JP2002200401A

JP2002200401A - 高融点有機材料の蒸留精製方法及び装置

Info

Publication number: JP2002200401A
Application number: JP2000402301A
Authority: JP
Inventors: Shinji Matsuo; 真嗣松尾; Kazuo Ishii; 和男石井; Hiroshi Miyazaki; 浩宮崎
Original assignee: Nippon Steel Chemical Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2002-07-16
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: WO2002053250A1; JP5248721B2

Abstract

(57)【要約】【課題】不純物を含有する高沸点、高融点有機材料
を、高純度、高歩留、高い生産性で蒸留精製することが
できる精製装置及び精製方法を提供する。【解決手段】高融点有機材料を溶融後蒸発させる蒸発
部Ａと蒸発気体を凝縮捕集する捕集部Ｂ、Ｃとを有し、
捕集部の温度は下流側に向かってほぼ階段状又は連続的
に低下し、且つ、少なくとも蒸発部と捕集部の一部は誘
電コイル３、７により電磁誘導加熱が可能な材料で構成
されており、更に高融点の有機材料と接触する装置内面
材料が該高融点の有機材料に対して不活性な材料で構成
されている蒸留精製装置及びこれを使用する蒸留精製方
法である。この精製方法は、有機ＥＬ材料等の高融点有
機材料の精製に適する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高融点有機材料の
蒸留精製方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、有機材料の精製には再結晶、吸
着分離、蒸留、昇華といった手法が用いられる。

【０００３】再結晶を用いた精製は物質の温度による溶
解度の差異を利用した精製法であるが、利用できる溶媒
の選択が困難、温度による溶解度差が小さい、溶解度差
はあっても、その溶解度自身が小さく規定量の精製を行
うために大量の溶媒を必要とする等の問題が存在する場
合がある。

【０００４】一方、吸着分離を用いる場合、吸着剤の選
択が困難であることや高融点の有機材料は、一般的に汎
用の有機溶媒への溶解度が小さいことが多く、このため
に移動層として用いる溶媒が大量に必要となる。更に、
これら溶媒を使用する精製においては使用した溶媒の除
去が必要となるが、材料によっては溶媒分子との混合結
晶を形成する場合もあり、微量の残留を考慮する必要も
ある。こうしたことが高度な精製度を要求される材料に
おいては問題となる。

【０００５】蒸留精製においては、熱的な安定性さえ確
保できれば上記のような問題は考慮する必要はない。し
かし、高融点の材料においては蒸留精度を上げるための
精留部や精製物を捕集部に導くための配管中での閉塞が
大きな問題となり、これを防止するためそれらに強力な
断熱材や配管全体を均一に加熱すること等による保温措
置を施す必要が生じ、これが装置の肥大化や装置メンテ
ナンスを困難なものとしている。分子蒸留は、上記した
問題は比較的生じにくい手法であり、「実験化学講座」
（丸善）基本操作１」中に使用する装置が紹介されてい
る。しかし、目的とする精製物原料に沸点の近い不純物
が含有される場合、精密な分離制御を行うための精留部
を有していないため、目的物質のみを凝縮、捕集するこ
とは困難である。昇華性の材料については分子蒸留と類
似の装置を用いて精製を行えることは公知であり、これ
を改良した方法も特開平１２−９３７０１等に示されて
いるが、そもそも昇華性を示す材料は有機化合物全般か
らすればわずかであり、利用できる範囲は限られてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、微量
から多量の供給原料を均一にしかも短時間に加熱すると
ともに、その加熱温度、及び捕集温度を精度高く制御で
き、それによって一般の方法では精製が困難な高融点有
機材料を効率よく蒸留精製する方法及び装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、高融点有機材
料を溶融後蒸発させる蒸発部と蒸発気体を凝縮捕集する
捕集部とを有し、捕集部の温度は下流側に向かってほぼ
階段状又は連続的に低下し、且つ、少なくとも蒸発部と
捕集部の一部は電磁誘導加熱が可能な材料で構成されて
おり、更に高融点の有機材料と接触する装置内面材料が
該高融点の有機材料に対して不活性な材料で構成されて
なる蒸留精製装置である。溶融状態の高融点の有機材料
に対して不活性な材料としては、金属、ガラス、セラミ
ックス又はふっ素樹脂から選択される材料が好ましく挙
げられる。更に、捕集部分に１又は２以上の堰を設ける
ことも有利である。また、本発明は少なくとも１層が金
属材料から構成される加熱部及び捕集部を有し、その外
周の少なくとも一部にはこれを電磁誘導方式で発熱させ
るための誘導コイルを有しており、捕集部には下流側に
向かって温度がほぼ階段状又は連続的に低下するように
温度勾配が設けられるようにした蒸留精製装置である。

