(57)【要約】【課題】材料の分離精製性能に優れ、一度に２００ｇ以上の大量精製処理ができる工業的ガス搬送式昇華精製装置を提供する。【解決手段】  それぞれ管状パイプから構成される、試料加熱部（１０４）と、精製試料回収部（１０３）とを有しており、かつ試料加熱部（１０４）内に試料仕込部（３０１）を備えた精製装置（１）において、試料加熱部（１０４）から精製試料回収部（１０３）までの管経路中に少なくとも一つ以上の曲折部（１０５）を有するとともに、試料仕込部（３０１）が開口部と底部とを備えており、かつ開口部が底部よりも重力方向において上に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ管状パイプから構成される、試料加熱部と、精製試料回収部とを備え、かつ試料加熱部内に試料仕込部を有する精製装置において、試料加熱部から精製試料回収部までの管経路中に少なくとも一つ以上の曲折部を有するとともに、試料仕込部が開口部と底部とを備えており、かつ開口部が底部よりも重力方向において上に配置されていることを特徴とする精製装置。
【請求項２】
試料加熱部が少なくとも二以上あることを特徴とする請求項１に記載の精製装置。
【請求項３】
試料加熱部が、少なくとも二以上の房状構造からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の精製装置。
【請求項４】
精製試料回収部が少なくとも二以上あることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の精製装置。
【請求項５】
試料加熱部に回転機構を備えている請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の精製装置。
【請求項６】
精製試料回収部に、精製試料のかきとり機構、およびかきとった精製試料の捕集機構を備えている請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の精製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真感光体用有機材料、有機ＥＬ用材料、有機ＴＦＴ用材料、有機薄膜メモリ材料などの有機電子機能材料をはじめとする各種材料の高純度精製装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機化合物の多くは、適当な温度と圧力の下で、固体状態から気体状態へ変化、すなわち昇華することが広く知られている。このような昇華性を利用して、物質の精製を行うことを昇華精製という。また、常圧以下の真空下において加熱したときに、分解することなく固体状態から液体状態を経て気体状態になる有機化合物についても、昇華精製と同様の操作で精製をすることができる。
【０００３】
しかしながら、不純物を含む試料を単純に気化させただけでは、不純物と試料との分離効率がよくない。このため、搬送ガスと呼ばれる不活性ガスの導入や精製物回収部に温度勾配をつけて不純物分離効率をよくして高純度精製できることが、非特許文献１および非特許文献２に記載されている。これらに記載の精製システムは、トレイン・サブリメーションやエントレイン・サブリメーションまたはガス搬送式昇華法と呼ばれ、電子写真感光体材料や有機ＥＬ用材料の高純度精製法として知られている。
【０００４】
非特許文献２で開示されている装置は、直線状のガラス管を水平に設置し、該ガラス管の一端にコールドトラップを備えた真空排気装置、さらに該ガラス管のもう一方の端から、石英製のボートと呼ばれる試料を担持した容器、該ガラス管のもう一方の端の蓋には圧力指示計付きの搬送ガス導入口、また、試料担持した容器を設置した付近のガラス管の周りには加熱機器を取り付けた構成となっている。また、用いられる搬送ガスは、窒素であるとの記載がある。
【０００５】
前記記載の装置を用いてフタロシアニン化合物の精製を行ったところ、不純物と精製物が視覚的に明確に分離できていることがわかるとともに分光学的分析などの各種分析手法によって純度向上できたと記載されている。
【特許文献１】特開２０００−９３７０１号公報
【非特許文献１】日本化学会編  第４版実験化学講座  １２物質の機能性  ２０９−２１１頁  １９９３年
