KR20160043887A - 이온성 액체를 이용한 액상 유기소재의 정제방법 및 정제장치 - Google Patents

이온성 액체를 이용한 액상 유기소재의 정제방법 및 정제장치 Download PDF

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KR20160043887A
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Abstract

이 발명의 이온성 액체를 이용한 액상 유기소재의 정제장치(1)는, 불순물이 함유된 고상의 유기소재를 융해하는 융해부(3)와, 융해부의 일측에 연결되며, 융해부에서 생성된 액상의 유기소재를 이온성 액체와 혼합하여 정제대상 유기소재를 우선 과포화시켜 재결정화된 고상의 유기소재를 생성하는 혼합부(2)를 포함한다. 이 발명은 액상의 유기소재를 혼합부에 연속적으로 공급할 수 있기 때문에, 종래의 승화 정제장치와 같이 소정량의 정제마다 장치의 가열 냉각 등을 실시할 필요가 없고, 정제를 연속적으로 실시할 수 있다. 그러므로, 이 발명은 정제량을 늘려도 유기소재를 효율적으로 정제할 수가 있다.

Description

이온성 액체를 이용한 액상 유기소재의 정제방법 및 정제장치{Method for purifing liquid-phase organic materials and Apparatus for purifing liquid-phase organic materials}
이 발명은 이온성 액체를 이용한 유기소재의 정제방법 및 정제장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고상 유기소재를 감압조건에서 가열하여 융해시킨 후 이온성 액체 내에 혼합하여 재결정화를 통해 고순도의 유기소재로 정제하는 액상 유기소재의 정제방법 및 정제장치에 관한 것이다.
종래, 유기소재의 정제방법으로는 용매 재결정화, 증류, 크로마토그래피, 승화정제법 등이 알려져 있다. 유기소재를 이용한 유기발광소자(OLED)에는 고순도의 유기소재가 사용되는데, 이를 위해 산업적으로 가장 널리 이용되고 있는 정제방법은 승화정제법이 있다. 승화정제법은 유기소재의 승화점의 차이를 이용한 방법으로, 정제장치 내에 온도구배를 형성하여 대상 유기소재와 불순물을 분리 정제하는 방법이다. 하지만, 이러한 승화정제법은 1회당 정제용량에 한계를 가지고 있으며, 1회 정제만으로는 고순도의 유기소재를 얻기 어려워 2차, 3차에 걸친 정제공정을 반복해야 한다. 또한, 정제공정이 완료되면 진공챔버를 대기에 개방하여 고상의 대상유기물을 수거하는 번거로움이 수반된다. 이러한 승화정제법은 최종적으로 고순도 유기소재의 수율 및 작업시간, 1회 정제용량 등에 있어 한계를 가지고 있다.
이러한 한계를 극복하기 위해 연속공정으로 고순도 유기소재 정제가 가능한 승화장치 및 1회 정제용량을 늘리고 연속공정이 가능한 정제장치가 고안되었다. 특허문헌 1(한국등록특허 제10-1414160호)에 기재된 정제장치는 정제부를 2개 구간으로 나누어 동일 장치 내에서 2회 정제공정을 연속적으로 수행하여 보다 고순도의 유기소재를 얻는 방법을 고안하였다. 그러나, 이러한 장치에서도 정제 후에 여전히 고상의 유기소재를 수거하기 위해 장비를 멈추고 대기에 노출한 상태에서 대상 유기소재를 수거하게 된다. 이때, 불순물에 노출되어 대상 유기물의 순도가 저하되는 문제가 있고 정제공정이 중단됨에 따라 단위 시간당 정제 용량에 한계가 있다.
특허문헌 2(한국공개특허 제10-2014-0079308호)에서는 유기소재의 승화 정제공정에서 발생한 유기소재의 승화기체를 진공 중에서도 안정한 이온성 액체에 혼입하여 이온성 액체내에서 과포화시켜 단번에 원하는 유기소재를 재결정화함으로써, 유기소재의 정제수율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 정제방법이 제안된 바 있다. 그러나, 이와 같이 이온성 액체를 이용한 정제방법은 고상의 유기소재를 진공챔버에 연속공급하거나, 유기소재의 승화기체를 이온성 액체에 혼입하는 공정에 캐리어가스를 사용하는 등의 문제점이 있다.
특허문헌 3(한국공개특허 제10-2014-0084165호)에서는 정제 대상 유기소재를 액상으로 공급하여 기화시킨 후 다시 응축공정을 통해 액상으로 대상 유기소재와 불순물을 분리한 후 액상의 대상 유기소재를 장치 외부로 배출시킴으로써, 승화장치가 가지고 있던 1회 정제용량의 한계치를 극복할 수 있으며, 장치를 중단하지 않고 연속적으로 정제공정을 수행할 수 있는 장점이 있다. 하지만, 근본적으로 상기 장치에서의 정제공정도 승화 정제장치에서와 유사한 응축온도 차이(온도 구배)를 이용한 불순물의 분리정제 원리를 이용하기 때문에, 1회 정제공정으로 고순도의 유기소재를 얻기에는 한계를 가지고 있다. 그러므로 1회 정제공정으로 고순도의 유기소재를 얻기 위해서는 근본적으로 다른 메카니즘의 분리정제 프로세스를 이용해야 할 필요가 있다.
한국등록특허 제10-1414160호 한국공개특허 제10-2014-0079308호 한국공개특허 제10-2014-0084165호
이 발명은 불순물을 함유한 액상의 유기소재를 이온성 액체에 혼입하여 용해도의 차이에 의해 먼저 과포화되는 고순도의 유기소재를 재결정화할 수 있는 액상 유기소재의 정제방법 및 정제장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 이 발명은 고상의 유기소재를 융해시켜 이온성 액체에 연속적으로 혼입함으로써 연속 정제가능한 액상 유기소재의 정제방법 및 정제장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 이 발명은 정제장치의 중단 없이 재결정화된 대상 유기소재를 연속적으로 회수할 수 있는 액상 유기소재의 정제방법 및 정제장치를 제공하는데 또다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 이온성 액체를 이용한 액상 유기소재의 정제장치는, 불순물이 함유된 고상의 유기소재를 융해하는 융해부와, 상기 융해부의 일측에 연결되며, 상기 융해부에서 생성된 액상의 유기소재를 이온성 액체와 혼합하여 재결정화된 고상의 유기소재를 생성하는 혼합부를 포함한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 혼합부에는 상기 이온성 액체가 소정량 저장되고, 상기 융해부는 상기 혼합부의 내부로 상기 액상의 유기소재를 연속해서 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 일측이 상기 혼합부의 저부에 연결되어 상기 혼합부에서 생성된 이온성 액체와 유기소재의 혼합액과 상기 재결정화된 고상의 유기소재를 상기 혼합부의 외부로 배출한 다음, 상기 재결정화된 고상의 유기소재를 여과하고 상기 혼합액을 상기 혼합부의 내부로 복귀시키는 순환부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 혼합부는 외부에 설치된 온도조절히터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 이온성 액체를 상기 혼합부에 공급하는 이온성 액체공급부를 더 포함하며, 상기 이온성 액체공급부는 상기 혼합부에 공급되기 전에 가열하기 위해 외부에 설치된 온도조절히터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 이온성 액체를 이용한 액상 유기소재의 정제방법은, 불순물이 함유된 고상의 유기소재를 융해하는 융해단계와, 상기 융해단계에서 생성된 액상의 유기소재를 이온성 액체와 혼합하여 재결정화된 고상의 유기소재를 생성하는 재결정화단계를 포함한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 재결정화단계는 상기 이온성 액체가 소정량 저장된 혼합부의 내부에 상기 액상의 유기소재를 연속적으로 공급하여 재결정화하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 재결정화단계에서 생성된 이온성 액체와 유기소재의 혼합액과 상기 재결정화된 고상의 유기소재를 상기 혼합부의 외부로 배출한 다음, 상기 재결정화된 고상의 유기소재를 여과하고 상기 혼합액을 상기 혼합부의 내부로 복귀시키는 순환단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따르면, 상기 재결정화단계에서는 상기 혼합부의 외부에서 상기 혼합부 내부의 온도를 조정하도록 가열하는 것을 특징으로 한다.