【０００８】また、本発明は、前記の蒸留精製装置に、
高融点有機材料を蒸発部に装入して加熱溶融、蒸発さ
せ、該蒸発気体を所定温度範囲に保持された凝縮ゾーン
を有する捕集部に導入して、精製された有機材料を該ゾ
ーンから回収する蒸留精製方法である。

【０００９】本発明で精製する有機材料は、格別の制限
はないが、一般の方法では精製困難な高融点を有し、結
晶が溶媒等を取り込み単一結晶となりにくいアモルファ
ス性固体材料に特に有効であり、例えば微量の不純物や
結晶形の相違又は変形が大きな影響を与える事の多い電
子材料、光学材料用の固体材料に対し有効である。この
ような物質としては、エレクトロルミネッセンス素子材
料、半導体素子材料等が挙げられるが、エレクトロルミ
ネッセンス素子材料に適する。

【００１０】電磁誘導式の加熱装置は、導電性の金属材
料の周りに配置されたコイルに低周波交流電流を流すこ
とにより発熱を生じさせるものであればよい。電流の周
波数は５０〜５００Hzが一般的であり、商用周波数でも
差し支えない。

【００１１】本発明で用いる精製装置は、加熱部及び捕
集部が連続であっても、途中で連結されていてもよい。
ただし、誘導加熱を有効に行うためには加熱部及び捕集
部は筒状であることが好ましいが、途中で径や断面形状
が異なっていてもよい。精製されるべき有機材料の流れ
の方向にしたがって、上流側に加熱部、下流側に捕集部
を有する。そして、加熱部及び捕集部の少なくとも一部
は電磁誘導加熱できるように、その部分が導電性の金属
材料から構成されており、その周囲にはコイルが配置さ
れている。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の高融点を有する
有機物質の精製を実施するための装置の一例を示す断面
図であり、それぞれ直列に連結された筒状の加熱部A、
捕集部B及び捕集部Cからなる。

【００１３】加熱部Aは、内部に加熱室を形成し、しか
も誘導電流により自ら発熱する金属材料性の筒状体１、
筒状体の外周を囲む誘導コイル６、熱伝対４及び温度調
節器８を備えている。誘導コイル６は、交流電源に接続
され、熱伝対４と接続している温度調節器８により、供
給電力が制御される。この筒状体１の形状は、特に制限
はないが、これを横に設置する場合には円筒を長さ方向
に半分に分割したような半円筒形状とし、平らな面を下
面とすることが、原料である固体材料を所定位置に容易
に装入、設置できるので好ましい。また、筒状体１が１
層の金属材料から構成されていても、２層以上の金属材
料から構成されていても、少なくとも１層の金属材料と
他の非金属材料から構成されていても差し支えない。し
かしながら、少なくとも１層は誘導電流により自ら発熱
する金属材料である必要があり、それは磁性体であるこ
とが好ましい。

【００１４】精製する固体材料は粉末等の形で連続的に
加熱室に装入してもよいが、ボート等に載せて間欠的に
装入することが簡便である。固体材料が熱により変質し
やすい場合は、連続的に装入するか、少量づつ間欠的に
装入することも可能である。

