JP2014061465A - 昇華精製装置および昇華精製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、昇華精製中に加熱手段を取り外すことなく凝結状態を確認することで不純物の生成を防止し、昇華精製物質の高純度化を目的とするものである。
【解決手段】昇華精製管２の内部の被処理物質加熱容器７には被処理物質８が充填されている。減圧手段３により減圧した昇華精製管２の内部において、加熱手段４ａにより被処理物質加熱容器７を加熱すると被処理物質８が昇華する。昇華された被処理物質８は昇華精製管２の内部を拡散するので、内壁面で凝結した成分を昇華精製物質１０として回収することができる。加熱手段４ａ、４ｂの内部には光透過性を有する熱媒体９ａ、９ｂを循環して昇華精製管２を加熱しているので、加熱手段４ａ、４ｂを取り外すことなく、昇華精製管２内部の凝結状態を把握することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、昇華性を有する有機化合物などを被処理物質として含有する混合物から昇華温度の違いを利用して、被処理物質を精製、分離する昇華精製装置および昇華精製方法に関するものである。

従来の昇華精製装置および昇華精製方法として、有機化合物の粉末を昇華した後に昇華精製管の内部で凝結させることで昇華精製を行う昇華精製装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

以下、その昇華精製装置について図３を参照しながら説明する。

図３に示すように、昇華精製装置１０１は昇華精製管１０２と減圧手段１０３と加熱手段１０４ａ、加熱手段１０４ｂ、加熱手段１０４ｃとフランジ１０５ａ、フランジ１０５ｂからなる。昇華精製管１０２は長手方向の両端に開口部を有する円筒形状をしている。加熱手段１０４ａ、加熱手段１０４ｂ、加熱手段１０４ｃは中心に開口部を有するドーナツ形状をしており、昇華精製管１０２の外周部を円周方向に対して連続的に覆い、昇華精製管１０２に密着するように配置されている。

昇華精製管１０２の長手方向両端の開口部は、フランジ１０５ａ、フランジ１０５ｂが固定されており、フランジ１０５ｂは流出口１０６を備えている。途中の配管は省略しているが、フランジ１０５ｂの流出口１０６は減圧手段１０３と接続されている。昇華精製管１０２の内部には被処理物質加熱容器１０７が設置され、被処理物質加熱容器１０７には被処理物質１０８が充填されている。

加熱手段１０４ａ、加熱手段１０４ｂ、加熱手段１０４ｃはそれぞれ電熱線１０９を内蔵している。減圧手段１０３により昇華精製管１０２の内部を減圧し、加熱手段１０４ａの電熱線１０９に通電し加熱手段１０４ａの温度を被処理物質１０８の昇華温度以上に加熱すると、被処理物質加熱容器１０７が加熱されるので被処理物質１０８が昇華する。同様に加熱手段１０４ｃにおいては被処理物質１０８の昇華温度よりもわずかに低い温度で加熱手段１０４ｃを加熱する。その結果、昇華精製管１０２の内壁面温度は被処理物質１０８の昇華温度よりも低い温度で加熱されている。

被処理物質加熱容器１０７で昇華された被処理物質１０８は昇華精製管１０２の内部を拡散し、昇華精製管１０２の内壁面の温度が被処理物質１０８の昇華温度すなわち凝結温度よりも低い場所で昇華精製管１０２の内壁面に凝結する。この従来の昇華精製装置においては、先に示したように、加熱手段１０４ｃの内側の昇華精製管１０２の内壁面が被処理物質１０８の昇華温度よりも低いので、凝結した成分を昇華精製物質１１０として回収することができる。

このような従来の昇華精製装置においては、不純物を含む被処理物質を昇華精製物質として精製するために、減圧下において被処理物質を加熱すると固体から気体へ昇華する特性を利用している。

つまり、被処理物質と被処理物質に含まれる不純物の昇華温度が異なることから、一定温度で被処理物質を昇華させると、昇華温度の高い不純物は昇華されることがないので、昇華された被処理物質のみを別の場所で凝結させると、純度の高い昇華精製物質を得ることができる。

