KR20150064501A - 승화 정제 장치 및 이를 이용한 정제 방법 - Google Patents

Abstract

본 출원은 승화 정제 장치 및 이를 이용한 정제 방법에 관한 것이다.

Description

승화 정제 장치 및 이를 이용한 정제 방법{SUBLIMATION REFINING APPARATUS AND SUBLIMATION REFINING METHOD USING THE SAME}

본 출원은 승화 정제 장치 및 이를 이용한 정제 방법에 관한 것이다.

유기 화합물의 순도를 향상시키기 위한 정제 방법에는 컬럼 정제, 재결정, 재침 정제 및 승화 정제 등이 있다.

이들 중 승화 정제 방법은 유기 화합물의 정제에 용이하게 사용된다. 승화(Sublimate)는 상평형도에서 삼중점 이하의 온도와 압력하에서 발생하는 기체-고체 상의 전이 현상이다. 이러한 승화점이 상이한 화합물이 혼합되어 있을 때, 온도 조절을 통해 화합물을 분리할 수 있다. 또한, 상압에서 가열하면 열분해되는 물질이라도 삼중점 이하의 낮은 압력에서는 비교적 높은 온도에서도 분해되지 않는 상태가 유지되고, 이를 이용하여 진공 승화 정제를 할 수 있다.

승화 정제 방법은 순수한 물리적 정제 방법으로서, 보조 시약의 사용이나 그 외의 화학적 방법을 사용하지 않으므로 시료의 오염이 없고 불순물 제거에 용이하여 널리 사용되고 있다.

그러나, 승화 정제 방법은 시료를 승화시키는 과정에서 시료가 국부적으로 가열되는 현상으로 인해 승화시간이 오래 걸리고, 수율이 낮은 문제점이 있다. 이에 따라 상기 문제점을 개선하기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.

일본 공개특허 제1999-171801호

본 출원은 승화시간을 단축시키고, 높은 정제 수율을 가지는 승화 정제 장치 및 이를 이용한 정제 방법을 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 출원은 시료가 투입되어 교반되는 회전형 시료관; 상기 시료를 정제하는 정제관; 및 상기 회전형 시료관 및 정제관의 외부에 구비된 가열기를 포함하고, 상기 회전형 시료관 및 정제관은 중공형의 관으로서 동일한 중심축을 가지는 승화 정제 장치를 제공한다.

또한, 본 출원은 상기 승화 정제 장치를 이용한 유기 화합물의 승화 정제 방법을 제공한다.

본 출원의 일 실시상태에 따른 승화 정제 장치는 시료 전체에 열전달을 용이하게 한다.

또한, 본 출원의 일 실시상태에 따른 승화 정제 장치는 시료의 잔류 용매나 불순물을 용이하게 제거 하고, 시료를 고수율로 정제시킨다.

또한, 본 출원의 일 실시상태에 따른 승화 정제 장치는 승화시간을 단축시켜 정제 효율을 향상시킨다.

도 1은 종래의 승화 정제 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 출원의 일 실시상태에 따른 승화 정제 장치의 개략도이다.
도 3은 본 출원의 일 실시상태에 따른 승화 정제 장치에 구비된 회전형 시료관의 형태를 도시화 한 것이다.

이하 본 출원을 보다 상세히 설명한다.

승화 정제 장치에는 시료를 담는 “보트”가 구비된다. 일반적으로, 승화점이 상이한 2종 이상의 화합물을 가진 시료를 승화시키기 위해 상기 보트에 담긴 시료를 가열하고, 보트에 담긴 시료에 열이 전달되면 시료가 승화되어 정제관으로 이동한다. 상기 정제관은 온도 기울기를 가지고, 승화점이 상이한 화합물이 서로 분리되는 정제 과정이 수행된다. 그러나, 종래의 보트는 시료에 열전달이 균일하게 되지 않아, 국부적으로 가열되는 현상이 발생된다. 이는 시료의 승화시간을 늘리고, 승화효율을 낮추는 문제를 야기시킨다. 또한, 시료의 양이 많을 경우, 상기 문제점은 더욱 부각된다. 시료의 양이 많을수록 보트 내의 시료간의 열전달이 원활하지 못하여 시료 내의 온도차이가 발생하고, 이로 인해 정제시간이 증가하고 정제효율이 감소된다.

