KR100599428B1 - 승화 정제 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

장치가 부식되고 산물이 오염되고 손상되는 것을 방지하면서 높은 순도와 높은 수율로 승화 정제된 산물을 생산하기 위하여 승화 정제 방법과 장치가 사용된다. 승화 정제 장치는 전자기 유도에 의해 열을 발생하는 재료로 만들어진 가열 유닛, 전자기 유도 가열에 의해 온도가 독립적으로 제어될 수 있는 승화 유닛(A) 및 전자기 유도 가열에 의해 온도가 독립적으로 제어될 수 있는 수집 유닛(B,C)을 갖는다. 승화 재료와 접촉하는 승화 유닛 또는 수집 유닛의 내부 표면의 재료 또는 승화 유닛 또는 수집 유닛에서 내부 관의 재료는 금속 또는 승화 재료에 대해 불활성인 세라믹이다. 승화 정제 방법은, 이와 같은 승화 정제 장치의 승화 유닛에 승화 재료를 넣는 단계, 승화 재료를 승화하기 위해 전자기 유도 가열로 승화 유닛을 가열하는 단계, 목적하는 승화된 재료를 수집하기 위해 전자기 유도 가열에 의해 온도가 조절되는 구역을 갖는 수집 유닛(B)에 기체를 인도하는 단계를 포함한다.

승화, 정제, 분해, 증류, 화합물, 전자기 유도, 가열

Description

승화 정제 방법 및 장치{Sublimation purifying method and apparatus}

본 발명은 승화 정제를 위한 방법과 전술된 방법에 유용한 승화 정제용 장치와 관계가 있다.

표준 압력 또는 그 이하의 감압 하에서 분해없이 승화하는 소정의 고체는 원리적으로 적절한 온도와 압력에서 승화에 의해 정제되는 것이 알려졌다; 실제로는, 낮은 승화율과 낮은 정제 효율 때문에, 승화 정제는 제한된 수의 고체에만 적용되었다. 그러나, 승화 정제는 증류(distillation) 또는 재결정화(recrystallization)에 의해 정제하는 것이 곤란한 고체들을 정제하는데 유용하고, 특히 고온 구역에서 분해를 시작하는 화합물에 유용하다. 이와 같은 승화 정제용 장치의 몇몇이 JP 6-263438A와 JP 7-24205A에 기재되었다.

승화 정제용 장치는 수직 및 수평과 같은 형태의 모양으로 나누어지거나 가스 반출 및 진공과 같은 형태의 공정으로 나누어진다. 이들 형태들의 적절한 조합은 다양한 승화 정제용 장치를 제공하고 장치들의 적합한 선택은 열 안정성, 증기압 및 증발 용이성과 같은 정제되기 위해 승화가 가능한 물질의 특성과 처리량, 목적 물질의 수율 및 순도를 고려하여 만들어진다.

그러나, 정제될 고체의 양이 상대적으로 많은 경우에, 소정의 전술된 종래의 승화 정제용 장치에서 가열에 의해 단 시간에 고체를 승화시키는 것이 어렵고 고체는 분해성이 증가하거나 동시에 특성이 변한다. 또한, 소정 범위 내의 승화 유닛 및 수집 유닛들에서의 온도의 정확한 제어를 발휘하는 것이 어렵게 되고, 그 결과, 고체는 분해되거나 특성이 변할 뿐만 아니라 순도가 충분하게 증가하지도 않는다.

철을 함유한 금속과 같은 금속 물질이 승화 정제용 장치에서 구조 물질로서 사용되는 경우, 승화가 가능한 물질 또는 내부에 함유된 불순물들이 금속과 반응하거나 금속의 결정화 활동에 의해 품질이 변할 수도 있다는 것이 고려해야 할 문제가 된다. 만일 이런 경우에, 반응 생산물 또는 품질이 변한 생산물은 정제 물질을 오염시킨다. 특히, 미량의 금속은 금속 합성물의 특성에서 큰 영향을 주고, 이것은 정제된 물질의 오염을 방지하는 것이 중요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 가열 온도의 정확한 제어하에서 단 시간에 소량 또는 대량으로 제공된 원재료를 일정하게 가열할 수 있는 승화 정제용 방법 및 장치를 제공하여, 낮은 온도 안정성의 고체 물질을 고순도로 효율적으로 승화하고 정제하는 것이다.

본 발명은 전자기 유도에 의해 열을 발생하는 물질로 만들어진 가열 유닛, 승화 유닛 및 수집 유닛을 포함하고, 각각의 승화 및 수집 유닛의 온도는 전자기 유도 가열에 의해 독립적으로 제어될 수 있는 승화 정제용 장치와 관계가 있다. 이 장치는 승화 유닛 및/또는 수집 유닛의 내부 표면 또는 내부 관이 금속, 세라믹 글래스 및 수지와 같은 전술된 승화가 가능한 물질에 대해 불활성인 물질로 만들어지 는 특징이 있다.