이 발명은 액상의 유기소재를 혼합부에 연속적으로 공급할 수 있기 때문에, 종래의 승화 정제장치와 같이 소정량의 정제마다 장치의 가열 냉각 등을 실시할 필요가 없고, 정제를 연속적으로 실시할 수 있다. 그러므로, 이 발명은 정제량을 늘려도 유기소재를 효율적으로 정제할 수 있다.
이 발명에서 이용되는 정제분리 공정은 온도구배가 아닌 이온성 액체 내에서의 OLED용 유기소재의 농도구배에 의해 이온성 액체 내에서 대상 유기소재가 재결정화하는 프로세스를 이용하기 때문에, 보다 열역학적 평형상태에 가까운 조건에서 대상 유기소재와 불순물을 정제한다. 그러므로, 농도구배에 의한 재결정화는 주류를 이루는 대상 유기소재가 먼저 과포화에 도달하여 재결정화되기 때문에, 이온성 액체 내에서 불순물과 대상 유기소재의 정확한 분리가 가능하므로 단 1회 정제공정에 의해서도 고순도 정제가 가능하다는 장점이 있다.
도 1은 이 발명에 따른 액상 유기소재의 정제장치의 개략적인 블록도이고,
도 2는 이 발명의 바람직한 실시예에 따른 액상 유기소재의 정제장치의 개략도이고,
도 3은 도 2에 도시된 융해부의 개략도이고,
도 4는 도 2에 도시된 순환부의 개념을 설명하는 개략도이며,
도 5는 이 발명에 따른 액상 유기소재의 정제방법의 흐름도이다.
아래에서, 이 발명에 따른 이온성 액체를 이용한 액상 유기소재의 정제방법 및 정제장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
(1) 정제장치의 구성
도 1에는 이 발명에 따른 액상 유기소재의 정제장치(1)의 개략도가 나타나 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 정제장치(1)는 액상의 유기소재(L1)와 이온성 액체(ionic liquids; ILs)(L2)를 혼합하여 혼합물(S2+L3)을 형성함과 더불어 조성 구성의 주성분인 정제대상 유기소재를 우선 과포화시켜 재결정화된 고상의 유기소재를 생성하는 혼합부(2)와, 불순물이 함유된 고상의 유기소재(S1)를 융해하여 생성된 액상의 유기소재(L1)를 혼합부(2)에 공급하는 융해부(3)와, 상기 혼합부(2)의 혼합물(S2+L3)을 혼합부(2)로부터 배출하여 고상의 유기소재(S2)를 분리한 후 나머지 혼합액(L3)을 상기 혼합부(2)로 되돌리는 순환부(4)를 구비한다. 상기 혼합부(2)의 일측에는 이온성 액체(L1)를 공급하는 이온성 액체 공급부(7)가 연결된다.
(1-1) 혼합부
도 2에는 이 발명의 바람직한 실시예에 따른 액상 유기소재의 정제장치의 개략도가 나타나 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 혼합부(2)는 상부 일측이 공급펌프(33)를 통해 융해부(3)에 연결되고 상부 타측이 조절밸브(74)를 통해 이온성 액체 공급부(7)에 연결되는 통체(21)와, 상기 통체(21)를 가열하는 가열히터(22)와, 상부 내벽에 설치되어 공급탱크로부터 공급된 액상 혼합액을 분사하는 노즐(23)과, 통체(21) 내의 이온성 액체(L2)와 액상의 유기소재(L1)를 교반하는 교반기(24)를 구비하고 있다. 이 실시예에서는 진공펌프(5)를 이용하여 혼합부(2) 내의 압력을 10-1㎩ 이하로 한다.
또한, 혼합부(2)에서는 융해부(3)로부터 공급된 액상의 유기소재(L1)가 이온성 액체 공급부(7)로부터 공급된 소정량의 이온성 액체(L2)에 혼합되어 혼합액(L3)을 이룬다. 혼합부(2) 내부에는 적절한 위치에 교반기(24)를 설치하여 액상의 유기소재(L1)와 이온성 액체(L2)가 골고루 섞이도록 휘저어준다. 혼합부(2) 내에서 소정량의 이온성 액체(L2)에 액상의 유기소재(L1)가 일정량 이상 혼합되면, 액상의 주요성분인 대상 유기소재가 불순물에 비해 먼저 과포화 상태에 도달한다. 대상 유기소재가 과포화된 시점에서 대상 유기소재는 혼합액 내에서 재결정화되기 시작한다. 재결정화된 대상 유기소재인 고상의 유기소재(S2)가 어느 정도 형성되면 액상의 유기소재(L1)의 공급을 정지한다. 혼합부(2) 내에는 고상의 유기소재(S2)와 혼합액(L3)이 혼합물(S2+L3)을 형성한다.
혼합부(2)는 OLED용 유기소재에 대하여 불활성인 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 이것은 혼합시의 조건(온도나 압력 등)하에서 OLED용 유기소재가 분해되거나 중합 등의 변성을 일으키는 것을 방지하기 위함이다. 바람직하게는, 혼합부(2)는 석영 유리로 구성된다.
온도 컨트롤러(8)는 혼합부(2) 내부의 혼합액 온도를 측정하는 온도센서(81)와, 이온성 액체 공급부(7)의 이온성 액체의 온도를 측정하는 온도센서(82)와, 온도센서(81, 82)로 측정한 온도 정보에 기초하여 가열히터(22, 72)를 제어하는 제어부(83)를 구비한다.
온도센서(81)는 혼합부(2)의 내부에 배치되고, 온도센서(82)는 이온성 액체 공급부(7)의 내부에 배치되며, 각각은 제어부(83)에 접속된다. 온도센서(81, 82) 로 측정한 온도 정보는 제어부(83)로 보내진다. 온도센서(81, 82)로는 특별히 한정되지 않지만, 이 실시예에서는 열전쌍이 사용된다.
제어부(83)는 가열히터(22, 72)에 접속되고, 온도센서(81, 82)로부터 입력된 온도정보에 기초하여 가열히터(22, 72)에서의 가열을 제어한다.
(1-2) 융해부
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 융해부(3)는 고상의 유기소재(S1)를 녹여 융해하고, 혼합부(2) 내부에 액상의 유기소재를 연속적으로 공급한다. 고상의 유기소재(S1)는 0.1~10wt%, 바람직하게는 0.1~5wt%, 가장 바람직하게는 0.1~2wt% 정도의 불순물을 포함한 소재로서 출발한다. 한편, 이러한 유기소재는 유기소재가 열분해되어 변성되지 않는 온도범위 미만에서 가열에 의해 융해되는 융점(Tm)을 갖는 것이 바람직하다. 이 실시예에 따른 유기소재 원료로는 정공 수송층(HTL) 재료로 쓰이는 NPB(N,N'-bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine) 소재를 이용할 수 있다.
한편, OLED 소자 제작을 위해 사용되는 유기소재 원료는 상기와 같은 물질 이외에도 여러 가지가 존재한다. 따라서, 이 발명은 융해 가능한 여러 종류의 유기소재를 원료로 이용할 수가 있다.
융해부(3)는 고상의 유기소재를 융해하는 원료 보급기(3A)와, 융해탱크(31)의 배출측에 형성되어 액상의 유기소재를 저장하고 혼합부(2)에 공급하는 공급부(3B)와, 공급탱크(32)의 배출측에 형성되어 혼합부(2)로의 공급량을 제어하는 공급량 제어수단(3C)을 구비한다.