이에, 본 출원은 승화 정제 장치의 보트의 구조를 변형하여, 시료로의 열전달이 용이하고, 승화시간을 단축시키며, 승화효율을 높이는 승화 정제 장치를 제공한다.

구체적으로, 본 출원은 시료가 투입되어 교반되는 회전형 시료관; 상기 시료를 정제하는 정제관; 및 상기 회전형 시료관 및 정제관의 외부에 구비된 가열기를 포함하고, 상기 회전형 시료관 및 정제관은 중공형의 관으로서 동일한 중심축을 가지는 승화 정제 장치를 제공한다.

본 출원에서 회전형 시료관은 종래의 승화 정제 장치에서 시료를 담는 “보트”의 구조를 “관”의 형태로 변형한 것이다. 또한, 상기 회전형 시료관은 회전하는 것을 특징으로 한다. 상기 회전형 시료관의 회전에 의해 시료의 교반을 효과적으로 할 수 있다.

본 출원의 승화 정제 장치의 구성은 특별히 제한되지 않으며, 회전형 시료관 및 정제관을 포함하고, 상기 회전형 시료관이 “회전할 수 있는 관”의 형태라면, 종래 정제 장치의 다른 구성 요소를 제한 없이 채용할 수 있다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 회전형 시료관은 중공형 관일 수 있다. 예를 들면, 도면 3에 도시된 형태일 수 있다.

도면 1은 종래의 승화 정제 장치의 일 예를 나타낸 것이다. 도면 1을 참조하면, 종래의 승화 정제 장치의 보트는 윗면이 뚫려있는 보트의 형태이다.

종래의 보트와 달리, 본 출원에 따른 회전형 시료관은 관의 구조를 가지고, 관의 내부에 시료가 포함되며, 상기 회전형 시료관의 회전에 의해 관의 내부에 존재하는 시료가 용이하게 교반될 수 있다.

본 출원에 따른 회전형 시료관은 시료를 승화시키기 위해 시료에 열을 가하였을 때, 회전형 시료관의 회전에 의해 관의 내부에 존재하는 시료에 전체적으로 열을 전달할 수 있다. 이에 따라 본 출원에 따른 승화 정제 장치는 시료의 승화시간을 단축시키고, 승화효율을 높일 수 있다. 이에 따른 공정 효율 또한 높일 수 있다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 회전형 시료관의 길이와 상기 정제관의 길이의 비율은 4 내지 7 : 3 내지 6일 수 있다. 상기 회전형 시료관과 상기 정제관의 길이 비율이 상기의 범위에 있을 때, 승화시 회수량을 늘려, 정제효율을 높일 수 있다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 시료는 승화점이 상이한 2 종 이상의 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 시료는 승화점이 상이한 2종 이상의 화합물을 포함하는 유기 화합물일 수 있다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 시료는 유기전계발광소자의 구성 재료일 수 있다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 회전형 시료관의 일 측면은 막혀있고, 타측에 구멍이 구비될 수 있다.

상기 구멍은 승화된 기체가 정제관으로 이동하기 위한 통로일 수 있다. 상기 구멍의 위치는 정제관의 정제 시작 부분과 연결되는 측면에 존재할 수 있다.