또한, 본 발명은 전자기 유도에 의해 열을 발생하는 물질로 만들어진 가열 유닛과 승화 유닛 및 수집 유닛을 포함하고, 승화 유닛과 수집 유닛의 온도는 전자기 유도 가열에 의해 독립적으로 제어될 수 있고, 승화 유닛 및/또는 수집 유닛의 내부 표면 또는 내부 관이 금속, 글래스 및 세라믹과 같은 전술된 승화가 가능한 물질에 대해 불활성인 물질로 만들어진 승화 정제용 장치의 사용에 의한 승화 정제 방법과 관계가 있고, 승화 정제용 장치의 승화 유닛으로 승화가 가능한 물질을 인도하는 단계, 전자기 유도에 의해 승화 유닛을 가열하여 전술된 승화가 가능한 물질을 승화시키는 단계, 전자기 유도 가열에 의해 온도가 제어되는 구역을 함유하는 수집 유닛으로 승화물을 인도하는 단계 및 목적하는 승화가 가능한 물질을 수집하는 단계를 포함한다.

본 발명의 승화 정제용 장치는 승화 유닛과 수집 유닛을 갖고 두 유닛들의 각각은 독립적으로 온도가 제어될 수 있는 열 발생 유닛을 갖고 전자기 유도 가열에 의해 열을 발생한다. 승화가 가능한 물질과 접촉하는 내부 표면이 전술된 승화가 가능한 물질에 대해 불활성인 물질로 만들어지는 한 이 유닛들의 모양은 제한이 없다; 예를 들면, 승화 유닛은 관 또는 플라스크와 같은 모양일 수 있고 수집 유닛은 관 또는 코일과 같은 모양일 수 있다.

열 발생 유닛은 전자기 유도에 의해 열을 발생하는 물질로 만들어진다. 이 물질이 승화가 가능한 물질에 대해 불활성이고 특정 강도와 성형성을 갖는 다면, 이 물질은 단독으로 충분하다; 만일 그렇지 않다면, 이 물질은 내부 층을 형성하는 불활성 물질과 함께 둘 이상의 층으로 만들어지거나 불활성 물질로 만들어진 내부 관이 피트(fit)된다. 보통, 철을 함유한 물질이 전자기 유도에 의한 열 발생기로서 뛰어나고, 또한 양호한 강도와 성형성을 보인다. 그러므로, 철을 함유한 물질이 열 발생 유닛을 만들기 위한 물질로서 유리하며, 그러나 주지된 승화 가능한 물질의 오염의 결점 때문에, 철을 함유한 금속과 불활성 물질의 조합을 사용하는 것이 바람직하다.

승화 가능한 물질에 대해 불활성인 물질은 승화 정제의 상태에서 승화 가능한 물질들과 반응하지 않는 물질을 의미한다; 또한, 여기서 불활성은, 물질이 승화 정제 동안 승화 가능한 물질의 분해로부터 나온 화합물과 반응하지 않고, 물질이 승화 가능한 물질의 분해와 다른 성분과 승화 가능한 물질의 반응에 대해 촉매로서 작용하지 않고, 물질이 정제된 승화 가능한 물질을 오염시키지 않고, 장치가 동작하거나 사용되지 않는 동안 물질이 산소와 같은 둘러싸는 기체와 반응하지 않는 효과에 대해 보다 넓은 의미를 갖는다. 예를 들면, 금속이 산화에 의해 녹슬거나 정제된 승화 가능한 물질을 오염 시키는 것을 물리적으로 끝내는 경우에, 금속은 승화 가능한 물질에 대해 전술된 불활성이 될 수 없다; 그러나, 실제 사용에서 문제를 나타내지 않는 양과 같이 정제된 승화 가능한 물질의 약간의 오염은 허용된다. 보통, 금과 백금과 같은 귀금속, 글래스, 세라믹 및 플루오르폴리머(fluoropolymer)가 비록 승화 가능한 물질의 종류에 따라 변할지라도, 전술된 종류의 물질로서 사용가능하다.

수집 유닛은 승화 유닛의 하류측에 제공되고 응결점 이하에서 특정 온도로 가열된다. 목적하는 승화 가능한 물질이 아닌 소정의 성분이 함께 응결되는 것으로부터 방지하기 위하여, 목적하는 승화 가능한 물질을 수집하기 위한 구역을 제공하고 특정 범위 내에서 온도를 제어하는 것이 바람직하다. 또한 서로 다른 온도의 복수의 구역을 제공하고, 하류 측으로 대략 계단식으로 온도가 떨어지는 동안 승화 유닛과 수집 유닛 사이에서 온도가 점차 다르도록 하는 것을 수립하는 것이 유리하다.

유도 코일이 가열 물질이 전자기 유도에 의해 열을 발생하기 위한 목적으로 승화 유닛과 수집 유닛의 주변에 제공된다.