また、被処理物質よりも凝結温度の低い不純物は、被処理物質が凝結する場所では凝結せず、昇華精製管から排出されるので、被処理物質が凝結した場所だけから被処理物質を回収することで純度の高い昇華精製物質を得ることができる。

昇華精製方法は被処理物質に含まれる不純物と被処理物質の昇華温度すなわち凝結温度の違いを利用して、昇華精製管の内壁面に純度の高い昇華精製物質を凝結させる方法であり、被処理物質の昇華温度以上かつ分解温度以下の適正な温度条件で被処理物質を昇華させる必要がある。

また、昇華精製管の内壁面の温度は被処理物質の凝結温度以下で安定させることが重要である。したがって、昇華精製中に被処理物質を凝結させる昇華精製管の内壁面の温度を安定させるために、昇華精製管の円周方向の全周にわたって加熱手段を備える構成となっている。

有機半導体や有機色素のように昇華精製方法を適用する被処理物質は、酸素または水分を含む雰囲気下では分解されやすい特性であることが多く、微量の不活性ガスを注入または充填した状態で昇華精製する場合もある。

特開２００７−２４６４２４号公報

このような従来の昇華精製装置および昇華精製方法においては、昇華精製の進行度合いを確認するために、昇華精製中に昇華精製管から加熱手段を一時的に取り外して、昇華精製物質の昇華精製管の内壁への凝結状態を目視により確認することがある。

しかし、昇華精製中に昇華精製管から加熱手段を取り外すことで、昇華精製管の内壁面温度が一時的に低下してしまい、昇華精製物質よりも凝結温度の低い物質が凝結してしまい、昇華精製物質の純度が低下するという課題を有していた。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、昇華精製中に加熱手段を取り外すことなく昇華精製物質の凝結状態を目視により確認することで昇華精製物質の純度を向上することができる昇華精製装置を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明は、昇華精製装置において、光透過性を有する熱媒体により昇華精製管を加熱する昇華精製装置としたものであり、加熱手段を取り外すことなく昇華精製物質の凝結状態を目視により確認することができ、所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、加熱手段に光透過性を有する熱媒体を循環させることで昇華精製管および被処理物質加熱容器を加熱するので、加熱手段を取り外すことなく被処理物質加熱容器内の被処理物質の昇華状態または昇華精製管内壁の昇華精製物質の凝結状態を目視により確認することができるので、被処理物質加熱容器および昇華精製管の加熱温度が一時的に低下することを防止し、昇華精製物質の純度を向上することができるという効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１の昇華精製装置の概略断面図 本発明の実施の形態１の昇華精製装置の熱媒体の循環経路を示す概略構成図 従来の昇華精製装置の概略断面図

本発明の請求項１記載の昇華精製装置は、一ヶ所以上の開口部を有する昇華精製管と減圧手段と加熱手段と被処理物質加熱容器を備え、前記減圧手段により減圧した前記昇華精製管の内部において、前記加熱手段により被処理物質加熱容器を加熱することで被処理物質加熱容器内の被処理物質を昇華させ、前記昇華精製管の内壁面に、昇華された前記被処理物質を凝結させる昇華精製装置であって、前記加熱手段の内部に光透過性を有する熱媒体を循環させることにより前記昇華精製管を加熱させることで昇華精製物質を凝結させる昇華精製装置である。

これにより昇華精製管の内壁における昇華精製物質の凝結状態を加熱しながら目視により確認することが可能となるので、凝結状態を確認する目的で加熱手段を取り外すことによる昇華精製管の内壁温度の低下に伴う不純物の生成を防止することができ、昇華精製物質の純度を向上することができるという効果を奏する。

また、一ヶ所以上の開口部を有する昇華精製管と減圧手段と加熱手段と被処理物質加熱容器を備え、前記減圧手段により減圧した前記昇華精製管の内部において、前記加熱手段により被処理物質加熱容器を加熱することで被処理物質加熱容器内の被処理物質を昇華させ、前記昇華精製管の内壁面に、昇華された前記被処理物質を凝結させる昇華精製装置であって、前記加熱手段の内部に光透過性を有する熱媒体を循環させることにより前記被処理物質加熱容器を加熱させることで被処理物質を昇華させる昇華精製装置という構成にしてもよい。

