KR20130109411A - 유기 물질의 승화정제 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유기전계발광 물질의 고순도 정제된 물질을 얻는 장치에 관한 것으로 정제관에 부착된 여러 개로 나뉘어져 있는 가열기의 온도조건을 바꾸어가면서 종래의 내부관과 외부관을 하나로 된 정제관으로 구성되고, 포집방법을 가열기의 온도 조절과 공압의 유속조절로써 정제된 물질을 포집하여 고순도 정제물질을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 종래의 긁어서 회수하는 방식에 비하여 정제된 물질의 손실을 없앨 수 있는 제조방법을 제공한다.

Description

유기전계발광물질을 정제 및 회수하는 자동화 장치{Sublimation Auto-System for OLED}

본 발명은 유기전계물질의 정제 및 회수를 자동화로 하는 장치에 관한 것으로 종래의 장치가 유기전계물질을 정제 후 수동적인 방법으로 긁어서 회수하였고, 시료를 넣기 위한 별도의 내부관을 사용하였기 때문에, 외부관에 부착된 가열기의 열전달의 불균일성과 회수할 때에 물질의 손실과 반복 정제할 때에 생기는 공기 중에 시료가 노출되었었지만, 본 발명은 그러한 물질의 손실과 오염성 없이 정제하여 고순도 및 생산성 향상시키는 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다.

고체 유기물질을 합성하여 만든 경우에, 합성단계에서 사용되는 촉매 등의 첨가로 그 순도가 99% 이하가 되기 때문에, 제품으로 사용하고자 할 경우에는 통상적으로 정제 방법을 통한 순도의 향상이 필요하였고, 그 정제 방법으로는 크로마토그래피법을 주로 사용하였으나 유기전계발광소자용 물질에 대하여는 재결정법과 승화법을 주로 사용하였다.

상기의 크로마토그래피법은 유기용매를 사용한 용액을 전기적 결합력과 질량을 이용하여 고순도는 얻어낼 수 있으나, 정제의 용량을 소량밖에 할 수 없어서 산업화를 위한 대량생산의 정제의 방법으로는 적합하지가 않다.

상기 재결정법은 고체 유기물질에 선택적으로 결합하는 용매를 첨가 후 가열하여 포화상태의 용액을 냉각시켜서 순수 물질을 얻는 방법으로 대량 생산에는 좋지만, 첨가된 용매 때문에 고순도를 얻기는 매우 어려우며 전기적 결합력차이가 유사할 경우에도 정제가 어려운 단점이 있다.

그리고 승화 방법에 의한 정제방법은 정제물질의 승화온도점(Tg)과 분자량을 이용하여 정제하는 것으로 Hans J, Wagner 고안한 방법이 대표적이다.

이 승화 정제방법은 전체가 온도가열기가 외부에 가열기를 부착한 외부관과, 정제할 물질을 담고 있고 결상되는 내부관, 그리고 진공펌프로 구성되었다. 정제할 물질을 용기(석영)에 담아서 내부관 안쪽에 넣고 정제물질의 승화점 온도보다 높게 가열하여 승화시켜서 진공도에 차이와 비활성가스를 흐림에 따라 정제물질이 이동한다. 승화 물질이 내부관을 이동할 때, 외부관의 온도를 승화물질의 진행방향에 따라 고온에서 저온으로 만들면, 승화물질은 결상온도점에서 결정상태로 되어 내부관의 안쪽에 결상되거나 바닥으로 가라앉은 채로 결상하게 된다.

일반적으로 이러한 방법으로 고순도의 물질을 1회 정제만으로는 고순도를 얻기 어렵기 때문에 3회 이상의 반복정제를 통하여 고순도 물질을 얻어낸다.

종래의 승화정제방법의 문제점은, 외부관과 내부관을 사용하므로써 외부관에 부착하여 가열하는 온도가 내부관에 균일하게 전달되지 않아서 결상을 정확하게 맞추기가 어렵고, 반복정제 또는 최종정제의 회수단계에서는 정제물질을 긁어서 회수하므로 정제물질의 양적인 손실이 발생 되며, 진공상태의 정제장치를 해체하여 재정제를 해야 하므로 공기 중의 산소 또는 수증기에 정제물질이 노출되어 오염으로 인한 물질의 순도 저하를 발생시킬 수 있고, 최종 정제까지의 정제시간 또한 매우 길어지는 문제점이 있다.

결국 이러한 상기 승화정제방법의 문제점을 해결하기 위한 정제장치가 필요하다.

본 발명은 상기 종래의 정제방법의 문제점을 해결하고자, 정제물질을 고순도 정제하면서 정제공정 중 또는 최종정제 후 회수방법을 수동적인 방식인 정제물질을 긁어서 회수하지 않고, 가열기의 온도를 이용한 자동적인 회수방식으로 정제하는 장치와 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 종래의 승화 정제방법에서 내부관을 별도로 사용하지 않고, 1개의 정제관과 가열기, 진공펌프로 구성된 정제장치이다. 서로 상이한 여러 개의 가열기의 온도설정을 바꾸어가면서 정제 및 회수를 하기 때문에, 반복정제 및 최종 정제 후 회수할 때에는 물리적으로 긁어서 회수할 필요가 없고, 진공을 해체하면서 반복정제를 하지 않아도 되는 정제방법이다.