이 발명에서 「연속적으로 공급한다」란, 끊임없이 유기소재를 공급하는 의미뿐만 아니라, 정제장치를 정지하지 않고 연속적으로 운전시킨 상태로 유기소재를 소정의 주기 또는 상이한 주기에 의해 공급과 정지를 연속시켜 실시하는 것도 의미하며, 이 실시형태에서는 공급량 제어수단(3C)에 의해, OLED용 재료의 공급 및 정지가 제어된다.
가. 원료 보급기(3A)
도 3은 도 2에 도시된 융해부의 개략도이다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 원료 보급기(3A)는 고상의 OLED용 유기소재를 공급하는 호퍼(34)와, 공급된 고상의 OLED용 유기소재 및 융해한 액상의 OLED용 유기소재를 수용하는 융해탱크(31)와, 융해탱크(31) 내부를 감압하는 진공펌프(36a)와, 융해탱크(31)를 가열하는 적외선 히터(35)를 구비한다.
융해탱크(31)는 내압 용기로 구성되고, 융해탱크(31) 내부에서 고상의 OLED용 유기소재는 융해된다. 융해탱크(31)는 OLED용 유기소재에 대하여 불활성인 재질로 구성되는 것이 바람직하고, 이 실시예에서는 석영 유리로 구성된다.
호퍼(34)는 배관부재(D1)에 의해 융해탱크(31)에 접속되고, 이 배관부재의 도중에는 밸브(31a)가 형성되어 있다. 호퍼(34)로부터 융해탱크(31) 내부로의 고상의 OLED용 유기소재의 공급은 밸브(31a)의 개폐에 의해 제어된다. 호퍼(34)는 OLED용 유기소재에 대하여 불활성인 재질로 구성되는 것이 바람직하고, 이 실시예에서는 석영 유리로 구성된다. 또한, 이 실시예에서는 호퍼(34)의 상부에 덮개부(34a)가 개폐 가능하게 장착되어 있어, 고상의 OLED용 유기소재가 광 열화하거나 공기와 접촉하여 산화하는 것을 방지한다.
진공펌프(36a)는 배관부재에 의해 융해탱크(31)와 접속되고, 이 배관부재의 도중에는 밸브(31c)가 형성되어 있다. 이 실시예에서는 융해탱크(31) 내의 압력을 10-1㎩ 이하로 한다. 또한, 융해탱크(31) 내를 진공펌프(36a)로 배기한 후에, 질소를 충전한 상태로 해도 된다.
적외선 히터(35)는 융해탱크(31)의 외주를 둘러싸도록 배치되어 있다. 또한, 적외선 히터(35)는 전술한 온도 컨트롤러(8)에 접속되어 있다. 적외선 히터(35)는 융해탱크(31) 내부에 공급된 고상의 OLED용 유기소재가 융해하는 온도가 되도록 융해탱크(31)를 가열한다. 구체적으로는 융해탱크(31) 내를 융해 대상의 OLED용 유기소재의 융점까지 가열한다.
또한, 적외선 히터(35)에 의해 가열된 융해탱크(31)의 온도는 온도 컨트롤러(8)에 접속된 온도센서(도시 생략)에 의해 측정된다. 측정한 온도정보는 온도 컨트롤러(8)에 송신되고, 온도 컨트롤러(8)는 수신한 온도정보에 기초하여 적외선 히터(35)에 의한 가열을 제어한다.
나. 공급부(3B)
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 공급부(3B)는 액상의 OLED용 유기소재를 혼합부(2)에 공급할 때까지 일시적으로 저장하는 공급탱크(32)와, 공급탱크(32) 내부를 감압하는 진공펌프(36b)와, 공급탱크(32)를 가열하는 적외선 히터(37), 및 공급탱크(32) 내부에 저장되어 있는 액상의 OLED용 유기소재의 양을 검출 및 제어하는 저장량 제어수단(38)을 구비한다.
공급탱크(32)는 융해탱크(31)의 배출측에 배치되어 있다. 공급탱크(32)는 내압 용기로 구성된다. 공급탱크(32)는 OLED용 유기소재에 대하여 불활성인 재질로 구성되는 것이 바람직하고, 이 실시예에서는 석영 유리로 구성된다.
융해탱크(31)의 배출측과 공급탱크(32)의 입구측이 배관부재(D2)로 접속되어 있다. 배관부재(D2)의 도중에는 밸브(31b)가 형성되어 있다. 밸브(31b)는 융해탱크(31)로부터 공급탱크(32)로의 액상의 OLED용 유기소재의 보급을 제어한다. 이 실시예에서는 공급탱크(32)가 융해탱크(31)보다 낮은 위치에 설치되어 있다. 그 때문에, 밸브(31b)를 개방하면 액상의 OLED용 유기소재를 자중으로 공급탱크(32) 내로 이동시킬 수도 있다.
공급탱크(32)의 배출측에는 배관부재(D3)가 접속되어 있다. 이 배관부재(D3)는 도 2 또는 도 4에 나타내는 바와 같이, 혼합부(2) 내부까지 삽통되고, 그 선단이 혼합부(2) 내부 상방의 노즐(23)과 접속하고 있다.
배관부재(D2, D3)의 외주에는 가열히터(도시 생략)가 배치되어 있다. 그 때문에, 배관부재(D2, D3) 내의 OLED용 유기소재의 고화를 방지할 수 있다.
진공펌프(36b)는 배관부재에 의해 공급탱크(32)와 접속되고, 이 배관부재의 도중에는 밸브(32a)가 형성되어 있다. 이 실시예에서는 공급탱크(32) 내의 압력을 10-1㎩ 이하로 한다. 또한, 공급탱크(32) 내를 진공펌프(36b)로 배기한 후에, 질소를 충전한 상태로 해도 된다.
적외선 히터(37)는 공급탱크(32)의 외주를 둘러싸도록 배치되어 있다. 또한, 적외선 히터(37)는 전술한 온도 컨트롤러(8)에 접속되어 있다. 적외선 히터(37)는 공급탱크(32) 내부에 수용된 OLED용 유기소재가 고화하지 않는 온도가 되도록 공급탱크(32)를 가열한다. 구체적으로는 공급탱크(32) 내를 융해 대상의 OLED용 유기소재의 융점까지 가열한다. 미융해인 채로 융해탱크(31)로부터 공급된 OLED용 유기소재도 공급탱크(32) 내에서 융해할 수 있다.
또한, 적외선 히터(37)에 의해 가열된 공급탱크(32)의 온도는, 온도 컨트롤러(8)에 접속된 온도센서(도시 생략)에 의해 측정된다. 측정한 온도정보는 온도 컨트롤러(8)에 송신되고, 온도 컨트롤러(8)는 수신한 온도정보에 기초하여 적외선 히터(37)에 의한 가열을 제어한다.
저장량 제어수단(38)은 공급탱크(32) 내의 액상의 OLED용 유기소재의 액면 레벨을 검출하는 액면레벨 검출센서(38a)와, 액면레벨 검출센서(38a)로 검출한 정보에 기초하여 저장량을 제어하는 저장량 컨트롤러(38b)로 구성된다. 액면레벨 검출센서(38a)로 검출한 정보는 저장량 컨트롤러(38b)에 송신된다.
이 실시예의 액면레벨 검출센서(38a)는 3개의 온도센서(381a, 382a, 383a)로 구성된다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 공급탱크(32)의 높이방향에 대하여 하부에 온도센서(381a)가 배치되고, 중간에 온도센서(382a)가 배치되고, 상부에 온도센서(383a)가 배치되어 있다.