これにより被処理物質加熱容器内部に充填された被処理物質の昇華状況を加熱しながら目視により確認することが可能となるので、昇華温度を大きく超えて被処理物質を加熱することが無くなり、不純物の生成を防止することができ、昇華精製物質の純度を向上することができるという効果を奏する。

また、内部を減圧した昇華精製管内で被処理物質を加熱することにより昇華させ、前記昇華精製管の内壁面に昇華した前記被処理物質を凝結させる昇華精製方法であって、前記加熱手段の内部に光透過性を有する熱媒体を循環させる昇華精製方法としてもよい。

これにより加熱手段を取り外すことなく、昇華精製管の内壁および被処理物質加熱容器の内部を目視により確認することが可能となるので、昇華精製管および被処理物質加熱容器の温度変動を防止することができ、昇華精製物質の純度を向上することができるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１に実施の形態１の昇華精製装置の概略断面図を示す。昇華精製装置１は昇華精製管２と減圧手段３と加熱手段４ａ、４ｂとフランジ５ａ、５ｂからなる。昇華精製管２は長手方向の両端に開口部を有する円筒状の形状をしており、加熱手段４ａ、４ｂは中心に開口部を有するドーナツ形状をしており、昇華精製管２の外周部を連続的に覆い、昇華精製管２に密着するように配置されている。

昇華精製管２の長手方向両端の開口部は、フランジ５ａ、５ｂが固定されており、フランジ５ｂは流出口６を備えている。途中の配管は省略しているが、フランジ５ｂの流出口６は減圧手段３と接続されている。昇華精製管２の内部には被処理物質加熱容器７が設置され、被処理物質加熱容器７には被処理物質８が充填されている。

被処理物質８はトリス（８−キノリノラト）アルミニウムなどの有機ＥＬに用いる有機色素や、ペンタセンなどの有機半導体である。

加熱手段４ａ、加熱手段４ｂにはそれぞれ熱媒体９ａ、熱媒体９ｂが循環している。熱媒体９ａ、９ｂとして、シリコーンオイルやフッ素オイル、水素化テルフェニル等が適用される。

図２に示すように、加熱手段４ａは熱媒体流入口１１ａ、熱媒体流出口１２ａを備えており、配管１３ａによりタンク１４ａ、ポンプ１５ａ、ヒータ１６ａが接続されている。タンク１４ａにはバルブ１７ａが備えられており、熱媒体９ａが貯留されている。熱媒体流入口１１ａの上流には温度センサ１８ａが備えられている。

同様に、加熱手段４ｂは熱媒体流入口１１ｂ、熱媒体流出口１２ｂを備えており、配管１３ｂによりタンク１４ｂ、ポンプ１５ｂ、ヒータ１６ｂが接続されている。タンク１４ｂにはバルブ１７ｂが備えられており、熱媒体９ｂが貯留されている。熱媒体流入口１１ｂの上流には温度センサ１８ｂが備えられている。

上記構成において、昇華精製管２と加熱手段４ａ、４ｂは石英ガラス製であり、加熱手段４ａ、４ｂの外側から光透過性を有する熱媒体９ａ、９ｂを透過して、昇華精製管２の内壁面を目視することができる。

ポンプ１５ａを運転しながらヒータ１６ａに通電すると、加熱された熱媒体９ａが配管１３ａを経由して加熱手段４ａの内部を循環する。タンク１４ａの上部隙間にはあらかじめ不活性ガスを充填しておき、必要に応じてバルブ１７ａを開閉してタンク１４ａの内部圧力を調整する。熱媒体９ａに加熱される被処理物質加熱容器７の温度が被処理物質８の昇華温度を超えるように、温度センサ１８ａの信号出力を参照しながらヒータ１６ａの出力を調整する。