본 발명의 방법에 의해 정제되는 승화 가능한 물질에는 특별한 제한이 없다. 이 방법은 특히 승화 온도 근처에서 분해의 가능성이 보이거나 품질(결정화의 변화를 포함하는)이 변하는 고체 물질을 정제하는데 효과적이며, 예를 들면, 전기와 전자 재료로서 유용한 고체 재료와 미량의 불순물의 존재 또는 결정 형태의 차이 또는 변형이 큰 영향을 주는 발광 재료에 대해 효과적이다. 이들의 실시예들은 전자발광(electroluminescence) 장치들과 반도체 장치들을 위한 재료를 포함한다. 이 방법은 특히 알루미늄-퀴놀린(aluminum-quinoline) 합성물과 같은 금속 합성물들을 기반으로 하는 전자발광 장치들과 반도체 장치들을 위한 정제 재료에 대해 효과적이다. 그러나, 이 방법은 전술된 재료들에 한정되지 않고 파이로멜리틱 디안하이드라이드(pyromellitic dianhydride), 카바졸(carbazole), 피렌(pyrene) 및 앤스러퀴논(anthraquinone)과 같은 일반적으로 사용되는 승화 가능한 고체 재료들에도 물론 적용가능하다.

전술된 승화 가능한 물질들의 몇몇은 승화 정제용 장치를 만드는 금속성 재료와 반응하거나, 금속의 결정화 작용에 의해 특성이 변하거나 금속으로부터 발생된 불순물로 오염될 수도 있다. 이런 이유로, 불활성 재료로 내부 표면을 코팅하여 오염을 방지하거나, 내부 관을 피트하거나 또는 가열 소자로서 자기 세라믹과 같은 불활성 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

전자기 유도 가열을 위한 장치의 가능한 형태는 가열 재료 주위에 제공된 코일을 통해 고주파의 교류 전류를 통과시키는 것에 의해 열을 발생하는 것이다. 이 장치에 적용되기 위한 전류의 주파수는 일반적으로 50~500㎐이고 상업적으로 사용가능한 주파수도 문제를 나타내지 않는다.

도 1은 승화 가능한 물질을 정제하기 위한 본 발명의 방법을 실행하기 위한 장치의 실시예의 단면으로, 이 장치는 승화 유닛(A), 수집 유닛(B,C)을 포함하고, 각각 관 모양이고 직렬로 연결된다.

본 발명이 첨부된 도면을 참조로 아래에 기술될 것이다. 간략화를 위하여, 승화 가능한 물질에 대해 불활성인 재료는 "불활성 재료"로, 전자기 유도에 의해 열을 발생하는 재료는 "가열 재료"라 한다.

이 승화 정제용 장치는 관모양이고, 필요에 따라 직경과 중간의 단면 모양이 변할 수도 있으며, 정제될 승화 가능한 물질의 흐름 방향에서, 상류에는 승화 유닛을 갖고 하류에는 수집 유닛들을 갖는다. 승화 유닛과 적어도 하나의 수집 유닛들 의 일부에서의 관들은 전자기 유도에 의한 가열을 허용하는 가열 재료로 만들어지고 코일이 가열 재료 주위에 제공된다.

승화 유닛(A)은 내측에 승화 챔버(chamber)를 형성하고 가열 재료로 만들어진 관(2), 유도 코일(3), 주변 관(2), 열전쌍(4) 및 온도 제어기(5)가 제공된다. 전기력의 공급이 열전쌍들(4,8)로부터 신호들에 의해 제어되는 동안, 온도 제어기들(5,9)은 교류 전류원으로 연결되고, 전류를 고주파 전류로 변환하고 출력을 유도 코일들(3,7)로 공급한다.

관(2)은 가열 재료로 만들어지지만, 다른 재료와 함께 가열 재료를 사용할 수도 있다. 여기서 가열 재료는 금속 또는 비금속이지만, 전기적 전도 자성 재료인 것이 바람직하다. 관(2)이 금속 재료의 둘 이상의 층으로 만들어지거나 금속 재료의 한 층과 내부 층 또는 불활성 재료의 내부 관으로 만들어지는 것은 상관 없다. 그러나, 이 경우에, 적어도 한 층은 가열 재료로 되이 것은 필요하다.

정제될 고체 재료가 분말로 형성되어 승화 챔버에 연속적으로 인도될 수도 있지만, 보트(boat)와 같은 표본 콘테이너에 재료를 위치하면서 고체 재료가 주기적으로 인도되는 것이 보다 간단하다. 고체 재료가 가열에 의해 품질이 변화는 경향이 있는 경우에, 연속적으로 인도되거나, 작은 부분으로 주기적으로 인도된다.

가열은 전기력에 의해 수행되고 전기력의 공급은 승화 온도에 도달하기 위해 필요한 최소 시간과 같은 방법으로 제어된다. 가열 용량을 낮추는 것은 온도 상승율을 높이기 위해 효과적이고 필요 이상으로 직경과 벽 두께를 만드는 것은 유리하지 않다. 또한, 관(2) 전체를 가열 발생 유닛으로 만드는 것이 유리하다.

승화 유닛(A)의 하류측에는 승화 유닛보다 낮은 온도를 유지하는 수집 유닛이 제공된다. 수집 유닛은 복수의 구역들을 포함하고 구역들의 적어도 하나는 전자기 유도에 의해 가열될 수 있는 것이 바람직하다. 도면에서는 두 개의 구역들이 도시되는데, 즉, 유도 가열용 장치로 마련되는 수집 유닛(B)과 그렇지 않은 수집 유닛(C)이다. 수집 유닛(B)은 플렌지를 사용하여 승화 유닛(A)과 연결된다. 수집 유닛(B)은 관 모양으로 만들어지고, 전기적 전도 자성 재료이며, 관(6)이 두 개의 층들 이상으로 금속 재료로 만들어지고, 적어도 한 층이 금속 재료로 만들어지고 다른 하나가 비금속 재료로 만들어지나, 금속 재료의 층과 불활성 재료의 내부 관의 조합으로 만들어지는 것은 문제되지 않는다. 그러나, 적어도 한 층은 가열 재료, 바람직하게는 전기적 도전 자성 재료일 필요가 있다. 수집 유닛(B)용 가열 장치는 승화 유닛(A)용 가열 장치와 유사하게 만들어질 수 있다. 수집 유닛(B)은 하류측에서 수집 유닛(C)과 연결된다.

