一种有机材料的升华提纯装置及方法与流程

本发明属于材料升华提纯，涉及一种有机材料的升华提纯装置及方法。

背景技术：

1、有机电致发光器件(oled)的效率与有机发光材料息息相关，后者决定了有机电致发光器件的发光光色等重要指标，例如有机发光材料的纯度是影响发光光色、发光寿命等指标的关键；为了满足有机光电器件领域对材料的需求，需要制造出高品质、高纯度的有机发光材料，才能获得高性能的有机光电器件，因而需要尽可能提高有机发光材料的纯度。

2、由于升华过程是提高有机材料纯度的关键步骤，目前常采用真空升华技术对有机材料进行提纯，所使用的真空提纯装置通过机械泵、分子泵等的联用来获得高真空氛围，然后采用分段控温的方法，分别对不同温区进行调控，利用不同材料的升华温度不同的特性，分离提纯得到高纯度的有机材料；然而在目前的真空升华工艺，存在升华速率较慢的问题，且杂质也会共同升华，加上低沸点材料的溅射作用，造成产品和杂质难以分离；同时升华后的有机材料容易在挡板处凝结而造成堵塞，影响产品的纯度及升华过程的连续进行。

3、cn204455272u公开了一种新型有机材料升华样品槽，该样品槽包括依次串联的管状的样品升华管和至少一节管状的冷凝收集管，在样品升华管内的靠近样品升华管和冷凝收集管相连接的管口处设置有挡板，所述挡板竖向设置，所述挡板的上檐与样品升华管的上壁之间留有开口，在样品升华管内还设置有样品放置台，所述样品放置台的高度低于挡板的高度。该样品槽中只是通过挡板的设置，避免样品被直接带入收集区域，但对于升华后的气相凝固容易造成堵塞，升华速率慢，杂质难以分离等问题均未涉及，也没有提出改进措施。

4、cn101310812a公开了一种有机材料的真空升华提纯方法及装置，该提纯过程采用两步真空升华工艺，第一次升华温度控制在有机材料升华点以下30～40℃，为进一步去除杂质，须采用第二次低温真空升华；第二次升华温度控制在有机材料升华点以下80～100℃；提纯装置主要包括有具有沉积腔体的玻璃容器、加热炉、真空抽气系统、温度控制系统；该方法以不同的玻璃管区为中心分两次升华，以提高产品纯度，但对放置有机材料的玻璃管区并未明确有结构改进，未针对如何提升升华速率、提高产品纯度进行装置结构改进。

5、综上所述，对于有机材料的真空升华提纯设备及工艺，还需要进行装置的结构改进，以提高升华速率及提纯后产品的纯度，并保证升华提纯过程连续进行。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种有机材料的升华提纯装置及方法，所述装置通过在升华管内设置板式格栅，可以有效增加有机材料的受热面积，提高传热效率，从而提高升华速率，同时，板式格栅的设置能够形成空间阻挡，有效防止有机材料中的杂质或低沸点组分直接溅射出去，再通过导热挡板的设置，两者联用降低了升华材料被污染的风险，提高升华后样品的纯度，后者还能够解决因气相易在挡板处冷凝而容易造成堵塞的问题。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、一方面，本发明提供了一种有机材料的升华提纯装置，所述升华提纯装置包括依次连接的升华管和至少一段收集管，所述升华管和与其相邻的收集管之间设有导热挡板，所述升华管内设有板式格栅，所述板式格栅包括垂直设置的轴向栅片和径向栅片，将升华管区域分割。

4、本发明中，对于升华提纯装置的结构，其主体结构包括加热炉、加热炉管以及抽真空结构，其中升华管、收集管设置于加热炉管内，而针对升华提纯装置的改进主要是从与有机材料直接接触的组件上开始。