저장량 컨트롤러(38b)는 액면레벨 검출센서(38a)로 검출한 온도정보를 수신하고, 이 온도정보에 기초하여 공급탱크(32) 내부의 액상의 OLED용 유기소재의 저장량을 판단한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 이 실시예에서는 액면레벨보다 위에 위치하는 온도센서(383a)와, 액면레벨보다 아래에 위치하는 온도센서(381a, 382a)에서는 검출되는 온도가 상이하다. 저장량 컨트롤러(38b)는 이 검출온도의 상이한 값에 기초하여, 액면레벨 및 저장량을 판단한다. 저장량 컨트롤러(38b)는 저장량의 판단 결과를 디스플레이 등으로 구성되는 표시수단(38c)에 표시시킨다. 저장량 컨트롤러(38b)가 연속적으로 정제를 실시하기 위해서 필요한 액상의 OLED용 유기소재가 공급탱크(32) 내부에 저장되어 있지 않다고 판단한 경우에는, 그 취지를 표시수단(38c)에 표시시키고, 또한 경보음을 발하도록 해도 된다. 작업자는 이 표시나 경보음에 기초하여 OLED용 유기소재를 융해탱크(31)로 융해하여 공급탱크(32)에 추가 보충해야 하는 지를 판단할 수 있다.
그 외에, 저장량 컨트롤러(38b)를 온도 컨트롤러(8), 진공펌프(36a, 36b), 밸브(31a, 31b, 31c, 32a)에 접속시켜, 이들을 포함하여 저장량 제어수단(38)으로 해도 된다. 저장량 컨트롤러(38b)로 이들의 동작을 제어하고 공급탱크(32)로의 추가 보충이 자동으로 실시되도록 구성해도 된다.
다. 공급량 제어수단(3C)
공급량 제어수단(3C)은 공급탱크(32)의 배출측에 배치되고, 혼합부(2)로 공급하는 액상의 OLED용 유기소재의 양을 제어한다. 도 2 및 도 4에는 공급량 제어수단(3C)이 나타나 있다. 도 4는 도 2에 도시된 순환부의 개념을 설명하는 개략도이다.
도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 공급량 제어수단(3C)은 공급탱크(32)의 배출측에 접속된 배관부재(D3)의 도중에 형성된 공급펌프(33)와, 공급탱크(32) 및 공급펌프(33)의 사이에 형성되는 밸브(33a)와, 공급펌프(33) 및 혼합부(2)의 사이에 형성되는 밸브(33b)와, 혼합부(2) 내에 배치되는 액면레벨 검출센서(39a)와, 액면레벨 검출센서(39a)와 접속되는 밸브 컨트롤러(39b)를 구비한다.
공급펌프(33) 및 밸브(33a, 33b)는 공급탱크(32)로부터 배출되어 혼합부(2)에 공급되는 액상의 OLED용 유기소재의 공급량을 제어한다. 또한, 공급탱크(32) 내의 액상의 OLED용 유기소재를 자중으로 혼합부(2) 내에 공급시키는 경우, 공급량 제어수단(3C)은 공급펌프(33)을 구비하지 않아도 된다.
액면레벨 검출센서(39a)는 혼합부(2)에 들어 있는 혼합액의 잔량을 검출하는 것으로서, 이 실시예에서는 혼합부(2) 내의 액면레벨을 검출한다. 액면레벨 검출센서(39a)로 검출한 정보는 밸브 컨트롤러(39b)에 송신된다.
액면레벨 검출센서(39a)는 상기 서술한 액면레벨 검출센서(38a)와 동일하게 3개의 온도센서(391a, 392a, 393a)로 구성된다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 혼합부(2)의 깊이방향에 대하여 하부에 온도센서(391a)가 배치되고, 중간에 온도센서(392a)가 배치되며, 상부에 온도센서(393a)가 배치되어 있다.
밸브 컨트롤러(39b)는 액면레벨 검출센서(39a)로 검출한 온도정보를 수신하고, 이 온도정보에 기초하여 혼합부(2) 내부의 액면레벨 및 잔량을 판단한다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 이 실시예에서는 액면레벨보다 위에 위치하는 온도센서(393a)와, 액면레벨보다 아래에 위치하는 온도센서(391a, 392a)에서는 검출되는 온도가 상이하다. 밸브 컨트롤러(39b)는 이 검출온도의 상이한 값에 기초하여 잔량을 판단한다. 밸브 컨트롤러(39b)는 디스플레이 등으로 구성되는 표시수단(39c)에 접속되고, 표시수단(39c)에 잔량의 판단결과를 표시시킬 수 있다.
또한, 밸브 컨트롤러(39b)는 공급펌프(33) 및 밸브(33b)에도 접속되고, 혼합부(2) 내부의 혼합액의 잔량이 소정량 범위가 되도록 공급펌프(33) 및 밸브(33b)를 제어한다. 이와 같이 밸브 컨트롤러(39b)는 액상의 유기소재의 혼합부(2)로의 공급을 자동으로 제어한다.
(1-3) 이온성 액체 공급부
도 2에 도시된 바와 같이, 이온성 액체공급부(7)는 포집부(2) 내에서 유기소재의 기체를 포집하여 용해시키는 용매로 사용되는 이온성 액체를 저장하는 공급탱크(71)와, 공급탱크(71)를 가열하는 가열히터(72)를 구비한다. 공급탱크(71)에는 배관부재에 의해 진공펌프(73)가 접속되고, 이 배관부재의 도중에는 밸브(73a)가 형성되어 있다. 이 실시예에서는 공급탱크(71) 내의 압력을 10-1㎩ 이하로 한다. 이온성 액체는 진공펌프(73)를 통해 감압되어 공급탱크(71)에 저장되었다가 혼합부(2)에 새로운 용매가 필요한 경우 조절밸브(74)를 통해 혼합부(2)에 일시에 공급된다.
이온성 액체의 공급온도는 바람직하게 액상 유기소재의 융점(Tm)에 근접하며, 이온성 액체의 변성온도(Td)와의 관계에서 적당한 조건(Tm << Td)을 만족시키도록 정제대상의 유기소재와 이온성 액체가 매칭되어야 한다. 이 조건을 만족하지 않는 조합에서는 액상의 유기소재를 이온성 액체에 공급해주면, 이온성 액체가 변질되어 정제공정이 정상적으로 가동하지 않을 가능성이 있기 때문이다.
이 실시예에 따른 이온성 액체는 유기소재를 정제 및 재결정화를 하는데 사용되는 것으로서, 40~400℃, 바람직하게는 100~120℃의 온도범위와, 그리고 10-1 torr 이하, 바람직하게는 10-7 torr의 압력하에서도 액상으로 안정하여 진공 공정에서도 용매로 이용이 가능하다.
이 실시예에 사용되는 이온성 액체로는 화학식 1의 1-부틸-3-메틸리미다조리움 비스(트리플루오르메틸술포닐)이미드(1-Butyl-3-methylimidazorium bis(trifluoromethyl sulfonyl)imide)(BMIM TFSI)를 이용하거나, 화학식 2의 1-옥틸-3-메틸리미다조리움 비스(트리플루오르메틸술포닐)이미드(1-Octyl-3-methylimidazorium bis(trifluoromethyl sulfonyl)imide)(OMIM TFSI)를 이용할 수 있다. 또는, 1-에틸-3-메틸리미다조리움 비스(트리플루오르메틸술포닐)이미드(1-Etyl-3-methylimidazorium bis(trifluoromethyl sulfonyl)imide)(EMIM TFSI)를 이용할 수도 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
상기와 같은 이온성 액체(BMIM TFSI, OMIM TFSI, EMIM TFSI)는 비휘발성 유기용매로서 이온성 액체 내에서 유기물질과 불순물이 용해-재결정화를 수 없이 반복하는 과정에서 과포화도에 더 빨리 도달하는 유기소재가 우선 재결정화되는 메카니즘으로 인해 다양한 유기소재를 정제 및 재결정화 하는데 사용이 가능하다.
한편, BMIM TFSI, OMIM TFSI, EMIM TFSI는 저융점(low melting point), 저증기압(low vapor pressure), 불연성(nonflammable), 유기분자이온의 구성(consist of organic molecular ions), 음-양이온간 조합비율의 조절성질(controllable properties by combinations of anions and cations) 등의 특성을 가지고 있다.
