CN107459725A - 一种石墨烯与苯乙烯单体复合材料的制备方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯与苯乙烯单体复合材料的制备方法及其装置，其制备方法包括：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强力超音波照射，使该苯乙烯单体对该石墨碎片进行嵌入与插层的操作，使该石墨碎片形成层与层间相分离而产生具有少层石墨烯、单层石墨烯的乳化悬浮液，进而得到第一形态的石墨烯与苯乙烯单体的乳化复合材料混合液原料；据此，能解决与提供一种新的石墨烯与苯乙烯单体复合材料的实施方式及量产方法，而使石墨烯与苯乙烯单体的复合材料作为石墨烯与苯乙烯聚合化初始原料及进一步聚合具有新的可量产化实施性，并达到极佳的生产经济效益性。

Description

一种石墨烯与苯乙烯单体复合材料的制备方法及其装置
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(StyreneMonomer 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)。
前述方法，更包括对该第二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单层石墨烯的复合材料，该聚苯乙烯包裹单层石墨烯的复合材料呈粉粒状，在本发明中称为第二形态的PSG(Polystyrene grapheme，简称PSG)。
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与高分子单体，续施予超音波喷雾器的雾化，加热使苯乙烯与高分子单体产生聚合反应形成聚合物，与干燥的粉粒化处理，形成一聚合物包裹少层石墨烯的复合材料，该聚合物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HPSG(Hybrid Polystyrene grapheme，简称HPSG)，其中该高分子单体包括丙烯腈或丁二烯中的一种或两种的组合。
前述方法，其中该高分子单体为丁二烯，其中形成一聚合物包裹少层石墨烯的复合材料的聚合物为丁苯橡胶(Styrene-Butadiene Rubber，简写：SBR)。
前述方法，其中该高分子单体为丙烯腈与丁二烯的组合，其中形成一聚合物包裹少层石墨烯的复合材料的聚合物为ABS树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，ABS是Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写)。
前述方法，更包括对该第二形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料与高分子单体，续施予超音波喷雾器的雾化，加热使苯乙烯与高分子单体产生聚合反应形成聚合物，与干燥的粉粒化处理，形成一聚合物包裹单层石墨烯的复合材料，该聚合物包裹单层石墨烯的复合材料呈粉粒状，在本发明中称为第二形态的HPSG(Hybrid Polystyrene grapheme，简称HPSG)，其中该高分子单体包括丙烯腈或丁二烯中的一种或两种的组合。
前述方法，其中该高分子单体为丁二烯，其中形成一聚合物包裹单层石墨烯的复合材料的聚合物为丁苯橡胶(Styrene-Butadiene Rubber，简写：SBR)。
前述方法，其中该高分子单体为丙烯腈与丁二烯，其中形成一聚合物包裹单层石墨烯的复合材料的聚合物为ABS树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，ABS是AcrylonitrileButadiene Styrene的首字母缩写)。
本发明的技术手段包括：一超音波振荡装置，其设有一超音波电功率与频率输出件，该超音波电功率与频率输出件的末端链接一超音波作动件；一冷却器，其包括有一冷却筒；一备置槽，设于该冷却筒内，且该超音波作动件伸入或作用于该备置槽，该备置槽设有至少一进料口及出料口，该进料口用以输入提供悬浮于水液中的石墨碎片与苯乙烯单体以及促进反应所需的启始剂、催化剂、悬浮剂与稳定剂，使于该备置槽内形成该石墨碎片与该苯乙烯单体的混合液；一储存槽，是以一输料管连接该出料口。
前述构成，其进一步包括有一马达与一供应槽，该马达是一以进料管连接该进料口，该供应槽与该进料管连通，该供应槽储存有悬浮于水液中的石墨碎片与苯乙烯单体以及促进反应所需的启始剂、催化剂、悬浮剂与稳定剂，以将其输入该进料口，该供应槽并设有一第一阀门，以切换是否将其输入该进料口。
前述构成，其中该储存槽进一步包括有一相连通的循环管，该循环管连接该进料管或该进料口，该进料管设有一第二阀门。