상기 구멍은 하나 이상일 수 있다. 상기 구멍이 다수 개로 존재할 경우, 승화된 기체가 정제관으로 균일하게 이동할 수 있다. 상기 구멍의 크기는 제한되지 않고, 시료가 보존되면서 승화된 기체가 이동할 수 있는 크기가 바람직하다. 다수 개로 존재하는 구멍의 형태는 규칙적 또는 불규칙적일 수 있으나, 규칙적인 형태가 바람직하다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 회전형 시료관은 적어도 일측면에 보호캡을 더 포함할 수 있다. 상기 보호캡은 회전형의 시료관이 회전할 때 시료를 보호할 수 있다. 상기 보호캡은 회전형 시료관이나 정제관의 제료와 동일하거나 상이할 수 있다. 구체적으로, 상기 보호캡의 재료는 글라스울(glass wool), 플라스틱 막 등일 수 있고, 열에 강한 것이 적절하다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 회전형 시료관의 회전속도는 1 내지 20rpm일 수 있다. 회전형 시료관의 회전속도가 1 내지 20rpm일 때, 시료를 보호하면서, 시료 내 열전달을 효율적으로 할 수 있다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면 상기 회전형 시료관은 시료를 주입할 수 있는 시료 주입부를 포함한다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 회전형 시료관의 내경과 시료주입부의 외경의 비율은 5 내지 17 : 3 내지 5일 수 있다. 상기 회전형 시료관의 내경과 시료주입주의 외경의 비율이 상기 범위에 있을 때, 회전 및 열전달에 용이하면서, 다량의 시료를 담을 수 있다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 회전형 시료관의 일 측면은 막혀있고, 타측에 구멍이 구비될 수 있다. 상기 구멍은 시료 주입부일 수 있다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 회전형 시료관은 정제관의 내부에 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 회전형 시료관은 정제관의 말단에 구비되어, 회전형 시료관으로부터 승화된 기체가 정제관으로 이동하며 정제될 수 있도록 할 수 있다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 회전형 시료관은 정제관의 외부에 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 회전형 시료관 및 정제관이 일렬로 구비될 수 있다. 상기 회전형 시료관이 정제관의 말단, 즉 정제관의 외부에서 정제관의 정제가 시작 부분에 연결되어, 외부 시료관에서 정제관으로 승화된 기체가 이동되며 정제될 수 있도록 할 수 있다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 정제관은 복수개로 분할되어 있을 수 있다. 상기 복수개의 정제관은 일렬로 배치될 수 있다.

상기 정제관이 복수개로 분할된 경우, 히팅 블록(heating block)을 여러 개로 나누어 정제관 내에서도 승화과정이 반복적으로 일어나도록 할 수 있다. 정제관 내에서도 승화과정이 반복적으로 일어날 경우, 정제효율을 높일 수 있다.

상기 회전형 시료관 및 정제관 그 재질의 종류가 특별히 한정되지 않고, 승화 정제에 적합하다면 어느 재질이라도 제한 없이 사용될 수 있다. 본 출원의 일 실시상태에 따르면, 예를 들어, 유리, 석영, 세라믹 또는 금속 등이 사용될 수 있다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 회전형 시료관이 정제관의 외부에 존재할 경우, 상기 회전형 시료관과 정제관을 연결하는 연결부재를 더 포함할 수 있다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 정제관이 복수개로 분할되어 있을 경우, 각각의 분할된 정제관은 서로를 연결하는 연결부재를 더 포함할 수 있다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 회전형 시료관 및 정제관의 외부에 가열기가 구비될 수 있다.

상기 가열기는 회전형 시료관의 온도를 조절하여, 시료를 승화시킬 수 있다. 또한, 상기 가열기는 정제관의 온도를 조절하여, 시료를 승화 정제할 수 있다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 가열기는 회전형 시료관에 대응되는 위치에 구비될 수 있다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 가열기는 정제관에 대응되는 위치에 구비될 수 있다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 가열기는 다수 개로 구비될 수 있다.

예를 들어, 상기 가열기는 회천형 시료관 및 정제관에 대응되는 위치에 각각 구비될 수 있다.