【００１５】加熱は電力を供給することにより行うが、
可及的短時間で精製温度に達するように電力供給量を制
御する。なお、熱容量を小さくすることも昇温速度を早
めるため有効であるので、必要以上に筒状体１の径を大
きくしたり、肉厚を厚くしたりしないことが有利であ
る。

【００１６】加熱部Aの下流側には、それより温度が低
く保たれる捕集部が設けられる。なお、加熱部Aと捕集
部の間には、中間温度に保持された中間ゾーンを必要に
より設けることができる。この捕集部は複数のゾーンを
有することが好ましく、少なくとも１つのゾーンは誘導
加熱可能とされている。図面では誘導加熱可能とされた
捕集部Bのゾーンと、そうでない捕集部Cのゾーンが設け
られており、捕集部Bは加熱部Aと連結されている。捕集
部Bは金属材料性の筒状体２、その外周を囲む誘導コイ
ル７、熱電対５及び温度調節器９から構成されて誘導加
熱可能とされている。この捕集部Bの加熱構造について
は、加熱部Aと同様な構造が適用できるが、捕集される
材料が液状である場合は、適当な温度分布に沿った堰を
設けて、所定の温度範囲で凝縮したものを区分してやる
ことも有効である。堰の形状は所定範囲の凝縮液と他の
範囲の凝縮液が混ざらない形状であればよいが、リング
状の隔壁等の形状が好ましい。また、下部に抜出し用の
弁を設けることも有効である。捕集される材料が一旦液
状となり、その後該捕集部において固体状となる場合
は、抜出し用の弁等は不要である。そして、捕集部Bの
下流側には、捕集部Cが連結されている。

【００１７】図面では、この捕集部Cは筒状体３からな
るが、その外周は保温されていても、冷却されていて
も、あるいは空気と接触していても差し支えない。ま
た、図面と異なり、捕集部Bの上流側に置かれてもよ
い。また、誘導加熱可能とされた捕集部Bは、１段であ
っても２段以上であってもよいが、目的物として捕集す
べき物質が１種類である場合は、それを捕集する部分だ
けを誘導加熱可能とすることでもよい。誘導加熱する捕
集部Bは、捕集すべき物質が一定以上の純度で捕集され
るように温度を制御され、しかも一定の温度に保たれた
所定長さのゾーンを有するようにされる。すなわち、加
熱部と捕集部にかけて、誘導加熱により温度がほぼ一定
とされたゾーンが２つ以上有り、下流部に向かって順次
温度が低下するようにされる。そして、最も下流部側の
捕集部の出口はトラップ１０を介して真空ポンプ１１に
つながっている。

【００１８】以下、上記の精製装置を用いて、不純物を
含有する高融点有機物質を精製する方法について説明す
る。なお、説明の便宜上、精製原料には、目的の物質と
それより沸点の低い不純物が含まれる場合について説明
する。

【００１９】図１の精製装置において、原料である有機
材料を加熱室に装入し、交流電源から誘導コイル６に交
流電源を通じると、加熱部Aの金属材料からなる筒状体
１が電磁誘導加熱により発熱し、装入原料が融解を経て
沸騰温度に達する。筒状体１の温度制御は、熱電対４に
より加熱部Aの温度を測定したり、温度調節器８で交流
電源をオン・オフしたり、インバータ制御することなど
により、設定温度を保持することができる。加熱部Aで
溶融した装入原料中の目的物質と沸点の低い不純物は捕
集部Cの後方にある真空ポンプ１１の吸引力により、ガ
スとなって捕集部Bへ移動する。

