimiento de cribado, se debe dar tiempo suficiente para permitir a la masa de partículas en cada fracción a alcanzar una masa de estado permanente. Para esto un tiempo de aproximadamente 1 a aproximadamente 24 horas se requiere típicamente, o tiempo suficiente tal que la masa sobre cada criba alcanza 99% de su valor de estado permanente final, o hasta que la masa sobre. cada criba no cambie por más de 0.10% de la masa sobre esa fracción de cribas durante un período de 5 horas, por ejemplo . Otro método para medir la distribución de tamaño de partícula es utilizar un dispositivo de dispersión de luz láser directo. Tal dispositivo puede producir una distribución de volumen de tamaño de partículas como una función de tamaño de partícula." El dispositivo opera al pasar una muestra de partícula suspendida en un medio líquido no absorbente en la ruta de un haz de láser. Una partícula modifica la luz de láser que cae en ella mediante los dos mecanismos básicos de dispersión y absorción. La dispersión de luz incluye la difracción de luz alrededor de los bordes de la superficie de la partícula, reflexión de la superficie de partícula, y refracción a través de la partícula. El resultado de la refracción de la luz a través de la partícula da por resultado una distribución de luz dispersada en todas las direcciones. La luz dispersada se enfoca sobre un arreglo detector de fotodiodo que se localiza a una distancia del plano de medición. El detector está comprendido de un arreglo de fotodiodos discretos arreglados en forma semicircular. El ángulo de difracción de la luz incidente es inversamente proporcional al tamaño de la partícula que difracta la luz. Por lo tanto, los diodos más alejados reconectan las señales de las partículas detectables más pequeñas y los diodos más interiores recolectan las señales de los tamaños detectables más grandes. A partir de un entendimiento de la teoría de la dispersión de luz y un conocimiento de la geometría de sistema, una distribución de tamaño de partículas se puede reconstruir a partir del patrón de difracción en términos del número de distribución de volumen. Un ejemplo de un dispositivo útil para tales mediciones es el Malvern Mastersizer 2000 que mide en el intervalo de tamaño de 0.20 a 2000 mieras y es vendido por Malvern Instruments Ltd. (Malvern, Reino Unido) . Otro instrumento tal es el Beckman Coulter LS 230 que puede medir en el intervalo de 0.02 a 2000 mieras y es vendido por Beckman Coulter Inc. (Fullerton, California, USA) . Ambos instrumentos operan sobre el principio anterior y son vendidos con software de propietario acompañante. A partir de la distribución determinada de cualquiera de las técnicas anteriores, ciertos tamaños característicos de la distribución se pueden calcular. Tamaños característicos se utilizan para comparar distribuciones de partículas de experimentos diferentes para determinar el efecto de las condiciones de procesamiento sobre la distribución de tamaño de las partículas producidas. Por ejemplo, el tamaño característico de 10% (dio) de una distribución se puede determinar. El tamaño característico de dio representa un tamaño de partícula en el cual 10% del volumen de todas las partículas se compone de partículas más pequeñas que el dio establecido y a la inversa, es el tamaño en el cual 90% del volumen de todas las partículas se compone de partículas más grandes que el di0 establecido. Similarmente, el tamaño característico dgo representa un tamaño de partícula en el cual 90% del volumen de todas las partículas se compone de partículas más pequeñas que el dgo establecido y a la inversa, es el tamaño en el cual 10% del volumen de todas las partículas se compone de partículas más grandes que el dgo establecido. Similarmente, el tamaño a 50% (dso) es el tamaño abajo y arriba el cual 50% del volumen de todos los sólidos del lote se sitúa. El dso también es llamado el tamaño medio. Para representar la distribución -de tamaño de partícula determinada de un procedimiento de cribado, el tamaño medio de una fracción de cribado se determina. La distribución de tamaño de partícula determinada de una técnica de cribado es una distribución basada en masa, que para un sistema con densidad uniforme es equivalente a una distribución basada en volumen. El tamaño medio (d5o) de la distribución es el tamaño arriba y abajo en el cual se sitúa 50% del volumen de las partículas (V50) . El diámetro de la partículas más grande en una fracción de cribado es el diámetro de la abertura de la criba en la fracción de cribado superior (dupPer) y el diámetro de la partícula más pequeña en una fracción de cribado es el diámetro de la abertura de la criba en la fracción de cribado más bajo (d?ower) • El volumen de las partículas más pequeñas en una fracción de cribado así se puede calcular a partir de la siguiente fórmula general:
V lower =- ¿-¿ l3ower '
El tamaño medio de una fracción de cribado se obtiene a partir de la siguiente fórmula que expresa el volumen arriba y abajo el cual 50% del volumen en la fracción de criba se sitúa, j * upper + V f„ower
Términos de cancelación en la ecuación anterior, la siguiente fórmula para el tamaño medio de cribado se puede derivar,
Para los ejemplos descritos en la presente solicitud, el tamaño de criba medio se utiliza cuando se gráfica la distribución de masa de las partículas como una función de tamaño. Para calcular el dio o el dgo de una distribución, una gráfica acumulativa de la distribución se gráfica con el tamaño de criba medio de cada fracción de cribas sobre el eje x y la fracción de masa acumulativa sobre el eje y. Los tamaños dio o el dgo se puede leer de la gráfica al leer el tamaño que corresponde a 10% y 90% del total acumulativo de fracción en masa o volumen sobre la gráfica. Para una distribución de tamaño de partícula medida por la dispersión de luz láser, un procedimiento similar se utiliza para determinar los tamaños dio y do . La fracción en masa o volumen acumulativa se gráfica contra el tamaño reportado y el tamaño que corresponde a 10% y 90% del total acumulativo de la fracción en masa o volumen sobre la gráfica se puede leer. La distribución de tamaño de partícula, como se utiliza en la presente para definir la distribución de tamaño de la cuenta de resol o distribución de tamaño de la cuenta de carbón activado, se puede expresar mediante un "espacio
(S)", en donde S se calcula mediante la siguiente ecuación:
»J — ¿*90 — a10
donde dgo representa un tamaño de partícula en el cual 90% del volumen se compone de partículas más pequeñas que el dgo; y dio representa un tamaño de partícula en el cual 10% del volumen se compone de partículas más pequeñas que el dio establecido; y d5o representa un tamaño de partícula en el cual 50% del volumen se compone de partículas más grandes que el valor d50 establecido, y 50% del volumen se componente de partículas más pequeñas que el valor d50 establecido. Un intervalo de distribuciones de tamaño de partícula se puede obtener de acuerdo a la invención siguiendo las técnicas de aislamiento precisamente descritas. Por ejemplo, los valores de espacio de aproximadamente 25 mieras a aproximadamente 750 mieras se pueden lograr, o de aproximadamente 50 a aproximadamente 500 mieras, o de aproximadamente 75 mieras a aproximadamente 375 mieras, el espacio que se define en lo anterior como el tamaño de partícula dgo menos el tamaño de partícula dio. Valores de tamaño de partícula d50 típicos para los espacios precisamente descritos podrían ser de aproximadamente 10 um a aproximadamente 2 mm o más, o de 50 mieras a 1 mm, o de 100 mieras a 750 mieras, o de 250 mieras a 650 mieras. Alternativamente, los valores de espacio de 100 a
225 mieras se pueden lograr en la cual mayor que 20% de la distribución está en el intervalo de tamaño mayor que 425 mieras. En una alternativa adicional, un espacio de 100 a 160 mieras en el cual por lo menos 50% del peso de la distribución, o por lo menos 65% en peso, o por lo menos 75% en peso están presentes como partículas mayores que 425 mieras se pueden lograr siguiendo las técnicas de aislamiento descritas. . En una modalidad, las cuentas de resol de acuerdo a la invención se pueden preparar, por ejemplo, al hacer reaccionar en un medio acuoso agitado un fenol y un aldehido, en la presencia de una base tal como hidróxido de amonio proporcionado como un catalizador, un estabilizador coloidal tal como carboximetilcelulosa de sodio (por ejemplo que tiene un grado de sustitución de aproximadamente 0.9), y opcionalmente un surfactante tal como dodeciisulfato de sodio. Los procesos descritos en la presente se llevarán a cabo generalmente durante un período de tiempo y a una temperatura suficiente para producir una dispersión acuosa de cuentas de resol. Así, la reacción se puede llevar a cabo, por ejemplo, a una temperatura de aproximadamente 50°C a aproximadamente 100°C, o de 60°C a 95°, o de 75°C a 90°C. Similarmente, la duración de tiempo que la reacción se deja correr basado sobre la temperatura por ejemplo, de aproximadamente 1 hora, o menos, hasta aproximadamente 10 horas, o más, o de 1 hora a 10 horas, o de 1 hora a 8 horas, o de 2 horas a 5 horas. En ciertas modalidades, los inventores han mantenido la mezcla de reacción a una temperatura de aproximadamente 70 °C durante aproximadamente 5 horas, y luego han elevado la temperatura a aproximadamente 90°C durante aproximadamente 1 hora. Alternativamente, los inventores han mantenido la mezcla de reacción a una temperatura de aproximadamente 85 °C durante aproximadamente 4 horas, y luego han elevado la temperatura a aproximadamente 90°C durante aproximadamente 30 minutos a 1 hora. Otra alternativa sería mantener la mezcla de reacción a una temperatura de aproximadamente 85 °C durante aproximadamente 2 horas, y luego elevar la temperatura a aproximadamente 90°C durante aproximadamente 1 hora. El uso de fenoles sustituidos puede requerir temperaturas de reacción más altas que cuando se utiliza fenol, esto es, monohidroxibenceno. Los procesos de acuerdo a la invención se llevarán a cabo típicamente a temperaturas tales como aquellas ya descritas, y a temperaturas en las cuales las polimerizaciones de emulsión se llevan a cabo típicamente. Puede ser ventajoso en algunos casos que la presión de reacción se mantenga a presiones mayores que una atmósfera, a fin de obtener cuentas que tengan una densidad mayor que la obtenida en presiones de reacción más bajas. Esto es debido a que, si las bolsas de subproductos gaseosas se atrapan dentro de las cuentas, es razonable esperar que procedimientos de reacciones más altos disminuirán el volumen de las bolsas gaseosas y den por resultado un producto más denso. Los tamaños de partículas de las cuentas de resol preparadas de acuerdo a la invención pueden variar dentro de un intervalo amplio como es medido utilizando las técnicas de medición ya descritas, por ejemplo, teniendo un tamaño de partícula medio, o de 50, o de 10 µm hasta 2 mm, o hasta 3 mm, o más, especialmente en aquellos casos en los cuales las cuentas se reciclan, las cuentas se desarrollan típicamente a una velocidad de hasta aproximadamente 200 mieras por paso. Alternativamente, el tamaño de partícula medio puede caer dentro del intervalo de 25 µm a 1,500 µm, o de 50 µim a 1,000 µm, o de 100 µm a 750 µm, o de 250 µm a 500 µm. Con los tamaños de partícula medios precisamente descritos, el espacio podría ser, por ejemplo, de 25 mieras a 750 mieras, o de 50 a 500 mieras, o de 75 mieras a 375 mieras, o de 75 mieras a 200 mieras, o como ya es descrito. La cuentas pueden desarrollarse alternativamente a una velocidad de aproximadamente 25 mieras a aproximadamente 250 mieras, o de 50 mieras a 200 mieras, o de 100 mieras a 200 mieras, en cada caso por paso a través de un medio de reacción. Un intervalo de tamaños de partícula y distribuciones de tamaño de partícula se puede lograr de acuerdo a la invención, y los inventores han encontrado que el uso de cuentas de resol previamente formadas como partículas de semilla permite más control de estas variables que los procesos de la técnica previa. Así, en un aspecto, las cuentas de resol de acuerdo a la invención pueden tener un tamaño de partícula relativamente grande, y una distribución de tamaño de partícula relativamente reducida, cuando se compara a lo que hasta ahora se ha logrado, como ya es descrito. Cuando las cuentas de resol previamente formadas se utilizan como partículas de semilla, el tamaño de las cuentas de resol previamente formadas utilizadas pueden variar dentro de un amplio intervalo o fracción de tamaño dada, y será seleccionado basado sobre los tamaños o fracciones disponibles, así como sobre el tamaño de partícula deseado y la distribución de tamaño de partícula de las cuentas de resol finales. Así, el tamaño de partícula medio o dso, de las cuentas de resol previamente formadas puede ser, por ejemplo, por lo menos aproximadamente 1 µm, o por lo menos 10 µm, o por lo menos 50 o hasta 500 µm, o hasta 1 mm, hasta 1.5 mm, o aun hasta 2 mm o mayor. Alternativamente, el tamaño de partícula medio de las cuentas previamente formadas puede estar en el intervalo de aproximadamente 1 µm a aproximadamente 2 mm, o de 10 µm a 1 ,500 µm, o de 50 µm a 1,000 µm, o de 100 µm a 750 µm, o de 125 µm a 300 µm. El tamaño de partícula adecuado para las plantas de resol previamente formadas será seleccionado basado sobre el tamaño de partícula deseado de la partícula terminada. Similarmente, las cuentas de resol previamente formadas que tienen un intervalo de distribuciones de tamaño de partícula son útiles de acuerdo a la invención, la distribución seleccionada que se basa en partes sobre las fracciones de tamaño disponibles, la necesidad para un tamaño de partícula relativamente uniforme en las cuentas de resol obtenidas, y la evitación de desecho al utilizar cuentas que tienen un intervalo de distribuciones de tamaño de partícula. Así, cuentas de resol previamente formadas que tienen valores de espacio de aproximadamente 25 mieras a aproximadamente 750 mieras se pueden utilizar, o de aproximadamente 50 a aproximadamente 500 mieras, o de aproximadamente 75 mieras a aproximadamente 250 mieras, el espacio que se define en lo anterior como la diferencia entre el tamaño de partícula dgo y el tamaño de partícula dio- En la práctica, en aquellas modalidades en las cuales cuentas previamente formadas van a ser proporcionadas a mezclas de reacción subsecuentes y en las cuales un tamaño de partícula promedio de aproximadamente 300 µm a aproximadamente 425 µim se desea, las cuentas se pueden formar como se describe en cualquier parte en la presente, y luego secar y cribar en fracciones, por ejemplo, cuatro fracciones: aquellas mayores que aproximadamente 425 µm (>425-µm) ; aquellas de aproximadamente 300 µm a aproximadamente 425 µim (>300 <425-µm) ; aquellas de aproximadamente 150 µm a aproximadamente 300 µm (>150 <300-µ?m) ; y aquellas menores que aproximadamente 150 µm (<150-µm) . Mediante este medio, el material <300-µm puede ser reciclado a un lote subsecuente. En el lote subsecuente, el material >300-µm de esta manera puede ser sustancialmente incrementado, dando por resultado una distribución de tamaño más reducida. Sin que se desee ser relacionado por ninguna teoría, parece que las cuentas más pequeñas que se reciclan a la reacción se desarrollan en tamaño, de esta manera incrementando el rendimiento de producto en un intervalo de tamaño 300 - 425 µim. Por medio del uso de cuentas previamente formadas, un rendimiento total de material en el intervalo de tamaño 300 - 425 µim sobre 5 lotes se puede lograr que es similar al rendimiento total del producto menos el rendimiento del material <300-µm inicialmente producido. Los inventores han encontrado que el tamaño de cuenta promedio final es dependiente en parte en el tamaño de las cuentas de resol previamente formadas utilizadas como semillas de reciclado. Así, los procesos de acuerdo a la invención proporcionan la flexibilidad de ajuste al tamaño de cuenta deseado al variar el tamaño de la semilla reciclada que se utiliza. Por ejemplo, los inventores encontraron que el uso de semillas más pequeñas que 150 mieras da por resultado el incremento del rendimiento del producto de 150-350 mieras, mientras que semillas de 150-300 mieras incrementarán el rendimiento de cuentas mayores que 425 mieras. Los inventores han encontrado también que la reactividad de las semillas se afecta si la cuenta se deja curar. Por lo tanto puede ser útil evitar el curado o solamente curado parcial, por ejemplo al calentar, las semillas que van a ser recicladas. Los inventores encontraron que cuando las semillas a ser recicladas se curan en una etapa separada a temperatura elevada, no parecen que se desarrollen en tamaño durante la reacción tanto como las semillas no curadas. Cuando se preparan las cuentas de resol de acuerdo a la invención, el tamaño promedio de las cuentas puede variar como una función de la velocidad de agitación y tipo de agitador utilizado durante la reacción. En general, la agitación rápida da por resultado tamaño de cuenta más pequeño mientras que agitación lenta da por resultado cuentas más grandes. Las velocidades de agitación lentas que utilizan una cuchilla de turbina inclinada convencional o una cuchilla de arco puede dar por resultado la nucleación sobre las paredes del reactor debido al movimiento deficiente, conduciendo a cantidades indeseables de formación de torta y acumulación excesiva sobre las paredes del reactor. Este problema se puede evitar al utilizar un agitador de tipo de ancla que, aun en velocidades lentas, barrerá las paredes del reactor mediante la reacción. Sin embargo, mientras que la velocidad de agitación proporciona algo de control sobre el tamaño promedio de las cuentas, típicamente no proporciona tanto control sobre la distribución de tamaño de partícula. Las cuentas de resol previamente formadas por lo tanto se pueden utilizar de acuerdo a la invención, a fin de proporcionar una medida de control sobre el tamaño de partícula y la distribución de tamaño de partícula. Una variedad de tamaños de partícula y distribuciones de tamaño de partícula se pueden utilizar de acuerdo a la invención conforme las cuentas de resol previamente formadas, como ya es descrito, y el tamaño y la distribución de tamaño se puede seleccionar a fin de lograr el tamaño de partícula deseado y la distribución de tamaño de partícula en las cuentas de resol del producto final en vista de la presente descripción. Aunque las semillas que tienen una variedad de tamaños de partícula y distribuciones de tamaño de partícula se pueden utilizar de acuerdo a la invención, los inventores han encontrado que en algunas aplicaciones, la cantidad de cuentas de reciclado se pueden seleccionar como una función de la relación del área de superficie externa de las cuentas de reciclado a la cantidad de fenol utilizado en la reacción,
