有機(jī)固體材料新型純化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一種化學(xué)物質(zhì)的純化方法和裝置，特別是涉及一種有機(jī)固體(光電)材料的新型純化方法，尤其是針對在真空加熱狀態(tài)下存在液相的有機(jī)固體(光電)材料的提純方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來隨著有機(jī)光電材料的發(fā)展，對固體類有機(jī)材料的大規(guī)模純化設(shè)備和方法又提出來了更高的要求。常用的固體有機(jī)材料純化方法有重結(jié)晶、過層析柱、溶劑洗滌等，但這些方法已經(jīng)不適用于有機(jī)光電類材料的提純要求，因為通過這些化學(xué)純化方法獲得的材料難以達(dá)到99.5%以上的高純度，而且材料中殘留的溶劑會對有機(jī)光電器件的真空制程產(chǎn)生不良影響。所以國內(nèi)外材料生產(chǎn)商普遍采用升華的方法來純化材料以達(dá)到有機(jī)電子工業(yè)對材料高純度的要求。
[0003]然而，由于物質(zhì)物理性質(zhì)的不同，固體有機(jī)材料在利用升華儀純化過程中經(jīng)歷的物理過程也存在區(qū)別，大致上可以分為兩類:第一類為“固體一氣體一固體”的轉(zhuǎn)變歷程；第二類為“固體一液體一氣體一固體(液體)”的轉(zhuǎn)變歷程。第一類物質(zhì)不經(jīng)過液態(tài)直接升華，例如常用的電子傳輸材料aiq3。而第二類物質(zhì)也廣泛存在，例如三芳基胺類的材料在升華儀中的純化過程屬于第二類轉(zhuǎn)變歷程，該類材料的氣化溫度Te要高于熔點Tm。這類物質(zhì)通過升華儀提純往往存在一些問題:一方面氣化的材料在溫度介于Te和Tm之間的區(qū)域冷凝下來之后，會以液體形式存在，容易造成液體串流到其它區(qū)域而被污染；另一方面該類材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度通常要大于室溫，因此液體冷凝后會結(jié)塊，造成產(chǎn)品收集、研磨和分裝方面的困難。由于這類Tm〈Te類型的固體在加熱后會轉(zhuǎn)變成液態(tài)，因此考慮采用蒸餾的方式來純化此類物質(zhì)。但是，傳統(tǒng)的蒸餾純化方法針對的是常溫常壓下為液體的物質(zhì)，例如酒精、油類、海水等。這類物質(zhì)只需在較低溫度、減壓條件下對液體進(jìn)行加熱，不同成分的純品即會按照沸點由低到高的順序依次被蒸餾出，通過冷凝進(jìn)行分別收集，達(dá)到純化效果。針對這些液體類物質(zhì)的工業(yè)蒸餾設(shè)備已經(jīng)十分成熟，但這類針對液體的蒸餾裝置和工藝不適合固體類有機(jī)物的純化。工業(yè)上也有針對固體物質(zhì)的蒸餾設(shè)備，例如鋰、鋅的蒸餾設(shè)備，以及分子蒸餾設(shè)備等，但因為這些設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、成本高昂，對于有機(jī)固體(光電)材料的純化不具有好的經(jīng)濟(jì)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述在真空加熱狀態(tài)下的氣化溫度(Te)接近或大于其熔點(Tm)的有機(jī)光電材料的提純問題，本發(fā)明專利提供一種新型純化有機(jī)固體的方法，能將雜質(zhì)和產(chǎn)物分別收集，利用該方法可使產(chǎn)品純度達(dá)到99.5%以上的水平，且該方法相對行業(yè)內(nèi)普遍采用的升華方法，具有設(shè)備成本更低、純化速度更快、產(chǎn)率更高、耗能更少、粉塵危害更小以及可增加蒸鍍坩堝內(nèi)材料添加量的優(yōu)勢。
[0005]有機(jī)固體材料的新型純化方法，包括在真空或低壓狀態(tài)下的待純化物質(zhì)的蒸餾和雜質(zhì)與產(chǎn)物收集步驟，其特征在于蒸餾步驟采用階梯方式加熱，所述階梯加熱方法為:先將待純化物質(zhì)加入蒸餾容器中，將蒸餾容器和產(chǎn)物收集容器加熱升溫至T1，保溫T1，除凈低沸點或低升華溫度雜質(zhì)，由雜質(zhì)收集容器收集；然后繼續(xù)加熱蒸餾容器至T2使待純化物質(zhì)沸騰，保溫T2，蒸出全部產(chǎn)物，由產(chǎn)物收集容器收集；所述T1大于或等于低沸點或低升華溫度雜質(zhì)的液-氣轉(zhuǎn)變溫度，且T1高于產(chǎn)物的熔點溫度Tm，T2大于或等于產(chǎn)物的液-氣轉(zhuǎn)變溫度，且T2小于產(chǎn)物的分解溫度Td，所述蒸餾容器、產(chǎn)物收集容器、雜質(zhì)收集容器相互連通，所述有機(jī)固體材料為任何于真空狀態(tài)下升華時必先轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的有機(jī)固體材料。