【００２０】捕集部Bへ移動したガスは、目的物質の露
点温度以下の温度で、含まれる低沸点不純物の露点温度
以上の温度に保持された筒状体２で冷却され、筒状体２
の内壁に目的物質のみが凝縮され、捕集される。捕集部
Bにおける発熱とその温度制御は、加熱部Aと同様に行う
ことができる。この温度は、不純物の露点以上の温度で
あって、可及的に低い温度とすることが望ましいが、不
純物が多数あり、微量の混入が許容される不純物であれ
ば、更に温度を低く設定することも可能である。液体と
して捕集することが通常であるが、温度を十分低くすれ
ば、これを固体状で回収することも可能である。しか
し、温度を十分低くすることは、純度向上の点で不利な
場合がある。また、液体で凝縮し、運転中は液体で存在
し、運転終了後に冷却して固体となし、掻き出すという
方法も有利である。凝縮温度が近傍にある不純物を含ん
でいる場合は、液相で捕集した方が好ましく、目的化合
物を捕集する捕集部には、前記の堰や隔壁を設けた多段
にすることが好ましい。そのような不純物がない場合に
は、速やかに固体として捕集してもよい。

【００２１】本発明の精製装置において、加熱部A及び
捕集部Bを構成する筒状体１、２は、電磁誘導加熱によ
り発熱させるため、それを構成する筒状の金属材料の全
体が金属材料性であるか、あるいは２層以上の層で形成
され、１層以上が金属材料であるかする必要があるが、
そのうち少なくとも１層が磁性金属材料であることが望
ましい。このような金属磁性材料としては、一般に鉄が
用いられるが、耐熱性と防食性の観点からステンレスを
用いることも可能である。

【００２２】筒状体１及び２を電磁誘導加熱させるため
に用いられる誘導コイル６、７及び温度調節器８、９に
は従来から公知の電磁誘導加熱装置に用いられるもので
よい。誘導コイル６及び７は、筒状体１、２を均一に加
熱するため、その外周を所定の長さで囲むように設置す
ることが肝要である。

【００２３】このように、電磁誘導加熱により筒状体１
及び２を発熱させることにより、加熱部A及び捕集部Bの
一定のゾーン全体を均一に発熱させることができ、例え
ば室温から４００℃に昇温するのに数分から３０分程度
と昇温速度が大きく、また温度制御の精度も高くするこ
とができる。

【００２４】捕集部Bにおいては、目的の物質のみを凝
集、捕捉し、原料中の不純物をガス状のまま通過させ、
捕集部Bと直結している捕集部Cでこの不純物を凝集、捕
捉する。したがって、捕集部Cは、通常行われている空
冷、又は液冷等により所定の温度、例えば室温程度に冷
却できるようにすることでよい。

【００２５】これらの加熱部A、捕集部Bと捕集部Cとの
間には、下流側に向かって温度がほぼ階段状又は連続的
に低下する温度勾配を設けることが、目的の純度を上げ
るとともに回収歩留まりを高くするために必要である。
なお、階段状とは、精製装置でのガスの流れ方向に、温
度がほぼ一定のゾーンが複数あることをいい、連続的に
温度が低下するゾーンを有することを除外しない。そし
て、温度がほぼ一定のゾーンの長さは、一定組成の捕集
容量を確保する観点から定められる。

【００２６】精製速度をあげるためには、精製装置内を
減圧にして目的物の蒸発速度を上げることが好ましく、
図１に示すように、捕集部Cの末端側に真空ポンプ１１
等を設ける事がよい。また、場合によっては、加熱部A
の入り口方向から窒素ガス等の随伴ガスを供給し、この
随伴ガスにより精製速度を速めることもできる。

【００２７】なお、上記の精製方法の説明では、成分と
して目的の物質とそれより沸点の低い不純物が含まれる
場合について説明したが、不純物の沸点が目的の物質よ
り高いものである場合には、まず捕集部Bで不純物が捕
集され、ついで捕集部Cで目的の物質が捕集されること
となる。しかし、目的とする物質が捕集される捕集部
は、誘導加熱可能な捕集部とすることがよく、不純物を
捕集する捕集部は誘導加熱可能でなくてもよい。