El área de superficie externa de las semillas se calculó utilizando el diámetro promedio de las semillas cargadas. Por ejemplo, para una distribución monodispersa de partículas en donde el diámetrq máximo de cualquier partícula es "d", el área de sección transversal máxima (Área) de la partícula tomada a través del plano meridiano de la partícula se puede calcular a partir de la siguiente fórmula:
Área = 7td2 (m2)
La fórmula anterior calcula la superficie de una partícula individual que tiene un tamaño de d. Por ejemplo, si el valor de d fue de 250 mieras, el área de superficie luego sería calculada como:
AP?miele = p{l50.10"06 )2 = 1.964. * 10"07 m
Los inventores han encontrado que, debe ser deseable evitar la formación de una cantidad excesiva de partículas pequeñas (finos), el área de superficie total de las cuentas recicladas proporcionadas (en m2) puede deseablemente ser, por ejemplo, por lo menos cinco veces mayor que, o por lo menos seis veces mayor que, o por lo menos siete u ocho veces mayor que la cantidad de fenol (en kg) . Los inventores han encontrado que, si la relación es menor que aproximadamente ocho, por ejemplo, existe sustancialmente más nucleación de nuevas partículas que el desarrollo de partículas existentes. La relación en número de más partículas generadas durante la reacción (de la nucleación) se grafican contra el área de superficie de las cuentas recicladas cargadas a la masa unitaria por reacción del fenol cargado. Cuando el área de superficie de las semillas es menor que aproximadamente 5 m2 por kg de fenol, el número de nuevas partículas puede incrementarse notablemente. Estas nuevas partículas serán principalmente pequeñas y presentes como polvo fino, indeseable. Así, si es deseable asegurar que el crecimiento de las semillas iniciales se promueva en el recipiente y la nucleación de materiales particulados finos se suprima, semillas suficientes del tamaño apropiado se pueden cargar al reactor tal que el área de superficie (en m2) de las semillas adicionadas a las reacciones por lo menos 5 veces la cantidad de fenol adicionado al recipiente (en kg) . Estas dos medidas: formación de semilla con el tamaño de partícula deseado, y proporcionar suficiente área de superficie, puede producir un producto que tiene una proporción más grande de producto en un intervalo de tamaño deseado. La historia de temperatura de las cuentas previamente formadas utilizadas como semillas puede ser significante, a fin de asegurar que la superficie de las cuentas permanezca activa. Por ejemplo, una etapa de curado limitada implementada en el final de cada reacción en lotes a una temperatura de aproximadamente 90°C durarte 45 minutos será típicamente suficiente cuando las cuentas van a ser recicladas. Los inventores encontraron que si se tratan en agua a una temperatura de 100°C, la superficie de las cuentas se desactivará evidentemente, haciendo difícil para ellas funcionar como semillas a desarrollar cuentas más grandes. Así, en un aspecto, las cuentas de resol de acuerdo a la invención pueden tener un tamaño de partícula relativamente grande, una distribución de tamaño de partícula relativamente reducida, cuando se comparan a las que hasta ahora han sido logradas. Por ejemplo, cuando las partículas que tienen un intervalo de tamaño de aproximadamente 425 a aproximadamente 600 um son deseadas, las partículas más pequeñas que 425 um se pueden considerar adecuadas para el uso como semillas a ser recicladas para lotes sucesivos. Sin embargo, las partículas en el intervalo de tamaño de 150 a 300 um pueden ser más deseables para el uso como semillas, ya que pueden dar un rendimiento de producto de 60 a 80% en el intervalo de tamaño deseado (425 a 600 um) durante un lote dado. El otro 20 a 40% del rendimiento está presente como cuentas arriba de (> 600 um) o de menor tamaño (< 425 um) . Los inventores esperan que algo de las cuentas de menor tamaño se formen como resultado de la nucleación que ha ocurrido durante la formación del lote, y que alguna de las cuentas de menor tamaño sean las semillas originales que no se han desarrollado a tamaños que exceden 425 um. Las cuentas de mayor tamaño son probablemente resultado de las partículas de semillas que crecen a tamaños más grandes que 600 um. Así, la cantidad de cuentas de menor o mayor tamaño producida puede ser una función de varios factores tales como velocidad de nucleación, la actividad de las cuentas, y el rendimiento del proceso . Cuando estas partículas relativamente grandes se desean, las partículas en los intervalos de tamaño de 1 a 150 um podrían ser bien consideradas muy finas para el uso como semillas. Ellas dan por resultado un rendimiento pequeño de partículas de amaño de producto. Partículas en el intervalo de tamaño de 300 a 425 um también se consideran menos adecuadas, ya que típicamente producirán partículas más grandes que 600 um y no dan el rendimiento requerido del producto. Debido a que una distribución relativamente amplia de partículas se produce a partir de cada lote, puede no ser práctico seleccionar una distribución extremadamente reducida como partículas de semillas y que todavía tengan material en la clase de tamaño de 150 a 300 um para actuar como semilla. Por esta razón, 'una distribución semillas se selecciona típicamente a semilla en cada lote. Así, en la práctica, una cantidad de semillas relativamente monodispersas se puede adicionar a cada lote de reacción para actuar como sitios para el crecimiento de un lecho de resina fenólica. El área de superficie de las semillas se puede utilizar para determinar una cantidad adecuada de semillas a ser utilizada por ejemplo, para cada kg de fenol cargado al reactor de lotes, el área de superficie, de las semillas, (en m2) puede ser, por ejemplo, por lo menos 5 veces el peso del fenol (en kg) cargado al reactor, o por lo menos' 6 veces el peso, o por lo menos 7 veces el peso de fenol utilizado, calculado como ya descrito. Cuando las cuentas de resol previamente formadas se utilizan como semillas para preparar las cuentas de resol de la invención, las siguientes etapas se pueden utilizar, por ejemplo, para producir las cuentas de resol: a) Cargar a una mezcla de reacción todo o una parte de un fenol un aldehido tal como formaldehído, y una base tal como amoníaco (por ejemplo como hidróxido de amonio o hexametilentetramina) a un medio acuoso agitado que contiene estabilizador coloidal y opcionalmente un surfactante. b) Cargar una cantidad de cuentas de resol previamente formadas a la mezcla de reacción que tienen funcionalidad de superficie reactivo con uno o más del fenol o monómeros de formaldehído. La cantidad de semillas utilizadas puede ser suficiente. Por ejemplo, para proporcionar una superficie que excede 5 m2 por kg de fenol adicionado . c) Calentar la mezcla de reacción a una temperatura de aproximadamente 75° a 30 a aproximadamente -85°C y adicionar cualquiera de los reactivos restantes (fenol, formaldehído, amoníaco) al recipiente en el modo de semi-lotes durante el curso de la reacción. d) Contener la mezcla de reacción a esa temperatura durante aproximadamente 5 horas o más. e) Calentar la mezcla de reacción a aproximadamente 90°C durante aproximadamente 45 minutos, f) Enfriar la mezcla de reacción a entre aproximadamente 10°C a aproximadamente 50°C y separar las cuentas de resol resultantes de líquido en la mezcla de reacción. Tiempos y temperaturas alternativas se pueden utilizar como es descrito en cualquier lugar en la presente. Típicamente, con cada paso a través del proceso, si una partícula esta presente que se origine de una cuenta previamente formada proporcionada o de una fuente de partícula de resol, más producto de reacción se deposita sobre la superficie. Así, una partícula se incrementa en tamaño cada vez que pasa a través del proceso. Los inventores han encontrado que durante una reacción típica conducida de acuerdo a la invención, un tamaño de partícula puede incrementarse, por ejemplo, por aproximadamente 100 a 200 µm, o como ya es descrito. Los procesos de acuerdo a la invención se pueden llevar a cabo a manera de lotes, en los cuales todos los reactivos se proporcionan a la mezcla de reacción conjuntamente. Alternativamente, los procesos se pueden llevar a cabo utilizando varias adiciones en semi-lotes como se describe adicionalmente en la presente. Sin que se desee ser relacionado a ninguna teoría particular, la siguiente discusión expone el mecanismo por el cual las cuentas de resol de la invención parecen que se forman . La reacción de condensación de un aldehido tal como formaldehído con un fenol en la presencia de una base como catalizador en un medio ambiente acuosa agitado a temperaturas elevadas, por ejemplo por lo menos 60°C, conduce a la formación de una mezcla de dos fases, la fase acuosa que contiene formaldehído no reaccionado, fenol, amoníaco y alcoholes de orden más bajo, la segunda fase que contiene especies poliméricas no reticuladas, de orden más alto formadas como un resultado de la reacción de condensación de resol. Los compuestos de resol se aceitan de la solución debido a su peso molecular alto. Al utilizar un estabilizador coloidal, la fase aceitosa forma cuentas de material polimérico que se suspenden en el recipiente agitado como gotitas discretas. A través del curso del tiempo, la acción del reticulación del formaldehído que se difunde en las gotitas líquidas causa un incremento adicional en el peso molecular del polímero. El incremento en el peso molecular conduce a la solidificación de las gotitas de aceite para formar cuentas de resol que se pueden filtrar, lavar y recuperar para el uso como un material polimérico seco. El estabilizador coloidal y el surfactante opcional pueden estar presentes en la mezcla de reacción desde el inicio de la condensación del fenol/aldehido, o sino la reacción de condensación se puede conducir a la etapa en que una resina de viscosidad baja se produce, el estabilizador coloidal y el surfactante después se adicionan con más agua si es necesario. Agua suficiente típicamente será proporcionada tal que una inversión de fase toma lugar, produciendo una dispersión de resina en agua, con agua que es la fase continua. Las concentraciones de sólidos de resol pueden variar dentro de un amplio intervalo, puesto que la cantidad de agua no es crítica, con un contenido de sólidos típicos hasta aproximadamente 40 o 50 por ciento en peso, basados sobre el peso retenido en los sólidos en el secado. Una dispersión adecuada de la resina en agua durante las etapas tempranas del proceso se logra al aplicar agitación al medio acuoso, el uso de un agitador que es una manera conveniente para proporcionar la agitación necesaria en procesos de lotes y semi-continuo, en tales dispositivos como dispositivos mezcladores en línea que son adecuados para procesos continuos. Las cuentas de resol formadas son sustancialmente insolubles en agua, las resinas que tienen típicamente un peso molecular promedio en peso de por lo menos aproximadamente 4 aproximadamente 300, o por lo menos 400, o por lo menos 500, o hasta aproximadamente 2,000, o hasta 2,500, o hasta 3,000 o más. Por supuesto, puede ser difícil como una materia de práctica determina el peso molecular cuando una cantidad significante de reticulación ha tomado lugar. Dependiendo del uso final propuesto, puede ser deseable someter el resol a temperatura elevada durante un período controlado de tiempo, opcionalmente con una etapa de neutralización de intervención. Mientras que los inventores han encontrado que los procesos en lotes dan por resultado cuentas servibles, los inventores han encontrado que, en algunos casos, varias adiciones de semi-lotes de reactivos pueden dar por resultado un rendimiento más alto del tamaño de partícula deseado y la distribución de tamaño de partícula. Alternativamente, los procesos continuos pueden proporcionar ciertas ventajas tales como rendimiento incrementado en uniformidad de producto obtenida . De acuerdo a aspectos adicionales de la invención, varios modos de semi-lotes y de etapas de operación se pueden utilizar, por ejemplo, a fin de mejorar rendimiento o la distribución de tamaño de partícula obtenido, tal como para incrementar la cantidad de partículas deseadas (>425 um) o para disminuir el número de partículas finas indeseadas (<150 um) hechas durante la reacción del resol. A manera de ejemplo, las siguientes estrategias se pueden utilizar para producir ventajas ya sea en el rendimiento del producto o la calidad del producto (tamaño) , o ambos : (i) En lugar de adicionar todos los reactivos al reactor en el modo de lotes, algo o todo del fenol, surfactante, estabilizador coloidal, partículas de semillas, y solo una porción de la base y aldehido se pueden adicionar al reactor en el inicio de la reacción, y el aldehido restante y la base adicionada en el modo de semi-lotes durante un período, por ejemplo, de 45 minutos. Esa estrategia puede minimizar la generación de finos y maximizar la distribución de tamaño medio como es medido al cribar el producto seco. (ii) En procesos similares a aquellos anteriores en (i), las reacciones se pueden conducir en etapas. En tales procesos, talvez un cuarto de todos los reactivos se carga al reactor con aproximadamente la mitad del aldehido y la base que se adicionan en el modo de semi-lotes. La reacción se deja proceder durante dos horas, antes talvez de un cuarto adicional de los ingredientes se adiciona al reactor de la misma manera como la primera carga al recipiente con la mitad del aldehido y la base que se adicionan en modo de semi-lotes. Las dos cargas restantes de materiales se pueden adicionar en intervalos de 2 horas adicionales al reactor de la misma manera. Las partículas de semillas se adicionan durante la primera carga, la cantidad adicionada que corresponde a la cantidad de fenol adicionado en el primer cuarto de carga, como ya es descrito. Este tipo de estrategia representa una formación de etapa del proceso a fin de desarrollar una cantidad más pequeña de semillas a un tamaño más grande, y sería útil, por ejemplo, cuando solo una pequeña cantidad de semillas es disponible para el uso. (iii) En modalidades adicionales, similar a aquellas descritas en (i) anteriormente, una carga adicional de una base, tal como amoníaco, se hace, por ejemplo aproximadamente 2 horas después de toda la base inicial se ha adicionado al recipiente. La base se adiciona al recipiente en el modo de semi-lotes y la cantidad utilizada puede ser aproximadamente la misma como se cargó originalmente al reactor. Así, en un aspecto, la invención se relaciona a procesos para producir cuentas de resol, los procesos que incluyen una etapa de proporcionar un fenol, una porción de un aldehido, y una porción de una base como catalizador a una mezcla de reacción que es un medio acuoso agitado que incluye un estabilizador coloidal, opcionalmente un surfactante, y cuentas de resol previamente formadas; hacer reaccionar durante un período de tiempo y a una temperatura suficiente para producir una dispersión acuosa de cuentas de resol; y después adicionar una porción restante de la base y el aldehido durante un período de tiempo, tal como aproximadamente 45 minutos. Las cuentas de resol previamente formadas se pueden obtener, por ejemplo, como cuentas de resol de menor tamaño producidas en un lote previo, o en el caso de un proceso continuo o semi-continuo, como cuentas recicladas obtenidas en cualquier punto temprano en el proceso . En todavía otro aspecto, la invención se relaciona a procesos para producir cuentas de resol, los procesos que incluyen una etapa de proporcionar una porción de un fenol, una porción de un- aldehido, y una porción de una base como catalizador a una mezcla de reacción que es un medio acuoso agitado que incluye un estabilizador coloidal, opcionalmente un surfactante, y cuentas de resol previamente formadas; hacerlas reaccionar durante un período de tiempo y a una temperatura suficiente para producir una dispersión acuosa en cuentas de resol, por ejemplo hasta aproximadamente dos horas; después una porción adicional del fenol, una porción adicional del aldehido, y una porción adicional de una base como catalizador se adicionan a la mezcla de reacción y se hacen reaccionar, por ejemplo durante dos horas adicionales; y después adicionar cualquier porción restante del fenol, el aldehido, y la base durante un período de tiempo y a una temperatura suficiente para obtener las cuentas de resol deseadas. Las cuentas de resol previamente formadas se pueden obtener, por ejemplo, como cuentas de resol de menor tamaño producidas en un lote previo, o en el caso de un proceso continuo o semi-continuo, como cuentas recicladas obtenidas en cualquier punto temprano en el proceso. En todavía otro aspecto, los procesos de la invención se pueden llevar a cabo como ya es descrito, con una porción adicional de una base adicionada después de que los reactivos han comenzado a reaccionar, o aun cuando la reacción es de otra manera completada sustancialmente, la base que es la misma como o diferente de aquella ya adicionada a la mezcla de reacción como catalizador para la reacción . Será fácilmente apreciado que cualquiera de los procesos descritos en la presente se pueden modificar como ya es descrito, tal como al cargar solo una porción de un fenol, un aldehido, tal como formaldehído, y una base tal como amoníaco (por ejemplo como hidróxido de amonio o hexametilen-tetramina) a un medio acuoso agitado que contiene un estabilizador coloidal y opcionalmente un surfactante, cargar una cantidad de partículas de semilla, y después hacer reaccionar durante un tiempo, adicionar cualquier porción resultante del fenol, formaldehído, o amoníaco al recipiente en el modo de semi-lotes durante el curso adicional de la reacción . En aspectos adicionales, los procesos mediante los cuales las cuentas de resol se forman pueden ser procesos continuos. Así, en varios aspectos, los procesos continuos se idean de acuerdo a cualquiera de lo siguiente.
