有機固體材料連續(xù)蒸餾裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及有機固體材料連續(xù)蒸餾裝置，其特征在于：包括固體液化容器、蒸餾容器、產(chǎn)物收集容器、雜質(zhì)收集容器、真空系統(tǒng)和加熱控溫系統(tǒng)，所述真空系統(tǒng)通過管路與蒸餾容器、產(chǎn)物收集容器、雜質(zhì)收集容器連通，所述加熱控溫系統(tǒng)控制固體液化容器、蒸餾容器、產(chǎn)物收集容器中的溫度，所述固體液化容器通過管路中的高溫閥門與蒸餾容器連通，所述有機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)的有機固體材料。本實用新型的蒸餾裝置，相對于電子工業(yè)中純化固體常用的升華設備，具有設備成本更低、純化速度更快、產(chǎn)率更高、耗能更少、粉塵危害更小的優(yōu)勢。
【專利說明】有機固體材料連續(xù)蒸餾裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種有機固體材料的新型純化裝置，特別是針對在真空加熱狀態(tài)下存在液相的有機固體材料的大規(guī)模連續(xù)批次蒸餾裝置，利用該裝置可使產(chǎn)品純度達到99.5%以上的水平，且具有設備成本更低、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。

【背景技術】
[0002]近年來隨著有機光電材料的發(fā)展，對固體類有機材料的大規(guī)模純化設備和方法又提出來了更高的要求。常用的固體有機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)不適用于有機光電類材料的提純要求，因為通過這些化學純化方法獲得的材料難以達到99.5%以上的高純度，而且材料中殘留的溶劑會對有機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到有機電子工業(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。
[0004]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，通過冷凝進行分別收集，達到純化效果。針對這些液體類物質(zhì)的工業(yè)蒸餾設備已經(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物的純化。工業(yè)上也有針對固體物質(zhì)的蒸餾設備，例如鋰、鋅的蒸餾設備，以及分子蒸餾設備等，但因為這些設備結(jié)構復雜、體積龐大、成本高昂，對于有機固體(光電)材料的純化不具有好的經(jīng)濟性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]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)的有機光電材料的提純問題，本實用新型專利提供一種有機固體材料連續(xù)蒸餾裝置，該裝置有別于上述的低溫液體蒸餾、高溫金屬蒸餾或分子蒸餾裝置，采用本實用新型的純化裝置，生產(chǎn)相同數(shù)量和純度的有機光電材料的經(jīng)濟效益(設備成本、純化速度、產(chǎn)率、能源消耗)要明顯的優(yōu)于升華的方法。
[0006]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)的有機光電材料，其大規(guī)模連續(xù)批次蒸餾所采用的裝置，其技術方案如下:
[0007]有機固體材料連續(xù)蒸餾裝置，其特征在于:包括固體液化容器、蒸餾容器、產(chǎn)物收集容器、雜質(zhì)收集容器、真空系統(tǒng)和加熱控溫系統(tǒng)，所述真空系統(tǒng)通過管路與蒸餾容器、產(chǎn)物收集容器、雜質(zhì)收集容器連通，所述加熱控溫系統(tǒng)控制固體液化容器、蒸餾容器、產(chǎn)物收集容器中的溫度，所述固體液化容器通過管路中的高溫閥門與蒸餾容器連通，所述有機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)的有機固體材料。
[0008]所述高溫閥門為球閥、截止閥或擋板閥。