減圧手段３により減圧した昇華精製管２の内部において、加熱手段４ａにより被処理物質加熱容器７を加熱すると被処理物質８が昇華する。

同様に、ポンプ１５ｂを運転しながらヒータ１６ｂに通電すると、加熱された熱媒体９ｂが配管１３ｂを経由して加熱手段４ｂの内部を循環する。タンク１４ｂの上部隙間にはあらかじめ不活性ガスを充填しておき、必要に応じてバルブ１７ｂを開閉してタンク１４ｂの内部圧力を調整する。熱媒体９ｂにより加熱される昇華精製管２の内壁温度が被処理物質８の凝結温度以下になるように、温度センサ１８ｂの信号出力を参照しながら、ヒータ１６ｂの出力を調整する。

被処理物質加熱容器７で昇華された被処理物質８は昇華精製管２の内部を拡散し、昇華精製管２の内壁面の温度が被処理物質８の昇華温度すなわち凝結温度よりも低い場所で昇華精製管２の内壁面に凝結する。本実施の形態の昇華精製装置においては、先に示したように、加熱手段４ｂの付近の昇華精製管２の内壁面が被処理物質８の昇華温度よりも低いので、凝結した成分を昇華精製物質１０として回収することができる。

本発明の実施の形態で昇華精製する被処理物質８はトリス（８−キノリノラト）アルミニウムなどの有機ＥＬに用いる有機色素や、ペンタセンなどの有機半導体であり、減圧下において昇華する特性を有するものであれば、他の有機化合物についても同様の効果を得ることができ、昇華精製物質１０としては、被処理物質８を高純度化したものが得られる。

本実施の形態では、熱媒体９ａ、９ｂとしてシリコーンオイルやフッ素オイル、水素化テルフェニル等の熱媒体を用いるとしたが、可視光の透過性に優れ、被処理物質８の昇華温度で使用可能な熱媒体であれば他の熱媒体を用いても同様の効果を得ることができる。

本実施の形態では従来の昇華精製装置と異なり、加熱手段４ａ、４ｂおよび熱媒体９ａ、９ｂが透明であることから、昇華精製の作業中に昇華精製管２の内部の様子を目視により確認することができる。

したがって、本実施の形態では従来の昇華精製装置と異なり、昇華精製物質１０の凝結状態を確認するために加熱手段４ｂを取り外す必要がなくなるので、昇華精製物質１０の凝結状態を目視により直接確認しながら加熱手段４ｂの温度を制御することができる。

その結果、昇華精製物質１０の凝結状態を確認するために加熱手段４ｂを取り外すことによる昇華精製管の内壁面温度の低下を防ぐことができる。その結果、昇華精製物質１０よりも凝結温度の低い不純物が凝結されることを防止し、昇華精製物質の純度を向上することができる。

本実施の形態では、加熱手段４ｂの長手方向の両端の部位に熱媒体流入口１１ｂと熱媒体流出口１２ｂを備えるとしたが、これは加熱手段４ｂの内壁面の長手方向に温度勾配を与えるためである。

ヒータ１６ｂで加熱された熱媒体９ｂは熱媒体流入口１１ｂから流入すると、加熱手段４ｂの外周部の大気により冷却され、熱媒体流出口１２ｂから流出される。したがって加熱手段４ｂの内壁面の長手方向に温度勾配を与えることができる。

