KR101350360B1 - Method and device for recycling liquid crystal alignment solution - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적어도 (a) 폴리이미드(polyimide) 또는 그 전구체, (b) 제1 용매, (c) 첨가제 및 (d) 금속 이온 및 수분의 적어도 하나를 포함하는 LCD의 폐배향액(alignment waste solution)을 제공하는 단계를 포함하는 액정 배향액을 재활용하는 방법을 제공한다. 공비증류법(azeotropic distillation)으로 수분을 제거하기 위해 제2 용매가 배향액에 첨가된다. 그로 나서 폐배향액(alignment waste solution)을 여과재(filter material)로 여과하며, 흡착제(adsorbent)가 고순도의 흡착제, 고순도의 산화알루미늄 또는 고순도의 알루미나 실리케이트(alumina silicate)을 포함한다. 또한, 액정 배향액의 재활용 장치가 제공된다.The invention is an alignment waste solution of an LCD comprising at least one of (a) a polyimide or a precursor thereof, (b) a first solvent, (c) an additive and (d) metal ions and moisture. It provides a method for recycling the liquid crystal aligning solution comprising the step of providing. A second solvent is added to the alignment liquid to remove water by azeotropic distillation. The alignment waste solution is then filtered with a filter material, the adsorbent comprising a high purity adsorbent, a high purity aluminum oxide or a high purity alumina silicate. Moreover, the recycling apparatus of a liquid crystal aligning liquid is provided.
Description
본 발명은 액정 디스플레이(liquid crystal display)용 액정 배향액(liquid crystal alignment solution)의 재활용 방법 및 장치에 관한 것이고, 특히 고효율로 액정 배향액을 재활용하는 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for recycling a liquid crystal alignment solution for a liquid crystal display, and more particularly, to a method and apparatus for recycling a liquid crystal alignment liquid with high efficiency.
본 출원은 여기서 전체가 참조로서 통합되는, 2010년 12월 13일에 출원된 대만특허출원번호 099143452의 우선권의 이익을 주장한다.
This application claims the benefit of priority of Taiwan Patent Application No. 099143452, filed December 13, 2010, which is hereby incorporated by reference in its entirety.
배향막(alignment film)은 액정 디스플레이(LCD)의 디스플레이 질을 제어하는데 있어 주요 물질이다. 전형적으로, 울퉁불퉁한 홈(jagged groove)을 가진 배향막(alignment film)은 상부 전극 기질 및 하부 전극 기질의 내부 표면에 배치되어 액정 분자가 홈의 방향에 따라서 가지런히 정렬된다. 그러므로, 액정 분자의 회전각이 전계(electric field)에서 제어되고 액정 분자가 LCD의 스위치로 사용가능하다. 배향막(alignment film)은 주로 폴리이미드(polyimide)로 형성된다. 폴리이미드(polyimide)는 디아민(diamine)과 디안하이드리드(dianhydride)로부터 형성될 수 있다. 전형적인 방법에서, 이미드 모노머(imide monomer)를 포함하는 배향액(alignment solution)이 유리제 기질에 코팅된다. 이미드 모노머(imide monomer)가 특정한 각으로 모인 후, 이미드 모노머(imide monomer)가 특정한 방향을 따라서 균일하게 정렬되는 폴리이미드(polyimide)를 형성하기 위하여 광중합(photopolymerize) 또는 열중합(thermal polymerize)되어, 폴리이미드가 액정 분자의 회전각을 제어할 수 있는 배향막(alignment film)을 형성한다. Alignment films are the main material for controlling the display quality of liquid crystal displays (LCDs). Typically, an alignment film with jagged grooves is disposed on the inner surfaces of the upper electrode substrate and the lower electrode substrate so that the liquid crystal molecules are aligned neatly along the direction of the grooves. Therefore, the rotation angle of the liquid crystal molecules is controlled in the electric field and the liquid crystal molecules can be used as switches of the LCD. The alignment film is mainly formed of polyimide. Polyimide can be formed from diamines and dianhydrides. In a typical method, an alignment solution comprising an imide monomer is coated on a glass substrate. After the imide monomers are gathered at a specific angle, photopolymerize or thermal polymerize to form polyimide in which the imide monomers are uniformly aligned along a specific direction. The polyimide forms an alignment film that can control the rotation angle of the liquid crystal molecules.
폴리이미드(polyimide) 및 그 전구체 이외에 배향액(alignment solution)은 또한 배향 용매 및 첨가제를 포함한다. 첨가제는 그 사용에 따라 다양한 물질일 수도 있다. 그러나, 배향액(alignment solution)이 공기와 접촉하거나 장기간 보관될 때, 공기 중의 수분와 금속 이온이 배향액(alignment solution)에 용해될 것이며, 이는 다량의 수분 및 금속 이온이 배향액(alignment solution)에 존재하여 생성된 배향막(alignment film)은 불균일한 두께, 낮은 전압보전율(voltage holding ratio; VHR), 높은 잔류 직류 전류(residual direct current; RDC) 또는 높은 이온 밀도(ion density)와 같은 결함을 가진다. 그러므로, 생성된 LCD는 잔상(image sticking) 또는 무라(mura) 문제를 가질 것이다. 게다가, 현재 LCD 산업에서, 생산 라인에 약 70%의 과잉 배향액(alignment solution)이 재활용되지 못하고 대부분 폐기 용액으로 폐기될 수밖에 없다. In addition to the polyimide and its precursors, the alignment solution also includes an alignment solvent and additives. The additive may be various materials depending on its use. However, when the alignment solution is in contact with air or stored for a long time, the moisture and metal ions in the air will dissolve in the alignment solution, which means that a large amount of water and metal ions are in the alignment solution. The alignment film present and produced has defects such as non-uniform thickness, low voltage holding ratio (VHR), high residual direct current (RDC) or high ion density. Therefore, the generated LCD will have a problem of image sticking or mura. In addition, in the present LCD industry, about 70% of the excess alignment solution in the production line cannot be recycled and is mostly disposed of as waste solution.