(1-4) 순환부
도 4에 도시된 바와 같이, 순환부(4)는 일측이 혼합부(2)의 저부 일측에 형성된 배출밸브(44)에 접속되고, 타측이 혼합부(2)의 저부 타측에 형성된 순환밸브(46)에 접속되어 있다. 순환부(4)는 혼합부(2)로부터 배출되는 혼합액의 배출량을 제어하는 배출밸브(44)와, 배출된 혼합액을 밸브(42a, 41a)를 거쳐 이송하는 이송펌프(42)와, 혼합액 안에서 재결정화된 고상의 OLED용 유기소재를 분리하여 저장하는 회수용기(41)와, 회수용기(41)에서 분리된 혼합액을 중간밸브(41c, 45a)를 통해 혼합부 내부로 순환시키는 순환펌프(45)와, 혼합부 내부로 순환되는 혼합액의 투입량을 조절하는 순환밸브(46)로 구성된다. 상기 회수용기(41)의 내부에는 재결정화된 유기소재를 여과나 원심분리 등으로 분리하는 요소(도시안됨)를 포함한다.
배출밸브(44)는 혼합부(2)의 저부에 접속되어 있다. 배출밸브(44) 및 회수용기(41)는 배관부재(D4)에 의해 접속되어 있다. 배관부재(D4)의 도중에는 배출밸브(44) 측부터 순서대로 이송펌프(42), 밸브(42a), 밸브(41a)가 형성되어 있다. 또한, 회수용기(41) 및 진공펌프(43)는 배관부재로 접속되고, 이 배관부재의 도중에는 밸브(41b)가 형성되어 있다.
이송펌프(42) 및 밸브(41a, 42a)는 혼합부(2)로부터 회수용기(41)에 배출되는 혼합물(혼합액과 고상 유기소재)의 배출량을 제어한다. 또한, 혼합부(2) 내의 혼합액을 자중으로 회수용기(41) 내에 배출하는 경우에는 이송펌프(42)을 구비하지 않아도 된다.
순환밸브(46)는 혼합부(2)의 일측에 접속되어 있다. 순환밸브(46)와 회수용기(41)는 배관부재(D5)에 의해 접속되어 있다. 배관부재(D5)의 도중에는 순환밸브(46) 측부터 순서대로 순환펌프(45), 밸브(45a), 밸브(41c)가 형성되어 있다.
이 실시예에서는 회수용기(41) 내의 압력을 10-1㎩ 이하로 한다. 또한, 회수용기(41) 내에 질소를 충전한 상태로 순환을 마치고 정제된 고상의 OLED용 유기소재를 회수해도 된다. 회수용기(41)는 밸브(41a)와 밸브(42a)의 사이, 밸브(41c)와 밸브(45a)의 사이, 그리고 밸브(41b)와 진공펌프(43)의 사이에 착탈 가능하게 형성되어 있다. 그 때문에, 순환종료 후에 교체를 위하여 회수용기(41)를 밀폐시킨 상태로, 회수용기(41)를 순환부(4)로부터 분리할 수 있다. 분리한 후에는 별도로 준비한 빈 회수용기(41)를 장착할 수 있다.
회수용기(41)는 그 내부에 재결정화된 OLED용 유기소재를 저장하기 때문에, OLED용 유기소재에 대하여 불활성인 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 이송펌프(42)는 배출밸브(44)와 밸브(42a)의 사이에 접속되고, 배출된 혼합물을 회수용기(41)까지 이송한다.
배관부재(D4)의 외주에도 가열히터(도시 생략)가 배치되어 있어, 배관부재(D4) 내의 혼합물이 이송되는 과정에서 온도 차이에 의한 추가 재결정화를 방지할 수 있다. 마찬가지로, 배관부재(D5)의 외주에도 가열히터(도시 생략)가 배치되어 있어, 배관부재(D5) 내의 혼합액이 순환과정에서 온도 차이에 의한 추가 재결정화되지 않고서 액상으로 혼합부(2) 내부로 순환되도록 한다.
회수용기(41)에서 여과 등의 방법으로 분리되는 고상의 유기소재는 회수용기(41) 내부의 적절한 공간에 격리되거나 저장된다. 한편, 혼합부(2) 내부로의 순환은 혼합부(2) 내부의 혼합액에서 불순물이 재결정화되기 전까지 계속된다. 불순물의 재결정화는 혼합부(2) 내부의 혼합액에 재결정화된 유기소재의 적절한 모니터링으로 감지된다.
한편, 혼합부(2) 내에서 불순물의 재결정이 감지되면, 액상 유기소재의 공급을 중단하고 회수용기(41) 내에 격리된 고상의 정제된 유기소재를 수거한 후에 혼합부(2) 및 순환부(4)에 남아 있는 모든 내용물을 회수용기(41)로 회수하여 재처리시킨다.
(1-5) OLED용 유기소재
정제 대상인 OLED용 유기소재는, 유기EL 소자에 사용되는 재료로서 특별히 한정되지 않는다. 그 중에서도, 이 발명의 정제장치로 정제하는 것이 유용한 공지된 재료로는, 예를 들어, N,N'-디-(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘(NPB)을 들 수 있다.
(2) 정제장치에 의한 정제방법
다음으로, 정제장치(1)를 이용하여 OLED용 유기소재를 정제하는 방법을 설명한다. 도 5는 이 발명에 따른 액상 유기소재의 정제방법의 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 이 발명의 액상 유기소재의 정제방법은, 불순물이 함유된 고상의 유기소재를 융해하는 융해단계(S110)와, 융해단계에서 생성된 액상의 유기소재를 이온성 액체와 혼합하여 정제대상 유기소재를 우선 과포화시켜 재결정화된 고상의 유기소재를 생성하는 재결정화단계(S120), 및 재결정화단계에서 생성된 이온성 액체와 유기소재의 혼합액과 재결정화된 고상의 유기소재를 혼합부의 외부로 배출한 다음, 재결정화된 고상의 유기소재를 여과하고 혼합액을 혼합부의 내부로 복귀시키는 순환단계(S130)를 포함하여 구성된다.
(2-1) 고상의 OLED용 유기소재를 융해하는 공정(융해단계(S110))
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 호퍼(34)에 정제 전의 고상의 OLED용 유기소재를 공급한다. 다음으로, 밸브(31c)를 닫은 상태로 밸브(31a)를 열고, 융해탱크(31) 내에 소정량의 고상의 OLED용 유기소재를 공급한다. 공급 후, 밸브(31a)를 닫고, 밸브(31c)를 열고, 진공펌프(36a)로 융해탱크(31) 내를 10-1㎩ 이하로 감압한다.
감압 후, 적외선 히터(35)로 융해탱크(31)를 가열하고, 고상의 OLED용 유기소재를 융해한다. 적외선 히터(35)에 의한 가열은 온도 컨트롤러(8)에 의해 제어된다.
융해 후, 융해탱크(31) 내의 액상의 OLED용 유기소재를 공급부(3B)로 이동시키기 전에, 공급탱크(32) 내를 감압함과 함께 공급탱크(32)를 적외선 히터(37)로 OLED용 유기소재가 고화하지 않는 온도까지 가열하여, 액상의 OLED용 유기소재의 투입 준비를 해 둔다. 이와 같은 투입 준비를 갖추고, 밸브(33a)가 닫힌 상태로 밸브(31b)를 열고, 공급탱크(32) 내에 액상의 OLED용 유기소재를 보급한다. 보급 후에는, 밸브(31b)를 닫고 적외선 히터(35)에 의한 가열을 정지한다.
(2-2) 이온성 액체를 혼합부에 공급하는 공정(ILs 투입단계)
이온성 액체 공급부(7)의 조절밸브(74)를 닫고 이온성 액체를 공급탱크(71)에 채운 다음, 진공펌프(73)로 공급탱크(71)의 내부를 감압시킨다. 이어서, 혼합부(2)의 통체(21) 내부를 외부와 차단한 상태에서 진공펌프(5)로 10-1㎩ 이하로 감압한다. 그런 다음, 조절밸브(74)를 열어 공급탱크(71) 내의 소정량의 이온성 액체를 통체(21) 내부로 일시에 공급한 다음, 조절밸브(74)를 닫는다.