5、本发明中，作为放置待提纯有机材料并加热的升华管，其结构特征对升华提纯的效果有重要作用，通过在升华管中设置板式格栅，具体呈轴向栅片和径向栅片交错的结构，将升华管区域分割为多个小区域，能够有效增加有机材料的接触及受热面积，从而提高其传热效率以及升华速率；板式格栅的设置能够形成空间阻挡，使得升华材料到达收集管需要经过更长距离，避免了传统方法中可能随抽真空过程直接排出而难以凝结在收集管中的问题，同时板式格栅的阻挡作用可有效防止有机材料中的杂质或低沸点组分在升华过程中的鼓泡溅射，降低升华材料被污染的风险，提高升华后有机材料的纯度。

6、本发明在升华管和收集管之间设置的导热挡板，其传热性能优良，可有效避免升华材料因骤冷而凝结在挡板上方，堵塞升华管和收集管的通道，保证升华过程连续进行，提高材料升华提纯的效率；所述装置的结构改进简单便捷，效果明显，适用于多种类材料的提纯，应用范围较广。

7、以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

8、作为本发明优选的技术方案，所述收集管包括两段，分别为第一收集管和第二收集管。

9、优选地，所述升华管和收集管整体设置于同一加热炉管中。

10、本发明中，根据常用升华设备的结构，装载升华管、收集管的加热炉管可选择石英管，该升华设备具备分段加热功能，加热炉管的不同区段可设置不同的温度，以满足有机材料的升华及凝结在同一炉管内完成。

11、作为本发明优选的技术方案，所述板式格栅中轴向栅片的数量至少为1个，例如1个、2个或3个，优选为1个。

12、优选地，所述轴向栅片的长度小于或等于升华管内壁的长度。

13、优选地，所述板式格栅中径向栅片的数量至少为1个，例如1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个，其具体数量的选择与升华管的长度、径向栅片的间隔及升华材料的选择有关。

14、优选地，相邻的两个径向栅片之间的距离为1～6cm，例如1cm、2cm、3cm、4cm、5cm或6cm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，为了获得更高的收率以及较短的升华时间优选为1～3cm。

15、优选地，所述径向栅片的长度小于或等于升华管内壁的宽度。

16、优选地，所述径向栅片被所述轴向栅片平均垂直分割。

17、作为本发明优选的技术方案，所述轴向栅片和径向栅片的形状独立地为平板型或波纹型。

18、本发明中，根据轴向栅片和径向栅片的位置关系，轴向栅片通常选择平板型，而径向栅片可选择平板型或波纹型，以保证各分区的大小基本相同，有机材料受热均匀。

19、优选地，所述轴向栅片和径向栅片的厚度独立地为1～4mm，例如1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm或4mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

20、优选地，所述轴向栅片和径向栅片的高度相同，独立地为升华管直径的1/3～2/3，例如1/3、2/5、1/2、3/5或2/3，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

21、本发明中，所述板式格栅的高度对于有机材料的升华过程具有重要影响，若板式格栅高度过大，会造成上层空间过小，升华路径变长，从而影响升华速度，而若是板式格栅高度过小，材料在加热时容易进入收集管中，不利于组分的分离。

22、作为本发明优选的技术方案，所述板式格栅还包括底板，所述底板的形状呈弧形，与升华管的形状相匹配。

23、优选地，所述板式格栅由各部分组装成型或一体成型。

24、优选地，所述板式格栅的材质包括钛、锌、铜或钢中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：钛和锌的组合，铜和锌的组合，钛、锌和钢的组合，锌、铜和钢的组合，优选为钛。

25、本发明中，所述板式格栅除了轴向栅片和径向栅片，还可包括底板，此时有机材料是置于底板上的，根据板式格栅材质的选择，其传热效率更高，而底板的设置更有助于板式格栅一体化成型。

26、作为本发明优选的技术方案，所述导热挡板设置于升华管和第一收集管之间。

27、优选地，所述导热挡板的高度为升华管或第一收集管管径的1/3～2/3，例如1/3、2/5、1/2、3/5或2/3，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