최근, 장기-보관된(long-placed) 또는 과잉의 배향액(alignment solution)을 재활용하기 위한 일부 접근방식이 개발되었다(지금부터는 집합적으로 폐배향액(alignment waste solution)이라 한다). 예를 들면, 미국특허번호 6,420,440에 배향물질(alignment material)을 재활용하는 방법이 개시되며, 디에틸 에테르(diethyl ether)에 의해 폴리이미드(polyimide) 또는 그 전구체가 고형화되고 유기 용매로부터 여과된다. 그러고 나서, 배향액(alignment solution)의 본래 용매로 사용된 것과 동일한 조성물의 혼합 용매로 여과된 폴리이미드 또는 그 전구체를 녹인다. 이렇게 하여 재활용된 배향물질(alignment material)이 얻어진다. 다른 접근 방식으로, 여과된 유기 용매가 재활용가능하다는 것을 제외하고 미국특허번호 6,420,440와 유사한 방법이 한국특허번호 66749에 개시되어 있다. 상기 방법에 따라 폐배향액(alignment waste solution)에서 수분을 제거하면, 첨가제도 또한 제거되고 금속 이온 함량은 증가할 수도 있다. 그러므로, 재활용된 배향액(alignment solution)의 질 및 특성은 본래 용액의 질 및 특성과 현저하게 다르다. 비록 재활용된 배향액(alignment solution)이 생산 라인에 다시 적용되더라도, 생성된 배향막(alignment film)은 본래의 질을 가지지 못한다. Recently, some approaches have been developed for recycling long-placed or excess alignment solutions (collectively referred to as alignment waste solutions from now on). For example, US Pat. No. 6,420,440 discloses a method for recycling alignment materials, wherein polyimide or its precursor is solidified by diethyl ether and filtered from an organic solvent. The filtered polyimide or its precursor is then dissolved with a mixed solvent of the same composition as that used as the original solvent of the alignment solution. In this way, recycled alignment materials are obtained. In another approach, a method similar to US Pat. No. 6,420,440 is disclosed in Korean Patent No. 66749, except that the filtered organic solvent is recyclable. When water is removed from the alignment waste solution according to the method, the additives may also be removed and the metal ion content may increase. Therefore, the quality and properties of the recycled alignment solution differ significantly from that of the original solution. Although the recycled alignment solution is again applied to the production line, the resulting alignment film does not have the original quality.
그러므로, 본 발명은 배향액에서 어떤 구성요소도 변경하지 않고, 고효율로 배향액(alignment solution)에서 수분 및 금속 이온을 제거하는, LCD의 배향액(alignment solution)의 재활용 방법 및 장치를 제공한다. Therefore, the present invention provides a method and apparatus for recycling an alignment solution of an LCD, which removes moisture and metal ions from the alignment solution without changing any components in the alignment solution.
그러므로, 본 발명은 다음의 배향액(alignment solution)의 재활용 방법의 일 구체예를 제공한다: 액정 배향물질(alignment material)의, 적어도 (a) 폴리이미드(polyimide) 또는 그 전구체, (b) 제1 용매, (c) 첨가제 및 (d) 적어도 하나의 금속 이온 및 수분을 포함하는, 배향액(alignment solution)을 제공하는 단계; 배향액(alignment solution)에 제2 용매를 첨가하는 단계; 공비증류법(azeotropic distillation)에 의해 수분 및 제2 용매를 제거하는 단계; 및 여과재(filter material)로 정제하여 정제된 배향액(alignment solution)을 얻는 단계를 포함하며, 여과재(filter material)는 흡착제(adsorbent) 및 여과막(filtering membrane)을 포함하고, 흡착제(adsorbent)는 고순도 산화알루미늄 또는 고순도 알루미나 실리케이트(alumina silicate)를 포함한다. Therefore, the present invention provides one embodiment of the following method for recycling the alignment solution: at least (a) a polyimide or precursor thereof, of a liquid crystal alignment material, (b) agent Providing an alignment solution comprising one solvent, (c) an additive and (d) at least one metal ion and moisture; Adding a second solvent to the alignment solution; Removing water and the second solvent by azeotropic distillation; And purifying with a filter material to obtain a purified alignment solution, wherein the filter material includes an adsorbent and a filtering membrane, and the adsorbent has a high purity. Aluminum oxide or high purity alumina silicate.
또한, 본 발명은 또한 다음의 배향액(alignment solution)의 재활용 장치의 다른 구체예를 제공한다: 폐배향액(alignment waste solution)을 포함하는 반응기; 용기의 온도를 제어하는 온도 제어 유닛 및 반응기의 압력을 감소시키고 폐배향액(alignment waste solution)에서 수분을 제거하는 진공 유닛을 포함하는 수분 제거 시스템; 및 수분 제거 시스템에서 배향액(alignment solution)을 수용하는 금속 이온 제거 시스템;을 포함하고, 금속 이온 제거 시스템은 반응기의 바닥에 배치된 여과막(filtering membrane) 및 여과막(filtering membrane)에 배치된 흡착제(adsorbent)를 포함한다. The present invention also provides another embodiment of a recycling apparatus for the following alignment solution: a reactor comprising an alignment waste solution; A water removal system comprising a temperature control unit for controlling the temperature of the vessel and a vacuum unit for reducing the pressure in the reactor and removing water from the alignment waste solution; And a metal ion removal system for receiving an alignment solution in the water removal system, wherein the metal ion removal system includes a filtering membrane disposed on the bottom of the reactor and an adsorbent disposed on the filtering membrane. adsorbent).
첨부된 도면을 참조하여 다음의 구체예에서 상세히 설명한다. It will be described in detail in the following embodiments with reference to the accompanying drawings.
첨부된 도면을 참조하여 이어진 상세한 설명 및 실시예를 읽음으로써 본 발명을 완전히 이해할 수 있다:
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 LCD의 배향액(alignment solution) 재활용 방법을 설명하는 흐름도를 도시한다;
도 2는 본 발명의 다른 구체예에 따른 LCD의 배향액(alignment solution) 재활용 장치의 단면도를 도시한다;
도 3 및 4는 각각 본래 용액과 실시예 1 및 2에서 정제된 배향액(alignment solution)을 FTIR(Fourier transform infrared spectroscopy)로 분석하여 비교한 것을 도시한다.
도 5 및 6은 본래 용액과 실시예 1 및 2에서 정제된 배향액(alignment solution)을 GPC(gel permeation chromatography)로 분석하여 비교한 것을 도시한다.
