[發明專利]一種石墨烯與苯乙烯單體復合材料的制備方法及其裝置

在審

• 申請號: 201610396814.0
• 申請日: 2016-06-06
• 公開（公告）號: CN107459725A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 孫鐵漢;姚培智
• 申請（專利權）人: 臺灣苯乙烯工業股份有限公司
• 主分類號: C08L25/06
• 分類號: C08L25/06;C08K3/04;C08F112/08;C08F2/44;C08F2/56;C08F2/01;C08L9/06;C08L55/02;C08F236/10;C08F236/12
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司11139
• 代理人: 孫皓晨,馬鑫

技術領域

本發明涉及一種以新的連續生產方式的制備復合材料的方法，特別涉及一種利用石墨碎片與苯乙烯單體于超音波運作及后續制程中，使達到能具體實施量產的石墨烯與苯乙烯單體的復合材料懸浮液以及聚合后石墨烯與聚苯乙烯復合材料固態顆粒的制備方法及其裝置。

背景技術

苯乙烯單體(Styrene Monomer/SM)是一種液態的有機化合物，其是由苯(Benzene)和乙烯(Ethylene)兩種石化原料先經烷化反應形成乙苯(Ethylbenzene)，再經脫氫反應后而形成。苯乙烯單體(SM)為石化工業重要的中間原料，可用以生產聚苯乙烯塑料(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、乳膠(SBL)、苯乙烯/丁二烯橡膠(SBR)、不飽和聚酯(UPS)、AS樹脂、SBS橡膠等，這些復合材料被廣泛用于橡膠、塑料、絕緣材料、玻璃纖維、汽車、船體、食物容器和地毯等生產。由于苯乙烯單體為基材所形成的復合材料已被廣為開發且利用，但其材料特性大多屬固定，為了滿足科技日新月異所需的更大領域范圍的發展應用，利用苯乙烯單體所衍生的復合材料的持續研究、開發仍有其必要性。

再者，石墨是由多層石墨烯構成的結晶構造，而石墨烯(graphene)是一種單層的石墨結構，每個碳原子之間以sp²結晶結構與相鄰的三個碳原子形成鍵結，并延伸成蜂窩狀六角形的二維結構，是一種接近透明的納米材料，雖然其只有一個原子的厚度，但卻比鋼堅韌200倍，導電性也佳，甚至預估石墨烯的應用可翻轉由硅主導的半導體產業。目前石墨烯已被廣為應用于半導體、觸控面板或太陽能電池等領域中，且更預期廣泛應用于光電、綠能發電、環境生醫感測、復合性功能材料等諸多產業領域的發展。

石墨烯所衍生的復合材料開發亦是當今各產業的研發重點，若能結合苯乙烯單體進而衍生新的復合材料，必能擴大苯乙烯復合材料的應用范圍，突破更新科技領域的進展及加速實現。

因此，本發明人有鑒于習知石墨烯、苯乙烯單體若能有效的兩種材質特性結合成復合材料將能啟動更新的應用領域，即著手研發構思其解決方案，希望能開發出一種能具量產化、應用廣度佳及深具經濟效益的石墨烯與苯乙烯單體的復合材料以及制備石墨烯與聚苯乙烯復合材料顆粒的新的方法及其裝置，以促進該行業的發展，于是經反復構思而提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于提供一種石墨烯與苯乙烯單體的復合材料以及制備石墨烯與聚苯乙烯復合材料顆粒的新的方法及其裝置，而使石墨烯與苯乙烯單體的復合及石墨烯與聚苯乙烯復合材料具有可量產化實施性，并達到生產極佳的經濟效益的目的。

本發明的再一目的在于提供一種石墨烯與苯乙烯單體復合材料的制備方法及其裝置，其能使石墨碎片與苯乙烯單體的混合通過有效的方法制程，進而產生石墨烯與苯乙烯單體、聚苯乙烯的復合材料，積極達到擴大苯乙烯及其衍生石墨烯的復合材料應用范圍的目的。

本發明為了達成上述目的，其所采用的方法包括有：取復數石墨碎片與苯乙烯單體的液體相混合，形成一石墨碎片與苯乙烯單體的混合液；

對該石墨碎片與苯乙烯單體的混合液施予超音波照射，使該石墨碎片形成相分離的少層石墨烯，并讓該苯乙烯單體對該石墨碎片進行嵌入與插層，進而得一第一形態的石墨烯與苯乙烯單體的復合材料，該第一形態的石墨烯與苯乙烯單體的復合材料是呈乳化狀的混合液，在本發明中稱為第一形態的SMG(Styrene Monomer grapheme，簡稱SMG)。

前述方法，其是在一無亮度的環境下進行，且其溫度控制在低于該苯乙烯單體產生聚合反應的溫度。

前述方法，其繼續對該第一形態的石墨烯與苯乙烯單體的復合材料施予超音波振動，讓該苯乙烯單體對該少層石墨烯進行剝離與拆層，使該少層石墨烯充分形成單層石墨烯，繼而得到一第二形態的石墨烯與苯乙烯單體的復合材料，該第二形態的石墨烯與苯乙烯單體的復合材料是呈乳化狀的混合液，在本發明中稱為第二形態的SMG(Styrene Monomer grapheme，簡稱SMG)。

前述方法，更包括對該第一形態的石墨烯與苯乙烯單體的復合材料續施予超音波噴霧器的霧化，加熱使苯乙烯產生聚合反應形成聚苯乙烯，干燥的粉粒化處理，形成一聚苯乙烯包裹少層石墨烯的復合材料，該聚苯乙烯包裹少層石墨烯的復合材料呈粉粒狀，在本發明中稱為第一形態的PSG(Polystyrene grapheme，簡稱PSG)。