본 발명은 종래의 승화 정제방법에서 별도의 내부관을 사용하지않고, ㅈ정제종래와 같이 가열기의 온도가 외부관을 통하여 내부관에 전달되는 방식이 아니라, 가열기가 정제관에 직접 부착되어 온도를 설정하기 때문에 정제관의 상하 온도차가 발생하지 않고 관의 둘레로 정밀한 결상영역을 설정할 수 있다. 종래와 같이 재정제할 때에도 정제관의 진공을 해체하는 과정을 거치는 것이 아니라 진공의 해체 없이 가열기의 온도조건만을 바꾸어 가면서 반복 정제가 가능하다. 그리고 최종적으로 유기전계발광물질이 결상된 정제물질의 회수방식도 진공을 해체하지 않고, 온도의 차이와 정제물질과 반응이 없는 기체(N2)를 사용하여 정제물질에 매우 빠른 흐름을 주어 회수하는 방법을 사용한다. 따라서 종래의 승화 정제방법과는 다르게, 최종 정제까지 진공을 해체하지 않고, 회수할 때에도 긁어서 회수하지 않기 때문에정제물질의 손실방지, 공기 및 수분의 오염이 없는 고순도 정제가 가능하며, 전체의 정제제조 시간을 단축시킬 수 있어서 고순도 정제물질을 대량으로 제조하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 정제장치의 전체적인 구성과 1차 정제과정.
도 2는 1차 정제과정에서 발생한 불순물을 제거과정.
도 3은 1차 정제된 시료의 2차 정제과정.
도 4는 2차 정제과정에서 결상된 불순물을 제거하는 과정.
도 5는 2차 정제된 시료의 3차 정제과정.
도 6은 3차 정제과정에서 발생한 불순물 제거과정.
도 7은 3차 정제를 통해 얻어진 고순도 시료를 포집하는 과정.
도 8은 정제관을 세정하는 과정.

본 발명은 종래의 승화정제의 원리를 활용한 정제방법으로서, 그 구성에 있어서 종래의 승화정제 구성을 다르게 하고, 그 정제 및 회수방법 역시 다르게 한 발명이다.

도 1은 본 발명의 정제장치의 전체적인 구성과 1차 정제과정을 예시하고 있다.

상세한 구성은 정제관(10)의 진공을 만들기 위한 정제관의 챔버도어(22)와 진공펌프(26)가 있으며, 정제물질의 흐름을 관리하기 위한 시료와 반응이 없는 비활성기체(N2)의 투입량을 가스 유량계(27)을 사용하여 조절함으로써 정제물질의 유속를 조절할 수 있고, 포집을 위한 비활성기체(N2) 조절밸브(24a, 24b)를 통하여 최종 정제물질을 회수용기(23)에 회수되도록 사용한다. 조절밸브 24c와 24d는 N2를 배기시키거나 회수할 때 각각 사용한다. 정제관(10) 안에서 시료를 결상시키기 위하여 여러 개의 가열기(11a~11h)와 결상이 없게하기 위한 가열기(11i~11ℓ)의 온도(T1~T4)조건을 선택적으로 걸어주어서 결상, 비결상상태로 통과, 결상된 물질의 승화시킨다.

도 1의 1차 정제하는 과정은 유기전계발광물질을 담은 시료용기(20)를 정제관(10)에 투입하고, 진공챔버도어(22)을 닫은 후 여러 밸브 중에서 24c 만을 열고 진공펌프(26)를 사용하여 고진공을 만든다. 고진공 상태가 되면, 승화된 시료가 충분히 결상이 될 수 있도록 N2의 유속 느리게 조절하면서, 각각의 원통형 가열기의 온도조건을 히터의 하단의 온도조건으로 맞춘다. 즉 가열기 11a 영역은 온도T1 만큼 상승시켜 시료를 승화시키고, 이렇게 승화된 시료는 가열기 11b 영역의 온도 T2 를 통과하면서 시료보다도 높은 결상온도를 갖는 불순물을 결상시키게 되고, 나머지의 시료는 가열기 11c 온도 T3 영역을 지나면서 시료의 순수물질이 결상하며, 가열기 11d의 온도 T4를 지날 때는 시료의 결상온도 보다 낮은 불순물이 결상하게 된다. 그 외 가열기 11e~11ℓ영역은 항상 모두 온도조건을 승화온도 T1으로 유지시켜서 재결상이 없게 하고, 가열기 11c 영역 만에서 불순물이 1차 제거된 시료가 결상하게 한다.

도 2는 1차 정제과정에서 가열기 11d 영역에 결상된 불순물을 제거하기 위한 과정을 예시한 것이다.