도 7은 본래 용액과 비교예에서 정제된 배향액(alignment solution)을 GPC(gel permeation chromatography)로 분석하여 비교한 것을 도시한다. The present invention may be fully understood by reading the detailed description and examples which follow with reference to the accompanying drawings in which:
1 shows a flowchart illustrating a method of recycling an alignment solution of an LCD according to one embodiment of the present invention;
2 illustrates a cross-sectional view of an alignment solution recycling apparatus of an LCD according to another embodiment of the present invention;
3 and 4 show the comparison between the original solution and the alignment solution purified in Examples 1 and 2 by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR).
5 and 6 show the comparison between the original solution and the alignment solution purified in Examples 1 and 2 by gel permeation chromatography (GPC).
FIG. 7 shows a comparison between the original solution and the alignment solution purified in the Comparative Example by analyzing GPC (gel permeation chromatography).
본 발명에 따른 구체예는, 공비증류법(azeotropic distillation)에 의해 배향액(alignment solution)에서 수분이 제거되고 여과재(filtering material)에 의해 배향액(alignment solution)에서 금속이온이 제거되는 액정 배향물질(alignment material)의 배향액(alignment solution)을 재활용하는 방법을 개시한다. 또한, 본래 용액(즉, 미사용한 새로운 배향액(alignment solution))의 구성요소(예를 들면, 폴리이미드(polyimide) 또는 그 전구체, 첨가제 또는 다른 구성요소)는 분해되지 않고 그 함량이 보존될 수 있다. 따라서, 재활용된 배향액(alignment solution) 및 본래 용액의 구성요소는 실질적으로 서로 동일하고, 재활용된 배향액(alignment solution) 및 본래 용액에서 생성된 배향막(alignment film)은 실질적으로 동등한 질을 가질 수도 있다. 또한, 본 발명에 따른 구체예는 반응기, 수분 제거 시스템 및 금속 이온 제거 시스템이 제공되는 액정 배향물질(alignment material)의 배향액(alignment solution) 재활용 장치를 개시한다. 일 구체예에서, 재활용 장치는 상술한 대로 배향액(alignment solution)의 재활용 방법을 실행하는데 사용될 수도 있다. According to an embodiment of the present invention, a liquid crystal alignment material in which water is removed from an alignment solution by azeotropic distillation and metal ions are removed from the alignment solution by a filtering material ( Disclosed is a method of recycling an alignment solution of an alignment material. In addition, components of the original solution (ie, unused new alignment solution) (e.g., polyimide or its precursors, additives or other components) may not be degraded and their content may be preserved. have. Thus, the recycled alignment solution and the components of the original solution are substantially identical to each other, and the recycled alignment solution and the alignment film produced from the original solution may have substantially the same quality. have. In addition, embodiments according to the present invention disclose an apparatus for recycling an alignment solution of liquid crystal alignment material provided with a reactor, a water removal system and a metal ion removal system. In one embodiment, the recycling apparatus may be used to implement a method of recycling the alignment solution as described above.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 액정 배향물질(alignment material)의 배향액(alignment solution)의 재활용 방법을 설명하는 흐름도를 도시한다. 도 2는 본 발명의 다른 구체예에 따른 액정 배향물질(alignment material)의 배향액(alignment solution) 재활용 장치의 단면도를 도시한다. 도 1에서, 단계 S10에서, 먼저 폐배향액(alignment waste solution)이 제공된다. 예를 들면, 도 2에 도시된 것처럼, 폐배향액(alignment waste solution)이 입구(202)를 통해 재활용 장치(200)의 용기(204)에 추가될 수도 있다. 일 구체예에서, 폐배향액(alignment waste solution)은 적어도 (a) 폴리이미드(polyimide) 또는 그 전구체, (b) 제1 용매, (c) 첨가제 (d) 적어도 하나의 금속 이온 및 수분을 포함할 수도 있다. 폐배향액(alignment waste solution)에서 제거될 필요가 있는 (d) 금속 이온 또는 수분은 불순물이고, (a) 폴리이미드(polyimide) 또는 그 전구체, (b) 제1 용매 및 (c) 첨가제가 본래 용액의 본래 구성요소이다. 일 구체예에서, 폴리이미드(polyimide) 또는 그 전구체는 디아민 및 디안하이드리드(dianhydride)에서 반응되어 생성될 수도 있다. 폴리이미드(polyimide) 또는 그 전구체는 TN(twisted nematic) 유형 또는 VA(vertical alignment) 유형과 같은 액정 분자의 유형에 기반을 둔 폴리이미드 또는 폴리아믹산(polyamic acid)일 수도 있다. 제1 용매는 배향 용매(alignment solvent)일 수 있고, NMP(N-methylpyrrolidone), BCS(Butyl Cellosolve), γ-BL(γ-butyrolactone) 또는 그 혼합물을 포함할 수도 있다. 일 구체예에서, 첨가제는 필요에 따라 적당한 첨가제를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 첨가제는 정전기를 방지하기 위한 대전방지제(anti-static agent) 또는 기재에의 흡착을 증가시키는 실란 커플링제(silane coupling agent) 또는 티타늄 커플링제(titanium coupling agent) 또는 배향막(alignment film)의 코팅 성능을 향상시키는 계면활성제일 수도 있다. 1 is a flowchart illustrating a recycling method of an alignment solution of a liquid crystal alignment material according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view of an apparatus for recycling an alignment solution of a liquid crystal alignment material according to another embodiment of the present invention. In FIG. 1, in step S10, an alignment waste solution is first provided. For example, as shown in FIG. 2, alignment waste solution may be added to the