도면은 관(10)으로 구성되고 외면은 공기와의 접촉에서 따뜻하게, 냉각 또는 유지될 수도 있다. 도면과 다르게, 수집 유닛(C)이 수집 유닛(B)의 상류측에 위치될 수도 있다. 전자기 유도에 의해 가열될 수 있는 수집 유닛(B)은 하나의 단 또는 둘 이상의 단으로 만들어질 수도 있고, 한 종류의 물질이 수집되는 경우에, 배열하는 것이 가능하여 수집을 의도한 부분만이 자성 유도에 의해 가열될 수 있다.

저성 유도에 의해 가열될 수 있는 수집 유닛(B)은 특정 값보다 높은 순도로 목적 물질을 수집하기 위한 방법으로 온도를 제어하고 특정 길이 이상으로 일정 온도의 구역을 유지하는 것에 의해 동작되는 것이 유리하다. 즉, 승화 유닛으로부터 수집 유닛으로, 자성 유도에 의해 대략적으로 일정한 온도에서 유지되고 온도가 하류 측으로 연속적으로 떨어지는 것을 허용하는 둘 이상의 구역들이 존재한다. 최하류측에 수집 유닛의 배출구가 연결되어, 진공 펌프(12)로 기체가 관과 트랩(11)을 통해 빠져 나온다.

전술된 승화 정제용 장치의 사용에 의해 불순물을 함유한 승화 가능한 물질을 정제하는 방법이 아래에서 설명될 것이다. 편의를 위해, 고체 원재료가 목적하는 승화 가능한 물질과 낮은 승화 온도에서 승화 가능한 불순물들을 함유하는 경우에 대한 설명이 주어진다.

원재료가 도 1에 도시된 승화 정제용 장치의 승화 유닛(A)으로 인도되고 교류 전류가 전원으로부터 유도 코일(3)까지 통과하는 경우, 승화 유닛(A)에서 가열 재료로 만들어진 관(2)은 전자기 유도 가열에 의해 열을 발생하고 원재료는 승화 온도에 도달한다. 승화 온도는 비등점 이하이다; 이는 용융점 이상 또는 이하일 수도 있으나 특정 증기압이 주어지는 온도일 필요가 있다. 통상, 이 증기압은 1×10^-6-700 Torr(대략 0.13mPa-93 kPa)의 범위 내이다. 관(2)의 온도는 열전쌍(4)의 도움으로 승화 유닛(A) 내측 온도를 측정하고 온도 제어기(5) 또는 인버터 제어에 의해 전류원을 온 또는 오프로 전환하는 것에 의해 설정 온도에서 제어된다. 승화 유닛(A)에 인도된 원재료에서 승화 가능한 물질은 승화하고 승화된 기체는 수집 유닛(C)의 뒤에 위치된 진공 펌프(12)의 흡입에 의해 끌어 당겨져서 수집 유닛(B)으로 이동한다. 원재료에 함유된 승화가 가능하지 않은 불순물들은 잔류물로서 승화 유닛(A)의 바닥에 남는다.

수집 유닛(B)으로 이동한 승화된 기체는 목적하는 승화 가능한 물질의 용융점 이하이고 승화된 기체에서의 주요 불순물들의 응고점 이상에서 유지되는 관(6)에서 냉각되고 목적 물질은 관(6)의 내부 표면에 농축되고 응고된다. 수집 유닛(B)에서 열 발생과 온도 제어는 승화 유닛(A)에서처럼 영향 받을 수 있다. 대량의 불순물들이 존재하고 이와 같은 불순물들의 소량에 의한 오염이 견딜만한 수준인 경우에, 온도는 보다 낮은 수준에서 설정될 수 있다. 승화 정제의 완료시에, 목적하는 승화 가능한 물질이 수집 유닛(B)의 제거에 의해 회복된다.

본 발명의 승화 정제의 장치의 승화 유닛과 수집 유닛을 만드는 관들은 전자기 유도 가열에 의해 열을 발생하고 관용 재료들은 전체 또는 열을 발생하는 부분들에만 금속 또는 비금속이거나 재료를 가열하는 적어도 둘 이상의 층들로 구성된다.

가열 재료들은 일반적으로 철과 철 합금과 같은 철을 함유한 금속이고 열 저항과 내부식성을 보장하는 관점에서, 스테인리스 스틸, 그라파이트 및 타타늄 니트라이드와 같은 자성 세라믹스를 사용하는 것도 가능하다.