Un recipiente que contiene un dispositivo de agitación y que opera a una temperatura, por ejemplo, de aproximadamente 75°C a aproximadamente 85°C, se proporciona con cuatro corrientes de alimentación continua. En una corriente, una mezcla de fenol y agua se alimentan al recipiente. La cantidad de fenol y agua cargados puede comprender la cantidad total de estos dos compuestos cargados al proceso. Una segunda corriente comprende una mezcla de formaldehído y amoníaco. La cantidad de cada uno corresponde la cantidad de la corriente de fenol/agua. La cantidad de formaldehído y amoníaco cargados al primer reactor comprende de aproximadamente 10% a 100% de la cantidad total de formaldehído y amoníaco cargados al proceso. La cantidad de amoníaco y formaldehído cargados al reactor puede ser independiente entre sí. Una tercera corriente de alimentación comprende un agente coloidal tal como carboximetilcelulosa de sodio soluble, agua, y opcionalmente un surfactante tal como dodeciisulfato de sodio. Una cuarta corriente de alimentación comprende partículas de semilla. La velocidad de la cuarta corriente puede ser tal que la velocidad de área (en m2/seg) se carga al reactor proporcional a la velocidad de masa del fenol que se carga (en kg/s) . La relación de estas dos cantidades puede ser, por ejemplo, igual a o mayor que 4 m2 del área de superficie de semilla por kg de fenol cargado. Las corrientes precisamente descritas se mezclan en el reactor para facilitar el crecimiento de las partículas de resol. El tiempo de residencia en este primer reactor puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 3 horas. El producto de este reactor luego se puede alimentar a un segundo reactor también mantenido a una temperatura de aproximadamente 75°C a aproximadamente 85°C. Cualquier formaldehído y amoníaco restantes no cargados en el primer reactor se cargan a este segundo reactor en forma continua. El tiempo de residencia del segundo reactor puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 1 a aproximadamente 3 horas. La suspensión de producto del segundo reactor luego se puede bombear a un tercer reactor que opera a 90°C. Ninguna de las corrientes de alimentación necesita ser alimentada a este recipiente. El tiempo de residencia puede ser, por ejemplo de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 2 horas. La corriente de producto del tercer reactor luego se puede bombear a un cuarto reactor que opera a 25°C. El tiempo de residencia suficiente se proporciona en este recipiente para enfriar todo de la corriente de alimentación abajo de aproximadamente 40°C. El producto de este recipiente se alimenta a un dispositivo de separación de sólido-líquido a fin de recuperar la fracción de sólidos. Una sección de la separación de sólido-líquido se puede utilizar para el lavado de la fracción de sólidos y otra sección se utiliza para secar los sólidos al utilizar una corriente de gas caliente para remover la humedad de adhesión. En una modalidad adicional, los reactivos se adicionan a un reactor en lotes para formar una mezcla de reacción acuosa que es agitada. Aproximadamente cuatro quintos del formaldehído y el amoníaco se pueden retener para hacer adicionados a un punto posterior en el modo de semilotes. El reactor en lotes con los contenidos luego se puede calentar a una temperatura de aproximadamente 75°C a aproximadamente 85 °C. Después de que el reactor en lotes alcanza la temperatura de operación, la solución de formaldehído resultante y amoníaco luego se pueden adicionar al recipiente en modo de semi-lotes por ejemplo durante un período de 45 minutos o más. La mezcla se puede mantener a esta temperatura durante 5 horas o más. La mezclase calienta después a aproximadamente 90°C durante aproximadamente 45 minutos. La mezcla se enfría después a una temperatura de aproximadamente 10°C a aproximadamente 50°C y los sólidos separados forman el líquido mediante la filtración. Variaciones adicionales de lo procesos descritos incluyen aquellas en las cuales dos o más de las corrientes de alimentación en un proceso continuo se combinan previo a ser adicionadas al medio de reacción. El mezclado o agitación se puede lograr, por ejemplo, mediante un agitador de rotación dentro del recipiente, mediante flujo inducido por circulación externa o interna, mediante flujo co-corriente o contracorriente proporcionado en o a los recipientes de reacción, o mediante el flujo del medio de reacción que pasa los dispositivos de mezclado estacionarios (mezcladores estáticos) . El número de los recipientes se puede variar de uno a varios recipientes para variar la naturaleza del mezclado de totalmente retromezclado a la aproximación del flujo tapón, limitado por la practicabilidad y economía de proporcionar múltiples recipientes. Además, las temperaturas de uno o múltiples recipientes se pueden variar para ajustar las velocidades de reacción o la temperatura de descarga de la suspensión. Alternativamente, un proceso continuo se puede utilizar en el cual las cuentas de resol arriba de un tamaño de partícula mínimo se recuperan del medio de reactor, y las cuentas de resol abajo de un tamaño de partícula mínimo se retienen o reciclan al medio de reacción. Así, en todavía otro aspecto, la invención se relaciona a procesos para producir cuentas de resol, los procesos que incluyen: a) hacer reaccionar un fenol con un aldehido en la presencia de una base como catalizador, en un medio acuoso agitado que incluye un estabilizador coloidal, y opcionalmente un surfactante, por un período de tiempo y a una temperatura suficiente para producir una dispersión acuosa de cuentas de resol;
b) recuperar las cuentas de resol insolubles en agua arriba de un tamaño de partícula mínimo de la dispersión acuosa mediante cualquier medio; y c) retener o reciclar las cuentas abajo del tamaño de partícula mínimo en o a la dispersión acuosa de las cuentas de resol. En todavía otro aspecto, la invención se relaciona a procesos para producir cuentas de resol, los procesos que incluyen: a) hacer reaccionar un fenol con un aldehido en la presencia de una base como catalizador, en un medio acuoso agitado que incluye un estabilizador coloidal, y opcionalmente un surfactante, durante un período de tiempo y a una temperatura suficiente para producir una dispersión acuosa de cuentas de resol; b) recuperar las cuentas de resol insolubles en agua arriba de un tamaño de partícula mínimo de la dispersión acuosa mediante cualquier medio; y c) retener o reciclar las cuentas dentro de un intervalo de tamaño de partícula deseado en o en la dispersión acuosa de las cuentas de resol. Varias configuraciones para la separación de sólido-líquido de cualquiera de los procesos continuos anteriores, o recuperación de las cuentas arriba de un tamaño de partícula mínimo, son posibles, por ejemplo, en donde los sólidos se fraccionan de acuerdo al tamaño antes de ser separados del líquido de la mezcla de reacción. El fraccionamiento se puede lograr mediante el uso de dispositivos integrales a uno de los recipientes o en un dispositivo separado. Tal separación de tamaño se puede lograr mediante varios métodos, tales como mediante el uso de una abertura física fija, tal como una criba, ranuras o agujeros en una placa, mediante los cuales algunos sólidos pasan y otros se retienen de acuerdo a su habilidad para pasar a través del orificio. Alternativamente, la gravedad se puede utilizar, con o sin flujo líquido de contra corriente, tal como en un tanque de asentamiento, o una columna de elutriación. Como una alternativa adicional, se puede utilizar fuerza centrífuga, tal como aquella proporcionada por un hidrociclón o una centrífuga. Las técnicas de separación precisamente descritas se pueden repetir sobre la suspensión liquida para crear múltiples corrientes de sólidos fraccionados por clases de tamaño. Los sólidos pueden o no pueden requerir lavado y secado, de acuerdo al uso propuesto de las cuentas. Métodos alternativos para proporcionar partículas de semilla, en aquellos casos donde las partículas de semilla se proporcionan, incluyen aquellos en los cuales las semillas secas se alimentan en el primer recipiente mediante el uso de un dispositivo regulador mecánico. Alternativamente, las semillas se pueden alimentar como una suspensión, con o sin combinación con todo o parte de una de las tres corrientes de líquido en la descripción anterior. Las semillas se pueden reciclar del proceso continuo de operación mediante uno de los procesos de separación o fraccionamiento de sólido-líquido descrito en lo anterior, o la semilla se puede generar en un proceso separado. Por su puesto, si el fraccionamiento de tamaño de las partículas sólidas se realiza dentro del recipiente de reacción, las partículas de menor tamaño se pueden retener y sirven como partícula de semilla, tal que una corriente de alimentación externa continua de semillas no es requerida. En ese evento, las partículas de tamaño más grandes se separan de la mezcla de reacción y los tamaños más pequeños retenidos sirven como semillas durante el proceso continuo en el cual los reactivos se adicionan continuamente. En todavía otro aspecto, la invención se relaciona a procesos junto a las líneas ya descritas, donde la cantidad de metanol proporcionado a la mezcla de reacción se limita. El formaldehído se proporciona típicamente como una solución al 37% de para-formaldehído en agua y alcohol y es llamado formalina. El alcohol es usualmente metanol y está presente en un promedio de concentración de aproximadamente 6-14% basado sobre la muestra de formaldehído. El metanol es un buen so.lvente para el para-formaldehído y actúa para mantener al para-formaldehído de precipitarse de la solución. La formalina puede así ser almacenada y procesada a bajas temperaturas (<23°C) sin el para-formaldehído que se precipita de la solución. Sin embargo, los inventores han encontrado que el uso de soluciones de formalina con mucho menos metanol que se utiliza típicamente formaldehído suministrador de manera adecuada a la reacción y que estas soluciones tienen ventajas del rendimiento del punto de vista de partículas más grandes. Así, de acuerdo a este aspecto de la invención, una reacción en lotes se puede conducir utilizando agua, un fenol tal como fenol, una base tal como amoníaco como catalizador, un estabilizador coloidal tal como carboximetil celulosa, un surfactante opcional tal como dodecil sulfonato de sodio o el similar, y el formaldehído en la forma de una solución de agua/metanol . Una cantidad de cuentas de resol previamente formadas en el intervalo de tamaño de 150 a 300 um se puede adicionar adecuadamente al lote. La cantidad de semillas adicionadas puede ser tal que, por ejemplo, su área de superficie neutra es de aproximadamente 5.79 m2 por kg del fenol adicionado al lote. Esto asegurará que el crecimiento sea un mecanismo dominante en la formación de cuentas durante el lote. A cada lote, una cantidad de metanol también se puede adicionar, pero recordar que la cantidad de metano se limita.