本実施の形態では熱媒体９ｂの循環流量について特に限定しなかったが、循環流量を減らすことで、加熱手段４ｂの温度勾配を増やすことができる。

また、本実施の形態では、昇華精製物質１０は加熱手段４ｂの内側の昇華精製管２の内壁面に凝結するものとしたが、その凝結場所はその場所に限定するものではなく、凝結させる部位の近傍の温度が被処理物質８の昇華温度すなわち凝結温度よりも低くなるように、加熱手段４ｂの温度を設定すればよく、昇華精製管２の内壁面において加熱手段４ｂの内側であり加熱手段４ａに近い位置に昇華精製物質１０を凝結させても同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、昇華精製物質１０が凝結する部位の昇華精製管の外周部に加熱手段４ｂを設置するものとしたが、この構成に限ったものではなく、複数条件の温度で昇華精製管２を加熱できるよう、加熱手段４ｂを分割して異なる温度の熱媒体を循環させても同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、加熱手段４ｂの外周部の大気により熱媒体９ｂが冷却されるものとしたが、この構成に限ったものではなく、加熱手段４ｂの外周部にヒートシンクを設けて、熱媒体９ｂと大気との熱交換を促進してもよい。また、加熱手段４ｂの外周部に別の温度の熱媒体を循環させて、熱媒体間で熱交換を行うことで加熱手段４ｂの温度を制御する構成にしてもよい。

また、被処理物質８の昇華状態を確認するために加熱手段４ａを取り外す必要がなくなるので、被処理物質８の昇華状態を直接確認しながら加熱手段４ａの温度を制御することができる。

つまり、被処理物質８の昇華状態を直接確認しながら加熱手段４ａの温度を制御することができるので、加熱中に被処理物質加熱容器７内に充填された被処理物質８の変色や液状化などが確認された場合には速やかに加熱手段４ａの温度を下げることで不純物の生成を防止することができる。従来の昇華精製装置では加熱中に被処理物質８の昇華状態を確認することができなかったので、必要以上に加熱温度を高めることで、被処理物質８を変成してしまう可能性があった。

本実施の形態では、被処理物質８が昇華温度を大きく超えて加熱されることが無くなり、被処理物質８の分解生成物である不純物が生成されることを防止し、昇華精製物質の純度を向上することができる。

なお、本実施の形態では熱媒体９ａの循環流量について特に限定しなかったが、熱媒体９ａの循環流量を増やすことで、加熱手段４ａの温度勾配を減らし、被処理物質加熱容器７の内部に充填されている被処理物質８を均一に加熱することができる。

また、本実施の形態では加熱手段４ａ、４ｂにそれぞれ熱媒体９ａ、９ｂを循環させるものとしたが、被処理物質８の昇華特性を十分に把握しており、昇華状態を目視により確認する必要が無い場合においては、加熱手段４ａを従来の昇華精製装置と同様の電熱線で加熱する構成にしてもよく、加熱手段４ｂには光透過性を有する熱媒体９ｂを循環させることで、昇華精製物質１０の凝結状態を把握することができる。

また、本実施の形態では昇華精製物質１０の回収方法について、特に限定しなかったが、被処理物質加熱容器７の内部に充填した被処理物質８が全て昇華された段階で、減圧手段３の運転を停止して、昇華精製管２の内部が常温常圧になった時点でフランジ５ｂを外して、昇華精製管２の開口部からスパーテル（薬さじ）等を挿入して、昇華精製物質１０を掻きだしても良い。さらには、昇華精製管２の内部が常温常圧になった時点でフランジ５ａ、５ｂ、加熱手段４ａ、４ｂを昇華精製管２から取り外し、昇華精製管２の昇華精製物質１０が凝結している部位の近傍で、昇華精製管２を切断してから昇華精製物質１０をスパーテル（薬さじ）等により掻きだすことで回収してもよい。

または、昇華精製管２の内壁面に密着する外周径であり、その両端に開口部を有している捕集管を昇華精製管２の内部に設置し、捕集管の内壁面に凝結した昇華精製物を回収する構成にしても同様の効果を得ることができる。

本実施の形態では加熱手段４ａ、４ｂの材質を石英製であるとしたが、加熱手段４ａ、４ｂの外側から昇華精製管２の内部を目視可能であることが必要であり、また、加熱時の変形を避けるために、昇華精製管２と同じく熱膨張係数が低く透明度に優れた材料を用いることが望ましい。

本実施の形態では、昇華精製管２の内壁面における昇華精製物質１０の凝結状態を目視により確認することができるとしたが、昇華精製物質１０の凝結による光透過性の変化を目視でなく吸光光度計により確認しても同様の効果を得ることができる。