가열 재료가 철과 같은 금속인 경우, 재료는 자주 승화 가능한 물질들과 산소 기체에 대해 불할성이지 않다. 이와 같은 경우에, 내부 층이 불활성 물질로 만들어지거나 불활성 재료로 만들어진 내부 관이 안에 피트된다.

불활성 재료들은 귀금속과 같은 금속, 합금, 플루오로폴리머(fluoropolymers), 폴리마이드(polymide) 및 실리콘과 같은 열저항 수지, 수정 글래스, 파이렉스(Pyrex), 하드 글래스 및 에나멜과 같은 글래스들 및 알루미나, 실리콘 니트라이드 및 포셀라인(porcelain)과 같은 세라믹스를 포함한다. 바람직한 불활성 재료들은 금속들, 에나멜, 플루오로폴리머 및 세라믹스와 같은 글래스이다. 이들 재료의, 강도 부족 또는 성형이 어렵거나 고가인 것들은 박막의 증착(vapor deposition)과 도금과 같은 수단에 의해 내부 층으로 만들어질 수 있다.

불활성 재료 뿐만 아니라 가열 재료인 티타늄 니트라이드와 같은 자성 세라믹 내부 층으로서 사용되는 것이 유리하다. 또한, 다층 구조대신, 불활성 기체 뿐만 아니라 SiC, 그라파이트 및 티타늄 니트라이드와 같은 가열 재료의 단일 층이 승화 유닛과 수집 유닛을 만들기 위해 사용된다.

승화 가능한 물질과 접촉하는 내부 표면 또는 내부 관용 재료로서, 일반적으로 사용되는 금속 재료가 아닌 불활성 재료가 다음 경우들에서 유리하다.

(1) 금속 합성물의 승화 정제

금속 합성물에서의 금속이 고온에서 다른 종류의 금속과 접촉하는 경우, 금속의 교환이 소정 비율로 자리잡는다. 그 결과, 금속 합성물의 순도가 떨어지고, 몇몇 경우에, 원재료보다 낮게 떨어진다. 또한, 밀페 유지용 포장 재료의 적절한 선택이 장치용 구조 재료의 선택만큼 중요하다. 예를 들면, 높은 진공 기술의 발전으로 인해, 다양한 금속 또는 금속-도금된 포장 재료가 최근에 실제적으로 사용된다. 금속 합성물은 고온에서 승화 정제되는 경우에 소정량까지 대부분 분해된다. 분해에서 형성된 리간드는 다른 종류의 금속성 재료와 접촉하여 합성물을 형성한 다.

(2) 유기 화합물의 승화 정제

카르복실릭 산 앤하이드라이드(carboxylic acid anhydride)는 승화 가능하고, 카르복실 산은 수분의 흡수에 의해 앤하이드라이드를 형성하고 링 개구부는 자주 금속에 대하여 강한 부식성을 보인다. 8-하이드록시퀴놀린, 프탈릭 산 및 피로멜리틱 산과 같은 합성물을 형성할 수 있는 이들 화합물은 금속과 접촉하는 표면에 화합물을 형성하고, 장치를 손상시키거나 정제된 산물을 오염시킨다. 금속성 재료로 만들어진 장치가, 콜 타르로부터 유도된 성분과 함께하는 경우의 산, 설퍼 화합물 및 할로겐 화합물을 함유하는 목적 화합물을 정제하기 위해 사용되는 경우, 이들 분순물들은 금속을 부식시키고, 금속과 분해 산물에 의한 산물 오염의 카탈리틱 반응에 의해 분해한다.

관들(2,6)의 전자기 유도 가열을 위해 사용되는 유도 코일들(3,7)과 온도 제어기들(5,9)은 공지의 전자기 유도 가열용 장치에 사용되는 것들에 의해 만족스럽게 제공될 수 있다. 관들(2,6) 주위에 유도 코일들(3,7)이 관들의 일정한 가열을 실현하기 위해 만족되는 길이로 위치되는 것이 중요하다.

전자기 유도 가열에 의해 관들(2,6)에서의 열 발생은 승화 유닛(A)과 수집 유닛(B)의 소정 구역에서 일정하게 열을 발생할 수 있고, 이것은 예를 들면, 상온부터 400℃까지 수분~60분으로 온도 상승율을 더욱 높일 수 있고, 온도 제어가 보다 정확하다.

원재료의 불순물들이 기체로 통과하는 것을 허용하고 수집 유닛(B)에 직접 연결된 수집 유닛(C)에 농축되고 수집되는 동안, 목적하는 승화 가능한 물질만이 농축되고 수집 유닛(B)에 수집된다. 그러므로, 예를 들면 상온인 특정 온도까지 냉각할 수 있는 공냉 및 수냉과 같은 통상의 냉각 장치를 수집 유닛(C)에 설치되는 것이면 충분하다.

목적 산물의 순도를 향상시키고 회복 수율을 높이기 위하여, 승화 유닛(A)과 수집 유닛(B,C)을 통해 하류측으로 대략 단계적으로 떨어뜨리는 온도 경사를 제공하는 것이 바람직하다. 여기서 단계적은 승화 정제용 장치에서 기체 흐름의 방향에서 각각 온도를 거의 일정하게 유지하는, 복수의 구역의 존재를 의미한다. 이는 온도가 연속적으로 떨어지는 구역의 존재를 배제하지 않는다. 온도가 거의 일정하게 유지되는 구역의 길이는 일정한 조성 산물을 수집하기 위한 수용력을 보장하는 관점에서 결정된다.