다음으로, 단계 S12에서, 공비증류(azeotropic distillation)를 위해 폐배향액(alignment waste solution)에 제2 용매가 첨가되어 수분 및 제2 용매가 동시에 폐배향액(alignment waste solution)에서 제거될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 것처럼, 제2 용매가 입구(202)를 통해 반응기(204)에 첨가되고 폐배향액(alignment waste solution)과 완전히 혼합된다. 수분 제거 시스템(206)은 진공 유닛(208) 및 온도 제어 유닛(212)을 포함할 수도 있다. 진공 유닛(208) 및 온도 제어 유닛(212)은 각각 용기(204)의 압력 및 온도를 제어할 수도 있다. 따라서, 용기(204)에서 폐배향액(alignment waste solution)의 수분 및 제2 용매의 공비점(azeotropic point)에 도달하고, 제2 용매와 함께 수분이 공비증류법(azeotropic distillation)으로 제거될 수 있다. 일 구체예에서, 제2 용매는 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), n-프로판올(n-propanol), 이소프로판올(isopropanol), n-부탄올(n-butanol), 이소펜탄올(isopentanol), 디옥산(dioxane), 테트라하이드록푸란(tetrahydrofuran), 아세톤(acetone), 아세토니트릴(acetonitrile), 메틸 이소부틸 케톤(methyl isobutyl ketone) 또는 그들의 혼합물을 포함할 수도 있다. 제2 용매는 폐배향액(alignment waste solution)의 약 5wt% 내지 50wt%, 또는 바람직하게 약 10wt% 내지 20wt%일 수도 있다. 본 구체예에서, 고온 때문에 폐배향액(alignment waste solution)의 다른 구성요소가 분해되는 것을 방지하기 위해 공비증류법(azeotropic distillation)으로 수분 및 제2 용매를 제거하는 단계는 약 30torr 미만의 압력 및 약 20℃ 내지 50℃ 또는 바람직하게 30℃ 내지 40℃의 온도에서 이루어진다. 제1 용매의 끓는점은 수분의 끓는점보다 훨씬 높아서, 제1 용매가 수분와 함께 공비혼합물(azeotrope)을 형성하기 어렵다.Next, in step S12, a second solvent is added to the alignment waste solution for azeotropic distillation so that water and the second solvent can be simultaneously removed from the alignment waste solution. . For example, as shown in FIG. 2, a second solvent is added to the
일 구체예에서, 진공 유닛(208)은 응축 유닛(210)에 결합한다. 기화된 수분 및 제2 용매가 폐배향액(alignment waste solution)으로 다시 응축되는 것을 막기 위하여, 진공 유닛(208)이 작동하는 동안 기화된 수분 및 제2 용매가 응축 유닛(210)에서 응축될 수 있다. 다른 구체예에서, 응축 유닛(210)이 진공 유닛(208) 내에 직접 배치될 수도 있다. 일 구체예에서, 응축 유닛(210)의 온도는 약 -10℃ 미만이다. 공비증류(azeotropic distillation) 단계 후, 폐배향액(alignment waste solution)은 (폐배향액(alignment waste solution)의 총 중량을 기반으로) 약 0.5wt% 미만, 또는 바람직하게 약 0.4wt% 미만의 수분 함량을 가질 수도 있다. In one embodiment, the
다음으로, 단계 S14에서, 금속 이온과 다른 불순물이 여과재(filter material)에 의해 제거된다. 예를 들면, 도 2에 도시된 것처럼, 수분 제거 시스템(206)의 수분 함량이 낮은 (예를 들면, 약 0.4wt% 미만의) 폐배향액(alignment waste solution)이 금속 이온 제거 시스템(214)에 수용된다. 금속 이온 제거 시스템(214)에서, 여과재(filtering material)에 의해 금속 이온 및 다른 불순물이 제거된다. 여과재(filtering material)는 흡착제(216) 및 여과막(218)을 포함할 수 있다. 일 구체예에서, 흡착제(216)는 고순도의 산화알루미늄 또는 고순도의 알루미나 실리케이트(alumina silicate)일 수 있으며, 고순도는 99% 이상의 순도를 의미한다. 바람직한 구체예에서, 산화알루미늄 또는 알루미나 실리케이트(alumina silicate)의 순도는 99.5%보다 높다. 산화알루미늄은 β 상 또는 γ 상으로 형성될 수 있으나, γ 상이 바람직하다. 다른 구체예에서, 흡착제(216)는 산화티타늄, 산화마그네슘 또는 분산화실리콘을 포함할 수 있고, 각각의 순도는 99% 이상이다. 일 구체예에서, 흡착제(216)는 대표면적(large surface area)이 60 내지 250㎛인 입자를 가지며 폐배향액(alignment waste solution)에 균일하게 분산되어 있다. 흡착제(216)는 폐배향액(alignment waste solution)의 약 1wt% 내지 20wt%일 수도 있다. 특히, 약 5wt%의 흡착제(216)가 폐배향액(alignment waste solution)에 첨가될 때, 더 나은 금속 이온을 위한 단위흡착효율(unit adsorption efficiency)을 얻을 수도 있다. Next, in step S14, metal ions and other impurities are removed by a filter material. For example, as shown in FIG. 2, an alignment waste solution having a low moisture content (eg, less than about 0.4 wt%) of the
(흡착제(216)를 포함하는) 모든 현탁액 입자 및 다른 고체 불순물을 막기 위해 여과막(218)은 반응기(204)의 바닥에 배치된다. 여과막(218)은 다른 물질로 형성되고 다른 포어 사이즈를 가지는 다수의 막으로 형성될 수도 있다. 예를 들면, 여과막(218)은 약 0.1 내지 0.5㎜의 포어 사이즈를 가지는 스테인리스강 플레이트(stainless steel plate; 218a) 및 다수의 마이크로포어 막(218b)으로 구성될 수도 있다. 폐배향액(alignment waste solution)에 분산된 흡착제(216)를 막고 감소시키는 압력 유닛(208)에 기인한 압력 차이 때문에 스테인리스강 플레이트(218a) 밑의 마이크로포어 막(218b)이 벗겨지는 것을 막기 위해 여과막(218)의 상부에 스테인리스강 플레이트(218a)가 배치된다. 마이크로포어 막(218b)은 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride), 스테인리스강(stainless steel) 또는 그들의 조합으로 형성될 수도 있다. 마이크로포어 막(218b)의 포어 사이즈는 약 0.2 내지 0.8㎛, 또는 약 0.1 내지 0.5㎛, 또는 0.05 내지 0.3㎛으로, 작은 크기의 흡착제(adsorbent) 및 및 다른 고체 불순물을 여과하고 흡착한다. 일 구체예에서, 금속 이온 제거 시스템(218)에서 정제된 후, 폐배향액(alignment waste solution)은 500ppb 미만, 또는 300ppb 미만, 또는 바람직하게 70ppb 미만의 금속이온 함량을 가질 수도 있다. The