【非特許文献２】ジャーナル・オブ・マテリアルズ・サイエンス  第１７巻  ２７８１−２７９１頁  １９８２年（Journal of Materials Science, 17, 2781-2791 1982.）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来構成のガス搬送式昇華精製装置は、試料量が高々１０ｇ程度の実験室スケールの装置であり、工業的に大量精製を行うためには装置の大型化が必要である。しかしながら、上記従来構成のガス搬送式昇華精製装置では、管の径を大きくする以外に大型化はできなかった。ところが、実際に管の径を大きくした場合、それに比例して、管長さを大きくする、真空排気装置の排気能力を大きくする、などしなければならず、これらの装置上の制約から、上記従来の精製装置は、一度に２００ｇ以上の大量精製処理できる装置の作製が困難であるという問題点を有している。
【０００７】
また、上記従来のガス搬送式昇華精製装置は、精製した試料の回収機構を自動化しにくい装置であり、精製試料の回収は現在でも人手に頼っており、工業用装置という観点から、非常に効率の良くない装置であった。また、単純な昇華装置を大型化した装置ではなく、上記原理に基づいた高純度精製可能なガス搬送式昇華精製装置の工業的装置に関しては、特許文献１に開示されている。しかしながら、特許文献１は加熱方法に電磁誘導式加熱を用いた事についての開示であり、大型化についての具体的記述はなされていなかった。
【０００８】
本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、材料の分離精製性能に優れ、一度に２００ｇ以上程度の大量精製処理ができる工業的ガス搬送式昇華精製装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明者等は、上記目的を達成するために鋭意検討した。その結果、従来のガス搬送式昇華装置の構造を改良することにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
請求項１記載の精製装置は、上記の課題を解決するために、それぞれ管状パイプから構成される、試料加熱部と、精製試料回収部とを備え、かつ試料加熱部内に試料仕込部を有する精製装置において、試料加熱部から精製試料回収部までの管経路中に少なくとも一つ以上の曲折部を有するとともに、試料仕込部が開口部と底部とを備えており、かつ開口部が底部よりも重力方向において上に配置されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項２記載の精製装置は、上記の課題を解決するために、試料加熱部が、少なくとも二以上あることを特徴としている。
【００１２】
請求項３記載の精製装置は、上記の課題を解決するために、試料加熱部が、少なくとも二以上の房状構造からなることを特徴としている。
【００１３】
請求項４記載の精製装置は、上記の課題を解決するために、精製試料回収部が少なくとも二以上あることを特徴としている。
【００１４】
以上、上記記載の構成によれば、試料加熱部と試料仕込部と精製試料回収部とを自由に配置することが可能となり、従来の水平配置型の装置と比べて、管状パイプ内の容積をすべて試料仕込部とすることができ、大量の試料充填に利用することが可能となる。つまり、試料仕込み部の開口部が底部よりも重力方向において上側に配置されていることで、試料加熱部および試料仕込部を鉛直方向や斜め方向に配置できるので、試料加熱部を構成する管状パイプ内の空間をすべて試料仕込部として試料充填に用いることができる。このように管状パイプ内の空間を効率的に利用することができるので、管状パイプの直径を大きくすることなく、従来サイズの管状パイプを利用でき、既存の真空排気設備や構造材を用いて２００ｇ以上程度の大量試料を精製することができる。また、試料加熱部から精製試料回収部までの管状パイプ形状中に少なくとも一つ以上の曲折部を備えることで、試料加熱部と精製試料回収部とを曲折部を介して隔離することができるので、大量試料を精製する場合に、優れた分離精製能を維持することができる。
【００１５】