(2-3) 액상의 OLED용 유기소재를 혼합부에 공급하여 혼합하고 재결정화하는 공정(혼합단계 및 재결정화단계(S120))
액상의 OLED용 유기소재를 혼합부(2)에 공급하는 공정은 다음과 같다. 상기와 같은 융해단계 후 또는 융해단계를 실시하고 있는 동안에, 혼합부(2) 측으로의 액상 유기소재의 투입 준비를 실시한다. 즉, 혼합부(2)의 통체(21) 내부를 외부와 차단한 상태에서, 이온성 액체가 저장된 혼합부(2) 내부를 진공펌프(5)로 10-1㎩ 이하로 감압한다.
감압 후, 가열히터(22)로 통체(21)를 가열한다. 이때, 온도 컨트롤러(8)가 온도센서(81, 82)의 측정 온도정보에 기초하여, 가열히터(22)에 의한 가열을 제어한다. 구체적으로, 가열히터(22)는 액상의 유기소재가 녹는 온도(융점)까지 통체(21)를 가열하고 당해 온도로 유지한다. 통체(21)의 내부에 미리 공급된 이온성 액체는 상기 융점까지 추가로 가열된다.
이와 같은 혼합부(2) 측으로의 투입 준비가 갖추어진 상태로, 밸브(33a, 33b)를 열고 공급펌프(33)를 구동시켜, 공급탱크(32) 내에 저장되어 있는 액상의 OLED용 유기소재를 노즐(23)을 통해 통체(21) 내부에 공급한다. 액상의 OLED용 유기소재는 배관부재(D3)에 의해 노즐(23)까지 도달하고, 노즐(23)의 토출구로부터 이온성 액체 위로 토출된다.
혼합부(2)로의 공급량은 액상의 OLED용 유기소재가 이온성 액체와 함께 혼합되어 과포화되기 시작해서 소정량의 재결정화가 진행되도록 공급량 제어수단(3C) 에 의해 제어된다. 액면레벨 검출센서(39a)(온도센서(391a, 392a, 393a))로 검출한 온도정보는, 밸브 컨트롤러(39b)에 송신된다. 밸브 컨트롤러(39b)는 액면레벨 검출센서(39a)로부터 수신한 온도정보에 기초하여 통체(21) 내부의 액상의 OLED용 유기소재의 액면레벨을 판단한다. 액면레벨이 소정높이에 도달하면, 밸브 컨트롤러(39b)는, 밸브(33b)의 개도를 작게 하여 공급량을 저하시키거나, 또는 밸브(33b)를 닫음과 함께 공급펌프(33)를 정지시킴으로써 재료 공급을 정지시킨다. 액상의 유기소재가 공급되는 동안만 교반기(24)를 돌리고, 공급이 종료되면 일정시간 숙성하여 재결정화가 이루어지도록 한다.
(2-4) 혼합액을 순환하는 공정(순환단계(S130))
혼합부(2) 내부의 혼합액(L3)과 고상의 유기소재(S2)를 순환부(4)로 보내어 재결정화된 고상의 유기소재(S2)를 여과나 원심분리 등의 방법으로 순환부(4)의 내부에서 분리시킨 다음, 나머지 혼합액(L3)는 다시 혼합부(2) 안으로 순환시킨다.
연속적인 순환의 경우, 혼합부(2) 하부에서 혼합액이 배출되는 동안 융해부(3)로부터 혼합부(2) 내부로 액상 유기소재의 공급도 계속 이루어진다. 주기적인 순환의 경우, 혼합부(2) 하부에서 혼합액이 배출되는 동안 융해부(3)로부터 혼합부(2) 내부로 액상 유기소재의 공급은 중지된다.
상기와 같은 순환은 혼합부(2) 내의 혼합액에서 불순물이 과포화되기 전까지 주기적으로 또는 연속적으로 반복된다. 순환 주기는 초기에 투입되는 이온성 액체의 양과 혼합되는 액상 유기소재의 양에 따라 좌우된다. 혼합부(2) 내부에서 불순물이 재결정화되어 나타나기 전에, 혼합부(2) 및 순환부(4) 내부의 모든 혼합액은 모두 회수한다. 이후 이온성 액체 공급부로부터 혼합부(2)에 소정량의 새로운 이온성 액체를 공급한다.
한편, 회수된 혼합액은 재처리시설에서 적절한 분리과정을 통해 유기소재와 이온성 액체로 분리한 다음, 이온성 액체는 정제공정에 재사용되고 유기소재는 기존의 저렴한 초벌정제공정을 통해 정제한 다음, 이 발명의 고상의 유기소재로서 재활용될 수 있다.
그리고, 상기의 재결정화단계에서 대상 유기소재가 재결정화되면 혼합부(2) 내의 혼합액(L3)과 재결정화된 고상의 유기소재(S2)를 순환부의 회수용기(41)로 모두 배출시킨다. 한편, 회수용기(41)로 배출되기 전 또는 혼합단계 중에 회수용기(41)는 다음과 같은 준비를 한다. 밸브(41a, 41c)를 닫은 후 밸브(41b)를 열어 진공펌프(43)로 회수용기(41) 내부를 감압시킨다. 이어서 회수용기(41)를 유기소재의 융점까지 가열시킨다. 이러한 준비를 마친 후 순환단계가 시작된다.
밸브 컨트롤러(39b)는 액면레벨 검출센서(39a)와 연동하여 최상위 액면레벨에 도달한 후 일정시간 경과 후에, 배출밸브(44), 밸브(42a) 및 밸브(41a)의 개방과 함께 배출펌프(42)가 작동되도록 제어된다. 배출이 완료되면 액면레벨 검출센서(39a)와 연동하여 배출밸브(44), 밸브(42a) 및 밸브(41a)의 폐쇄와 함께 배출펌프(42)가 중지되도록 제어된다.
혼합기(2)로부터 배출되어 회수용기(41)로 들어오는 혼합액과 함께 배출된 정제된 유기소재 입자는 원심분리나 여과 등의 방법으로 혼합액과 분리되어 저장된다. 한편, 배출밸브(44)의 폐쇄후 소정시간이 경과하면 밸브 컨트롤러(39b)는 밸브(41c), 밸브(45a) 및 순환밸브(46)의 개방과 함께 순환펌프(45)를 작동시키도록 제어된다.
순환펌프(45)가 작동되는 동안 회수용기(41) 내에서 분리된 혼합액(L3)은 배관부재(D5)를 통해 혼합기(2)의 통체(21) 내부로 복귀하고, 복귀하는 동안 배관부재(D5)는 혼합액이 온도를 유지할 수 있도록 가열된다. 혼합액이 모두 복귀하면 순환밸브(46)는 폐쇄되고 순환펌프(45)는 정지함과 동시에, 조절밸브(33a)의 개방과 공급펌프(33)의 작동이 개시되도록 밸브 컨트롤러(39b)는 액면레벨 검출센서(39a)와 연동하여 제어되고 혼합단계가 재개된다.
(2-5) 순환 종료 후 회수용기를 교체하는 공정(회수단계)
위와 같은 혼합단계와 순환단계가 일정횟수 반복된 다음에 혼합액 중에 불순물이 재결정화되는 시점에서 본 정제장치의 혼합액을 순환시키지 않고 회수용기(41)로 모두 회수한 다음, 회수용기(41)에 부착된 밸브(41a, 41b, 41c)를 모두 닫고 순환부(4)에서 분리한 다음 새로운 회수용기(41)로 교체한다.
한편, 회수용기(41)의 내부에 격리된 고상의 정제된 유기소재는 수거하고, 남은 혼합액은 증류법 등을 이용하여 이온성 액체와 유기소재로 분리한 후, 이온성 액체의 공급탱크로 보내 재사용하고, 나머지 고상의 유기소재는 재처리를 거쳐 순도를 높인 다음 유기소재로 사용한다.