【００２８】また、上記の実施の態様においては、加熱
部Aと捕集部Bが２つの異なる温度ゾーンを有する、すな
わち電磁誘導加熱式で発熱させて温度調節する１つの捕
集部Bと、通常の冷却法による１つの捕集部Cを備えた精
製装置の例を説明したが、本発明はこれに限定されるも
のではない。

【００２９】例えば、この捕集部BがB１、B２のように
異なった温度ゾーンが２つあるものなどのように、異な
った温度ゾーンに調整した電磁誘導式で発熱させて温度
調整する捕集部が２つ以上有り、合計３つ以上の異なる
温度ゾーンを有する捕集部を備えたものであってもよ
い。上記例示の場合も、加熱部Aと、捕集部B１、B２と
捕集部Cとの間には下流側に向かって温度がほぼ階段状
に低下する温度勾配を設けることにより、３つの異なる
温度ゾーンを有する捕集部で、ガス中の各成分をその融
点に応じて分縮させることが可能となる。場合によって
は、捕集部Cを省略して、２つ以上の電磁誘導式で発熱
させて温度調節する捕集部のみで目的物質と不純物等の
他成分を分縮させることも可能である。他の部分で凝縮
した液と混ざらないようにするには、隔壁又は堰を備え
た内筒を用いるとよい。

【００３０】精製装置に用いる筒状体の径や長さは、有
機材料の種類や処理量によって適宜決定されるが、本発
明の装置は少量から多量まで処理することができ、沸点
が300℃以上、融点が200℃以上の有機材料に対して有用
である。さらに、精製装置を減圧にすることにより、低
温での処理が可能となり不安定な物質の精製にも適して
いる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき、具体的に説
明する。実施例１ニトロベンゼン中、４、４’−ジヨードビフェニル、フ
ェニル−１−ナフチルアミン、炭酸カリウム及び銅粉を
反応して得られた有機EL素子中の正孔輸送材量として用
いられるHPLC純度９４％のN,N`-ジ-（ナフタレン-1-イ
ル）- N,N’-ジフェニル-ベンジジン（以下、NPBとい
う）を図１に示す装置を用いて精製を行った。加熱部
A、捕集部B、Cは、６０ｍｍφ、長さ１０００ｍｍのス
テンレス管を共通して用いた。交流電源は２００Ｖ、６
０Ｈｚとし、温度調節器６、７にはインバータ制御を用
いた。加熱室にNPB１０ｇを長さ方向に半割にした５０
ｍｍφ、長さ１００ｍｍのガラスボートに乗せて装入
し、加熱部Aの温度を３３０℃、捕集部Bの温度を３００
℃、捕集部Cの外周は室温の空気に接触させてほぼ室温
に維持するとともに、真空ポンプ１１により精製装置内
を０．１Torrに減圧した。捕集部Bから回収されたNPBは
５．６ｇ、そのHPLC純度９９％であった。なお、運転終
了後、捕集部Bの温度を下げ、NPBは固体として回収し
た。

【００３２】実施例２実施例１の装置に代えて、加熱部Aには、長さ方向に半
割りにした３００mmφ、長さ５００mmの炭素鋼管を用
い、捕集部Bには１００mmφ、長さ５００mmの炭素鋼管
を用い、捕集部Cには１００mmφ、長さ５００mmのステ
ンレス管を用いた。加熱部Aと捕集部B、Cとはフランジ
を介して直結した。加熱部Aに実施例１に用いたのと同
様のNPB１００ｇを縦２００ｍｍ、横２５０ｍｍ、高さ
２０ｍｍのガラスバットに乗せて装入し、加熱部Aの温
度を３８０℃、捕集部Bの温度を２８０℃、捕集部３の
外周は室温の空気に接触させてほぼ室温に維持するとと
もに、真空ポンプ１１により精製装置内を０．２Torrに
減圧した。捕集部Bから回収されたNPBは５０．７ｇ、そ
のHPLC純度９９％であった。