28、优选地，所述板式格栅的高度等于或小于导热挡板的高度。

29、本发明中，所述导热挡板高度的选择会影响升华过程的进行及产品的纯度，若导热挡板高度过小，材料在加热时容易进入收集管中，不利于组分的分离，若导热挡板的高度过大，会导致升华材料收集速率慢，且容易造成堵塞。

30、优选地，所述导热挡板的厚度为5～10mm，例如5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm或10mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

31、作为本发明优选的技术方案，所述导热挡板包括导热金属板或涂有导热金属层的玻璃板。

32、优选地，所述涂有导热金属层的玻璃板中，导热金属层的厚度为1～4mm，例如1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm或4mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为1～2mm。

33、优选地，所述导热金属包括钛、锌、铜或钢中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：钛和锌的组合，铜和锌的组合，钛、锌和钢的组合，锌、铜和钢的组合，优选为钛。

34、另一方面，本发明提供了一种采用上述升华提纯装置提纯有机材料的方法，所述方法包括：

35、将待提纯有机材料分散于升华管的板式格栅中，抽真空后加热升华，控制升华管及收集管内的温度，升华后的有机材料在收集管内冷凝，得到提纯后的有机材料。

36、作为本发明优选的技术方案，所述有机材料包括有机小分子发光材料。

37、本发明中，所述有机材料主要是有机光电器件领域使用的有机发光材料，其中的一类为有机小分子发光材料，其中，有机小分子发光材料可以为三唑及其衍生物，吡唑啉衍生物，三苯胺类衍生物，卟啉类化合物，咔唑、吡嗪或噻唑类衍生物，优选地，有机小分子发光材料可以为n,n'-二苯基-n,n'-(1-萘基)-1,1'-联苯-4,4'-二胺(npb)、2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲(bcp)、2,3,5,6-四甲基苯基-1,4-邻苯二甲酰亚胺(tmpp)或4,4',4”-三(n-咔唑-基)三苯胺(tcta)。

38、优选地，所述抽真空后的绝对压力在3.0pa以下，例如3.0pa、2.5pa、2.0pa、1.5pa、1pa、0.5pa或0.1pa，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

39、优选地，所述升华管、第一收集管和第二收集管内的温度为梯度设置，针对不同的升华材料，温度设置不同。

40、优选地，所述升华管的温度为240～260℃，例如240℃、245℃、250℃、255℃或260℃，第一收集管的温度为145～165℃，例如145℃、150℃、155℃、160℃或165℃，第二收集管的温度为95～115℃，例如95℃、100℃、105℃、110℃或115℃，但并不仅限于所列举的数值，在各自数值范围内其他未列举的数值同样适用。

41、本发明中，根据所选择的有机材料，选择合适的升华温度，并在两级收集管中梯级降温，实现升华材料的凝结。

42、作为本发明优选的技术方案，所述加热达到升华温度后的升华时间为10～30h，例如10h、12h、14h、15h、16h、18h、20h、22h、24h、25h、27h、28h或30h，升华时间根据不同的升华产品以及待升华产品的质量决定，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

43、优选地，所述提纯后的有机材料主要冷凝于第一收集管中，而第二收集管中则主要是轻质组分。

44、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

45、(1)本发明所述装置通过在升华管内设置板式格栅，可以有效增加有机材料的受热面积，提高传热效率，从而提高升华速率，同时，板式格栅的设置能够形成空间阻挡，有效防止有机材料中的杂质或低沸点组分直接溅射出去，降低升华材料被污染的风险，提高升华后有机材料的纯度，其纯度可以达到99.8％以上；

46、(2)本发明所述板式格栅的设置使得升华材料到达收集管需要经过更长距离，避免了传统方法中可能随抽真空过程直接排出而难以凝结在收集管中的问题，提高了产品的收率，可以达到86.0％以上；

47、(3)本发明所述导热挡板的传热性能优良，可有效避免升华材料因骤冷而凝结在挡板上方，堵塞升华管和收集管的通道，保证升华过程连续进行，提高材料升华提纯的效率；

48、(4)本发明所述装置的结构改进简单便捷，效果明显，适用于多种类材料的提纯，应用范围较广。