도 2의 공정은 11d의 불순물은 1차 정제과정에서 시료보다 낮은 결상온도에서 결상하는 불순물이고, 그 영역의 가열기 11d를 승화온도 T1까지 가열하면 불순물이 승화하고, 다른 가열기의 온도는 모두 승화온도 T1을 유지한다. 이때 N2의 공압도 강하게 하여 1차 결상이 되지않도록 빠른 유속으로 정제관을 지나가게 한다.

도 3은 1차 정제과정에서 결상된 불순물이 1차 제거된 시료를 2차 정제시키는 과정의 예시이다.

그 과정은 가열기 11c 영역에 결상한 시료를 다시 승화온도까지 올려서 승화시키면, N2와 진공펌프 방향으로 승화된 기체가 재결상이 될 수 있도록 유속을 만들며, 이때 각 가열기의 온도조건은 가열기 하단에 표시된 온도조건으로 맞춘다. 즉 11a와 11b 가열기 영역은 T2로 하여 시료의 순수물질이 재 결상하지 않도록 하고, 그 외의 영역 11d는 T2, 11e 는 T3, 11f는 T4로 하고, 나머지 가열기 온도는 모두 T1으로 하여 재 결상화가 발생하지 않게 한다.

도 4는 가열기 11f 영역의 불순물을 제거하는 과정의 예시이다.

그 과정은 가열기 11f 영역의 불순물을 승화점 온도로 가열하여 승화시키고, 그 외의 가열기 영역의 온도는 재 결상되지 않는 고온으로 유지시킨다. 이 때 N2의 유속 역시 빠르게 하면 승화된 물질이 재결정될 가능성이 매우 줄어들게 된다.

도 5는 3차 정제과정을 예시한 것이다.

가열기 11e 에 2차 정제를 거쳐서 결상된 시료를 승화온도를 가하여 재 승화시키고, 가열기 11a~11d의 온도는 T2를 유지시켜서 승화된 시료가 재결정화되지 않도록 하고, 가열기 11f는 T2, 11g는 T3, 11h는 T4로 설정하고 나머지 영역의 가열기는 항상 T1을 그대로 유지시킨다. 이때 N2 유속은 재결상이 생길 수 있도록 충분히 느리게 한다.

도 6은 3차 정제과정에서 발생한 불순물 제거과정을 예시한 것이다.

시료의 결상온도 보다 낮은 불순물이 결상되어 있는 가열기 11h 영역의 불순물을 재승화시키고, 가열기 11a~11f까지는 승화된 불순물이 재 결상하지 않도록 온도를 T2로 유지시키고, 나머지 가열기 부분은 모두 승화온도 T1을 유지시켜서 승화된 불순물 기체가 재결상이 이루지지 않도록 한다.

도 7은 3차 정제를 통해 얻어진 고순도 시료를 포집하는 과정을 예시한 것이다.

3차 정제과정에서 얻어진 순수 시료의 결상부분(가열기 11g)을 재승화시키고, N2 유속은 재결상이 생길 수 있도록 충분히 느리게 한다. 이때 밸브 24a, 24b, 24d를 열고 N2의 유속을 빠르게 하고, 가열기의 조건 역시 가열기 11a~11f, 11h를 T2로 유지시키면 재결상없이 포집용기(23)에 3차 정제된 고순도 시료을 얻을 수 있다.

도 8은 정제관을 세정하는 공정의 예시에 관한 것이다.

모든 가열기의 온도를 승화온도 T1으로 하고, 밸브 24a를 열어서 두 개의 N2 유속이 매우 빠르게 유압조절을 하고, 밸브 24c를 열어서 진공펌프(26)를 가동하면, 시료의 결상온도 보다 높은 결상온도를 갖는 불순물들을 모두 승화시켜서 제거할 수 있다.

10: 정제관
11a~11ℓ: 가열기
20: 시료용기
21: 승화된 기체의 흐름방향
22: 진공챔버도어
23: 회수용기
24a~24d: 밸브
25: N2 포집기
26: 진공펌프
27: 가스 유량계
T1: 시료의 승화온도점
T2: 시료의 결상온도 보다 높은 온도점
T3: 시료의 결상온도점
T4: 시료의 결상온도 보다 낮은 온도점

Claims (4)

1. 승화정제 방법으로 유기물을 정제함에 있어서,
   설정온도가 서로 상이한 다수의 가열기로 온도조건을 바꾸어 가면서, 1차 정제 이외에 반복 정제를 하는 방법.
2. 승화정제 방법으로 유기물을 정제함에 있어서,
   설정온도와 기체의 유압만을 사용하여 유기물 및 첨가물질을 제거하는 방법.
3. 청구항 1에 있어서 시료용기가 투입되는 내부관을 별도로 사용하지 않고, 1개의 관으로 정제를 하는 유기물 정제장치.
4. 청구항 2에 있어서 시료용기가 투입되는 내부관을 별도로 사용하지 않고, 1개의 관을 사용하여 유기물 및 첨가물질을 제거하는 유기물 정제장치.

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