【００３３】比較例１実施例６で使用したのと同様のHPLC純度９４％のNPB
２．０ｇを図２に示すガラス製外筒１３とガラス製内筒
製の捕集部１４とから構成される装置を用いて精製を行
った。捕集部１４は、供給される窒素ガスにより冷却さ
れる。ガラス製外筒１３の底部に前記原料化合物を装入
した。冷却トラップ１６を介して真空ポンプ１７により
系内を２．０Torrに減圧し、温度調節計１５により温度
制御される加熱部１２の温度を３９０℃として、ガラス
製外筒１３の底部のNPBを蒸発させ、これを捕集部１４
のガラス外壁に凝縮、固化させて捕集した。捕集された
NPBは１．４ｇ、HPLC純度は９６％であった。

【００３４】

【発明の効果】本発明の精製方法によれば、不純物を含
有する高沸点、高融点有機材料を電磁誘導加熱により精
製するとともに、電磁誘導により特定温度に保持された
捕集部で目的の物質のみを選択的に捕集することによ
り、高純度の製品を高い歩留まりで得ることが可能とな
る。また、精製装置も少量のものから多量のものまで取
り扱うことができ、温度制御の精度が高いうえ、精製時
間が短縮できるので精製装置の生産性も高い。

【００３５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の精製方法を実施するための装置の一
例を示す断面図

【図２】比較例としてあげた精製装置の一例を示す断
面図

【符号の説明】

A：加熱部 B、C：捕集部１、２、３：筒状体４、５：熱伝対６、７：誘導コイル８、９：温度調節器１０：冷却トラップ１１：真空ポンプ１２：加熱部１３：ガラス製外筒１４：ガラス製内筒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 6/10 ３２１Ｈ０５Ｂ 6/10 ３２１ 6/26 6/26 (72)発明者宮崎浩福岡県北九州市戸畑区大字中原先の浜46− 80 新日鐵化学株式会社総合研究所内Ｆターム(参考） 3K059 AB16 AD03 AD04 AD35 4D076 AA14 AA22 BA02 BB01 BC01 CB02 CB03 DA23 4H006 AA02 AD11 BC51 BD82

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高融点有機材料を溶融後蒸発させる蒸発
部と蒸発気体を凝縮捕集する捕集部とを有し、捕集部の
温度は下流側に向かってほぼ階段状又は連続的に低下
し、且つ、少なくとも蒸発部と捕集部の一部は電磁誘導
加熱が可能な材料で構成されており、更に高融点の有機
材料と接触する装置内面材料が該高融点の有機材料に対
して不活性な材料で構成されていることを特徴とする蒸
留精製装置。
【請求項２】高融点有機材料に対して不活性な材料が
金属、ガラス、セラミックス及びふっ素樹脂から選択さ
れる材料である請求項１記載の蒸留精製装置。
【請求項３】捕集部に１又は２以上の堰を設けた請求
項１記載の蒸留精製装置。
【請求項４】加熱部及び捕集部を有する精製装置にお
いて、加熱部の少なくとも１層が金属材料であり、その
外周にはこれを電磁誘導方式で発熱させるための誘導コ
イルを有し、加熱部の下流側には温度の異なる複数のゾ
ーンを有することができる捕集部が設けられ、その１つ
以上のゾーンの少なくとも１層が磁性金属材料であり、
その外周にはこれを電磁誘導式で発熱させるための誘導
コイルとを有しており、捕集部には下流側に向かって温
度がほぼ階段状又は連続的に低下するように温度勾配が
設けられたことを特徴とする蒸留精製装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の蒸留精
製装置に、高融点有機材料を蒸発部に装入して加熱溶
融、蒸発させ、該蒸発気体を所定温度範囲に保持された
凝縮ゾーンを有する捕集部に導入して該ゾーンから精製
された有機材料を取出すことを特徴とする蒸留精製方
法。