[0009]所述真空系統(tǒng)包括機械泵、擴散泵、分子泵。
[0010]所述蒸餾容器、產(chǎn)物收集容器、雜質(zhì)收集容器通過管路依次相連通。
[0011 ] 所述真空系統(tǒng)通過管路連接于雜質(zhì)收集容器上。
[0012]所述蒸餾容器與產(chǎn)物收集容器之間的管路為短蒸餾頭。
[0013]所述固體液化容器與保護氣體貯氣罐相連通。
[0014]所述加熱控溫系統(tǒng)還控制雜質(zhì)收集容器的溫度。
[0015]所述加熱控溫系統(tǒng)的加熱裝置為加熱帶、加熱繩、加熱爐、加熱套、紅外線輻射加熱、加熱攪拌器或加熱包。
[0016]所述固體液化容器、蒸餾容器、產(chǎn)物收集容器、雜質(zhì)收集容器的材質(zhì)為玻璃、石英、金屬、陶瓷或石墨。
[0017]本實用新型固體液化容器對待純化的固體在保護氣氛下(惰性氣體)進行加熱液化和保溫，可對蒸餾容器內(nèi)的原料進行補充；固體液化容器和蒸餾容器之間采用特殊的高溫閥門進行連接，在一端為保護氣體、另一端為真空的壓差環(huán)境下，液態(tài)原料被吸入蒸餾容器；液體原料在蒸餾容器內(nèi)按階梯溫度被加熱，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，該溫度高于產(chǎn)物的熔點和雜質(zhì)的沸點(或升華溫度)而低于產(chǎn)物的沸點，使產(chǎn)物的蒸汽冷凝為液體收集在澆注成型模具中，雜質(zhì)則被驅(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(室溫或更低溫度)，該溫度低于雜質(zhì)的沸點(或升華溫度)，雜質(zhì)在此冷凝；固體液化容器，蒸餾容器、產(chǎn)物收集容器和雜質(zhì)收集容器依次相連通，真空系統(tǒng)連接于雜質(zhì)收集容器的末端，同樣為蒸餾容器和雜質(zhì)收集容器提供高真空，降低產(chǎn)物和雜質(zhì)的沸點(或升華溫度)，所述真空系統(tǒng)由機械泵、擴散泵、分子泵產(chǎn)生真空；加熱控溫系統(tǒng)為整個裝置提供加熱，將各部分維持在合適的獨立的溫度區(qū)間，雜質(zhì)收集容器可以加熱也可以不加熱，優(yōu)選不加熱的情況，其加熱裝置可以采用但不限于加熱帶(繩)、加熱爐、加熱套、紅外線輻射加熱、加熱攪拌器、加熱包坐寸ο
[0018]本實用新型裝置適用于任何于真空狀態(tài)下升華時必先轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的有機固體材料的蒸餾純化。
[0019]固體液化容器、蒸餾容器、產(chǎn)物收集容器、雜質(zhì)收集容器、真空系統(tǒng)、加熱控溫系統(tǒng)等功能單元可以是空間上分立的不同部分，也可以是一個整體，或者是采用其他方式任意組合而成的形式。
[0020]固體液化容器與蒸餾容器之間通過管路連接，管路上通過高溫閥門控制其連通，高溫閥門可以采用但不限于球閥、截止閥、擋板閥等。
[0021]固體液化容器、蒸餾容器、產(chǎn)物收集容器、雜質(zhì)收集容器的材質(zhì)可以采用但不限于玻璃、石英、金屬、陶瓷、石墨等耐熱材料，容器及澆注模具可以采用各類形狀。
[0022]保護氣體可以是氮氣、氬氣，或其他對提純物質(zhì)具有惰性的氣體。
[0023]有機固體材料連續(xù)蒸餾澆注成型裝置操作步驟如下:
[0024](I)在固體液化容器內(nèi)加入待純化的物料，排除其中的空氣后通入保護氣體，同時將蒸餾容器、產(chǎn)物收集容器、雜質(zhì)收集容器抽至高真空(<10Pa)；
[0025](2)開啟加熱控溫系統(tǒng)，將固體液化容器、蒸餾容器、產(chǎn)物收集容器加熱至比熔點稍高的溫度；
[0026](3)打開高溫閥門，液化的物料從固體液化容器被吸入蒸餾容器，待蒸餾容器內(nèi)的物料達到其容積的1/3至1/2時關閉高溫閥；
[0027](4)蒸餾容器按階梯方式加熱升溫，先后蒸餾(升華)出低沸點(或低升華溫度)的雜質(zhì)和較高沸點的產(chǎn)物，產(chǎn)物蒸汽在產(chǎn)物收集容器中冷凝成液體，產(chǎn)物收集容器保持在低沸點雜質(zhì)的沸點溫度以上，雜質(zhì)僅能冷凝于雜質(zhì)收集容器中；
[0028](5)待蒸餾容器內(nèi)大部分物料蒸餾掉之后，重復以上(3)、(4)步驟，實現(xiàn)連續(xù)化蒸餾作業(yè)，最后降溫獲得高純度塊狀產(chǎn)物。