本実施の形態では、被処理物質加熱容器７の内部における被処理物質８の昇華状態を目視により確認することができるとしたが、被処理物質８が昇華することにより被処理物質加熱容器７内部の光透過性が変化する様子を、目視でなく吸光光度計により確認しても同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では減圧手段３の構造について特に限定しなかったが、ロータリーポンプ、ダイアフラムポンプ、ディフュージョンポンプ、ターボ分子ポンプなど、昇華精製管２の内部を１０^-4Ｐａ程度まで減圧できるような能力を有する真空ポンプであればどのような真空ポンプでもよく、複数の真空ポンプを組み合わせて使用しても同様の効果を得ることが可能である。

また、本実施の形態では減圧手段３により昇華精製管２の内部を減圧するとしたが、その方法に限ったものではなく、フランジ５ｂに流入口を設けて、アルゴンガス等の不活性ガスを微量に注入することで、被処理物質加熱容器７で昇華した被処理物質を不活性ガスの流れにより流出口６側に向けて搬送し、昇華精製を促進してもよい。

本発明にかかる昇華精製装置および昇華精製方法は、昇華精製中に昇華精製管の内壁で不純物が形成されることを防止するものであるので、有機ＥＬや有機太陽電池または有機半導体などに使用される昇華性を有する有機化合物の精製、分離手段等として有用である。

１ 昇華精製装置
２ 昇華精製管
３ 減圧手段
４ａ 加熱手段
４ｂ 加熱手段
５ａ フランジ
５ｂ フランジ
６ 流出口
７ 被処理物質加熱容器
８ 被処理物質
９ａ 熱媒体
９ｂ 熱媒体
１０ 昇華精製物質
１１ａ 熱媒体流入口
１１ｂ 熱媒体流入口
１２ａ 熱媒体流出口
１２ｂ 熱媒体流出口
１３ａ 配管
１３ｂ 配管
１４ａ タンク
１４ｂ タンク
１５ａ ポンプ
１５ｂ ポンプ
１６ａ ヒータ
１６ｂ ヒータ
１７ａ バルブ
１７ｂ バルブ
１８ａ 温度センサ
１８ｂ 温度センサ
１０１ 昇華精製装置
１０２ 昇華精製管
１０３ 減圧手段
１０４ａ 加熱手段
１０４ｂ 加熱手段
１０４ｃ 加熱手段
１０５ａ フランジ
１０５ｂ フランジ
１０６ 流出口
１０７ 被処理物質加熱容器
１０８ 被処理物質
１０９ 電熱線
１１０ 昇華精製物質

Claims (3)

1. 一ヶ所以上の開口部を有する昇華精製管と減圧手段と加熱手段と被処理物質加熱容器を備え、前記減圧手段により減圧した前記昇華精製管の内部において、前記加熱手段により被処理物質加熱容器を加熱することで被処理物質加熱容器内の被処理物質を昇華させ、前記昇華精製管の内壁面に、昇華された前記被処理物質を凝結させる昇華精製装置であって、前記加熱手段の内部に光透過性を有する熱媒体を循環させることにより前記昇華精製管を加熱させることで昇華精製物質を凝結させる昇華精製装置。
2. 一ヶ所以上の開口部を有する昇華精製管と減圧手段と加熱手段と被処理物質加熱容器を備え、前記減圧手段により減圧した前記昇華精製管の内部において、前記加熱手段により被処理物質加熱容器を加熱することで被処理物質加熱容器内の被処理物質を昇華させ、前記昇華精製管の内壁面に、昇華された前記被処理物質を凝結させる昇華精製装置であって、前記加熱手段の内部に光透過性を有する熱媒体を循環させることにより前記被処理物質加熱容器を加熱させることで被処理物質を昇華させる昇華精製装置。
3. 内部を減圧した昇華精製管内で被処理物質を加熱することにより昇華させ、前記昇華精製管の内壁面に昇華した前記被処理物質を凝結させる昇華精製方法であって、
   前記加熱手段の内部に光透過性を有する熱媒体を循環させる昇華精製方法。

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