정제장치(1)로 OLED용 유기소재를 연속 정제하는 경우, 융해부(3)의 융해탱크(31), 공급탱크(32), 혼합부(2) 및 회수용기(41)의 내부 압력은, 기본적으로 다음과 같은 관계로 조정된다.
(융해탱크(31)) ＞ (공급탱크(32)) ＞ (혼합부(2)) ＞ (회수 용기(41))
공급펌프(33) 및 이송펌프(42)를 사용하지 않고, 융해탱크(31)로부터 공급탱크(32)로의 공급, 공급탱크(32)로부터 혼합부(2)로의 공급, 그리고 혼합부(2)로부터 회수용기(41)로의 회수를, 각각 액상의 OLED용 유기소재의 자중을 이용하여 실시하는 경우에는, 이와 같은 순서로 각각의 내부 압력이 조정된다. 단, 각 내부 압력의 조정을 실시하지 않고, 융해부(3)의 융해탱크(31), 공급탱크(32), 혼합부(2) 및 회수용기(41)의 설치 고저차를 조정하여, 위치에너지를 이용한 공급을 실시해도 된다.
이 실시예와 같이 공급펌프(33) 및 이송펌프(42)를 사용하는 경우에는, 다음과 같은 관계의 내부 압력으로 조정된다.
(공급펌프(33)의 배출측의 배관부재(D3)) ＞ (혼합부(2), 이송펌프(42)의 배출측의 배관부재(D4)) ＞ (회수용기(41))
또한, 공급펌프(33) 및 이송펌프(42)를 사용하는 경우에는, 펌프 토출압력이 탱크나 용기의 도입부보다 높은 압력이면 되고, 융해부(3)의 융해탱크(31), 공급탱크(32) 및 회수용기(41) 내의 압력은 특별히 한정되지 않는다.
아래에서는 이 발명에 따른 유기소재의 재결정화 메카니즘에 대해 설명한다. 이 발명의 정제공정은 온도구배가 아닌 이온성 액체 내에서의 OLED용 유기소재의 농도구배에 의해 액상의 OLED용 유기소재가 고상으로 재결정화하는 프로세스를 이용하기 때문에, 보다 열역학적 평형상태에 가까운 조건에서 대상 유기소재와 불순물을 분리시킬 수 있다. 이때, 이온성 액체는 진공 분위기에서 일정 온도로 가열된 상태를 유지할 수 있다. 즉, 이온성 액체는 증기압이 매우 낮아, 진공하에서 일정 온도로 가열한 상태에서도 휘발하지 않고 액체상태를 유지할 수 있어, 이를 유기소재 정제를 위한 용매로 이용한 것이다.
불순물이 함유된 액상의 OLED용 유기소재를 일정 온도로 가열된 이온성 액체 내에 혼입하게 되면, 이온성 액체 내에서 주류를 이루는 대상 유기소재가 먼저 과포화에 이르고, 이때 대상 유기소재가 고상으로 우선 재결정화하게 되며, 불순물은 이온성 액체 내에 용해된 상태로 잔류하게 된다. 보다 미세한 영역에서의 반응을 고찰하면, 이온성 액체 내에서 우선 재결정화한 대상 유기소재의 고상 표면에서는 끊임없이 고체-액체 간의 계면 반응이 일어나는데, 이때 고상의 유기소재는 고상 내에 균일한 조성을 유지해 고상 내의 깁스 에너지를 낮추기 위해 불순물을 고상 유기소재의 외부(이온성 액체)로 토출하는 반응이 자발적으로 반복된다. 이러한 메카니즘을 통해 재결정화된 고상의 유기소재는 순수한 단일 상을 유지하게 되고, 결과적으로 1회의 정제공정을 통해서도 고순도의 유기소재가 얻어지게 된다.
이 실시예에 따른 이온성 액체를 이용한 액상 유기소재의 정제방법 및 정제장치에 따르면, 다음과 같은 효과를 발휘한다.
이 실시예의 정제장치(1)에서는 융해부(3)가 고상의 OLED용 유기소재를 미리 액상으로 한 후 혼합부(2)의 통체(21) 안으로 연속적으로 공급한다. 그로 인해, 종래의 정제장치와 같이 소정량의 정제마다 장치의 가열 냉각 등을 실시하는 배치방식이 불필요하여 연속적인 정제가 가능하다. 그러므로, 정제량을 늘려도 OLED용 유기소재를 효율적으로 정제할 수 있다.
또한, 이 실시예의 정제장치(1)에서는 액면레벨 검출센서(39a)로 검출한 온도정보에 기초하여 밸브 컨트롤러(39b)가 통체(21) 내의 혼합액의 잔량을 판단한다. 그리고, 밸브 컨트롤러(39b)는 그 판단 결과에 기초하여, 공급펌프(33) 및 밸브(33b)를 제어한다. 그로 인해, 연속적으로 정제를 실시해도, 통체(21) 내의 혼합액이 적당량 공급된다. 그러므로, OLED용 유기소재의 연속적 정제를 보다 안정적으로 실시할 수 있다.
또한, 이 실시예의 정제장치(1)에서는 저장량 컨트롤러(38b)가 저장량 제어수단(38)의 액면레벨 검출센서(38a)로 검출한 온도정보에 기초하여 공급탱크(32) 내의 액상의 OLED용 유기소재의 저장량을 판단한다. 즉, 공급탱크(32) 내의 저장량이 감소한 경우에는, 판단 결과에 기초하여 융해탱크(31)에서 고상의 OLED용 유기소재를 융해하고, 이것을 공급탱크(32)로 공급할 수 있다. 요컨대, 공급탱크(32) 내의 액상의 유기소재를 소정량 이상으로 유지할 수 있다. 그러므로, OLED용 유기소재의 연속적 정제를 보다 안정적으로 실시할 수 있다.
또한, 이 실시예의 정제장치(1)에서는 각 회수용기(41)가 순환부(4)로부터 착탈 가능하게 접속되어 있다. 그로 인해, 연속적으로 OLED용 유기소재를 정제하고, 정제용매로서 기능을 다한 이온성 액체의 교체가 필요한 경우에는, 순환부(4)로부터 회수용기(41)를 단시간에 간단히 교체하면 되고, 회수를 위해서 정제를 장시간 정지할 필요가 없다. 또한, 회수용기(41)가 착탈 가능하게 접속되어 있기 때문에, 회수용기(41) 내에 정제된 고상의 OLED용 유기소재로 채워진 시점에서, 일단 순환을 멈추고, 다른 회수용기(41)로 교환시킬 수 있다. 그러므로, 정제 후의 OLED용 유기소재의 회수에 있어서, 정제를 정지할 필요가 없기 때문에, OLED용 유기소재의 연속적 정제를 보다 안정적으로 실시할 수 있다.
또한, 이 실시예의 정제장치(1)에서는 액상의 유기소재가 이온성 액체에 용해되어 대상 유기소재와 불순물이 용해도 차이에 의해 대상 유기소재가 먼저 과포화되어 재결정화되므로, 단번에 고순도의 OLED용 유기소재가 확보되는 효과가 있다. 또한, 일단 과포화된 상태에서는 액상의 유기소재가 계속 공급되더라도 대상 유기소재만이 재결정화되어 회수되므로 정제수율이 매우 높다.
또한, 이 실시예의 정제장치(1)에서는 이온성 액체를 용매로 사용하여 액상의 유기소재를 정제하므로 액상의 유기소재를 융해하여 온도구배로 융해시켜 정제하는 방식에 비해 정제중 손실량이 거의 없는 장점이 있다.
＜실시예의 변형＞
이 발명은 상기 서술한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 이 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 이하에 나타내는 변형 등도 포함한다.
상기 실시예에서는 혼합부 내에 일정량의 액상 유기소재를 공급한 후 대상 유기소재가 과포화되어 재결정화가 숙성되면, 혼합부 내의 혼합액과 재결정화된 유기소재를 일시에 배출하여 고상의 유기소재를 분리한 다음, 혼합액을 혼합부에 순환시키고 다시 일정량의 액상 유기소재를 혼합액에 혼합하는 방법이었으나, 이와 달리 액상의 유기소재를 연속하여 공급함과 동시에 혼합부의 혼합액도 연속하여 순환시키면서 순환부의 회수용기에 정제된 고상의 유기소재를 연속하여 분리시키는 방법으로 실시될 수도 있다.