[0029]工作原理:目前有機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，產(chǎn)物中的雜質(zhì)主要是在合成過程中引進或殘留。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；另一類是催化反應進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。
[0030]本實用新型有機固體材料連續(xù)蒸餾裝置，相對于電子工業(yè)中純化固體常用的升華設備，具有設備成本更低、純化速度更快、產(chǎn)率更高、耗能更少、粉塵危害更小的優(yōu)勢，并且可以獲得更加適合于蒸鍍生產(chǎn)線的高密度鑄錠產(chǎn)品。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1本實用新型有機固體材料連續(xù)蒸餾裝置結(jié)構示意圖，
[0032]圖2本實用新型有機固體材料連續(xù)蒸餾裝置加溫控制系統(tǒng)原理圖，
[0033]附圖中的標號表示含義如下:
[0034]I一固體液化容器，2—蒸餾容器，3—產(chǎn)物收集容器，4一雜質(zhì)收集容器，5—高溫閥門，6—液體輸運管，7—短蒸餾頭，8—雜質(zhì)導出管，9一真空系統(tǒng)，10—加熱溫控系統(tǒng)。

【具體實施方式】
[0035]如圖1、圖2所示，利用本實用新型的有機固體材料連續(xù)蒸餾澆注成型裝置包括依次連接的固體液化容器1、蒸餾容器2、產(chǎn)物收集容器3、雜質(zhì)收集容器4、真空系統(tǒng)9，以及外接的加熱控溫系統(tǒng)10，所述加熱控溫系統(tǒng)10各自獨立控制固體液化容器1、蒸餾容器2，產(chǎn)物收集容器3中的溫度。
[0036]固體液化容器1、蒸餾容器2之間通過液體運輸管6連通，并且液體運輸管上6有高溫閥門5，當高溫閥門5打開時，兩容器連通，在真空系統(tǒng)9的作用下，液體經(jīng)由液體運輸管6從固體液化容器I流入到蒸餾容器2中；蒸餾容器2、產(chǎn)物收集容器3之間為特制短蒸餾頭7，保證從蒸餾容器2蒸出的蒸汽從短蒸餾頭7蒸出到產(chǎn)物收集容器3或雜質(zhì)收集容器4，產(chǎn)物餾出流入到產(chǎn)物收集容器3中；產(chǎn)物收集容器3、雜質(zhì)收集容器4之間有雜質(zhì)導出管8，雜質(zhì)從蒸餾容器2經(jīng)短蒸餾頭7蒸出后，由于產(chǎn)物收集容器3的溫度較高，不會冷凝在產(chǎn)物收集容器3中，而是冷凝在雜質(zhì)收集容器4內(nèi)。
[0037]固體液化容器I上可以連接保護氣體貯氣罐(未示意出)，使蒸餾系統(tǒng)在保護氣下工作。
[0038]通過固體液化容器I的設計，使得蒸餾過程可以連續(xù)進行，同時產(chǎn)物收集在產(chǎn)物收集容器3中以塊狀形式存在，可以將純化好的塊狀產(chǎn)品直接投入蒸鍍坩堝，其塊狀密度大，盛裝產(chǎn)物重量多，不用頻繁加料，減小了勞動強度，提高了工作效率，同時避免了現(xiàn)有的粉塵投料而造成的污染。
[0039]操作實驗例
[0040]如圖1所示，利用本實用新型的連續(xù)批次蒸餾裝置對300g OLED空穴傳輸材料NPB粗品進行純化。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到99.5%以上。具體的操作方法如下。
[0041](I)在固體液化器I和蒸餾器中2分別加入250g、50g的NPB粗品，高溫閥門5此時處于關閉狀態(tài)。
[0042](2)對固體液化器I抽真空后沖入氮氣，反復進行三次操作，以保證固體液化器I內(nèi)的NPB被充分保護，防止加熱時被氧化。
[0043](3)打開真空系統(tǒng)9中真空泵，對蒸餾器2、產(chǎn)物收集器3、雜質(zhì)收集器4抽真空至50mtorr 以下。
[0044](4)打開加熱控溫系統(tǒng)10，將固體液化器I溫度設置在320°C，蒸餾器2溫度設置在350°C，產(chǎn)物收集器3溫度設置在320°C (應當注意的是，被加熱液體的實際溫度會一定程度上小于設置溫度。)
[0045](5)將蒸餾器2內(nèi)液態(tài)的粗品NPB在350°C保溫10分鐘，以除掉低沸點(或低升華溫度)雜質(zhì)。