또한, 상기 정제관이 복수개로 분할되어 있는 경우, 상기 가열기는 복수개의 정제관 각각에 대응되도록 구비될 수 있다. 이 경우, 복수개의 정제관의 온도를 각각 조절할 수 있으므로, 승화-냉각의 과정을 반복적으로 수행할 수 있다. 이에 따라, 1회의 시료주입으로 여러 번의 정제과정을 거쳐, 정제효율을 높일 수 있다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 승화 정제 장치는 회전형 시료관에 연결되어 회전형 시료관으로 동력을 전달하는 모터를 더 포함할 수 있다.

상기 모터는 회전형 시료관의 외부에 구비될 수 있다. 상기 모터는 회전형 시료관으로 동력을 전달하여 회전형 시료관이 회전할 수 있도록 한다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 승화 정제 장치는 외부관을 더 포함한다. 상기 외부관의 내부에 상기 회전형 시료관 및 정제관을 포함하고, 상기 외부관의 외부에 상기 가열기가 구비될 수 있다.

상기 외부관은 상기 회전형 시료관 및 정제관을 둘러싸는 형태의 관으로 구비된다. 상기 외부관은 상기 회전형 시료관 및 정제관을 보호할 수 있다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 외부관을 열전도성인 것이 바람직하다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 가열기의 구조는 외부관을 둘러싸는 형태일 수 있다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 승화 정제 장치는 상기 정제관의 압력을 조절하는 진공펌프를 더 포함할 수 있다.

상기 진공펌프는 정제관의 외부에 구비되는 것이 바람직하다. 또한 상기 진공펌프의 구비된 위치 또는 진공을 걸어주는 방향에 따라, 승화 정제의 방향이 조절될 수 있다.

진공펌프로 정제관을 진공의 상태로 유지할 경우, 상압에서 가열하면 열분해될 수 있는 시료를 낮은 압력에서 가열될 수 있도록 하므로, 시료를 안정적으로 승화 정제할 수 있다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 승화 정제 장치는 운송기체 공급부를 더 포함할 수 있다.

상기 운송기체는 정제 장치를 구성하는 물질 및 시료와 반응성이 거의 없는 질소 또는 비활성 기체일 수 있다.

상기 운송기체 공급부는 질소 또는 비활성 기체를 정제관으로 공급한다. 공급된 질소 또는 비활성 기체는 반응하지 않고, 승화된 기체를 운송하는 역할을 한다.

상기 운공기체 공급부는 진공도가 크게 떨어지지 않는 범위 내에서, 정제관 내부에 운송기체의 흐름을 만들어 승화된 기체의 이동이 원활하도록 할 수 있다.

이하 도면을 참조하여 본 출원을 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 설명은 본 출원을 예시 하기 위한 것이며, 이에 의하여 본 출원의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도면 2는 본 출원의 일 실시상태에 따른 승화 정제 장치의 개략도이다.

도면 2를 참조하면, 회전형 시료관이 정제관의 외부에 구비되어 있다. 그러나 이에만 한정되는 것은 아니고, 본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 회전형 시료관은 정제관은 내부 또는 외부에 구비될 수 있다.

도면 2의 회전형 시료관은 도면 3의 구조를 가질 수 있다. 도면 3은 회전형 시료관의 일 만단에 하나의 구멍이 구비된 것을 도시화한 것이다. 본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 구멍의 개수 및 크기는 필요에 따라 적절히 조절할 수 있다.

상기 회전형 시료관과 정제관의 외부로 외부관이 구비되어 있고, 상기 외부관의 주위로 가열기가 존재한다. 상기 외부관은 가열기의 열을 전달할 수 있는 열전도성 재료가 사용될 수 있다.

또한, 도면 2의 정제관은 복수개로 분할되어 구비되어 있고, 상기 정제관에 대응되는 위치에 가열기가 구비된다. 이에 따라, 정제관의 각 구역별로 온도를 조절할 수 있고, 시료의 승화온도에 따른 가열과 냉각을 통해 시료를 정제할 수 있다.