請求項５記載の精製装置は、上記の課題を解決するために、試料加熱部に回転機構を備えている。
【００１６】
上記の構成によれば、大量精製処理の際、試料が溶融固化して気化しなくなることを回避することができ、かつ気化速度を速くすることができる。
【００１７】
請求項６記載の精製装置は、上記の課題を解決するために、精製試料回収部に、精製試料のかきとり機構、およびかきとった精製試料の捕集機構を備えている。
【００１８】
上記の構成によれば、試料回収部に析出した精製試料を自動回収することができ、作業の効率化ができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明を用いることで、一度に２００ｇ以上程度の試料を高純度精製でき、かつ精製試料を自動回収できる工業的ガス搬送式昇華精製装置を提供できるという効果を奏するのみならず、従来、労力とコストが掛かっていた有機ＥＬ用材料、有機ＴＦＴ用材料、有機薄膜メモリ材料など有機電子機能材料の高純度精製が、低コスト化できる効果を奏する。その結果、これら材料の大量、安価な供給が可能となり、ひいては有機ＥＬディスプレイ、有機ＴＦＴなどの素子が安価供給可能となり、これら素子を用いる産業に与える効果は甚大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【００２１】
図１は、本実施の形態の精製装置（１）の全体構成を示す説明図である。本実施の形態の精製装置（１）は、真空排気装置（１０１）、コールドトラップ（１０２）、精製試料かきとり機構を備えた試料回収部（１０３）、試料攪拌のための回転機構を備えた試料加熱部（１０４）、試料加熱部（１０４）と試料回収部（１０３）とをつなぐ経路上に設けられた、１つ以上の、曲がり部分を有する曲折部（１０５）、試料回収部（１０３）の温度勾配を調整するための、図示しない複数の加熱・冷却装置を備えている。
【００２２】
精製装置（１）はまた、試料加熱部（１０４）と試料回収部（１０３）の加熱・冷却装置を制御するための、図示しない複数のセンサー付き温度調節器、装置内部の真空度をモニタするための真空計、      搬送ガスとなる不活性ガスおよび搬送ガスの流量モニタと流量調節用バルブを含んでいる。
真空排気装置（１０１）としては、各種の真空ポンプを用いることができる。例えば、各種油回転ポンプ、メカニカルブースタポンプ、各種ドライポンプ、拡散ポンプ、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ等が挙げられる。このうち、拡散ポンプ、ターボ分子ポンプ、クライオポンプは１０−３Ｐａ以下の超高真空を得ることができるので、本発明の精製装置に好適である。
【００２３】
コールドトラップ（１０２）は、真空排気装置（１０１）内部に試料が入り込むのを防ぐためのものであり、特に限定された構造ではなく、液体窒素や各種冷媒によって冷却できる構造であればよい。
【００２４】
図２は、図１の精製装置（１）の試料回収部（１０３）部分を拡大した説明図である。試料回収部（１０３）は、図２に示した通り、試料回収部内壁に付着した精製試料をかきとるためのかきとり機構を備えている（２０１,２０２,２０２’）。かきとり部（２０１）は、同図のように、試料捕集部（２０２）端部に設けられた爪状構造等で構成される。すなわち、かきとり部（２０１）は、試料回収部（１０３）内壁の構成部材の硬度より小さい材料で鋭利な形状のものが好ましく、試料回収部内壁に付着した精製試料を物理的にかきとるように構成されている。また、かきとり機構は、超音波などで振動を加えてかきとる構成であってもよい。かきとり機構は、精製処理中は系外に退避しておき（試料捕集部２０２’）、かきとり時のみ系内に挿入できるよう伸縮可能な構成となっている。かきとった試料が重力によって落下して試料捕集部（２０２）に集められるよう試料回収部（１０３）の試料加熱部（１０４）に、より近い側は試料捕集部（２０２）よりも上側に配置される。
【００２５】