정제 장치 내부의 압력 감소는 승화 온도를 더 낮추고 이는 분해를 억제하는 데 효과적이고 승화 가능한 물질의 품질을 변화시킨다. 이 목적을 달성하기 위한 적절한 수단은 수집 유닛(C) 종단에 진공 펌프(12)를 설치하는 것이다. 이 경우에 따라, 승화 유닛(A)의 인렛(inlet)으로부터의 질소와 같은 기체의 유입의 공급이 승화 가능한 물질의 전달율과 승화율을 증가시키는 것을 돕는다.

승화 정제용 방법의 전술된 설명은 피드(feed)가 목적하는 승화 가능한 물질과 목적 물질보다 낮은 승화 온도와 낮은 비등점을 나타내는 승화 가능한 불순물들을 포함하는 경우를 포함한다. 승화 가능한 불순물들이 목적하는 승화 가능한 물질보다 높은 비등점을 갖는 경우에, 불순물들은 먼저 수집 유닛(B)에 수집되고 목적 하는 승화 가능한 물질은 수집 유닛(C)에 수집된다. 여기서, 목적하는 승화 가능한 물질용 수집 유닛은 자기 유도에 의해 가열될 수 있도록 만들어지는 것이 바람직하고, 불순물들을 위한 수집 유닛은 그렇게 만들어질 필요가 없다.

전술된 실시 모드에서, 설명을 위해 사용된 승화 정제용 장치는 승화 유닛(A)과 서로 다른 온도의 두 구역을 포함하는 수집 유닛, 즉, 전자기 유도 가열에 의해 영향을 받는 온도 제어의 수집 유닛(B)과 보통의 냉각 장치가 설치된 수집 유닛(C)으로 구성되었지만, 본 발명은 이 실시예에 한정되지 않는다.

예를 들면, 수집 유닛(B)은 서로 다른 온도이고 전자기 유도 가열에 의해 각 온도에서 제어될 수 있는 두 구역들(B1,B2)를 포함할 수도 있고, 또는 서로 다른 온도의 셋 이상의 구역들을 포함할 수도 있다. 전술된 경우에, 승화 유닛(A)과 수집 유닛들(B1,B2,C)을 연속적으로 하류측으로 대략 단계적으로 온도가 서서히 떨어지게 하는 것은 서로 다른 온도의 세 구역들을 포함하는 수집 유닛에서 이들이 용융점에 따라 승화된 기체의 성분을 분류하여 응축하는 것이 가능하도록 한다. 이 경우에 따라, 수집 유닛(C)을 생략하는 것을 가능하게 하고 전자기 유도 가열에 의해 온도가 제어 가능한 둘 이상의 수집 유닛이 목적 물질과 불순물들을 포함하는 다른 성분들을 분류하여 분리하는 것이 가능하게 한다.

승화 정제용 장치에 사용되는 관들의 직경과 길이는 승화 가능한 물질의 종류와 양에 의해 적절하게 결정될 수 있다. 본 발명의 승화 정제용 장치는 다양한 양, 매우 적거나 매우 많은 양으로 물질을 승화할 수 있게 처리할 수 있고, 또한 이들을 승화시키는 600℃의 높은 온도에서 상대적으로 낮은 100℃에서 각각 이들을 승화시킨다. 또한, 정제 장치의 압력의 감소는 낮은 온도에서 쉽게 수행될 수 있도록 하고 이 처리는 불규칙한 승화 가능한 물질들을 정제하는데 적당하다.

본 발명의 승화 정제용 장치는, 평범한 증류에 의해 정제하는 것이 곤란한 화합물의 고온 증류에 의해 정제하는 데에 적용될 수 있다; 이와 같은 화합물은 승화 유닛에서 증류되고 응결점 이하의 온도를 유지하는 수집 유닛에 고체로서 수집되며, 이 방법에서, 화합물은 고 순도의 정제된 산물의 산출에 불필요한 오버히팅을 방지하면서 증발되고 응결된다.

(실시예)

본 발명이 실시예들을 참조로 아래에서 구체적으로 설명될 것이다.

(실시예1)

8-하이드록시퀴놀린(8-hydroxyquinoline)과 암모늄 알륨의 반응에 의해 얻어진 대략 99% 순도의 8-하이드록시퀴놀린-알루미늄 화합물(이하 "Alq3"라 한다)이 도 1에 도시된 승화 정제용 장치에 의해 정제된다.

몰텐 알루미늄으로, 50mm 직경, 100mm 길이의 카본 스틸 관의 내부를 도금하여 준비된 관(2)이 승화 유닛(A)용으로 사용되고, 몰텐 알루미늄으로, 50mm 내부 직경, 100mm길이의 카본 스틸의 내부를 도금하여 준비된 관(6)이 승화 유닛(B)을 위해 사용된다. 전자기 유도의 교류전류는 200V, 60헤르쯔이고 인버터들이 온도 제어기(5,9)용으로 사용된다.