[0006]所述蒸餾工序前有待純化物質(zhì)的熔化步驟，所述熔化步驟是待純化物質(zhì)在固體液化器中被加熱熔化，所述固體液化器通過可開關(guān)的高溫閥門與蒸餾容器連通。
[0007]所述固體液化器中還通入有保護(hù)氣體。
[0008]所述保護(hù)氣體為氮氣或氬氣。
[0009]所述T1高于低沸點或低升華溫度雜質(zhì)的揮發(fā)溫度，且低于產(chǎn)物的沸點Tb。
[0010]所述T2大于產(chǎn)物的沸點Tb。
[0011 ] 所述固體液化器內(nèi)的溫度大于產(chǎn)物的熔點。
[0012]所述低壓為<10Pa。
[0013]所述蒸出全部產(chǎn)物后，停止加熱蒸餾容器和產(chǎn)物收集容器，待冷卻至50°C以下后解除真空取出產(chǎn)物。
[0014]該本發(fā)明純化方法是一種針對在真空加熱狀態(tài)下的氣化溫度(Te)接近或大于其熔點(Tm)、沸點(Tb)小于分解溫度(Td)的有機(jī)光電材料的純化方法。原料在蒸餾容器內(nèi)被加熱至液化，之后按照階梯方式升溫依次將低沸點(或低升華溫度)的雜質(zhì)和較高沸點的產(chǎn)品蒸出；產(chǎn)物收集容器被加熱并保持在一定溫度，該溫度高于雜質(zhì)的沸點(或升華溫度)但低于產(chǎn)物的沸點，產(chǎn)物冷凝下來，而雜質(zhì)被驅(qū)離至雜質(zhì)收集容器；雜質(zhì)收集容器處于足夠低的溫度，雜質(zhì)在此冷凝；真空系統(tǒng)連接于雜質(zhì)收集容器的末端，為蒸餾容器、產(chǎn)物收集容器和雜質(zhì)收集容器提供高真空，降低產(chǎn)物和雜質(zhì)的沸點(升華溫度)。
[0015]純化作業(yè)過程具有批次連續(xù)性從而有利于大規(guī)模生產(chǎn)；固體在固體液化器中被熔化并維持在液態(tài)，打開高溫閥門，由于固體液化器與蒸餾器中的壓差，液態(tài)原料被吸入蒸餾器中，在蒸餾器中被加熱蒸餾，蒸餾出的產(chǎn)物在產(chǎn)物收集器冷凝聚集，蒸餾(升華)出的雜質(zhì)在雜質(zhì)收集器冷凝聚集；蒸餾器內(nèi)的原料純化完畢后，可以立即從固體液化器中補(bǔ)充新的一批原料到蒸餾器中繼續(xù)蒸餾，保證大規(guī)模連續(xù)性生產(chǎn)的需求。
[0016]所述保護(hù)氣體可以是氮氣、氬氣，或其他對提純物質(zhì)具有惰性的氣體，保護(hù)產(chǎn)物在加熱過程中不被氧化。
[0017]待蒸餾容器內(nèi)大部分物料蒸餾掉之后，停止加熱，待系統(tǒng)冷卻至50°C以下后解除真空取出樣品。
[0018]工作原理:目前有機(jī)光電材料大部分是具有一定共軛程度的小分子化合物，工業(yè)上合成此類共軛小分子一般采用金屬催化反應(yīng)，產(chǎn)物中的雜質(zhì)主要是在合成過程中引進(jìn)或殘留。根據(jù)儀器分析，雜質(zhì)主要分為兩類:一類是金屬催化劑，該類雜質(zhì)難以升華或者蒸餾，是高溫純化過程的主要殘留物；另一類是催化反應(yīng)進(jìn)行不徹底而殘留下的分子量較小的中間產(chǎn)物，該類雜質(zhì)比產(chǎn)物的分子量更小，更容易被蒸餾或者升華。針對以上兩類雜質(zhì)，先在較高但低于產(chǎn)物沸點的溫度，將第二類雜質(zhì)蒸餾(升華)出來，讓其冷凝在雜質(zhì)收集容器。第二類雜質(zhì)除盡之后，升高蒸餾容器溫度達(dá)到產(chǎn)物沸點，讓產(chǎn)物蒸餾出并在產(chǎn)物收集容器冷凝。第一類雜質(zhì)無法蒸餾而殘留在蒸餾容器。
【附圖說明】
[0019]圖1本發(fā)明的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0020]實施例1
[0021]利用本發(fā)明的方法對100g有機(jī)發(fā)光二極管(0LED)空穴傳輸材料NPB粗品進(jìn)行純化。NPB在室溫下為固體，其熔點為280°C左右，粗品的HPLC純度為97.5%，需要通過蒸餾使其純度達(dá)到99.5%以上。具體