Las siguientes etapas luego se pueden utilizar, por ejemplo para formar un producto de cuenta de resina sólida: a) los reactivos anteriores se adicionan a un reactor de lotes para formar una mezcla de reacción acuosa que se agita. Aproximadamente cuatro quintos de el formaldehído y todo el amoníaco se pueden retener para ser adicionados a un punto posterior en el modo de semi-lotes. b) El reactor en lotes con los contenidos luego se puede calentar a 75 a 85°C. c) Después de que el reactor de lotes alcanza la temperatura de operación, la solución de formaldehído restante y amoníaco luego se pueden adicionar al recipiente en el modo de semi-lotes por ejemplo durante un período de 45 minutos o más. d) La mezcla se mantiene a su temperatura por lo menos 5 horas. e) La mezcla se calienta después a 90°C durante 45 minutos . f) La mezcla se enfría después a entre 10 y 50°C y los sólidos separados forman el líquido mediante filtración. La cantidad de metanol contenido en la formalina utilizada así puede variar. A fin de estabilizar el formaldehído en solución, una concentración de metanol tan baja como 0.50% se puede utilizar, pero puede ser tan alta como 13% o más. En niveles bajos de metanol, la solución puede llegar a ser inestable y el formaldehído se puede precipitar de la solución, particularmente en temperaturas mas bajas (<30°C), donde el formaldehído es menos soluble que la mezcla de agua-metanol . La concentración del metanol así puede estar presente hasta aproximadamente 0.50% o más, o hasta aproximadamente 2% o más, o hasta aproximadamente 7%, o hasta 13% o más, o de 0 a 5%, o de 0.50% hasta 13%, en cada caso con respecto a la concentración del metanol en la solución de formalina. Las cuentas de resol así obtenidas se puede utilizar para una variedad de propósitos por ejemplo, al curar, carbonizar, y activar el material a fin de que pueda ser utilizado como un adsorbente. Tanto el curado térmico previo a la carbonización como la activación después de la carbonización se pueden lograr íntegros con la carbonización, si los parámetros de procesamiento de activación apropiados están presentes durante la carbonización, tal como una atmósfera gaseosa que se selecciona que es adecuada para lograr todos los tres de esos objetivos, como se describe adicionalmente en seguida, o sino el curado, carbonización, y activación se pueden lograr en dos o más etapas discretas. En aquellos casos en los que la pegajosidad de las partículas entre sí es aceptable, una etapa de curado térmico discreto se puede omitir completamente. La obtención del tamaño de partícula apropiado del producto carbonizado puede ser importante al obtener las propiedades de transporte y adsorción deseadas, y en aquellos casos, idealmente, en los cuales un rendimiento alto de las partículas de cuentas de resol de mayor tamaño se desea, por ejemplo mayor que 425 um, muy pocos finos se obtienen o se retienen que son menores que 150 um. El calentamiento de las cuentas de resol tales como aquellas ya descritas pueden generar cuentas carbonizadas que tienen substancialmente la misma forma como el objetivo original, pero con una densidad más alta. Así, en la carbonización y activación, una cuenta de resol producirá una cuenta de carbón activado de forma substancialmente similar pero típicamente con un diámetro más pequeño que la resina de partida . Durante el curado y la carbonización de las cuentas de resol, la pegajosidad y aglomeración de las partículas puede ocurrir con conforme la temperatura se incrementa. Esto es un agravamiento en el trabajo experimental, y representa un impedimento serio para la mejora exitosa de un proceso de horno rotatorio. Durante un experimento de curado con cuentas de resina producidas mediante un proceso de resol, las cuentas comenzaron a pegarse entre sí a las paredes del reactor conforme se calentaron a 71°C. En experimentos subsecuentes para caracterizar tradicionalmente esté fenómeno en un reactor de cuarzo de balanceo, se observó que las cuentas se pegaron conjuntamente en una sola masa a la pared interior del recipiente. Las cuentas permanecieron similares hasta que una temperatura de 425-450°C se alcanzó, correspondiendo a la región de temperatura durante la carbonización donde la desvolatilización significante ocurre. En esté punto, las aglomeraciones se rompen de la pared del recipiente. La agitación subsecuente en el recipiente de rotación rompe muchas de las aglomeraciones en sus cuentas constituyentes, pero las aglomeraciones permanecieron en el producto final aun después de horas de procesamiento adicional . Aunque está pegajosidad y aglomeración no puede ser un problema mayor en las operaciones en lotes, puede ser un serio problema en un horno ascendente. Para la eficiencia, estos procesos típicamente corren continuamente. Sólidos de temperatura baja se alimentan en un extremo del horno y progresan primero a través de una zona de calentamiento y subsecuentemente en una sección de temperatura alta donde la carbonización se completa. Por ejemplo, la región 70-450°C podría ser confinada a una zona especial en el reactor. Si las cuentas se pegan entre sí y a las partes internas del reactor en esta sección, podría ser difícil pasar materiales a través del recipiente. El reactor podría aún llegar a ser totalmente taponado por la masa de resina aglomerada, requiriendo un paro y limpieza del equipo.
Sin que se desee ser relacionado por ninguna teoría, parece que esta pegajosidad o aglomeración resulta de la formación de puentes entre las partículas durante el calentamiento, con el material que forman los puentes que vienen de las partículas por sí mismas. El análisis GC de espacio de cabeza de las cuentas de resol no curadas indica la presencia de fenol y formaldehído residual. Así, métodos para reducir la cantidad de fenol y formaldehído para prevenir está aglomeración que ocurra se pueden realizar de tal manera que la formación de puentes mediante las reacciones de curado se previenen durante el proceso de remoción del fenol y formaldehído. Así, en otro aspecto, la invención se relaciona al procesamiento térmico controlado conducido bajo condiciones mediante las cuales las partículas de resina están en movimiento. Esté procesamiento técnico es suficiente para crear una cantidad suficiente de reticulación tal que la superficie de las cuentas es menos reactiva, reduciendo la pegajosidad y aglomeración conjuntamente de la cuentas durante la carbonización. En un aspecto, las cuentas de resol se pueden agitar en un líquido tal como agua y calentar a temperaturas de curado, por ejemplo de aproximadamente 95°C, o por lo menos a aproximadamente 85°C, o por lo menos a aproximadamente 90°C, o de aproximadamente 85°C a aproximadamente 95 °C, o de aproximadamente 88 °C a aproximadamente 98 °C. Típicamente, el líquido será diferente de aquel en el cual la reacción se llevó a cabo, y en realidad, los inventores han encontrado que el curado térmico de acuerdo a la invención cuando se llevó a cabo en el medio de reacción da por resultado cuentas que pueden tender a adherirse entre sí, indicando que el curado propuesto no ha sido logrado satisfactoriamente. En otro aspecto, las cuentas de resol se agitan, como ya es descrito, en la presencia de vapor. En todavía otro aspecto, las cuentas de resol se agitan y se secan, como ya es descrito, en un secador de vacío . En todavía un aspecto adicional, las cuentas de resol se agitan y se calientan, como ya es descrito, en un gas inerte. De acuerdo a lo anterior, las cuentas de resol son menos propensas a pegarse y aglomerarse o fusionarse conjuntamente durante el curado y carbonización adicional, puesto que se tratan o se curan parcialmente mientras están en movimiento. Las partículas se ajustan típicamente en movimiento o agitación antes de que el proceso de calentamiento se inicie. El recipiente que contiene las partículas se puede ajustar el movimiento tal como mediante rotación o agitación.
Alternativamente, el recipiente puede ser estacionario y las partículas se pueden ajustar en movimiento mediante un dispositivo mecánico interno de movimiento tal como un agitador, o mediante la acción de un fluido de movimiento, ya sea un líquido o un gas. Si el fluido es un gas, el proceso se puede operar como un lecho fluidizado. Nitrógeno, aire, y vapor todos son gases satisfactorios. Los gases tales como gas natural se pueden utilizar con la condición de que no degraden significantemente de manera química la resina. Una variedad de gases inertes talvez adecuados se utilizan, el término inerte se propone para describir un gas que se puede proporcionar que no degrade químicamente o de otra manera altere o afecte adversamente las propiedades deseadas de las partículas. Similarmente fluidos líquidos no deben dañar significantemente de manera química la resina. El agua es un ejemplo de un fluido líquido adecuado. Si el fluido es un líquido, las partículas se pueden ajustar en movimiento al agitar, sacudir o de otra manera mover el líquido, al hervir el líquido o mediante una combinación de agitación, sacudimiento de otra manera movimie?to y ebullición. La intensidad mecánica del movimiento es suficiente mientras que la pegajosidad de las partículas no ocurra durante el proceso de calentamiento. Las presiones en las cuales el proceso se puede llevar a cabo pueden variar ampliamente dependiendo del medio de fluido utilizado. Si no se utiliza fluido, la presión puede ser en vacío, tal que los reactivos volátiles se pueden remover fácilmente. Si los fluidos líquidos se utilizan, la presión puede estar arriba sobre una atmósfera, si tales condiciones son necesarias o útiles a fin de lograr la temperatura deseada. De otra manera, la presión atmosférica es generalmente satisfactoria para el gas o fluidos líquidos. El proceso se opera generalmente de temperatura de partida ambiental (20-25°C) a aproximadamente 90-110°C de temperatura de acabado. Temperaturas más altas son posibles, pero el curado de la resina se acelera conforme la temperatura se incrementa adicionalmente. El curado parcial o extensivo de la resina no afecta significantemente la cantidad del producto producido en la reacción de carbonización. Normalmente, la temperatura se incrementa de ambiente a la temperatura más alta a una velocidad que permite la remoción del fenol y formaldehído no reaccionados de las partículas en movimiento sin que las partículas se peguen conjuntamente. Resultados satisfactorios se han obtenido fluidizando las partículas en nitrógeno e incrementando la temperatura de ambiente a 105°C en 80 minutos y manteniendo a 105°C durante 60 minutos. Treinta minutos en agua de reflujo agitada también proporciona resultados satisfactorios. Cuando el agua liquida es el fluido, el volumen del agua no es crítico con la condición de que el movimiento eficiente se logre. Las partículas tratadas con fluidos líquidos pueden requerir una etapa de lavado subsecuente para remover completamente el fenol y el formaldehído disueltos. Las cuentas de resol producidas de acuerdo a la invención se pueden utilizar en una variedad de maneras, por ejemplo mediante curado, carbonización, y activación para obtener cuentas de carbón activado. Las cuentas de resol se pueden curar tal como es descrito, la cantidad de curado obtenida que varía dependiendo sobre la temperatura del tratamiento, el medio en el cual las cuentas se curan, y la duración del tratamiento. Las cuentas de resol precipitadas de acuerdo a la invención tienen algún grado de ramificación y reticulación parcial. El calentamiento de estás cuentas de resol precipitadas a bajas temperaturas, por ejemplo de aproximadamente 95°C a aproximadamente 115°C, inducen típicamente un curado parcial. Sin embargo, el calentamiento rápido de las cuentas de resol de formaldehído fenol de temperatura ambiente a través de la región de curado parcial precisamente descrita, por ejemplo a 95-115°C en menos de 20 minutos en un gas inerte, puede causar a las cuentas pegarse conjuntamente para formar una masa fusionada con las cuentas unidas donde se tocan. Está pegajosidad conjuntamente puede ser aceptable o aun deseable en aquellos casos en los cuales cuentas discretas no se desean, tal como en la formación de un monolito de resol, pero es una desventaja distinta donde la esfericidad y un tamaño de partícula relativamente uniforme se desean. Como ya es descrito, los inventores han encontrado que un curado parcial puede incrementar la temperatura de transición vitrea de menor que aproximadamente 50°C a mayor que aproximadamente 90°C. Si el curado parcial se realiza bajo condiciones de agitación suficientes para mantener las partículas en movimiento con respecto de una a la otra, la pegajosidad de cuentas se puede eliminar. Así, en un aspecto, la presente invención se relaciona a procesamiento térmico de cuentas de resol tal que las cuentas están en movimiento, a fin de prevenir la pegajosidad subsecuente de las cuentas durante cualquier procesamiento adicional. La velocidad de calentamiento y el tiempo de la temperatura de curado parcial pueden variar dependiendo de las propiedades del resol de partida y el medio de calentamiento utilizado. Las cuentas se pueden curar totalmente y carbonizar sin la etapa de curado parcial separada ya descrita, pero, puesto que las cuentas probablemente se pegarán conjuntamente, pueden necesitar ser separadas mecánicamente de una masa que puede ser difícil de romper. El curado completo del material se puede lograr, por ejemplo, en la región de temperatura de aproximadamente 120°C a aproximadamente 300 °C con la velocidad máxima que ocurre típicamente a aproximadamente 250 °C. Durante tal curado la resina llega a ser altamente reticulada, y el agua y algunos monómeros no reaccionados se involucran típicamente. Durante la carbonización, las cuentas de resol reticuladas se descomponen para formar productos de oxidación diferentes de los materiales de partida, dejando un producto con un contenido de carbón incrementado. La carbonización se cree que comienza conforme la resina curada se calienta arriba de aproximadamente 300°C. La mayoría de la pérdida de peso (típicamente entre 40 y 50 por ciento en peso) ocurre típicamente en el intervalo de temperatura de aproximadamente 300°C a aproximadamente 600°C. El agua, monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano, fenol, cresoles y bisfenoles de metileno son típicamente las especies mucho más abundantes involucradas. Durante el proceso de carbonización, las cuentas también se contraen, pero retienen su forma esférica. La densidad mínima se logra típicamente a aproximadamente 550 °C. Conforme la temperatura de carbonización se incrementa más allá de 600°C, muy poca pérdida de peso ocurre, pero las partículas continúan contrayéndose. Esta reducción continuada en tamaño sin la pérdida de peso significante da por resultado un incremento en la densidad conforme la temperatura se incrementa adicionalmente. La reducción en los diámetros de particular varía típicamente de aproximadamente 15 a aproximadamente 50%, o de 15 a 30%, y la reducción más alta resulta de las temperaturas de carbonización finales más altas. Generalmente las temperaturas de carbonización son de aproximadamente 800°C a aproximadamente 1,000°C. El producto carbonizado final también es llamado carbón. La microporosidad (poros que tienen diámetros de 20 angstroms o menos) se desarrollan generalmente a temperaturas arriba de 450°C. Sin embargo, la carbonización por si misma produce generalmente un material en el cual la microporosidad no es totalmente accesible, y el material luego se activa adicionalmente para producir porosidad accesible. Si un producto activado se desea, la temperatura de carbonización máxima está normalmente cerca a la temperatura de activación que será utilizada. Las temperaturas de carbonización arriba de 1,000°C son posibles si un material de área de superficie alta no es el objetivo final. La temperatura de carbonización excesiva causa grafitación adicional del material, el proceso donde el carbón amorfo comienza convertirse en una fase de grafito de granel, causando a la densidad de las partículas a incrementarse . Las reacciones de carbonización se realizan generalmente en una atmósfera no oxidante, para prevenir la degradación excesiva del material. Las atmósferas comunes incluyen nitrógeno y gases de combustión agotados de oxígeno.
Así la atmósfera puede incluir agua, óxido de carbono, e hidrocarburos, y el gas quemado del combustible para proporcionar el calor para la reacción de carboniza'ción puede proporcionar una atmósfera adecuada para la carbonización. La carbonización se puede realizar en un vapor y/o atmósfera rica en dióxido de carbono, caso en el cual la carbonización se puede realizar en el mismo equipo y en la misma atmósfera gaseosa como la activación subsecuente. Similarmente, la etapa de carbonización se puede combinar ventajosamente con la etapa de curado térmico y correr en el mismo equipo y en la misma atmósfera gaseosa. Si se desea, un curado preliminarmente parcial también frecuentemente puede ser realizado en el mismo equipo como el curado y la carbonización, con la condición de que exista agitación suficiente. Generalmente las cuentas se mueven durante el curado y la carbonización, pero no es un requerimiento, mientras que algo de aglomeración o pegajosidad sea aceptable. Las cuentas de producto carbonizado fusionadas bajo condiciones estáticas se pueden romper para proporcionar cuentas que fluyen libres si es necesario. Sin embargo, el mantenimiento de las cuentas proporciona mejor transferencia de calor y da un producto más uniforme. Hornos rotatorios y lechos fluidizados son reactores adecuados para las reacciones de curado y carbonización.