図３は、試料加熱部（１０４）内の試料仕込部（３０１）に試料を仕込んだ状態の拡大図である。図３に示したように、試料加熱部（１０４）は、試料仕込部（３０１）、回転軸（３０３）、ガス導入口（３０４）から構成される。試料仕込部（３０１）は、試料仕込み量を大きくするために、試料回収部（１０４）に近い側、すなわち、試料仕込部（３０１）の開口部（３０１a）側が、ガス導入口（３０４）側、すなわち、試料仕込部（３０１）の底部（３０１b）側よりも上に配置されている。この構成にすることで、試料仕込部（３０１）内の空間をすべて試料充填に用いることができるので、従来サイズの試料加熱部でも大量の試料を仕込むことができるようになる。さらに試料加熱中に試料が溶融固化することを防ぐとともに試料の気化が効率よく行われるように回転軸（３０３）（回転機構）を備えている。加熱装置（３０２）は特に限定されないが、各種ヒーターによる加熱装置や電磁誘導加熱装置やレーザー加熱装置などが挙げられる。
【００２６】
本実施の形態では、図３に示すように、試料仕込部（３０１）の開口部（３０１a）が試料仕込部（３０１）の底部（３０１b）よりも重力方向において上に配置されるよう、試料仕込部（３０１）は水平方向に対して４５度〜６０度程度に傾斜した構成とした。しかしながら、試料仕込部（３０１）の開口部（３０１a）が試料仕込部（３０１）の底部（３０１b）よりも重力方向において上に配置されている構成であれば傾斜の程度は特に限定されず、試料に応じて適宜設定すればよい。例えば、試料仕込部（３０１）は、鉛直方向に配置されている構成であってもよい。曲折部の角度は特に限定されないが、例えば、同図に示すような直角等が挙げられる。
【００２７】
また、図４に示したように試料加熱部と試料回収部をつなぐ管状パイプに対して、試料加熱部が少なくとも２つ以上の房状構造の試料加熱部（４０１）を備えた構成としてもよい。このような房状構造の構成とすることで、試料仕込み量を大きくすることができるので好適である。
【００２８】
本実施の形態の精製装置１は、試料加熱部と試料回収部をつなぐ曲折部（１０５）は、少なくとも１つ以上の曲がり部分（曲折部）を有している。より多くの試料を処理できるようにするために図４のような複数の曲がり部分を有した房状構造であってもよい。
【００２９】
試料回収部の温度を調整するための複数の加熱・冷却装置（２０４）は、不純物と精製物が効率よく分離するように温度勾配を形成できるようにすればよく、それらの配置は特に限定されるものではない。
【００３０】
次に、本実施の形態に係る精製装置（１）の動作について説明する。精製前の試料２５０ｇを試料加熱部（１０４）に投入して精製装置（１）内に取り付け、ゆっくりと回転させる。その後、真空排気装置（１０１）を作動させ、精製装置（１）内の真空度を真空計でモニタしながら徐々に真空排気する。精製装置１内の真空度が１×１０−３Ｐａに到達したら、搬送ガスの流量調節用バルブを開いて、精製装置１内の真空度が１×１０−１Ｐａになるようにする。このときの真空度は、精製する試料の種類に応じて任意の値を選択して調節すればよい。搬送ガス流量と真空度が一定の値に安定したら、試料加熱部（１０４）の温度を精製前の試料が気化する温度で一定温度となるように徐々に上げていく。このとき試料回収部（１０３）の温度を、目的とする試料が気体状態から固体状態に凝固する温度となるように調節しておく。精製前試料の気化が始まると、直ちに試料回収部（１０３）側の管の内壁に精製された試料が付着していることが目視でわかる。目視でわかりにくいときは、小型の紫外線ランプを照射するとよくわかることがある。この状態を継続させて試料加熱側の精製前試料がすべて気化して消失したら、試料加熱部（１０４）および試料回収部（１０３）の加熱をやめて温度を下げる。試料加熱部（１０４）の温度が１００℃以下になったら、搬送ガスの注入もやめる。試料加熱部（１０４）、試料回収部（１０３）いずれも室温になったら、系内を搬送ガスで満たして常圧とする。次に、試料回収部（１０３）のかきとり部（２０１）と試料捕集部（２０２）を系内に挿入して、精製試料を、かきとり部（２０１）でかきとり、試料捕集部（２０２）に捕集することで精製試料が得られる。
【００３１】
加熱・冷却装置を制御するための複数のセンサー付き温度調節器は、上記温度勾配を維持できるよう、位置を変えて複数設置することが望ましい。
真空計としては各種の真空計を用いることができる。例えば、ピラニ真空計、電離真空計、ペンニング真空計、その他公知の真空計を用いることができる。