다음으로, 단계 S16에서, 정제된 배향액(alignment solution)을 모은다. 예를 들면, 도 2에 도시된 것처럼, 정제된 배향액(alignment solution)은 출구(220)를 통해 수집 용기(222)로 이동한다. 일 구체예에서, 정제된 배향액(alignment solution)은 약 0.4wt% 미만의 수분 함량 및 500ppb 미만의 금속 이온 함량을 가질 수도 있다. 게다가, 본래 용액의 구성요소 (예를 들면, 첨가제) 및 그들의 함량이 정제된 배향액(alignment solution)에 보존되었다. 따라서, 정제된 배향액(alignment solution)은 생산 라인에서 적용되도록 다시 재활용될 수도 있다. 생성된 배향막(alignment film)은 본래 용액에서 생성된 배향막(alignment film)과 실질적으로 동등한 질과 유사한 성질을 가질 것이다.Next, in step S16, the purified alignment solution is collected. For example, as shown in FIG. 2, the purified alignment solution moves through the
게다가, 일 구체예에서, 단계 S18는 선택적으로 실행된다. 단계 S18에서, 재활용된 배향액(alignment solution)에 추가적인 제1 용매가 추가된다. 그러므로, 수분 제거 시스템(206)에서의 제1 용매의 손실을 보상할 수 있다. 일 구체예에서, 정제된 배향액(alignment solution)에 (정제된 배향액(alignment solution)의 총중량을 기반으로) 단지 10wt% 미만, 또는 바람직하게 1wt%의 추가적인 제1 용매가 추가된다. 따라서 일부 제1 용매가 수분 제거 시스템에서 손실되더라도, 재활용된 배향액(alignment solution)은 여전히 본래 용액과 동일한 각 구성요소의 농도를 유지할 수 있다. 또한, 배향액(alignment solution)은 약 90% 이상 및 바람직하게는 약 95% 이상의 재활용 효율성을 가질 수 있다. In addition, in one embodiment, step S18 is optionally performed. In step S18, an additional first solvent is added to the recycled alignment solution. Therefore, it is possible to compensate for the loss of the first solvent in the
요약하자면, 본 발명의 구체예에 따르면, 고효율로 폐배향액(alignment waste solution)의 수분 및/또는 금속 이온을 제거할 수 있었다. 본래 용액의 구성요소 (예를 들면, 폴리이미드(polyimide) 또는 그 전구체, 첨가제 또는 다른 구성요소) 및 그 함량이 재활용된 배향액(alignment solution)에 보존된다. 게다가, 본 방법은 고화, 분리 또는 진공 건조 과정과 같은 복잡한 과정을 필요로 하는 종래의 방법에 비하여 매우 경제적이고 시간 절약이 가능하다. 그러므로, 장기간 보관된 또는 공기와 접촉된 배향액(alignment solution)을 정제하고 재활용할 수 있다. 반면, 재활용된 배향액(alignment solution)에서 생성된 배향막(alignment film)의 질은 본래 용액에서 생성된 배향막(alignment film)의 질과 거의 동일하여 LCD의 배향막(alignment film)의 제조 비용이 현저하게 감소될 수 있다.
In summary, according to an embodiment of the present invention, it was possible to remove water and / or metal ions of the alignment waste solution with high efficiency. The components of the original solution (eg polyimide or its precursors, additives or other components) and their content are preserved in the recycled alignment solution. In addition, the method is very economical and time-saving over conventional methods requiring complex processes such as solidification, separation or vacuum drying. Therefore, the alignment solution stored for a long time or in contact with air can be purified and recycled. On the other hand, the quality of the alignment film produced from the recycled alignment solution is almost the same as that of the alignment film originally produced from the solution, so that the manufacturing cost of the alignment film of the LCD is remarkably high. Can be reduced.
실시예 1 Example 1
도 2에 도시된 것과 같은, 재활용 장치의 반응기의 바닥에 포어 사이즈가 0.5㎜인 스테인리스강 플레이트 및 포어 사이즈가 0.1 내지 0.8㎛인 다수의 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride) 막이 배치된, 재활용 장치에 (VA 유형 액정에 적용되는) 폐배향액(alignment waste solution)을 제공한다. 폐배향액(alignment waste solution)은 6wt%의 폴리이미드(polyimide), 93wt%의 배향액(alignment solution) 및 1wt%의 실란 커플링제로 형성되고, 6.8wt%의 고체 함량, 22.3의 점성, 3.9wt%의 수분 함량 및 515ppb의 금속 이온 함량을 가진다. 다음, (폐배향액(alignment waste solution)의 총중량을 기반으로) 20wt%의 이소프로판올을 반응기에 추가하였다. 반응기를 36℃로 가열하여 진공 응축 장치로 반응기의 배향액(alignment solution)의 이소프로판올 및 수분을 제거하였다. 다음으로, (폐배향액(alignment waste solution)의 총중량을 기반으로) 99%의 순도를 가지는 5wt%의 산화알루미늄을 추가하였다. 마지막으로, 스테인리스강 플레이트 및 다수의 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride) 막으로 폐배향액(alignment waste solution)을 여과하고 출구를 통해 수집 용기로 이동시켰다. 정제된 배향액(alignment solution)이 얻어졌고 그 분석 결과를 표 1에 정리하였다.
At the bottom of the reactor of the recycling apparatus, as shown in FIG. To provide an alignment waste solution (applied to the VA type liquid crystal). The alignment waste solution is formed of 6 wt% polyimide, 93 wt% alignment solution and 1 wt% silane coupling agent, 6.8 wt% solids content, 22.3 viscosity, 3.9 moisture content of wt% and metal ion content of 515 ppb. Next, 20 wt% of isopropanol (based on the total weight of the alignment waste solution) was added to the reactor. The reactor was heated to 36 ° C. to remove isopropanol and water in the alignment solution of the reactor with a vacuum condenser. Next, 5 wt% aluminum oxide having 99% purity (based on the total weight of the alignment waste solution) was added. Finally, the alignment waste solution was filtered with a stainless steel plate and a number of polyvinylidene fluoride membranes and moved through the outlet to the collection vessel. Purified alignment solution was obtained and the analysis results are summarized in Table 1.
