[发明专利]一种石墨烯与苯乙烯单体复合材料的制备方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种以新的连续生产方式的制备复合材料的方法，特别涉及一种利用石墨碎片与苯乙烯单体于超音波运作及后续制程中，使达到能具体实施量产的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料悬浮液以及聚合后石墨烯与聚苯乙烯复合材料固态颗粒的制备方法及其装置。

背景技术

苯乙烯单体(Styrene Monomer/SM)是一种液态的有机化合物，其是由苯(Benzene)和乙烯(Ethylene)两种石化原料先经烷化反应形成乙苯(Ethylbenzene)，再经脱氢反应后而形成。苯乙烯单体(SM)为石化工业重要的中间原料，可用以生产聚苯乙烯塑料(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、乳胶(SBL)、苯乙烯/丁二烯橡胶(SBR)、不饱和聚酯(UPS)、AS树脂、SBS橡胶等，这些复合材料被广泛用于橡胶、塑料、绝缘材料、玻璃纤维、汽车、船体、食物容器和地毯等生产。由于苯乙烯单体为基材所形成的复合材料已被广为开发且利用，但其材料特性大多属固定，为了满足科技日新月异所需的更大领域范围的发展应用，利用苯乙烯单体所衍生的复合材料的持续研究、开发仍有其必要性。

再者，石墨是由多层石墨烯构成的结晶构造，而石墨烯(graphene)是一种单层的石墨结构，每个碳原子之间以sp²结晶结构与相邻的三个碳原子形成键结，并延伸成蜂窝状六角形的二维结构，是一种接近透明的纳米材料，虽然其只有一个原子的厚度，但却比钢坚韧200倍，导电性也佳，甚至预估石墨烯的应用可翻转由硅主导的半导体产业。目前石墨烯已被广为应用于半导体、触控面板或太阳能电池等领域中，且更预期广泛应用于光电、绿能发电、环境生医感测、复合性功能材料等诸多产业领域的发展。

石墨烯所衍生的复合材料开发亦是当今各产业的研发重点，若能结合苯乙烯单体进而衍生新的复合材料，必能扩大苯乙烯复合材料的应用范围，突破更新科技领域的进展及加速实现。

因此，本发明人有鉴于习知石墨烯、苯乙烯单体若能有效的两种材质特性结合成复合材料将能启动更新的应用领域，即着手研发构思其解决方案，希望能开发出一种能具量产化、应用广度佳及深具经济效益的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料以及制备石墨烯与聚苯乙烯复合材料颗粒的新的方法及其装置，以促进该行业的发展，于是经反复构思而提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯与苯乙烯单体的复合材料以及制备石墨烯与聚苯乙烯复合材料颗粒的新的方法及其装置，而使石墨烯与苯乙烯单体的复合及石墨烯与聚苯乙烯复合材料具有可量产化实施性，并达到生产极佳的经济效益的目的。

本发明的再一目的在于提供一种石墨烯与苯乙烯单体复合材料的制备方法及其装置，其能使石墨碎片与苯乙烯单体的混合通过有效的方法制程，进而产生石墨烯与苯乙烯单体、聚苯乙烯的复合材料，积极达到扩大苯乙烯及其衍生石墨烯的复合材料应用范围的目的。

本发明为了达成上述目的，其所采用的方法包括有：取复数石墨碎片与苯乙烯单体的液体相混合，形成一石墨碎片与苯乙烯单体的混合液；

对该石墨碎片与苯乙烯单体的混合液施予超音波照射，使该石墨碎片形成相分离的少层石墨烯，并让该苯乙烯单体对该石墨碎片进行嵌入与插层，进而得一第一形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料，该第一形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料是呈乳化状的混合液，在本发明中称为第一形态的SMG(Styrene Monomer grapheme，简称SMG)。

前述方法，其是在一无亮度的环境下进行，且其温度控制在低于该苯乙烯单体产生聚合反应的温度。

前述方法，其继续对该第一形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料施予超音波振动，让该苯乙烯单体对该少层石墨烯进行剥离与拆层，使该少层石墨烯充分形成单层石墨烯，继而得到一第二形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料，该第二形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料是呈乳化状的混合液，在本发明中称为第二形态的SMG(Styrene Monomer grapheme，简称SMG)。

前述方法，更包括对该第一形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料续施予超音波喷雾器的雾化，加热使苯乙烯产生聚合反应形成聚苯乙烯，干燥的粉粒化处理，形成一聚苯乙烯包裹少层石墨烯的复合材料，该聚苯乙烯包裹少层石墨烯的复合材料呈粉粒状，在本发明中称为第一形态的PSG(Polystyrene grapheme，简称PSG)。