【００３２】
搬送ガスとしては、試料に対して化学反応しないガスであればよく、ヘリウム、窒素、アルゴンが好適である。これら搬送ガスの流量調節用バルブと流量モニタは特に限定はなく、公知のものを用いることができる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。本実施例では、図１に示す精製装置１を用いて以下の操作を行った。真空排気装置（１０１）としては、拡散ポンプを用いた。試料回収部（１０３）は図２に示した通り、試料回収部内壁に付着した精製試料をかきとるためのかきとり刃（２０１）付きかきとり機構を備えた構成とした。かきとり機構は、精製処理中は系外に退避しておき（２０３）、かきとり時のみ系内に挿入できるよう伸縮可能とした。かきとった試料が重力によって落下して試料捕集部（２０２）に集められるよう回収部の試料加熱部に近い側は試料捕集部よりも上側に配置した。
【００３４】
試料加熱部と試料回収部をつなぐ曲折部（１０５）は内径約４０ｍｍで１つの曲がり部分を有しており、試料回収部（１０３）と試料加熱部（１０４）が逆Ｖ字型に配置できるようにした。
【００３５】
試料加熱部（１０４）は、試料回収部に近い側がガス導入口側よりも上に配置され、さらに試料加熱中に試料が溶融固化することを防ぐとともに試料の気化が効率よく行われるように回転機構を備えた。試料仕込部は内径４０ｍｍ、長さ２０ｃｍで、容積２５０ｃｃとした。加熱は電気ヒーターによる加熱とした。
【００３６】
試料回収部の温度を調整するための加熱装置には電気ヒーターを用いた。このとき加熱温度を制御するために複数の温度センサーを取り付けた。真空計にはペンニング真空計を用いた。不活性ガスとしては、窒素を用いた。
【００３７】
上記のように作製した精製装置を用いて。東京化成製トリス（８−キノリノラート）アルミニウム（以下ＡｌＱという）２００ｇの精製を以下の条件で行った。
ＡｌＱ２００ｇを試料加熱部に詰め込んだ後、１０−３Ｐａまで真空排気した。その後、窒素ガスを１０ｓｃｃｍの流量で導入した。窒素ガス導入後の真空度は１０−１Ｐａであった。試料回収部、試料加熱部を徐々に加熱して、試料加熱部を３３０℃、試料回収部を１５５℃にして、試料加熱部側から試料回収部側まで緩やかに温度が下がるように設定した。試料加熱部の試料がすべて気化して消失したとき試料回収部には鮮やかな黄色の精製されたＡｌＱが捕集されていた。精製されたＡｌＱを１７４ｇ得ることができた。精製されたＡｌＱの純度を高速液体クロマトグラフィーで確認したところ９９.９９％以上であった。
【００３８】
実施例１に示したとおり本発明の精製装置は、一度に２００ｇ程度の大量の試料を仕込むことができ、かつ電子材料として適用可能な純度に精製できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の精製装置の用途としては、例えば、有機ＥＬ用材料、電子写真感光体用材料、有機ＴＦＴ用材料の高純度精製用途等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る装置の試料回収部の部分拡大図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る装置の試料回収部の説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る装置の房状構造の試料加熱部の説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  精製装置
１０１  真空排気装置
１０２  コールドトラップ
１０３  試料回収部
１０４  試料加熱部
１０５  曲折部
２０１  かきとり部
２０２,２０２’  試料捕集部
２０４  （試料回収部の温度を調整するための複数の）加熱・冷却装置
３０１  試料仕込部
３０１a 開口部
３０１b 底部
３０２  試料加熱部の加熱装置
４０１  房状構造の試料加熱部
【図１】
2005185883.tif 000003
【図２】
2005185883.tif 000004
【図３】
2005185883.tif 000005
【図４】
2005185883.tif 000006