승화 유닛(A)으로 Alq3 5g이 유도되고, 관들(2,6)의 온도는 각각 370℃와 200℃에서 제어되고, 수집 유닛(C)의 외면은 상온과 동일한 온도의 공기와 접촉하여 상온 근처를 유지하고, 정제 장치가 진공 펌프(12)에 의해 1Torr(133Pa)로 진공 상태로 된다.

수집 유닛(B)으로부터 회복된 정제된 Alq3는 99.99% 이상의 순도이고 수율은 대략 70%이다. 분해 산물로서의 재료가 수집 유닛(C)으로부터 5% 수율로 회복된다.

(실시예2)

도 1과 유사한 장치에서, 승화 유닛(A)과 수집 유닛(B)이 각각, 48mm의 외부 직경, 100mm의 길이의 수정 관, 50mm 직경, 100mm 길이의 카본 스틸 관에 내부 관으로서, 또는 전자기 유도에 의해 열을 발생하는 관형 재료로 만들어진다. 이 장치는 실시예 1에서와 같은 5g의 Alq3를 승화하여 정제하기 위해 사용된다. 관들(2,6)의 온도는 각각 330℃와 300℃에서 제어되고, 승화 정제가 65%의 수율로 99.99% 이상의 순도인 정제된 Alq3를 산출하기 위해 0.05Torr(6.66Pa)에서 수행된다.

(실시예3)

도 1과 유사한 장치에서, 테트라메틸벤젠(tetramethylbenzene)으로부터 준비된 98% 순도의 피로멜리틱 디앤하이드라이드(pyromellitic dianhydride)가 승화에 의해 정제된다. 50mm 직경, 100mm 길이의 카본 스틸 관 또는 전자기 유도에 의해 열을 발생하는 관형 재료가 승화 유닛(A)과 수집 유닛(B), 승화 유닛(A), 수집 유닛(B)의 내측을 만들기 위해 사용되고, 수집 유닛(C)은 금속 부품이 피로멜리틱 디앤하이드라이드, 피로멜리틱 산, 트리멜리틱 산, 헤미멜리틱 산 등과의 접촉하지 않도록 에나멜로 도포된다. 10g의 원재료 피로멜리틱 디앤하이드라이드의 승화 정제가 승화 유닛(A)과 수집 유닛(B)을 각각 180℃와 100℃에서 승화 온도를 제어하 고 100℃와 1~2Torr(133-266Pa)의 압력에서 제어되고, 승화율을 높이기 위해 승화 유닛(A)의 종단으로부터 소량의 니트로젠을 인도하면서 수행된다. 니들 결정(needle crystal)으로서 피로멜리틱 디앤하이드라이드의 회복은 82%이고 순도는 99.9% 이상이다. 트리멜리틱 산과 같은 트리카복실릭 산이 수집 유닛(C)에 부착하는 소량의 고체로 검출된다.

(실시예4)

도 1과 유사한 장치에서, 50mm 직경, 100mm 길이의 카본 스틸 관 또는 전자기 유도에 의해 열을 발생하는 관형 재료가 승화 유닛(A)과 수집 유닛(B), 승화 유닛(A)의 내측용으로 사용되고, 수집 유닛(C)은 금속성 부품이 승화 가능한 물질과 접촉하는 것을 방지하기 위해 TiN으로 도포된다. 이 장치의 승화 유닛(A)으로 5g의 N, N'-디페닐-N, N'-비스(3-메틸페닐)-(1, 1'-바이페닐)-4, 4'-디아민(이후 "TPD"라 한다)이 인도되고, 승화 유닛(A)과 수집 유닛(B)을 각각 240℃와 140℃의 온도로 1×10^-4Torr(0.013Pa)의 기압에서 승화에 의해 정제된다. 고능률 수성 크로마토그라프(chromatograph)에 의해 측정된 순도(구역%)는 원재료에 대해 99.0% 이고 정제된 산물에 대해 99.7% 이상이다.

(실시예5)

증류와 결정화와 같은 단계에 의해 콜 타르로부터 분리된 85% 순도의 카바졸이 도 1에 도시된 승화 정제용 장치에서 정제된다.

30mm 직경, 100mm 길이의 실리콘 카바이드(SiC) 관 또는 전자기 유도에 의해 열을 발생하는 관형 재료가 승화 유닛(A)과 수집 유닛(B)용으로 사용된다. 30mm 직경, 150mm 길이의 실리콘 카바이드 관이 수집 유닛(C)과 공기로 냉각되는 외부 표면용으로 사용된다. 승화 유닛(A)으로 5g의 원재료 카바졸이 인도되고, 승화 유닛(A)과 수집 유닛(B)이 각각 250℃와 70℃에서 30 Torr(4kPa)의 압력에서 제어되는 동안 정제된다. 99% 순도의 HPLC와 함께 정제된 카바졸의 회복은 50%이다. 승화되지 않은 카바졸을 함유하는 피치(pitch)가 승화 유닛(A)에 잔류되고 펜안쓰렌 등이 수집 유닛(C)에 수집되는 물질로 검출된다.

본 발명의 승화 정제용 방법에 따르면, 이 장치는 승화 가능한 물질에 대해 불활성인 재료로 도포되고, 이것은 장치의 부식과 오염을 방지하고 전자기 유도 가열에 의해 불순물들을 포함하는 승화 가능한 물질의 승화 동안에 산물의 품질을 변화하고 높은 수율로 높은 순도의 산물을 제공한다.