El término "activación" como se utilizó en la presente se propone para abarcar cualquier tratamiento que sirve para incrementar el área de superficie accesible de un material carbonizado, e involucra típicamente tratar el material carbonizado con vapor, dióxido de carbono, o mezcla de los mismos, en una reacción endotérmica que remueve una porción del carbón. El proceso de activación hace más del sistema de microporo inherente del material carbonizado accesible. El monóxido de carbono es un producto primario cuando el carbón se hace reaccionar con dióxido de carbono, y el monóxido de carbono e hidrógeno están entre los gases producidos cuando el agua reacciona con el carbón. La combustión de los gases de producto se puede utilizar para proporcionar calor al proceso. Está reacción de activación endotérmica se realiza típicamente a temperatura elevada, la velocidad de activación que se incrementa con la temperatura. Las velocidades son significantes en el intervalo de aproximadamente 800 a aproximadamente 1,000°C. Temperaturas de activación excesivamente altas (típicamente arriba de aproximadamente 900 °C) pueden producir un producto no uniformemente activado que se sobre active sobre el exterior y se bajo active sobre el interior. Esto resulta de la velocidad de reacción del gas de activación que es mayor que la velocidad de difusión del gas en la partícula. La velocidad de activación también se incrementa con la presión parcial del gas de activación. Es generalmente preferible minimizar la presencia de oxígeno molecular durante el proceso de activación a menos que un producto no uniforme se desee. Si el oxígeno molecular esta presente, una oxidación exotérmica ocurre causando calentamiento local y la reacción continuará ocurriendo en la región del punto caliente dando por resultado un producto no uniforme. En realidad, la naturaleza endotérmica de la activación ayuda a controlar la uniformidad del producto puesto que la reacción produce puntos fríos locales y además la reacción ocurre en una región, de temperatura más alta diferente. Si la esfericidad y el tamaño de partícula controlado se desean, las cuantas se mantendrán en movimiento durante la activación, pero esto no es un requerimiento para la reacción. Si las cuentas se mantienen en movimiento, tanto la masa como la transferencia de calor se facilitan, y un producto más uniforme se puede producir. Hornos rotatorios y lechos fluidizados son reactores adecuados. Los gases de combustión se pueden utilizar para proporcionar tanto el calor y el gas de activación al reactor. Para la conveniencia del proceso, el proceso de carbonización se puede combinar con el proceso de activación en el mismo reactor con la misma composición de gas, esto es, en la misma atmósfera gaseosa. El producto de carbón activado del proceso de activación mantiene su forma esférica y es normalmente de manera esencial del mismo o similar tamaño como el carbón de partida. Las cuentas excesivamente pequeñas se pueden consumir totalmente durante la activación se realiza a temperaturas elevadas, con las cuentas más pequeñas que se activan a velocidades elevadas. Esto puede cambiar la distribución de tamaño de partícula hacia un tamaño medio más grande que el carbón de partida. La activación produce una cuenta que puede ser altamente porosa y tiene un área de superficie muy alta dependiendo del grado de activación. Así el producto activado tendrá densidad más baja que el carbón que proviene de él. El área de superficie por peso unitario, el volumen de poro y el volumen de poro por ciento debido a los microporos se puede determinar mediante el método desarrollado por Brunauer, Emmett y Teller (comúnmente llamado el método BET) . La activación de un carbón de 300-350 mieras con poros poco accesibles (área de superficie menor que 1 m2/g) a 900°C en vapor al 50% en volumen-nitrógeno al 50% en volumen durante dos horas en un lecho fluidizado produce típicamente un carbón activado con un área de superficie BET arriba de 800 m2/g. Las cuentas de carbón activado producidas mediante los procesos de la invención pueden ser altamente porosas y también tienen áreas de superficie altas. Las cuentas de resol de fenol-formaldehído producidas en la ausencia de un componente formador de poro cando se carbonizan y se activan a áreas de superficie hasta de aproximadamente 1,500 m2/g tienen generalmente 95% o mayor del volumen del poro debido a los microporos. Además la activación al área de superficie más alta reduce el porcentaje de los microporos, y un material con área de superficie BET de 1,800 m2/g puede tener aproximadamente 90 por ciento de sus poros en la región de microporo. La incorporación de un componente formador de poro en la cuenta de resol puede producir una cuenta de carbón activado que posee mesoporos (20 a 500 angstroms en diámetro) además de la estructura de microporo. Los agentes formadores de poro adecuado incluyen etilenglicol, 1, 4-butanodiol, dietilenglicol, Metilenglicol, gammabutirolactona, carbonato de propileno, dimetilformamida, N-metil-2-pirrolidinona, y nonoetanolamina . La presencia de mesoporos puede ser ventajoso en casos donde la transferencia de masa de especies y/o fuera de los lechos activados y necesita ser aumentada. El tamaño de partícula se puede medir con un medidor de distribución de tamaño de partícula de tipo de difracción láser, o métodos de microscopía óptica, como ya es descrito. Alternativamente, el tamaño de partícula se puede correlacionar mediante el porcentaje de partículas cribadas a través de una malla. Por ejemplo, las cuenta se pueden verter sobre una criba estándar U. S. número 30 y el material que pasa a través de la criba U. S. número 30 de U. S. se deja caer sobre una criba de número 40 de criba U. S. estándar. El material retenido de la criba U. S. de número 40 de la criba estándar luego tendría diámetros de partículas de 420 a 590 mieras. Las cuentas de carbón activado resultantes se pueden caracterizar en una variedad de maneras, tal como mediante el tamaño de poro; área de superficie; capacidad absorbente; promedio, medio, o tamaño de partícula medio. Estas propiedades dependerán en parte sobre el grado de activación y la estructura del poro de la resina de partida, así como si cualquier material formador de poro adicional ha sido adicionado, tal como ya es descrito. El área de superficie por peso unitario, el volumen de poro y el volumen de poro por ciento debido a los microporos se puede determinar mediante el método desarrollado por Brunauer, Emmett y Teller (comúnmente llamado el método BET) . El tamaño de partícula se puede medir con un medidor de distribución de tamaño de partícula de tipo de difracción láser, o métodos de microscopía óptica. Alternativamente, el tamaño de partícula se puede correlacionar mediante un porcentaje de partículas derivadas a través de una malla. La densidad aparente se puede determinar por el método ASTM D 2854-96 intitulado "Standard Test Method for Apparent Density of Activated Carbón". Algunos valores típicos para estas características se exponen enseguida, la formación dada que es típica de las cuentas de carbón activado hechas de cuentas de resol de acuerdo a la invención formadas en la adición de cantidades significantes de material formador de poro adicional. Las áreas de superficie BET de las cuentas de carbón activado de la invención pueden variar dentro de un intervalo relativamente amplio, por ejemplo de aproximadamente 500 m2/g a aproximadamente 3,000 m2/g, o de 600 m2/g a 2,600 m2/g, o de 650 m2/g a 2,500 m2/g. Similarmente, el volumen de poro de las cuentas de carbón activado de la invención pueden variar dentro de un intervalo relativamente amplio, por ejemplo de aproximadamente 0.2 a aproximadamente 1.1 cc/g, o de 0.25 a 0.99 cc/g, o de 0.30 cc/g a 0.80 cc/g. Además, por ejemplo, de aproximadamente 85% a aproximadamente 99% de los poros puede tener diámetros abajo de 20 angstroms, o de aproximadamente 80% a 99%, o de 90% a 97%. La densidad evidente de las cuentas de carón activado de la invención también pueden variar dentro de un intervalo relativamente amplio, por ejemplo de aproximadamente 0.20 g/cc a aproximadamente 0.95 g/cc, o de 0.25 g/cc a aproximadamente 0.90 g/cc, o de 0.30 cc/g a 0.80 cc/g. Así, las cuentas de resol de la invención carbonizadas y activadas a un grado relativamente bajo podrían tener un área de superficie BET de aproximadamente 500 m2/g a aproximadamente 1,500 m2/g, un volumen de poro de aproximadamente 0.30 cc/g a 0.50 cc/g, y con aproximadamente 99% a aproximadamente 95% de los poros que tienen diámetros abajo de 20 angstroms. La densidad evidente podría ser de 0.90 g/cc a aproximadamente 0.60 g/cc. Sin embargo, aun grados más bajos de activación podrían ser bien logradas. El material que ha sido activado a un grado relativamente alto podría, por ejemplo, tener un área de superficie BET de aproximadamente 1,500 m2/g a aproximadamente 3,000 m2/g, un volumen de poro de aproximadamente 0.7 cc/g a 1.0 cc/g o más, con de aproximadamente 85% a aproximadamente 99% de los poros que tienen diámetros abajo de 20 angstroms. La densidad evidente podría ser de aproximadamente 0.25 a aproximadamente 0.60 g/cc. Grados relativamente altos de activación son posibles si han sido logrados, por ejemplo aproximadamente 2,600 m2/g. Típicamente, el material activado tendrá por ejemplo, un área de superficie BET de aproximadamente 750 m2/g a aproximadamente 1,500 m2/g, que corresponden a un volumen de poro de 0.30 cc/g a 0.70 cc/g, y con 95% a 99% de su volumen de poro de poros de menores que 20 angstroms. La densidad evidente sería de aproximadamente 0.50 g/cc a aproximadamente 0.75 g/cc. Los inventores han encontrado que el tamaño de partícula medio de las partículas activadas es típicamente de aproximadamente 30% o menor que aquella de las cuentas de resol de las cuales se forman. Así, una cuenta de resol que tiene un tamaño de partícula medio de 422 mieras proporciona un producto activado con un tamaño de partícula medio de 295 mieras, un área de superficie de BET de 1260 m2/g, un volumen de poro de 0.59 cc/g, 97% del volumen de poro de poros menores que 20 angstroms y densidad = 0.63 g/cc después de la carbonización y activación en vapor al 50%/nitrógeno al 50% a 900°C durante 2 horas. Las invenciones se pueden ilustrar adicionalmente mediante los siguientes ejemplos de las modalidades preferidas, aunque será entendido que estos ejemplos se incluyen meramente para propósitos de ilustración y no se proponen para limitar el alcance de la invención a menos que de otra manera se indique específicamente. EJEMPLOS Métodos de Prueba Método de Prueba para Determinar el Tamaño de Partícula (PS) y la Distribución de Tamaño de Partícula (PSD) de Cuentas de Resol Fenólicas: A menos que de otra manera se indique, el análisis de tamaño de partícula de las cuentas se realizó utilizando un Wild PHotomakroskop M400, para adquirir imágenes de cuentas, mientras que el procesamiento y análisis de imágenes se realizó utilizando el software Visilog v 5.01 (Noesis). Las cuentas se dispersaron sobre portaobjetos de vidrio y las imágenes se capturaron en aumentos que varían de 10X a 100X, dependiendo del intervalo de tamaño de partícula. Cada aumento se calibró utilizando estándares de micrómetro. Las imágenes se registraron en el formato mapa de bits y se procesaron utilizando el software Visilog para medir los diámetros de partícula. El número de imágenes procesado varío de 20 a 40 y dependió del tamaño de partícula y el aumento con el objetivo de recolección sobre pocos miles de partículas a fin de asegurar que un número estadísticamente insignificante de partículas se capturaron y se midieron. El software de análisis estadístico JMP se utilizó subsecuentemente para calcular la distribución de tamaño de partícula y las estadísticas de partícula tal como desviación medio y estándar. El volumen de poro y las distribuciones de tamaño de poro se midieron sobre un aparato de fisisorción Micromeritics ASAP 2000 utilizando N2 a 77 K. La isoterma de adsorción se midió de una presión relativa de 10~3 a 0.995. Si el detalle más grande se necesitó para el extremo bajo de la distribución de tamaño de poro, la isoterma de adsorción también se midió para C02 a 0°C de una presión relativa de 10"4 a .03. El volumen de poro total para la muestra se calculó de la adsorción de gas total a una presión relativa de 0.9. La distribución de tamaño de poro se calculó de la isoterma de adsorción de acuerdo al modelo de geometría de poro de ranurada Horvath-Kawazoe . Ver Webb, P.A., Orr, C; "Methods in Fine Particle Technology", Micromeritics Corp, 1997, p. 73. Ejemplo 1 A un matraz de 3 cuellos de 500 mL equipado con una paleta de agitación mecánica de forma de arco, pozo térmico, manto de calentamiento y condensador de reflujo se adicionaron fenol en agua (54-g de 88%; 0.506-mol), solución de formaldehído estabilizada (97-g de 37%; 1.196-mol), hidróxido de amonio concentrado (4.3g; 0.070-mol), agua (25-mL) , dodeciisulfato de sodio (0.122-g), carboximetilcelulosa de sodio (0.500-g; grado de sustitución = 0.9; MW promedio 250,000) . La mezcla resultante se mezcló bien y se agitó a 50-rpm, y 25-g de cuentas previamente formadas (hechas utilizando el mismo proceso) en el intervalo de tamaño de 150 - 300 µm se adicionaron. La mezcla se calentó a 75°C durante 4.5-h, y a 90° durante 45-min. La mezcla se enfrió a 32°, y se dejó asentar, y el licor madre se decantó. El residuo se lavó tres veces con porciones de 150-mL de agua (decantada las primeras dos lavadas) y se filtró. El producto se secó durante la noche a temperatura ambiente en un secador de lecho fluidizado en una corriente de nitrógeno pasada a través del fondo del lecho, y una muestra se analizó para la distribución de tamaño de partícula. El producto se cribó en cuatro grupos de tamaño como es listado en la Tabla 1. La distribución de tamaño de partícula numérica se da en la Tabla 2.
Ejemplo 2 El procedimiento descrito en el Ejemplo 1 se siguió excepto que nada de cuentas previamente formadas se adicionaron a la mezcla. Los pesos de las fracciones cribadas se dan en la Tabla 1, y la distribución de tamaño de partícula numérica se da en la Tabla 2. Tabla 2 - Distribución de tamaño de partícula numérica.
Ejemplo 3 Un matraz de 3 cuellos de 500-mL equipado con una paleta de agitación mecánica en forma de arco, pozo térmico, manto de calentamiento, y condensador de reflujo se cargaron con fenol (54-g de 88%; 0.506-mol), solución de formaldehído estabilizada (97-g de 37%; 1.196-mol), hidróxido de amonio concentrado (4.3 g; 0.070-mol), agua (25-mL) , dodeciisulfato de sodio (0.122-g), carboximetilcelulosa de sodio (0.500-g; grado de sustitución = 0.9; y MW promedio 250,000). La mezcla resultante se mezcló bien y se agitó a 50-rpm y se calentó a 75°C durante 4.5-h, y a 90°C durante 45-min. La mezcla se enfrió abajo de 32°C, se dejó asentar, y el licor madre se decantó. El residuo se lavó tres veces con porciones de 150- mL de agua (decantada de las primera dos lavadas) y se filtró. El producto se secó durante la noche en un secador de lecho fluidizado en un flujo de nitrógeno. El producto se cribó en cuatro grupos de tamaño comprendido de cuentas que tiene un diámetro de >425-µm; <425-µm pero >300-µm; <300-µ?m pero >150-µm; y <150-µm. Ejemplo 4 El procedimiento del Ejemplo 3 se siguió excepto que las cuentas que tienen, un tamaño (diámetro) de <300-µ?m producidas en el Ejemplo 3 se cargaron a la mezcla antes del calentamiento a 75°C.