실시예 2 Example 2
(TN 유형 액정에 적용되는) 폐배향액(alignment waste solution)이 6wt%의 폴리아믹산(polyamic acid), 93wt%의 배향액 및 1wt%의 실란 커플링제로 형성되고, 6.0wt%의 고체 함량, 20의 점성, 3.84wt%의 수분 함량 및 93.1 ppb의 금속 이온 함량을 가지는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 과정이 실시예 2에서 반복되었다. 또한, 단지 10wt%의 이소프로판올이 반응기에 추가되었다. 정제된 배향액(alignment solution)을 얻었고 그 분석 결과를 표 2에 정리하였다.
An alignment waste solution (applied to TN type liquid crystals) is formed of 6 wt% polyamic acid, 93 wt% alignment liquid and 1 wt% silane coupling agent, 6.0 wt% solids content, The same procedure as in Example 1 was repeated except that it had a viscosity of 20, a water content of 3.84 wt% and a metal ion content of 93.1 ppb. In addition, only 10 wt% of isopropanol was added to the reactor. Purified alignment solution was obtained and the analysis results are summarized in Table 2.
실시예 3 Example 3
이소프로판올 대신에 10wt%의 아세톤이 반응기에 추가된 것을 제외하고 실시예 2와 동일한 과정이 실시예 3에서 반복되었다. 약 0.29wt%의 수분 함량을 가지는 정제된 배향액(alignment solution)이 얻어졌다.
The same process as in Example 2 was repeated in Example 3 except that 10 wt% acetone was added to the reactor instead of isopropanol. Purified alignment solution with a water content of about 0.29 wt% was obtained.
비교예 Comparative Example
미국특허번호 6,420,440에서 개시된 재활용 방법은 실행되었다. 실시예 2와 같은 폐배향액(alignment waste solution)이 제공되었다. 폴리이미드(polyimide)를 고화시키기 위해 폐배향액(alignment waste solution)에 에틸 에테르를 추가하였다. 그 다음, 고체 폴리이미드(polyimide)를 여과하고 건조시켰다. 마지막으로, 건조된 고체 폴리이미드(polyimide)를 본래 용액과 동일한 유기 용매로 녹여서 정제된 배향액(alignment solution)을 얻었다.
The recycling method disclosed in US Pat. No. 6,420,440 was performed. An alignment waste solution as in Example 2 was provided. Ethyl ether was added to the alignment waste solution to solidify the polyimide. The solid polyimide was then filtered and dried. Finally, the dried solid polyimide was dissolved in the same organic solvent as the original solution to obtain a purified alignment solution.
표 1은 미사용 배향액(alignment solution) (VA 유형 액정에 적용되는 본래 용액), (정제되지 않은) 폐배향액(alignment waste solution), 정제된 배향액(alignment solution) (실시예 1) 및 배향액(alignment solution)의 상업적 표준을 비교한 것을 나타낸다. 표 2는 미사용 배향액(alignment solution) (TN 유형 액정에 적용되는 본래 용액), (정제되지 않은) 폐배향액(alignment waste solution), 정제된 배향액(alignment solution) (실시예 2) 및 배향액(alignment solution)의 상업적 표준을 비교한 것을 나타낸다. 표 1 및 2에 나타난 것처럼, 실시예 1과 실시예 2의 재활용된 배향액(alignment solution)의 수분 함량 및 금속 이온 함량은 폐배향액(alignment waste solution)보다 현저하게 낮고, 본래 용액과 실질적으로 동등하였다. 또한, 고체 함량 및 점성과 같은 정제된 배향액(alignment solution)의 다른 성질 또한 실질적으로 본래 용액과 동일하고 배향액(alignment solution)의 상업적인 기준에 만족하였다.
Table 1 shows the unused alignment solution (the original solution applied to the VA type liquid crystal), the (unpurified) alignment waste solution, the purified alignment solution (Example 1) and the alignment. Comparisons are made between commercial standards of alignment solutions. Table 2 shows the unused alignment solution (original solution applied to TN type liquid crystal), (unpurified) alignment waste solution, purified alignment solution (Example 2) and orientation Comparisons are made between commercial standards of alignment solutions. As shown in Tables 1 and 2, the water content and metal ion content of the recycled alignment solution of Examples 1 and 2 were significantly lower than the alignment waste solution and were substantially different from the original solution. Equivalent. In addition, other properties of the purified alignment solution, such as solids content and viscosity, were also substantially the same as the original solution and met the commercial criteria for alignment solution.
도 3 및 도 4는 각각 본래 용액과 실시예 1 및 실시예 2의 정제된 배향액(alignment solution)을 FTIR(Fourier transform infrared spectroscopy)으로 분석하여 비교한 것을 도시한다. 도 3 및 도 4에서, 실시예 1 및 실시예 2의 파수 및 모든 피크의 상대적인 강도가 본래 용액과 실질적으로 동일하다. 또한, 1728㎝-1에 위치하는 피크가 없다는 것은 실시예 1 및 2에서 이미드화(imidization)가 형성되지 않았음을 의미한다. 따라서 본래 용액의 폴리머 구성요소가 정제된 배향액(alignment solution)에서 분해되지 않았다는 것을 시사할 수 있다. 또한, 정제된 배향액(alignment solution)에서의 폴리머 구성요소의 함량 또한 본래 용액과 동일하게 유지되었다. 3 and 4 show the comparison between the original solution and the purified alignment solution of Examples 1 and 2 by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). In Figures 3 and 4, the wave numbers and the relative intensities of all the peaks of Examples 1 and 2 are substantially the same as the original solution. In addition, the absence of a peak located at 1728 cm −1 means that no imidization was formed in Examples 1 and 2. Thus, it may be suggested that the polymer components of the original solution did not degrade in the purified alignment solution. In addition, the content of polymer components in the purified alignment solution also remained the same as the original solution.