[0046](6)將蒸餾器2溫度逐漸升高至450°C，使蒸餾器2內(nèi)的NPB液體沸騰，對短蒸餾頭7進行充分加熱和保溫，使NPB蒸汽能夠進入產(chǎn)物收集器3。
[0047](7)持續(xù)加熱，將蒸餾器2在450°C進行保溫，直到大部分NPB蒸餾完畢。
[0048](8)打開高溫閥門5，在一端為保護氣體、另一端為真空的壓差下，固體液化器I內(nèi)的液態(tài)NPB粗品被吸入蒸餾器2內(nèi)，當固體液化器I內(nèi)的NPB減少大概1/5后，關閉高溫閥門5。
[0049](9)重復以上第5至第8步的操作，從而進行NPB的連續(xù)性蒸餾。
[0050]整個蒸餾過程持續(xù)約4小時，整套蒸餾系統(tǒng)成本約為5萬人民幣，耗電約6度，獲得NPB純品250g，經(jīng)HPLC檢測純度為99.7%。
[0051]對比實施例:為了驗證本實用新型蒸餾裝置和純化方法的優(yōu)勢，對同一批次的300g NPB利用某型號的升華儀(成本約為50萬人民幣)進行升華提純。300g NPB的升華共耗時24小時，耗電約40度，最終獲得純度同樣為99.7%的純品240g。
[0052]對比用不同純化方法和裝置獲得的NPB純品，采用蒸餾裝置獲得的純品為塊狀，其獲取和轉(zhuǎn)移都極為方便；而采用升華獲得的NPB純品為粉末，產(chǎn)品的刮取、轉(zhuǎn)移過程中有大量的粉塵漂浮或粘附，不利于產(chǎn)品的處理和人員健康。
[0053]經(jīng)過綜合比較，本實用新型的蒸餾裝置，相對于電子工業(yè)中純化固體常用的升華設備，具有設備成本更低、純化速度更快、產(chǎn)率更高、耗能更少、粉塵危害更小的優(yōu)勢。
【權利要求】
1.有機固體材料連續(xù)蒸餾裝置，其特征在于:包括固體液化容器、蒸餾容器、產(chǎn)物收集容器、雜質(zhì)收集容器、真空系統(tǒng)和加熱控溫系統(tǒng)，所述真空系統(tǒng)通過管路與蒸餾容器、產(chǎn)物收集容器、雜質(zhì)收集容器連通，所述加熱控溫系統(tǒng)控制固體液化容器、蒸餾容器、產(chǎn)物收集容器中的溫度，所述固體液化容器通過管路中的高溫閥門與蒸餾容器連通，所述有機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)的有機固體材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的有機固體材料連續(xù)蒸餾裝置，其特征在于:所述高溫閥門為球閥、截止閥或擋板閥。
3.根據(jù)權利要求1所述的有機固體材料連續(xù)蒸餾裝置，其特征在于:所述真空系統(tǒng)包括機械泵、擴散泵、分子泵。
4.根據(jù)權利要求1所述的有機固體材料連續(xù)蒸餾裝置，其特征在于:所述蒸餾容器、產(chǎn)物收集容器、雜質(zhì)收集容器通過管路依次相連通。
5.根據(jù)權利要求4所述的有機固體材料連續(xù)蒸餾裝置，其特征在于:所述真空系統(tǒng)通過管路連接于雜質(zhì)收集容器上。
6.根據(jù)權利要求5所述的有機固體材料連續(xù)蒸餾裝置，其特征在于:所述蒸餾容器與產(chǎn)物收集容器之間的管路為短蒸餾頭。
7.根據(jù)權利要求1所述的有機固體材料連續(xù)蒸餾裝置，其特征在于:所述固體液化容器與保護氣體貯氣罐相連通。
8.根據(jù)權利要求1所述的有機固體材料連續(xù)蒸餾裝置，其特征在于:所述加熱控溫系統(tǒng)還控制雜質(zhì)收集容器的溫度。
9.根據(jù)權利要求1所述的有機固體材料連續(xù)蒸餾裝置，其特征在于:所述加熱控溫系統(tǒng)的加熱裝置為加熱帶、加熱繩、加熱爐、加熱套、紅外線輻射加熱、加熱攪拌器或加熱包。
10.根據(jù)權利要求1所述的有機固體材料連續(xù)蒸餾裝置，其特征在于:所述固體液化容器、蒸餾容器、產(chǎn)物收集容器、雜質(zhì)收集容器的材質(zhì)為玻璃、石英、金屬、陶瓷或石墨。
【文檔編號】B01D3/10GK203954714SQ201420391435
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權日:2014年7月15日
【發(fā)明者】戴雷, 魯錦鴻, 李哲, 陳金鑫, 蔡麗菲 申請人:廣東阿格蕾雅光電材料有限公司