Ejemplo 5 El procedimiento del Ejemplo 3 se siguió, excepto que las cuentas que tienen un tamaño (diámetro) de <300-µm producidas en el Ejemplo 4 se cargaron a la mezcla antes del calentamiento a 75°C. Ejemplo 6 El procedimiento del Ejemplo 3 se siguió, excepto que las cuentas que tienen un tamaño (diámetro) de <300-µm producidas en el Ejemplo 5 se cargaron a la mezcla antes del calentamiento a 75°C. Ejemplo 7 El procedimiento del Ejemplo 3 se siguió, excepto que las cuentas que tienen un tamaño (diámetro) de <300-µm producidas en el Ejemplo 6 se cargaron a la mezcla antes del calentamiento a 75°C. Los resultados de los Ejemplos 3 — 7 se resumen en la Tabla 3. Notar que el rendimiento del producto en el intervalo de tamaño de 300 — 425 µm se incrementó por la adición de las cuentas más pequeñas, y que el rendimiento total de las cuentas de 300 - 425 µm se aproxima al rendimiento total de todos los tamaños de cuenta. ' El peso total acumulativo listado en la Tabla 3 representa el peso total del producto en todos los intervalos de tamaño producidos en lotes sucesivos a aquel punto. El rendimiento % total de las cuentas del intervalo de tamaño de 300 - 425 µm III
representa la cantidad de cuentas de este intervalo de tamaño producidas en el ejemplo adicionado a la cantidad producida en los ejemplos previos. El rendimiento % total es el peso total de las cuentas de todos los intervalos de tamaño producidos en el ejemplo y ejemplos previos divididos por el peso total del fenol utilizado en el ejemplo y los ejemplos previos. El peso total del producto de cada muestra es similar a la suma de las cuentas recicladas y el peso total del producto del ejemplo 3. La cantidad del producto en el intervalo de tamaño de 300 — 425 µm producida en cada reacción es siempre mayor que la cantidad de cuentas recicladas, siempre mayor que la cantidad de cuentas recicladas, que indica que las cuentas de 150 - 300 µim crecieron al intervalo de tamaño de 300 - 425 durante la reacción.
o
Tabla 3 - Reciclado de cuentas de tamaño <300 um producidas en un lote al lote sucesivo
a) peso total acumulativo es el peso de todo el producto de lotes sucesivos menos las cuentas recicladas b) % de rendimiento total de las cuentas es la suma del peso de las cuentas de 300-4 5 um de lotes sucesivos divididos entre la cantidad total de fenol de los lotes sucesivos c) % de rendimiento total es la suma del peso de todos los tamaños de lotes sucesivos divididos entre la cantidad total de fenol de los lotes sucesivos
Ejemplos 8 - 12 Cinco reacciones se llevaron a cabo bajo condiciones similares. La única diferencia fue que la cantidad de semillas en los términos de masa unitaria por área de superficie del fenol cargado a cada experimento se varío. Cada experimento tuvo los mismos detalles de carga en términos de la cantidad de formaldehído (37%), fenol (88%), etanol, Na-CMC (2.76 g) , SDS (0.66 g) , agua y amoníaco. La solución de formaldehído utilizada contuvo 7.5% de metanol para inhibir la precipitación de formaldehído. Esto fue equivalente a 40.21 gramos de metanol como se muestra en la Tabla 4. Cada experimento se condujo en modo de semi-lotes, esto es, todo de los reactivos se cargaron al reactor excepto para 436.15 gramos de formaldehído y todo (23.77 gramos) del amoníaco se bombearon en el reactor a una velocidad de 6 mls/min comenzado en un tiempo cuando la temperatura de reactor alcanzó la temperatura de operación objetivo. Cada experimento duró un período de 5 horas después de que 85°C se alcanzaron. El lote se calentó subsecuentemente a 90°C durante 45 minutos y luego se enfrío a temperatura ambiente y se sometió a una serie de las suspensiones donde el licor madre se reemplazó por agua fresca cuatro veces. La diferencia entre los experimentos fue la cantidad de semillas adicionada al recipiente en cada experimento. La Tabla 4a muestra la cantidad de semillas cargadas tanto en términos de su masa, el intervalo de tamaño de partícula y el área de superficie cargada por masa unitaria de fenol cargado al recipiente . Las distribuciones de tamaño de partícula del producto que resultaron de los lotes se muestran en la Tabla 4b. Se puede observar que los lotes que tuvieron un masa unitaria por área de superficie de fenol de 1.45 m2/kg, produjeron una fracción grande de partículas que estuvieron en la clase de tamaño más baja (0-150 µm) . Este material fino es indeseable en el procesamiento térmico, ya que producirá un tamaño de producto muy pequeño y tiene problemas de empolvamiento. Además de producir materiales finos, se encontró que una relación de área de superficie de semilla pequeña en un lote puede producir un número grande de aglomerados en algunos experimentos. La efectividad de utilizar una cantidad pequeña de semillas también se refleja en el valor de espacio calculado de cada distribución. Para el experimento 8, este tuvo un valor de 332 µim y para el experimento 12, tuvo un valor de 279 µm mientras que los experimentos 9, 10 y 11 tuvieron valores menores que 228 µm. El valor dgo del ejemplo 8 es comparable a aquel del ejemplo 9 pero el valor dio es mucho más bajo que cualquiera de los experimentos 9, 10 u 11. El dio y el d90 fue el más bajo de todos los cinco experimentos en el experimento 12 que tuvo el área de superficie de semilla más baja 1.45 m2/kg de fenol.
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Tablas 4a y 4b - Cuentas de reciclado (semillas) en términos de su masa, el intervalo de tamaño de partículas y el área de superficie cargada por masa unitaria de fenol cargado al recipiente Tabla 4a
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Tabla 4b
Ejemplo 13 (lote de 5 galones) A un reactor enchaquetado de 5 galones equipado con un impulsor de ancla y un condensador de reflujo se adicionaron fenol (4860-g de 88%; 45.5-mol), solución de formaldehído estabilizada (8740-g de 37%; 107.7-mol), hidróxido de amonio (390-g; ß.35-mol), agua (2800-mL) , dodeciisulfato de sodio (11-g), carboximetilcelulosa de sodio (45-g, grado de sustitución = 0.9). La mezcla resultante se mezcló bien y se agitó a 25-rpm, y 1200-g de cuentas en el intervalo de tamaño de 150 - 300 µm se adicionó. La mezcla se calentó a 75°C durante 4 horas, y durante 45 minutos a 88°C. La mezcla se enfrió a 32°, se dejó asentar, el licor madre se decantó. El residuo se lavó tres veces con porciones de 12 litros de agua (decantada de las primera dos lavadas) y se filtró. El producto se secó durante la noche en un secador de lecho fluidizado, y una muestras se analizó para la disolución de tamaño de partícula. Ejemplo 14 (semi-continuo de 5 galones) El procedimiento del Ejemplo 8 se siguió excepto que el formaldehído y la solución de amoníaco se alimentaron continuamente durante dos horas, a 75°C, a la mezcla de reacción que contiene fenol, carboximetilcelulosa, agua y dodeciisulfato de sodio. Después de dos horas de tiempo de alimentación, la mezcla de reacción se mantuvo a 75°C para dos horas adicionales, y a 88°C durante 45 minutos. No hubo diferencia significante del Ejemplo 13 en el rendimiento de producto o la distribución de tamaño de la cuenta. Ejemplo 15 Una marmita de resina enchaquetada de aceite 1-L con un fondo redondo equipado con una paleta de agitación en forma de ancla, de acero inoxidable, condensador de reflujo, pozo térmico y línea de alimentación de formaldehído se cargó con fenol licuado (162-g; 1.517-mol), solución de goma de guar al 2% en agua (77-g), dodecil sulfato de sodio (345-mg; 1.2-mmol), y cuentas de resina previamente formadas no curadas que tienen un diámetro de 120 - 250 µm (57-g) . La mezcla resultante se calentó a 80°C, y una solución de hidróxido de amonio concentrado (14.1- g; 0.241-mol) disuelto en formaldehído acuoso al 37% (291-g; 3.589-mol) estabilizado con metanol (12%) se adicionó a una velocidad de 2.7 mL/min. La temperatura se elevó a 85°C durante la adición y se mantuvo a 85° durante 4-h, y se calentó a 90°C durante 45-min. Después del enfriamiento a 30°C, el producto sólido no se asentó. La mezcla se diluyó con 300-mL de agua destilada, se dejó asentar y la capa de agua se decantó. Este procedimiento se repitió tres veces. El producto sólido se aisló mediante filtración por vacío y se secó en un secador fluidizado. El rendimiento de las cuentas fue de 223-g. El producto contuvo una cantidad grande de cuentas pequeñas que se pegaron a las más grandes dándoles una superficie rugosa.
Los inventores atribuyen esto a la goma de guar utilizada como un estabilizador coloidal. Ejemplo 16 Una marmita de resina enchaquetada con aceite de 1-L con un fondo redondo equipada con una paleta de agitación en forma de ancla, de acero inoxidable, condensador de reflujo, pozo térmico y línea de alimentación de formaldehído se cargó con fenol licuado (162-g; 1.517-mol), solución de carboximetilcelulosa de sodio al 2% (grado de sustitución = 0.9; y MW promedio de 250,000) en agua (76-g), y cuentas de resina previamente formadas no curadas que tienen un diámetro de 120 — 250 µm (57-g) . La mezcla resultante se calentó a 80 °C, y una solución de hidróxido de amonio concentrado (14.3-g; 0.244-mol) disuelto en formaldehído acuoso al 37% (291-g; 3.589-mol) estabilizado con metanol (12%) se adicionó a una velocidad de 2.7 mL/min. La temperatura se elevó a 85°C durante la adición y se mantuvo a 85° durante 4-h, y se calentó a 90°C durante 45-mm. Después del enfriamiento a 35°C, la mezcla se dejó asentar y el licor madre se decantó el producto se lavo 3 veces con porciones de 300-mL de agua y se aisló mediante filtración por vacío y se secó en un secador fluidizado. El rendimiento de las cuentas fue de 202-g. El producto se cribó a través de cribas para separar de acuerdo al tamaño: 6.5-g > 600-µm; 62.4-g > 425-µm (< 600-µm) ; 98.7-g >300-µm; 29.4-g > 250-µm; y 24.1-g > 150-µm.
Ejemplos 17-18 (Adición de semi-lotes de formaldehído y amoníaco al reactor) En los experimentos 17 y 18, se utilizó un reactor enchaquetado de 1.2 litros con agitación adecuada para suspender las cuentas se resol fenólicas. Las cantidades del material mostradas en la Tabla 5 se cargaron en cada experimento. En el caso del ejemplo 17, todos los reactivos se' adicionaron al reactor mientras que en el ejemplo 18, solo una porción del formaldehído (100 gramos) y nada del amoníaco se adicionaron al reactor. Estos se adicionaron en cambio en el modo de semi-lotes a una velocidad de 6 mls/min una vez que la temperatura del reactor había alcanzado la temperatura de operación (85°C) . 30 gramos de etanol se adicionaron a cada experimento. Los 40.21 gramos en el experimento 17 están contenidos en la solución de formaldehído. Unos 40 gramos adicionales de metanol se adicionaron en el experimento en el ejemplo 18. Los materiales en el reactor se calentaron a la temperatura de reacción (85°C) y se mantuvieron en esta temperatura durante 5 horas. En el caso de los experimentos de semi-lotes, la mezcla de formaldehído/amoníaco se bombeó en el reactor a una velocidad de 6 mls/min. Tomó aproximadamente 1 hora y 15 minutos bombear la mezcla de formaldehído/amoníaco en el reactor. Después de que la reacción ha sido completada, los contenidos del recipiente se calentaron a 90°C o más alto y se mantuvieron durante un mínimo de 40 minutos y luego se enfriaron cerca de temperatura ambiente. La suspensión se resuspendió en agua 4 veces para lavar las partículas y desplazar el licor madre. La suspensión luego se filtró y se secó con aire. Se utilizó un instrumento de dispersión de luz directa para determinar la distribución del tamaño de partícula del producto. Los resultados de los análisis se muestran en la Tabla 5. La distribución producida mediante el método se semi-lotes produjo una distribución más reducida que contiene pocas partículas finas (<250 um) y pocas partículas grandes
(> 350 um) . Esto se refleja en los valores de espacio para ambas distribuciones. El espacio calculado para el ejemplo 17 (caso de lotes) fue de 125 µm y para el ejemplo 18 (caso de semi-lotes) , fue de 93 µm. Este tipo de distribución es ventajosa para el procesamiento corriente abajo y para el uso del producto final. Además, el rendimiento del experimento en lotes (ejemplo 17) fue de 77.14% mientras que el rendimiento del experimento de semi-lotes (ejemplo 18) fue de 83.43%. Así, la operación en el modo de semi-lotes tiene ventajas de la cantidad del producto hecha así como la calidad de la distribución del tamaño de partícula.
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Tabla 5 Descripción experimental y resultados de experimentos con adición de lotes o semi-lotes de formaldehído y amoniaco
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Ejemplos 19-22 (Adición de lotes en partes) De los experimentos listados en la Tabla 6 (ejemplos 19 a 22), tres se conducen en modo de semi-lotes (ejemplos 19, 20, 21) mientras que el otro experimento (ejemplo 22) se conduce en modo de lotes. Para cada experimento, la ' cantidad de semillas adicionadas en relación a la cantidad de fenol adicionado permaneció constante. El tipo de semillas adicionadas a cada experimento también fue la misma, siendo en el intervalo de tamaño de 150 a 300 mieras. Los detalles de carga completa se muestran en la Tabla 6. El etanol no se adicionó al experimento en el ejemplo 22. El formaldehído que contiene 7.5% de metanol se utilizó en cada experimento. Los experimentos 19 y 21 se condujeron en el mismo modo, un reactor enchaquetado de 1.2 litros con agitación adecuada para suspender las cuentas de resol fenólicas se utilizó. Las cantidades de material mostrados en la Tabla 6 se cargaron a cada experimento. Solo una porción del formaldehído (100 gramos) y nada de amoníaco se adicionaron al reactor. Estos en cambio se adicionaron en modo de semilotes a una velocidad de 6 mls/min una vez que la temperatura del reactor había alcanzado la temperatura de operación (85°C) . Los materiales en el reactor se calentaron a la temperatura de reacción (85°C) y se mantuvieron en está temperatura durante 5 horas. La mezcla de formaldehído/amoníaco se bombeó en el reactor a una velocidad de 6 mls/min. Tomó aproximadamente 1 hora y 15 minutos bombear la mezcla de formaldehído/amoníaco en el reactor. Después de que la reacción ha sido completada, los contenidos del recipiente se calentaron a 90°C o más alto y se mantuvieron durante un mínimo de 40 minutos y luego se enfriaron cerca de temperatura ambiente. La suspensión se dejó asentar y la capa de líquido se decantó. Se adicionó agua fresca al lavado de los sólidos. Este procedimiento de lavado se repitió dos veces adicionales. La suspensión se filtró finalmente y se secó en aire. Un número de cribas se utilizaron para separar las partículas secas en un número de fracciones. Los resultados de los análisis se muestran en la Tabla 6. El experimento 20 se condujo en dos etapas. Cada etapa utiliza la mitad de cada ingrediente como se lista para el experimento 20 en la Tabla 6. La primera etapa se condujo de la misma manera como se hicieron los experimentos 19 y 21. El experimento se continuó durante 3 horas en lugar de 5 horas (como en los experimentos 19 y 21) . Después de 3 horas, el lote se enfrió a 40°C y 324.21 gramos se removieron del recipiente. Los contenidos restantes se recalentaron a 85°C y la segunda parte del experimento se inició. Como en la primera parte, todos los ingredientes excepto para 436.15 gramos de formaldehído y 23.77 gramos de amoníaco se cargaron al reactor. El formaldehído y el amoníaco restantes se cargaron en una velocidad de 6 mls/min. La segunda parte del experimento se continuó durante 3 horas antes de ser calentada a 90°C durante por lo menos 40 minutos. El lote luego se enfrió a 40°C. La suspensión se dejó asentar y la capa del líquido se decantó. Agua fresca se adicionó para lavar los sólidos. Esté procedimiento de lavado se repitió dos veces adicionales. La suspensión se filtró finalmente y se secó en aire. Un número de cribas se utilizó para separar las partículas secas en un número de fracciones. Los resultados del análisis se muestran en la Tabla 6. El ejemplo 22 se condujo en modo de lotes. Todo de los ingredientes mostrados en la Tabla 6 se cargó al reactor y se calentaron a 85°C. Los contenidos se mantuvieron a 85°C durante 5 horas antes de ser calentados a 90°C durante por lo menos 40 minutos. El lote luego se enfrió a 40°C. El mismo lavado, filtración y secado como se define para los ejemplos 19, 20 y 21 se utilizaron para el ejemplo 22. Los resultados del cribado se muestran en la Tabla 6. De los 4 experimentos descritos en lo anterior, los dos experimentos de etapa individual conducidos en el modo de semi-lotes dieron por resultado el valor dio rnás .alto y los valores de espacio más bajo de todos los cuatro experimentos. El experimento conducido en el modo de lotes (ejemplo 22) tuvo el valor dio más bajo y el segundo espacio más amplio (excepto para el experimento 20) . Esto indica que para los experimentos de una etapa, la operación de semi-lotes produjo distribuciones más reducidas con significantemente menos partículas finas. El experimento conducido en 2 etapas (ejemplo 20) tuvo el espacio más amplio, debido a la presencia de más partículas grandes en la distribución pero tuvo muy pocos materiales finos que el experimento en lotes, teniendo un tamaño dio de 115 mieras. Además, el ejemplo 22 mostró el valor de rendimiento más bajo de todos los cuatro experimentos a 55% comparado al valor más cercano siguiente de 90% para el ejemplo 21.