도 5 및 도 6은 각각 본래 용액과 실시예 1 및 실시예 2의 정제된 배향액(alignment solution)을 GPC(gel permeation chromatography)로 분석하여 비교한 것을 도시한다. 도 7은 본래 용액과 비교예의 정제된 배향액(alignment solution)을 GPC(gel permeation chromatography)로 분석하여 비교한 것을 도시한다. 도 5 및 도 6에서, 실시예 1 및 2의 정제된 배향액(alignment solution)과 본래 용액의 체류 시간(retention times)이 실질적으로 동일하며, 이는 본래 용액의 폴리머 구성요소가 실시예 1 및 2의 정제된 배향액(alignment solution)에 보존되었다는 것을 증명한다. 도 5에서, 14분 및 16분의 체류 시간(retention time)에서의 두 피크는 폴리이미드(polyimide)와 실란 커플링제를 나타낸다. 실시예 1의 정제된 배향액(alignment solution)의 폴리이미드(polyimide) 및 실란 커플링제의 피크 강도의 비율이 본래 용액과 실질적으로 동일하다는 것을 알 수 있다. 도 6에서, 5분 및 7분에서의 두 구별가능한 피크는 폴리이미드(polyimide) 및 실란 커플링제를 나타낸다. 피크 강도의 비율 또한 본래 용액과 실질적으로 동일하였다. 대조적으로, 도 7에서, 비교예의 정제된 배향액(alignment solution)의 (약 17 분에 나타나는) 실란 커플링제의 함량이 현저하게 감소하였다. 비교예에서, 폴리이미드(polyimide)를 분리할 때, 대부분의 실란 커플링제가 제거된다는 것을 시사할 수 있다. 5 and 6 show the comparison between the original solution and the purified alignment solution of Examples 1 and 2 by gel permeation chromatography (GPC), respectively. FIG. 7 shows a comparison between the original solution and the purified alignment solution of the Comparative Example by analyzing GPC (gel permeation chromatography). 5 and 6, the retention times of the original alignment solution and the purified alignment solution of Examples 1 and 2 are substantially the same, which means that the polymer components of the original solution are Examples 1 and 2 Proved to be preserved in the purified alignment solution. In FIG. 5, two peaks at retention times of 14 minutes and 16 minutes represent polyimide and silane coupling agent. It can be seen that the ratio of the peak intensities of the polyimide and silane coupling agent of the purified alignment solution of Example 1 is substantially the same as the original solution. In FIG. 6, two distinguishable peaks at 5 minutes and 7 minutes represent polyimide and silane coupling agents. The ratio of peak intensity was also substantially the same as the original solution. In contrast, in FIG. 7, the content of the silane coupling agent (appearing at about 17 minutes) of the purified alignment solution of the comparative example was significantly reduced. In the comparative example, it can be suggested that when separating the polyimide, most of the silane coupling agent is removed.
또한, 표 3은 실시예 1 및 실시예 2의 배향액(alignment solution)의 재활용 효율성을 도시한다. 결과는 실시예 1 및 실시예 2에서 모두 재활용 효율성이 90% 이상임을 나타낸다.
Table 3 also shows the recycling efficiency of the alignment solutions of Examples 1 and 2. The results show that in both Example 1 and Example 2 the recycling efficiency is at least 90%.
상술한 것처럼, 본 발명의 구체예의 방법 또는 장치에 따라 재활용된 배향액(alignment solution)은 실질적으로 본래 용액과 동일한 구성요소 및 성질을 가지며, 수분 및/또는 금속 이온과 같은 불순물이 고효율로 제거될 수 있다는 것이 알려진다. 그러므로, 재활용된 배향액(alignment solution)은 생산 라인에 반복적으로 사용가능하여, 현저하게 LCDs의 제작 비용을 삭감할 수 있다. As mentioned above, the recycled alignment solution according to the method or apparatus of the embodiment of the present invention has substantially the same components and properties as the original solution, and impurities such as moisture and / or metal ions can be removed with high efficiency. It is known that it can. Therefore, recycled alignment solutions can be repeatedly used in production lines, which can significantly reduce the manufacturing cost of LCDs.
본 발명은 예로 그리고 바람직한 구체예의 측면에서 기술되었지만, 본 발명이 개시된 구체예로 제한되지 않는다. 그와 반대로, (기술분야의 숙련자에게 명백한) 각종 수정안 및 유사한 배열을 포함하는 것으로 예정된다. 그러므로, 첨부된 청구항의 범위는 그런 수정안 및 유사한 배열을 전부 포함하도록 넓게 해석되어야 할 것이다. Although the present invention has been described by way of example and in terms of preferred embodiments, the invention is not limited to the disclosed embodiments. On the contrary, it is intended to include various modifications and similar arrangements (obvious to those skilled in the art). Therefore, the scope of the appended claims should be construed broadly to encompass all such modifications and similar arrangements.
Claims (14)
액정 배향물질(liquid crystal alignment material)의 배향액(alignment solution)을 제공하는 단계, 이때 상기 배향액(alignment solution)은 적어도 (a) 폴리이미드(polyimide) 또는 그 전구체, (b) 제1 용매, (c) 첨가제 및 (d) 적어도 하나의 금속 이온 및 수분을 포함하고,
상기 배향액(alignment solution)에 제2 용매를 첨가하는 단계;
상기 수분 및 제2 용매를 공비 증류법(azeotropic distillation)으로 제거하는 단계; 및
여과재(filter material)로 상기 배향액을 여과하여 정제된 배향액(alignment solution)을 얻는 단계;를 포함하며,
상기 제1 용매는 NMP(N-methylpyrrolidone), BCS(Butyl Cellosolve), γ-BL(γ-butyrolactone) 또는 그 혼합물을 포함하고,
상기 첨가제는 대전방지제(anti-static agent), 실란 커플링제(silane coupling agent), 티타늄 커플링제(titanium coupling agent), 계면활성제(surfactant) 또는 그 혼합물을 포함하며,
상기 제2 용매는 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), n-프로판올(n-propanol), 이소프로판올(isopropanol), n-부탄올(n-butanol), 이소펜탄올(isopentanol), 디옥산(dioxane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 아세톤(acetone), 아세토니트릴(acetonitrile), 메틸 이소부틸 케톤(methyl isobutyl ketone) 또는 그들의 혼합물을 포함하고,
상기 여과재(filter material)는 흡착제(adsorbent) 및 여과막(filtering membrane)을 포함하고, 상기 흡착제(adsorbent)는 99% 이상의 순도를 가지는 산화알루미늄 또는 99% 이상의 순도를 가지는 알루미나-실리케이트(alumina-silicate)를 포함하는, 배향액의 재활용 방법.As a method of recycling the alignment solution,
Providing an alignment solution of liquid crystal alignment material, wherein the alignment solution comprises at least (a) a polyimide or a precursor thereof, (b) a first solvent, (c) an additive and (d) at least one metal ion and moisture,
Adding a second solvent to the alignment solution;
Removing the water and the second solvent by azeotropic distillation; And
And filtering the alignment solution with a filter material to obtain a purified alignment solution.