또한, 상기 실시예에서는 공급탱크(32)의 액면레벨을 검출하는 장치로서, 액면레벨 검출센서(38a)로서 복수의 온도센서(381a, 382a, 383a)를 사용한 일례에 대해 설명했지만, 이와 같은 양태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 액면레벨 검출센서(38a)는 레벨 게이지를 이용하여 액면레벨을 육안으로 확인하는 구성으로 해도 된다. 그 외에 액면레벨을 검출하는 장치로서, 플로트식, 초음파식, 정전 용량식, 압력식, 광학식 등의 레벨 검출기를 적용할 수도 있다.
또한, 상기 실시예에서는 혼합부(2)의 액면레벨을 검출하는 장치로서, 액면레벨 검출센서(39a)의 복수의 온도센서(391a, 392a, 393a)를 사용한 일례에 대해 설명했지만, 이와 같은 양태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 액면레벨 검출센서(39a)는 레벨 게이지를 이용하여 액면레벨을 육안으로 확인하는 구성으로 해도 된다. 그 외에 액면레벨을 검출하는 장치로서, 플로트식, 초음파식, 정전 용량식, 압력식, 광학식 등의 레벨 검출기를 적용할 수도 있다.
또한, 상기 실시예에서는 혼합부(2)로의 액상의 OLED용 유기소재의 공급량의 제어방법으로서, 액면레벨 검출에 기초하는 피드백 제어를 예를 들어 설명했지만, 이와 같은 양태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 밸브(33b)의 배출측에 유량계를 형성하고, 유량계에서의 측정치에 기초하여 혼합부(2)로의 액상의 OLED용 유기소재의 공급량의 제어를 실시하는 구성으로 해도 된다. 또한, 공급펌프(33)의 펌프 스트로크와 OLED용 유기소재를 유통시킬 때의 유량의 관계를 사전에 파악해 두고, 펌프 스트로크의 조정에 의해 공급량의 제어를 실시해도 되고, 그 밖의 방법으로 공급량의 제어를 실시해도 된다. 또한, 액면레벨 검출센서(39a)에 의한 액면레벨의 검출과, 유량계에 의한 제어나 공급펌프(33)의 펌프 스트로크의 제어를 조합하여, 밸브 컨트롤러(39b)에 의해 공급펌프(33) 및 밸브(33b)를 제어하는 구성으로 해도 된다.
또한, 이 발명의 혼합부의 형상 또한 특별히 한정되는 것은 아니다. 상기 실시예에서는 혼합부가 원통상인 경우를 일례로 설명했지만, 예를 들어 상자상, 통상, 탱크형, 입방체형 등의 임의의 형상을 들 수 있다. 또한, 혼합부의 단면 형상으로는 원형, 사각형, 반원형 등의 형상을 들 수 있다. 또한, 그 단면 형상은 혼합부 중에서 일정해도 되고, 또한 부분적으로 단면 형상이 상이해도 된다.
또한, 상기 실시예에서는 OLED용 유기소재에 대하여 불활성인 재질로서, 주로 석영 유리를 일례로 설명했지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 스테인리스, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴, 티탄, 지르코니아, 카본, 알루미나, 질화붕소, 질화규소, 테플론을 들 수 있다.
또한, 혼합부의 재질은 전체가 OLED용 유기소재에 대하여 불활성인 재질로만 한정되지 않는다. OLED용 유기소재가 접촉하는 부위에 대해서만 불활성인 재질로 구성하고, 그 이외의 부위에 대해서는 그 밖의 재질로 구성할 수도 있다.
한편, 혼합부 및 순환부를 가열하기 위한 가열수단이나 가열방법이, 상기 실시예에서 설명한 것에 한정되지 않는다. 가열 방법으로는 저항 가열법(금속계, 비금속계 등), 광가열법(적외선 가열법, 아크 복사 가열, 레이저 복사 가열 등), 유도 가열법, 플라즈마 가열법, 아크 가열법, 프레임 가열법 등을 들 수 있다. 예를 들어, 유도 가열법으로 가열하는 경우에는, 혼합부의 재질을 스테인리스 등의 전자 유도에 의해 발열하는 재질로 구성하면 된다.
또한, 상기 실시예에서는 회수용기측으로 회수함에 있어서 회수펌프를 사용하는 양태를 일례로 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 회수펌프를 개재하지 않고, 액상의 OLED용 유기소재 자체의 무게를 이용하여 회수용기 내부로 흘러들어가도록 혼합부보다 낮은 위치에 순환부의 회수용기(41)를 배치해도 된다.
또한, 상기 실시예에 적용되는 유기소재로는 OLED 소자 제작을 위한 저분자 유기발광소재 이외에도 유기TFT소재, 유기태양전지소재, 유기반도체소재 등이 있다. 따라서, 이 발명은 상기와 같은 다양한 분야에 적용되는 유기소재의 정제에 모두 이용이 가능하다.
1 : 정제장치 2 : 혼합부
3 : 융해부 4 : 순환부
5 : 진공펌프 7 : 이온성 액체 공급부
8 : 온도 컨트롤러

Claims (9)

  1. 불순물이 함유된 고상의 유기소재를 융해하는 융해부와,
    상기 융해부의 일측에 연결되며, 상기 융해부에서 생성된 액상의 유기소재를 이온성 액체와 혼합하여 정제대상 유기소재를 우선 과포화시켜 재결정화된 고상의 유기소재를 생성하는 혼합부를 포함하는 이온성 액체를 이용한 액상 유기소재의 정제장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합부에는 상기 이온성 액체가 소정량 저장되고,
    상기 융해부는 상기 혼합부의 내부로 상기 액상의 유기소재를 연속해서 공급하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 액상 유기소재의 정제장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    일측이 상기 혼합부의 저부에 연결되어 상기 혼합부에서 생성된 이온성 액체와 유기소재의 혼합액과 상기 재결정화된 고상의 유기소재를 상기 혼합부의 외부로 배출한 다음, 상기 재결정화된 고상의 유기소재를 여과하고 상기 혼합액을 상기 혼합부의 내부로 복귀시키는 순환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 액상 유기소재의 정제장치.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 혼합부는 외부에 설치된 온도조절히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 액상 유기소재의 정제장치.
  5. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 이온성 액체를 상기 혼합부에 공급하는 이온성 액체공급부를 더 포함하며,
    상기 이온성 액체공급부는 상기 혼합부에 공급되기 전에 가열하기 위해 외부에 설치된 온도조절히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 액상 유기소재의 정제장치.
  6. 불순물이 함유된 고상의 유기소재를 융해하는 융해단계와,
    상기 융해단계에서 생성된 액상의 유기소재를 이온성 액체와 혼합하여 정제대상 유기소재를 우선 과포화시켜 재결정화된 고상의 유기소재를 생성하는 재결정화단계를 포함하는 이온성 액체를 이용한 액상 유기소재의 정제방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 재결정화단계는 상기 이온성 액체가 소정량 저장된 혼합부의 내부에 상기 액상의 유기소재를 연속적으로 공급하여 재결정화하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 액상 유기소재의 정제방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 재결정화단계에서 생성된 이온성 액체와 유기소재의 혼합액과 상기 재결정화된 고상의 유기소재를 상기 혼합부의 외부로 배출한 다음, 상기 재결정화된 고상의 유기소재를 여과하고 상기 혼합액을 상기 혼합부의 내부로 복귀시키는 순환단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 액상 유기소재의 정제방법.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 재결정화단계에서는 상기 혼합부의 외부에서 상기 혼합부 내부의 온도를 조정하도록 가열하는 것을 특징으로 하는 이온성 액체를 이용한 액상 유기소재의 정제방법.
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