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Tabla 6 Condiciones de operación y resultados de distribución de tamaño de partícula para experimentos hechos en partes
Ejemplos 23-29 (Adición del lote en partes) Los ejemplos 23 y 24 representan etapas separadas de un experimento de dos etapas. Las cantidades listadas para el ejemplo 23 se cargaron al reactor en modo de lotes excepto que 436.15 gramos de formaldehído (37%, 7.5% de metanol) y todo del amoníaco (23.77 gramos) se alimentaron al reactor a una velocidad de 6 mls/min. La alimentación se comenzó una vez que el reactor había alcanzado 85°C. Después de un tiempo de reacción de 5 horas, el lote se calentó a 90°C durante 40 minutos. Luego se enfrió a 40°C. La mitad del lote se drenó del recipiente; la porción drenada se dejó asentar y la capa de líquido se removió del recipiente. Los sólidos se suspendieron con agua tres veces para lavar los sólidos. La suspensión luego se filtró y se secó al pasar aire a temperatura ambiente a través del lecho de sólidos hasta que se secó. Este polvo se cribó y los resultados se muestran en la Tabla 7. En el ejemplo 24, el material que permanece en el reactor del ejemplo 23 se recalentó a 85°C y los ingredientes listados en la Tabla 6 se adicionaron al reactor. Nuevamente, 168.07 gramos del formaldehído (37%) y todo del amoníaco (11.8 gramos) se cargaron en el modo de semi-lotes al recipiente. Todas las otras cantidades se cargaron en el modo de lotes. En el ejemplo 24, nada de semillas se adicionaron al recipiente ya que las partículas ya presentes actuaron como material de semilla para la carga para el ejemplo 24.
Después de 5 horas a 85°C, la reacción se enfrió a 40°C. La suspensión se drenó del recipiente y se dejó asentar en un vaso; la capa del líquido se removió del vaso. Los sólidos se resuspendieron con agua tres veces a fin de lavarlas. La suspensión luego se filtró y se secó al pasar aire a temperatura ambiente a través del lecho de sólidos hasta que se secó. El rendimiento de los sólidos del proceso fue de 89.82%. La Tabla 7 proporciona las distribuciones de tamaño de partícula de los Ejemplos 23 y 24. Las ventajas de operación en las dos etapas como es opuesto a una etapa puede ser vista de la distribución de tamaño de partícula. En el ejemplo 24, la distribución del tamaño de partícula había crecido tal que no hay partículas más grandes presentes (>500 um) y pocas partículas pequeñas presentes (<300 um) que en el ejemplo 23. Esté modo de operación es ventajoso para un proceso en el cual la mayoría de partículas grandes y pocas partículas finas se desean. El incremento en el número de partículas de tamaño grande entra a costa de la generación de muy pocos finos. Esto se refleja en el cambio en el valor del espacio. Para el experimento 23, fue 210 µim mientras que para el experimento 24, fue 242 µm. Los resultados de otro experimento de una etapa (ejemplo 25) también se muestran en la Tabla 7. Este experimento se condujo en el modo de semi-lotes con todos los ingredientes que se adicionen al reactor excepto para 436.15 gramos de formaldehído (37%) y 23.77 gramos de amoníaco. Estos se adicionaron en el modo de semi-lotes una vez que el reactor alcanzó 85°C. El experimento se continuó durante 5 horas cuando la suspensión se calentó a 90°C por lo menos 40 minutos y luego se enfrió a 40°C. La suspensión se drenó del reactor y se lavó 4 veces con agua utilizando un procedimiento de decantación/resuspensión. Los sólidos se filtraron finalmente, se lavaron con agua y se secaron utilizando aire a temperatura ambiente. Los resultados para el ejemplo 25 se muestran en la Tabla 7. Los resultados muestran que al hacer un experimento en partes, una cantidad mayor de partículas de tamaño grande se pueden generar como es evidenciado por el valor d90 más grande en el ejemplo 24 (418.10 µm) comparado con los ejemplos 23 (334.70 µm) y 25 (331.50 µim) . El rendimiento de las partículas mayores que 425 µm en el ejemplo 24 es de 25.69% mientras que para los ejemplos 23 y 25 es 7.93% y 4.43% respectivamente. En los Ejemplos 26-29, el segundo grupo de experimentos, cuatro experimentos se comparan por su habilidad para desarrollar el tamaño de partícula más pequeño generado de la reacción (0-150 µm) . Todos los experimentos se hicieron en el • modo de semi-lotes. Los primeros tres experimentos (ejemplo 26, 27, 28) se hicieron en una etapa, mientras que el experimento final (ejemplo 29) se hizo en cuatro etapas. Una cantidad mucho más pequeña de semillas se utilizó en el experimento final, ya que las semillas se racionaron a la cantidad de fenol cargado al reactor como parte de las cargas de primera etapa al recipiente. Sin embargo, sobre un área de superficie de semilla por cantidad de fenol cargado al recipiente, es comparable a la cantidad de área de superficie de semilla en los ejemplos 27 y 28. El ejemplo 26 se utilizó dos veces la cantidad de semillas que se utilizó en los otros tres experimentos. En los ejemplos 26, 27 y 28, 138 gramos de agua, 0.66 gramos de SDS y 2.76 gramos de CMC se adicionaron al reactor junto con 298.18 gramos de fenol (88%) y 100 gramos de formaldehído (37%, 7.5% de metanol). 436.15 gramos de formaldehído y 23.77 gramos de amoníaco se adicionaron en modo de semi-lotes. En el ejemplo 29, un total de 857.84 gramos de formaldehído, 477.08 gramos de fenol, 220.8 gramos de agua, 38 gramos de amoníaco, 4.416 gramos de Na-CMC, 1.04 gramos de SDS se adicionaron al reactor. 30 gramos de etanol se adicionaron a cada experimento excepto para el experimento en el ejemplo 29. Cada una de estas cantidades se dividió en cuatro porciones iguales. Durante cada etapa de operación, una porción de cada reactivo se adicionó al reactor. Para la porción de formaldehído (214.46 gramos), 40 gramos se adicionaron al reactor y 174.46 gramos se adicionaron en el modo de semi-lotes a una velocidad de 6 mls/min. Todo del amoníaco para cada etapa (9.5 gramos) se adicionó junto con el formaldehído. En el ejemplo 29, la primera etapa se condujo en una forma similar a los ejemplos 26, 27 y 28. La mezcla de formaldehído y amoníaco se adicionó una vez que la temperatura de reacción alcanzo 85°C. La reacción se continuó durante 3 horas antes de que la siguiente etapa se iniciara. El fenol, formaldehído, Na-CMC, SDS, agua y parte del formaldehído se adicionaron al reactor en una carga y el formaldehído y el amoníaco restantes se adicionaron en el modo de semi-lotes a una velocidad de 6 mls/min. Después de 3 horas adicionales la tercera etapa se condujo de la misma manera como la segunda y después 3 horas adicionales, la cuarta etapa se completó de la misma manera. Después de que la cuarta etapa se completó (3 horas) el recipiente se calentó a 90°C durante por lo menos 40 minutos y se enfrió subsecuentemente a 40°C. La suspensión formada se filtró, se lavó con agua y se secó con aire durante 12 horas. La distribución de tamaño de partícula formada se escribo y los resultados se muestran en la Tabla 8. La comparación de todos los ejemplos muestra que conducir un experimento en cuatro etapas fue superior a conducirlo en una sola etapa cuando la cantidad de semillas adicionadas inicialmente es equivalente en términos de peso adicionado por unidad de fenol o cualquier otro reactivo adicionado. Cuando se compara en términos de la cantidad de partículas grandes producidas, el ejemplo 29 produjo partículas mucho más grandes que cualquier ejemplo 26, 27 o 28. El valor dio para todos los experimentos fue comparable mientras que el valor go para el experimento de etapas fue mucho más grande. Los resultados también muestran que los rendimientos logrados son comparables mediante ambos métodos de operación.
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Tabla 7a y Tabla 7b Descripción experimental y resultados de experimentos con la adición de reactivos por partes
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Tabla 8a Condiciones de operación para tos ejemplos 26, 27. 28 y 29
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Tabla 8b Resultados para los ejemplos 26, 27, 28 y 29
Ejemplos 30-31 La Tabla 9 muestra las condiciones de operación y los resultados de dos experimentos, ejemplos 30 y 31. El primero es un experimento de semi-lote estándar que utiliza los ingredientes dados en la Tabla 9. Similar a los ejemplos previos, 436.15 gramos de formaldehido (7.5%) y todo del amoniaco (23.77 gramos) se adicionaron en el modo de semilotes a una velocidad de 6 ml/min, comenzando cuando la temperatura de operación objetivo alcanzó (85°C). En el ejemplo 31, el mismo procedimiento se utilizó como en el ejemplo 30 excepto que una cantidad adicional de amoniaco (23.77 gramos) se bombeó en el reactor 30 minutos después que el formaldehido y el amoniaco hablan sido adicionados al reactor. El amoniaco se adicionó a una velocidad de 6 mls/min. A cada experimento, 138 gramos de agua, 0.66 gramos de SDS y 2.76 gramos de CMC también se adicionaron en el modo de lotes en el inicio del experimento. En ambos casos se utilizaron 80 gramos de semillas en el intervalo de tamaño de 150 a 300 um. El uso del amoniaco adicional dio por resultado una cantidad mayor de cuentas grandes comparadas al caso donde nada de amoniaco suplementario se adicionó. Aunque el rendimiento total del producto del ejemplo 31 fue más bajo que el ejemplo 30 (87.47% vs . 100.77%), el rendimiento de las partículas arriba de un tamaño de 425 um fue mucho más grande (78.45% vs . 4.43%). Este incremento en la cantidad de partícula de tamaño más grande entra en solo un incremento menor en el espacio de un valor de 163 µm a 188 µm. Esto refleja la habilidad del amoniaco suplemental a desarrollar partículas de todos los tamaños.
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Tabla 9a y 9b Descripción experimental y resultados de experimentos con adición suplementaria de amoníaco Tabla 9a
Tabla 9b
Ejemplos 32-35 En la Tabla 10, los detalles de los ejemplos 32-35 son dados, a partir de los cuales se puede ver que la carga de materiales a cada lote fue equivalente excepto para la cantidad de metanol presente. En el ejemplo 32, la formalina adicionada contuvo metanol al 1% que fue equivalente a 5.26 gramos de metanol. La formalina en el ejemplo 33 contuvo metanol al 7.5% equivalente a 40.21 gramo de metanol. La solución a 7.5% se utilizó en los ejemplos 34 y 35 también pero el metanol adicional se adicionó tanto que los experimentos en los ejemplos 34 y 35 contuvieron 70.21 gramos y 100.21 gramos de metanol respectivamente. Todas las cantidades en la Tabla 10, incluyendo 80 gramos de material de semilla, se cargaron al reactor de lotes excepto para 436.15 gramos de formaldehido y 23.77 gramos de amoniaco. Estos materiales se adicionaron después al recipiente en el modo de semi-lotes. Cada carga se calentó a 85°C y se mantuvo durante 5 horas. Una vez que la mezcla de reacción habla alcanzado 85°C, la formación de formaldehido restante y el amoniaco se adicionaron al reactor en el modo de semi-lotes durante un periodo de 45 minutos. Después de 5 horas, la suspensión formada se calentó a 90°C durante 45 minutos, después de los cuales se enfrió a 30°C. La suspensión se sometió subsecuentemente a tres etapas de intercambio de solvente con agua antes de que la suspensión se filtrara. Los sólidos recuperados se secaron a temperatura ambiente durante 12 horas y se cribaron utilizando una serie de placas de criba perforadas. La masa retenida sobre cada placa de criba se muestra en la Tabla 10. También se muestra en la Tabla 10 el rendimiento del producto y el rendimiento del producto en los intervalos de tamaño arriba de 425 um. El espacio también se muestra en la Tabla 10. Está muestra un valor máximo cuando el contenido de metanol es de gramos (320 µm) y con 5.36 gramos, tiene un valor de 157 µm. Los resultados en la Tabla 10 muestran que mientras el rendimiento total completo del producto no se correlaciona directamente con la cantidad de metanol en el reactor, el cambio en el rendimiento del producto total arriba de 425 um se incrementa con una disminución en la cantidad de metanol en el lote.