The first solvent includes N-methylpyrrolidone (NMP), Butyl Cellosolve (BCS), γ-BL (γ-butyrolactone), or a mixture thereof.
The additive includes an anti-static agent, a silane coupling agent, a titanium coupling agent, a surfactant, or a mixture thereof,
The second solvent is methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, isopropanol, n-butanol, isopentanol, dioxane Tetrahydrofuran, acetone, acetonitrile, methyl isobutyl ketone or mixtures thereof;
The filter material includes an adsorbent and a filtering membrane, and the adsorbent is aluminum oxide having a purity of 99% or more or alumina-silicate having a purity of 99% or more. It includes, the recycling method of the alignment liquid.
상기 여과막(filtering membrane)은 포어 사이즈가 0.1um 내지 0.5㎜인 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride), 스테인리스강(stainless steel) 또는 그 조합을 포함하는, 배향액의 재활용 방법. The method of claim 1,
The filtering membrane is a pore size of 0.1 μm to 0.5 mm in polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, stainless steel steel) or a combination thereof.
상기 정제된 배향액은 0.4wt% 미만의 수분 함량 및 500 ppb 미만의 금속 이온 함량을 가지는, 배향액의 재활용 방법. The method of claim 1,
Wherein the purified alignment liquid has a water content of less than 0.4 wt% and a metal ion content of less than 500 ppb.
상기 수분 및 제2 용매를 공비 증류법(azeotropic distillation)으로 제거하는 단계는 30 torr의 압력 및 20℃ 내지 50℃의 온도에서 이루어지는, 배향액의 재활용 방법. The method of claim 1,
Removing the water and the second solvent by azeotropic distillation (azeotropic distillation) is carried out at a pressure of 30 torr and a temperature of 20 ℃ to 50 ℃, recycling method of the alignment liquid.
상기 배향액 및 상기 정제된 배향액은 동일한 함량의 폴리이미드(polyimide) 또는 그 전구체 및 첨가제를 포함하는, 배향액의 재활용 방법. The method of claim 1,
The alignment solution and the purified alignment solution comprises a polyimide or precursors and additives of the same content, recycling method of the alignment solution.
상기 정제된 배향액의 총 중량을 기준으로, 10wt% 미만의 제1 용매를 상기 정제된 배향액에 첨가하는 단계를 더 포함하는, 배향액의 재활용 방법.The method of claim 1,
Further comprising adding less than 10 wt% of a first solvent to the purified alignment solution based on the total weight of the purified alignment solution.
배향액에 대한 정제된 배향액의 비율인, 배향액의 재활용 효율(recycling efficiency)은 90% 이상인, 배향액의 재활용 방법. The method of claim 1,
The recycling efficiency of the alignment liquid, which is the ratio of the purified alignment liquid to the alignment liquid, is 90% or more.
상기 배향액을 포함하는 반응기;
수분 제거 시스템; 및
상기 수분 제거 시스템으로부터 상기 배향액을 수용하는 금속 이온 제거 시스템;을 포함하고,
상기 배향액은 (a) 폴리이미드(polyimide) 또는 그 전구체, (b) 용매, (c) 첨가제 및 (d) 적어도 하나의 금속 이온 및 수분을 포함하며, 상기 첨가제는 대전방지제(anti-static agent), 실란 커플링제(silane coupling agent), 티타늄 커플링제(titanium coupling agent), 계면활성제(surfactant) 또는 그 혼합물을 포함하고, 상기 용매는 NMP(N-methylpyrrolidone), BCS(Butyl Cellosolve), γ-BL(γ-butyrolactone) 또는 그 혼합물을 포함하며,
상기 수분 제거 시스템은 용기의 온도를 제어하는 온도 제어 유닛; 및 상기 반응기의 압력을 낮추고 배향액(alignment solution)의 수분을 제거하는 진공 유닛;을 포함하며,
상기 금속 이온 제거 시스템은 상기 반응기의 바닥에 배치된 여과막(filtering membrane) 및 상기 여과막 위에 배치된 흡착제(adsorbent)를 포함하는, 배향액의 재활용 장치. As a recycling apparatus of the alignment liquid,
A reactor comprising the alignment liquid;
Moisture removal system; And
A metal ion removal system receiving the alignment liquid from the water removal system;
The alignment liquid comprises (a) a polyimide or a precursor thereof, (b) a solvent, (c) an additive and (d) at least one metal ion and water, wherein the additive is an anti-static agent ), A silane coupling agent, a titanium coupling agent, a surfactant, or a mixture thereof, and the solvent includes N-methylpyrrolidone (NMP), Butyl Cellosolve (BCS), γ- Γ-butyrolactone (BL) or a mixture thereof,
The moisture removal system comprises a temperature control unit for controlling the temperature of the vessel; And a vacuum unit which lowers the pressure of the reactor and removes moisture of the alignment solution.
And said metal ion removal system comprises a filtering membrane disposed at the bottom of said reactor and an adsorbent disposed above said filtration membrane.
상기 흡착제는 99% 이상의 순도를 가지는 산화알루미늄 또는 99% 이상의 순도를 가지는 알루미나-실리케이트인, 배향액의 재활용 장치. The method of claim 12,
Wherein said adsorbent is aluminum oxide having a purity of at least 99% or alumina-silicate having a purity of at least 99%.
상기 반응기는 30 torr의 압력 및 20℃ 내지 50℃의 온도를 가지는, 배향액의 재활용 장치. The method of claim 12,
The reactor has a pressure of 30 torr and a temperature of 20 ℃ to 50 ℃, apparatus for recycling the alignment liquid.
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