Claims (10)

1. 전자기 유도에 의해 열을 발생하는 재료로 만들어진 가열 유닛, 승화 유닛 및 수집 유닛을 포함하고, 각각 전자기 유도 가열에 의해 온도가 독립적으로 제어될 수 있고, 승화 가능한 물질에 대해 불활성인 재료가 상기 승화 가능한 물질과 접촉하는 상기 승화 유닛 및 상기 수집 유닛의 내부 표면 또는 내부 관의 구조 재료로 사용되는 것을 특징으로 하는 승화 정제용 장치.
2. 제1항에 있어서, 전자기 유도에 의해 열을 발생하는 상기 재료는 금속성 재료인 것을 특징으로 하는 승화 정제용 장치.
3. 제1항에 있어서, 전자기 유도에 의해 열을 발생하는 상기 재료는 비금속성 재료인 것을 특징으로 하는 승화 정제용 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 승화 유닛 및 상기 수집 유닛은 전자기 유도에 의해 열을 발생하는 재료의 층을 포함하는 둘 이상의 층들의 재료로 만들어지고, 상기 승화 가능한 물질과 접촉하는 상기 내부 층의 재료는 상기 승화 가능한 물질에 대해 불활성 재료인 것을 특징으로 하는 승화 정제용 장치.
5. 제4항에 있어서, 승화 가능한 물질에 대해 불활성인 상기 재료는 금속, 글래스, 세라믹 및 플루오로폴리머로부터 선택된 재료인 것을 특징으로 하는 승화 정제 장치.
6. 전자기 유도에 의해 열을 발생하는 재료로 만들어진 열 발생 유닛, 승화 유닛 및 수집 유닛을 포함하는 승화 정제용 장치로, 상기 유닛 각각은 독립적으로 전자기 유도 가열에 의해 온도가 제어될 수 있고, 금속, 글래스 및 세라믹과 같은 승화 가능한 물질에 대해 불활성인 재료가 상기 승화 물질과 접촉하는 상기 승화 유닛 및 상기 수집 유닛의 내부 표면 또는 내부 관의 구조 재료로 사용되는 것을 특징으로 하는 승화 정제용 장치에서의 승화 정제 방법으로,

   상기 장치의 상기 승화 유닛으로 상기 승화 가능한 물질을 인도하는 단계;

   전자기 유도에 의해 상기 승화 유닛에서 열을 발생하여 상기 승화 가능한 물질을 승화하는 단계;

   전자기 유도 가열에 의해 온도가 제어되는 구역을 포함하는 상기 수집 유닛으로 상기 승화된 재료를 인도하는 단계; 및

   목적하는 상기 승화 물질을 수집하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 승화 정제 방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 승화 가능한 물질은 금속 화합물 또는 전자발광(electroluminescence;EL) 장치 재료로서 사용할 수 있는 유기 화합물인 것을 특징으로 하는 승화 정제 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 불활성인 재료는 수정 글래스, 파이렉스, 하드 글래스 및 에나멜로부터 선택된 글래스인 것을 특징으로 하는 승화 정제 방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 승화 가능한 물질은 금속 합성물 또는 전자발광(electroluminescence;EL) 장치 재료용 금속 합성물이고, 상기 불활성인 재료는 상기 금속 합성물과 같은 종류의 금속인 것을 특징으로 하는 승화 정제 방법.
10. (a) 전자기 유도에 의해 열을 발생하는 재료로 만들어진 열 발생 유닛, 승화 유닛 및 수집 유닛을 포함하는 승화 정제용 장치에 있어서, 상기 유닛 각각은 전자기 유도 가열에 의해 독립적으로 온도가 제어될 수 있고,

    (b) 상기 승화 유닛, 온도가 제어되는 복수의 구역을 포함하는 상기 수집 유닛 및 진공펌프를 차례대로 배열하여 상기 승화 유닛과 상기 수집 유닛에서의 온도는 하류측으로 갈수록 연속적으로 떨어지도록 제어되고,

    (c) 상기 승화 유닛 및 수집 유닛은 전자기 유도에 의해 열을 발생하는 재료의 층을 포함하는 둘 이상의 층들의 재료로 만들어지고, 승화 가능한 물질과 접촉하는 내부 표면 또는 내부 관은 상기 승화 가능한 물질에 대해 불활성인 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 승화 정제용 장치에서의 승화 정제 방법으로,

    (d) 상기 승화 정제용 장치의 상기 승화 유닛으로 금속 합성물 또는 전자발광(electroluminescence;EL) 장치 재료로부터 선택된 승화 가능한 물질을 인도하고, 전자기 유도에 의해 상기 승화 유닛에 열을 발생하여 상기 승화 가능한 물질을 승화하는 단계; 및

    (e) 전자기 유도 가열에 의해 온도가 제어되는 구역을 포함하는 상기 수집 유닛으로 승화물을 인도하고, 상온부터 400℃의 온도에서 제어되는 상기 구역에서 목적하는 승화 가능한 물질을 수집하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 승화 정제 방법.

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