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Tabla 10a Cantidades de carga para cada experimento
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Tabla 10b: Resultados en términos de la distribución de tamaño de partícula, rendimiento y espacio
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Ejemplos 36-45 Los siguientes ejemplos ilustran varios tratamientos térmicos de cuentas de resina de resol de fenol/formaldehido preparadas en un medio ambiente acuoso utilizando un catalizador de amoniaco, en una manera como ya es descrita. Las cuentas precipitadas de la mezcla de reacción acuosa en el final de la reacción, se lavaron con agua, y luego se secaron a temperatura ambiente. EJEMPLO 36 Este ejemplo ilustra el tratamiento hidrotérmico de cuentas de resina de resol y carbonización subsecuente. Las cuentas de partida de 425-500 mieras se analizaron mediante DSC y mostraron una Tg de principio a 47°C. 600 g de estas cuentas se reflujaron en 3000 g de agua (~97°C) con agitación a presión ambiente durante 30 minutos y se lavaron subsecuentemente con 3000 mi de agua. Una porción de estas cuentas se secaron con aire a temperatura ambiente mientras que el resto se dejó húmedo. DSC de las cuentas secas mostró que la Tg de inicio ha cambiado a 9 °C. Las muestras húmedas y secas se carbonizaron subsecuentemente en un horno rotatorio de laboratorio en nitrógeno utilizando una elevación de 2 horas a 1000°C. En ambos casos, las cuentas no se pegaron o aglomeraron por toda la carbonización. Los productos carbonizados de los materiales de partida húmedos y secos se activaron subsecuentemente durante 2 horas en 50% en volumen de vapor en nitrógeno a 900 °C en un reactor de lecho fluidizado dando por resultado áreas de superficie BET de 814 y 852 m2/g, respectivamente. EJEMPLO 37 Este ejemplo ilustra una versión escalada del proceso hidrotérmico y carbonización subsecuente. 17.1 kg (37 libras) de cuentas de resina de 400-500 mieras se suspendieron en 25 L de agua en un matraz de 50 L. Las cuentas se calentaron a reflujo y se mantuvieron durante una hora. Luego se enfriaron, se filtraron y se lavaron con un peso igual (~38 libras, 17.2 kg) de agua. Las cuentas se dejaron húmedas en agua con nada de secado adicional. Aproximadamente una libra de estas cuentas se carbonizaron en nitrógeno a 1000°C en un reactor rotatorio de laboratorio y se activaron en el mismo reactor a ~878°C durante 3 horas en 50% de volumen de vapor (velocidad de alimentación de gas total L/min estándar 3) . No hubo indicación de pegajosidad o aglomeración en la carbonización o activación subsecuente. El material activado resultante tuvo un área de superficie BET de 443 m2/g. EJEMPLO 38 Este ejemplo ilustra que la agitación insuficiente da por resultado la aglomeración cuando la resina se trata con vapor. Un reactor de acero inoxidable ID de 2 pulgadas que contiene una linea de entrada de gas que conduce a la base de una frita en el fondo del reactor se calentó en nitrógeno (1.0 SLPM) a 120°C. La linea de entrada de gas también se calentó a 120°C. El flujo de nitrógeno luego se descontinuó, y el agua liquida se alimentó a 4.333 mL/minuto y se vaporizó en la linea de entrada de gas a 120°C. El flujo de vapor se continuó durante 5 minutos para purgar el nitrógeno de la región más baja del reactor. Las cuentas de resina no curadas (74.2 g) se cargaron en un tubo de vidrio que contiene una frita gruesa. La parte superior del tubo se ajustó con un septum que permitió a un tubo de acero inoxidable de pulgada moverse hacia arriba y hacia abajo en el cilindro. El tubo de acero inoxidable se conectó a la tubería de fuelle de H pulgada. El otro extremo de la tubería de fuelle se unió a otro tubo de acero inoxidable de que se ajustó a través del ajuste del termopar existente sobre la parte superior del reactor de acero inoxidable ID de 2 pulgadas y se extendió alrededor de una pulgada debajo de la región donde la cabeza del reactor se unió al reactor. La base del tubo de vidrio se unió a un suministro de nitrógeno. El suministro de nitrógeno se utilizó para introducir el material en el tubo y luego para fluidizarlo en el tubo de vidrio en el tiempo deseado. El descenso del tubo de acero inoxidable en las cuentas no curadas fluidizadas permitió a las cuentas ser transferidas del tubo al reactor ID de 2 pulgadas debido a la velocidad lineal significantemente incrementada en el tubo pequeño. La configuración del reactor fue tal que el vapor y el portador de nitrógeno salieron del reactor en un punto arriba en donde los sólidos entraron al reactor minimizando de esta manera el mezclado de nitrógeno con el vapor en la base del reactor. Las cuentas de resina se adicionaron a la corriente de vapor en el reactor ID de 2 pulgadas en 7 minutos. El tratamiento con vapor se continuó a 120°C durante 48 minutos adicionales. El flujo de vapor se terminó y el reactor se mantuvo durante una hora adicional en flujo de nitrógeno lento (42 SCCM) tiempo durante el cual el agua se continuó emitiendo desde el reactor. El reactor luego se dejó enfriar en nitrógeno (1.0 SLPM) . El material aislado del reactor (62.8 g) se aglomeró muy sueltamente de -manera conjunta y se rompió fácilmente, pero no estuvo fluyendo libre. La velocidad del vapor durante esté ejemplo fue abajo de la velocidad de fluidización de las cuentas de resina. EJEMPLO 39 Este ejemplo ilustra el uso de un secador de cono rotatorio de vacio [modelo, fuente] y la carbonización subsecuente del producto. 54.4 kg (120 libras) de cuentas se secaron a 50°C durante 8 horas en un secador de cono rotatorio que opera bajo vacio, aproximadamente 70 mm Hg. El producto seco resultante se cribó, y el corte de 400-500 mieras se transfirió de regreso al mismo secador y se calentó a 100°C y se mantuvo ahi durante 2 horas, todo bajo vacio (aproximadamente 70 mm Hg) . 335 g de estas cuentas se carbonizaron en 6 L/min de nitrógeno a 900°C en un reactor rotatorio de laboratorio y se activó en vapor al 90% en el mismo reactor a ~878°C durante 2 horas en 90% en volumen de vapor (velocidad de alimentación de gas total de 6 L/min estándar). Ningún signo de pegajosidad o aglomeración se observó en la carbonización o la activación subsecuente. EJEMPLO 40 Este ejemplo ilustra que la pegajosidad ocurre en ausencia de una temperatura final elevada, con el uso de un secador de cono rotatorio. 54.4 kg (120 libras) de cuentas se secaron a 50°C durante 8 horas en un secador de cono rotatorio que opera bajo vacio total. El producto seco resultante se cribó y una porción del corte de 400-500 mieras se utilizó como se encuentra sin tratamiento adicional. 346 g de estas cuentas se carbonizaron en 6 L/min de nitrógeno a 1000°C en un reactor rotatorio de laboratorio y se activaron en 90% de vapor en el mismo reactor a ~878°C durante 2 horas en 90% en volumen de vapor (velocidad de alimentación de gas total 6 L/min estándar) . Durante la carbonización, las cuentas se observaron que se pegan entre si y se adhieren a la pared interior del reactor entre las temperaturas del horno de ~150 a ~450°C. EJEMPLO 41 Este ejemplo ilustra un proceso de la invención y el curado subsecuente utilizando un lecho fluidizado. Un reactor de lecho fluidizado de acero inoxidable ID de 2 pulgadas equipado con un termopar y una frita de dispersión de gas se cargó con cuentas de resina de 420-590 mieras
(303.1 g) . Las cuentas de resina se fluidizaron en nitrógeno
(29 SLPM) . La temperatura se incrementó de ambiente a 105°C durante 80 minutos, se mantuvo a 105°C durante 60 minutos, se incrementó a 150°C durante 90 minutos y se mantuvo a 150°C durante 60 minutos. En el enfriamiento el material recuperado del reactor (266.5 g) estuvo fluyendo libre. EJEMPLO 42 Este ejemplo ilustra que la aglomeración puede ocurrir, aun con agitación, si las temperaturas apropiadas no se mantienen durante un tiempo suficiente. Un reactor de lecho fluidizado de acero inoxidable ID de 2 pulgadas equipado con un termopar y una frita de dispersión de gas se cargó con cuentas de resina de 420-590 mieras (301.2 g) . Las cuentas de resina se fluidizaron en nitrógeno (29.8 SLPM). La temperatura se incrementó de ambiente a 150CC durante 60 minutos, se mantuvo a 150°C durante 60 minutos, se incrementó a 250°C durante 60 minutos y se mantuvo a 250°C durante 60 minutos. En el enfriamiento, el material recuperado del reactor (247.0 'g) se fundió en un cilindro pegándose al termopar, a las paredes del reactor y a la frita de dispersión de gas. EJEMPLO 43 Este ejemplo ilustra que el proceso de la invención se puede integrar con la reacción de carbonización en un solo reactor. Un reactor de lecho fluidizado de acero inoxidable ID de 2 pulgadas equipado con un termopar y una frita de dispersión de gas se cargó con cuentas de resina de 420-590 mieras (301.8 g) . Las cuentas de resina se fluidizaron en nitrógeno (29 SLPM) . La temperatura se incrementó de ambiente a 105°C durante 80 minutos, se mantuvo a 105°C durante 60 minutos, y luego se dejó enfriar y se mantuvo fluidizada durante el fin de semana en nitrógeno (29 SLPM) . El material luego se calentó en nitrógeno (29 SLPM) a 1000°C durante 300 minutos y se mantuvo a 1000°C durante 15 minutos. En el enfriamiento el material carbonizado recuperado del reactor (168.8 g) estuvo fluyendo libre. EJEMPLO 44 Este ejemplo ilustra la formación de cuentas de carbón activado mediante el proceso de la invención que caracteriza una carbonización en nitrógeno y activación en 50% de vapor-50% de nitrógeno en un lecho fluidizado. 350.1 g de cuentas de resina húmedas con agua del Ejemplo 37 se cargaron en un reactor de acero inoxidable ID de 2 pulgadas que contiene una linea de entrada de gas que conduce a la base en una frita en el fondo del reactor y un termopar de 5 elementos montado en el lecho de resina. El nitrógeno se alimentó al reactor a 29 SLPM, y el reactor se calentó en un horno de tubo verticalmente montado eléctrico de tres elementos de temperatura ambiente a 105°C durante un periodo de 20 minutos y se mantuvo a 105°C durante 60 minutos. La velocidad de flujo de nitrógeno luego se redujo a 10.8 SLPM y la temperatura se incrementó a 900°C durante un periodo de 120 minutos. Al alcanzar una temperatura de lecho de 900°C el flujo de nitrógeno se redujo a 5.4 SLPM, y el agua se alimentó al reactor a una velocidad de 4 .333 mL liquido/minuto a través de una linea de entrada calentada a 120°C para vaporizar el agua antes de que entrara al reactor. La alimentación de vapor-nitrógeno se continuó a una temperatura de horno de 900°C durante 120 minutos. Durante la activación una endoterma de 4-5°C se midió mediante el termopar de 5 elementos. En la completación de la activación de 120 minutos, la alimentación de agua se terminó, el flujo de nitrógeno se ajustó para 10.8 SLPM, y el reactor se dejó enfriar. 116.8 g de cuentas de carbón activado se aislaron del reactor. El producto activado tuvo una densidad aparente = 0.66 g/cc, un tamaño de partícula medio de aproximadamente 380 mieras, un área de superficie BET = 1032 m2/g, volumen de poro = 0.468 cc/g, y 98% de los poros fueron menores que 20 angstroms en diámetro. EJEMPLO 45 Este ejemplo ilustra la formación de cuentas de carbón activado mediante el proceso de la invención que caracteriza una carbonización y activación ambas realizadas en 50% de vapor-50% de nitrógeno en un lecho fluidizado. 196.4 g de cuentas de resina húmedas en agua del Ejemplo 37 se cargaron en un reactor de acero inoxidable ID de 2 pulgadas que contiene una linea de entrada de gas que conduce a la base de una frita en el fondo del reactor y un termopar de 5 elementos montado en el lecho de resina. El nitrógeno se alimento al reactor a 29 SLPM, y el reactor se calentó en un horno de tubo verticalmente montado eléctrico de tres elementos de temperatura ambiente a 105°C durante un periodo de 20 minutos y se mantuvo a 105°C durante 60 minutos. El flujo de nitrógeno se redujo a 5.4 SLPM, y el agua se alimentó al reactor a una velocidad de 4.333 mL líquido/minuto a través de una línea de entrada calentada a 120°C para vaporizar el agua antes de que entrara al reactor. El reactor luego se calentó a 900°C durante un período de 120 minutos. La alimentación de vapor-nitrógeno se continuó a una temperatura de horno de 900°C durante 120 minutos. Durante la activación una endoterma de 4-8 °C se midió por el termopar de 5 elementos. En la completación de la activación de 120 minutos, la alimentación de agua se terminó, el flujo de nitrógeno se ajustó, para 10.8 SLPM, y el reactor se dejó enfriar . 50.3 g de cuentas de carbón activado se aislaron del reactor. El producto activado tuvo una densidad aparente = 0.60 g/cc, un tamaño de partícula medio de 381 mieras, un área de superficie BET = 1231 m2/g, volumen de poro = 0.576 cc/g, y 97% de los poros fueron menores que 20 angstroms en diámetro .
Claims (38)
- REIVINDICACIONES 1. Un proceso para producir cuentas de resol curadas, el proceso caracterizado porque comprende: hacer reaccionar un fenol con un aldehido en un medio acuoso agitado proporcionado con una base como catalizador, un estabilizador coloidal y opcionalmente un surfactante, durante un período de tiempo y a una temperatura suficiente para producir una dispersión acuosa de cuentas de resol; y curar térmicamente las cuentas de resol en un fluido calentado, con agitación, para obtener cuentas de resol curadas.
- 2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el curado térmico se lleva a cabo en un fluido que es diferente del medio acuoso en el cual se forman las cuentas de resol.
- 3. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el fluido calentado comprende uno o más de: agua líquida, vapor, aire, nitrógeno o un gas inerte. .
- El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el curado térmico se lleva a cabo bajo un vacío.
- 5. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la temperatura del fluido calentado es de aproximadamente 85°C a aproximadamente 105°C.
- 6. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la temperatura del fluido calentado es de aproximadamente 85°C a aproximadamente 98°C.
- 7. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la agitación de las cuentas de resol en el fluido calentado se proporciona mediante uno o más de: un movimiento del fluido, un movimiento de un recipiente en el cual las cuentas de resol se colocan, un agitador o un lecho fluidizado.
- 8. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el medio acuoso agitado se proporciona con cuentas de resol previamente formadas .
- 9. El proceso de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque las cuentas de resol previamente formadas tienen un tamaño de partícula medio de 75 µm a 750 µm.
- 10. El proceso de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque las cuentas de resol previamente formadas tienen un valor de esfericidad medio de aproximadamente 0.90 a 1.0.
- 11. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las cuentas de resol obtenidas tienen un valor de esfericidad medio de aproximadamente 0.90 a 1.0.
- 12. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el fenol comprende monohidroxibenceno.
- 13. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el aldehido comprende formaldehído.
- 14. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la base comprende uno o más de amoníaco o hidróxido de amonio
- 15. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la relación molar del aldehido al fenol es de aproximadamente 1.1:1 a aproximadamente 3:1.
- 16. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el estabilizador coloidal comprende una sal de carboximetil celulosa.
- 17. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la temperatura de reacción es de 75°C a 90°C.
- 18. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el surfactante está presente y comprende uno o más de: dodecil sulfato de sodio o dodecil bencen sulfonato de sodio.
- 19. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el metanol está presente en el aldehido proporcionado a la mezcla de reacción en una cantidad de no más de aproximadamente 2% en peso, basado sobre el peso total del aldehido.
- 20. Un proceso para producir cuentas de resol curadas, el proceso caracterizado porque comprende: a) hacer reaccionar un fenol con un aldehido en la presencia de una base como catalizador, en un medio acuoso agitado que incluye una estabilizador coloidal, y opcionalmente un surfactante, durante un período de tiempo y a una temperatura suficiente para producir una dispersión acuosa de cuentas de resol; b) recuperar las cuentas de resol insolubles en agua arriba de un tamaño de partícula mínimo de la dispersión acuosa; c) retener o reciclar las cuentas abajo del tamaño de partícula mínimo en la dispersión acuosa de las cuentas de resol y hacerlas reaccionar adicionalmente para obtener cuentas de resol completamente formadas arriba del tamaño de partícula mínimo; y d) curar térmicamente las cuentas de resol completamente formadas en un fluido calentado, con agitación, para obtener cuentas de resol curadas.
- 21. El proceso de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el curado térmico se lleva a cabo en un fluido que es diferente del medio acuoso en el cual se forman las cuentas de resol.
- 22. El proceso de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el fluido calentado comprende uno o más de: agua líquida, vapor, aire, nitrógeno o un gas inerte.
- 23. El proceso de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el curado térmico se lleva a cabo bajo un vacío.
- 24. El proceso de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la temperatura del fluido calentado es de aproximadamente 85°C a aproximadamente 105°C.
- 25. El proceso de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la agitación de las cuentas de resol en el fluido calentado se proporciona mediante uno o más de: un movimiento del fluido, un movimiento de un recipiente en el cual las cuentas de resol se colocan, un agitador o un lecho fluidizado.
- 26. El proceso de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el tamaño de partícula mínimo es de aproximadamente 125 µm a aproximadamente 750 µm.
- 27. El proceso de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el medio acuoso agitado se proporciona con cuentas de resol previamente formadas .
- 28. El proceso de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque las cuentas de resol previamente formadas tienen un tamaño de partícula medio de aproximadamente 125 µm a aproximadamente 300 µm.
- 29. El proceso de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque las cuentas de resol tienen un valor de esfericidad medio de aproximadamente 0.90 a 1.0.
- 30. El proceso de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque las cuentas de resol obtenidas tienen un tamaño de partícula medio de aproximadamente 100 µm a aproximadamente 750 µm.
- 31. El proceso de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el fenol comprende monohidroxibenceno .
- 32. El proceso de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el aldehido comprende formaldehído.
- 33. El proceso de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la base comprende uno o más de amoníaco o hidróxido de amonio.
- 34. El proceso de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la relación molar del aldehido al fenol es de aproximadamente 1.1:1 a aproximadamente 3:1.
- 35. El proceso de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el estabilizador coloidal comprende una sal de carboximetil celulosa.
- 36. El proceso de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque la temperatura de reacción es de 75°C a 90°C.
- 37. El proceso de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el surfactante está presente y comprende uno o más de: dodecil sulfato de sodio o dodecil bencen sulfonato de sodio.
- 38. El proceso de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el metanol está presente en el aldehido proporcionado a la mezcla de reacción en una cantidad de no más de aproximadamente 2% en peso, basado sobre el peso total del aldehido.
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