도면 2의 진공펌프는 정제관의 오른쪽에 구비되어, 승화 정제의 방향은 오른쪽으로 진행된다.

또한, 승화된 기체의 이동을 위해 운송기체 공급부가 진공펌프의 반대 방향의 정제관의 말단에 구비될 수 있다. 도면 2에서는 왼편에 구비될 수 있다.

또한, 본 출원은 전술한 승화 정제 장치를 이용한 유기 화합물의 승화 정제 방법을 제공한다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 화합물은 유기전계발광소자의 재료일 수 있다. 구체적으로, 발광층, 정공주입층, 정공수송층, 전자주입층, 전자수송층 등의 유기물층의 재료일 수 있다.

일반적으로, 승화 정제 방법은 다음의 과정을 거친다. 정제관을 진공상태로 만든 후 시료를 투입하고 1종의 화합물의 승화점 이상으로 가열을 한다. 가열에 의해 승화된 1종의 화합물이 정제관을 이동하며 분리되고, 정제관을 냉각시켜 주면 목적 물질을 얻을 수 있다.

본 출원의 일 실시상태에 따른 승화 정제 방법은 회전형 시료관의 회전에 의해 시료가 교반되어 시료의 온도가 균일해지는 단계를 포함한다.

본 출원에 따른 승화 정제 장치를 이용한 유기 화합물의 승화 정제 방법은, 상기 시료를 종래의 보트의 구조가 아닌 회전형 관 형태의 보트에 함으로써, 상기 한번 승화 시 투입되는 시료양을 늘릴 수 있고, 가열시 시료에 전체적으로 열이 전달될 수 있도록 한다. 또한 승화 중에 유기 화합물의 표면에 형성되는 껍질을 회전에 의해 파괴가 가능하여 생성된 껍질에 의해 유기물이 내부에 갇혀 있는 현상을 최소화함으로써 승화 효율을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 정제 시간을 줄이고, 정제 효율을 높일 수 있다.

Claims (12)

1. 시료가 투입되어 교반되는 회전형 시료관; 상기 시료를 정제하는 정제관; 및 상기 회전형 시료관 및 정제관의 외부에 구비된 가열기를 포함하고, 상기 회전형 시료관 및 정제관은 중공형의 관으로서 동일한 중심축을 가지는 것을 특징으로 하는 승화 정제 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 회전형 시료관의 일 측면은 막혀있고, 타측에 구멍이 구비된 것을 특징으로 하는 승화 정제 장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 회전형 시료관은 정제관의 외부에 일렬로 구비되는 것을 특징으로 하는 승화 정제 장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 회전형 시료관은 정제관의 내부에 구비된 것을 특징으로 하는 승화 정제 장치.
5. 청구항 3에 있어서, 상기 회전형 시료관 및 정제관을 연결하는 연결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 승화 정제 장치.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 정제관은 복수개로 분할되어 일렬로 구비되어 있고, 상기 분할된 정제관을 연결하는 연결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 승화 정제 장치.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 회전형 시료관에 연결되어 회전형 시료관으로 동력을 전달하는 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 승화 정제 장치.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 승화 정제 장치는 외부관을 더 포함하고, 상기 외부관의 내부에 상기 회전형 시료관 및 정제관을 포함하고, 상기 외부관의 외부에 상기 가열기가 구비되는 것을 특징으로 하는 승화 정제 장치.
9. 청구항 1에 있어서, 상기 정제관의 압력을 조절하는 진공펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 승화 정제 장치.
10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 따른 승화 정제 장치를 이용한 유기 화합물의 승화 정제 방법.
11. 청구항 10에 있어서, 상기 유기 화합물은 유기전계발광소자의 재료인 것을 특징으로 하는 승화 정제 방법.
12. 청구항 10에 있어서, 상기 승화 정제 방법은 회전형 시료관의 회전에 의해 시료가 교반되어 시료의 온도가 균일해지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 승화 정제 방법.
    

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