本发明的技术手段进一步包括：一储存槽，该储存槽内置有石墨烯与苯乙烯单体的乳化状复合材料悬浮液，该储存槽设有一产品管路，该产品管路上设有一马达；一聚合反应后冷却筒槽，该聚合反应后冷却筒槽顶端设有一相连通的超音波喷雾器，该产品管路是通过该超音波喷雾器连通进入该聚合反应后冷却筒槽，该聚合反应后冷却筒槽底部设有一排出口，该排出口连接一排出管；一空气加热器，是以一加热管路连接该超音波喷雾器；一分离器，连接该排出管，该分离器连接有一排热气管，该排热气管连接一马达，该分离器设有一袋滤器；前述构成，该石墨烯与苯乙烯单体的乳化状复合材料悬浮液经该超音波喷雾器雾化形成颗粒状后，于该聚合反应后冷却筒槽内被加热而使该原本为液态的苯乙烯单体产生聚合反应同时将石墨烯包裹其中、经干燥而粉粒化，形成第二形态的PSG。
前述构成，其中该聚合反应后冷却筒槽的该排出口处设有一过滤网，而该分离器的后继部位设有一收集槽。
本发明的技术手段进一步包括：一储存槽，该储存槽内置有石墨烯、苯乙烯单体与高分子单体的复合材料，该储存槽设有一产品管路，该产品管路上设有一马达；一聚合反应后冷却筒槽，其内设有已添加促进反应所需的启始剂、催化剂、悬浮剂与稳定剂于水中的液体，该聚合反应后冷却筒槽顶端设有一相连通的超音波喷雾器，该产品管路通过该超音波喷雾器连通进入该聚合反应后冷却筒槽，该聚合反应后冷却筒槽底部设有一排出口，该聚合反应后冷却筒槽的周围绕设有冷却管；一空气加热器，是以一加热管路连接该超音波喷雾器；
一过滤分离槽，该过滤分离槽以一过滤入管连接该聚合反应后冷却筒槽的该排出口，该过滤分离槽内设有一过滤网，该过滤分离槽的底部设有一排液口；前述构成，该石墨烯与苯乙烯单体加上高分子单体的乳化状复合材料经该超音波喷雾器雾化后，于该超音波喷雾器、该聚合反应后冷却筒槽内被加热而使该苯乙烯单体、高分子单体产生聚合反应而颗粒化。
前述构成，其中该另行添加欲聚合与复合的高分子单体可为丙烯腈(Acrylonitrile)或丁二烯(Butadiene)或两种的组合。
附图说明
为使审查员对本发明的技术、方法特征及所达成的功效有更有进一步的了解与认识，以下以较佳的实施例并结合附图进行详细的说明：
图1A为本发明石墨碎片与苯乙烯的混合示意图；
图1B为本发明石墨碎片的嵌入示意图；
图1C为本发明石墨层的拆层示意图；
图2A-D为本发明的超音波操作示意图；
图3为本发明装置设备的示意图；
图4为本发明装置设备的局部示意图；
图5为本发明的颗粒化操作示意图一；
图6为本发明的颗粒化操作示意图二；
图7为本发明的制备方法流程示意图；
主要组件符号说明：
石墨碎片 10石墨层 11
石墨烯 12苯乙烯单体 20
复合材料(SMG)产品 21备制槽 30
复合材料(HSMG)产品 22超音波振荡装置 40
超音波电功率与频率输出件 401
超音波作动件 41冷却器 50
备置槽 51进料口 511
出料口 512冷却筒 52
超音波作动件 520冷却液出口 521
冷却液入口 522马达 53
进料管 531储存槽 54
输料管 541循环管 542
第二阀门 543马达 55
产品管路 551喷雾器 56
供应槽 57第一阀门 571
聚合反应超音波喷雾与粉粒化装置 60
聚合反应筒槽 61斗状槽 611
排出口 612过滤网 613
排出管 614空气加热器 62
加热管路 621马达 63
排热气管 631分离器 64
袋滤器 641收集槽 65
聚合反应粉粒化装置 70聚合反应后冷却筒槽 71
排出口 711过滤分离槽 72
过滤入管 721排液口 722
过滤网 723冷却管 73
冷却液进口 731
图7组件符号简单说明：
101S：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。
102S：对该石墨碎片与苯乙烯单体的混合液施予超音波振动，使该苯乙烯单体对该石墨碎片进行嵌入/插层的操作，使该石墨碎片形成相分离而具有复数石墨层、石墨烯，进而得一第一形态的石墨烯与苯乙烯单体的乳化状复合材料混合液；而此第一形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料(SMG)包括有复数石墨层与少层石墨烯，但该石墨层尚未完全拆层/Exfoliated而未充分单层石墨烯化。
103S：继对该第一形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料(SMG)施予超音波振动，使该苯乙烯单体对该石墨层进行剥离/拆层的操作，使该石墨层形成复数单层石墨烯，继而得到第二形态的石墨烯与苯乙烯单体的乳化状复合材料混合液；而此第二形态的单层石墨烯与苯乙烯单体的乳化状复合材料(SMG)是已将石墨层完全拆层/Exfoliated而充分单层石墨烯化。
104S：对悬浮于水液中的该第一形态或第二形态的石墨烯与苯乙烯单体的乳化状复合材料混合液施予超音波喷雾及加热干燥的颗粒化或粉粒化处理，使的聚合而分别形成第一形态或第二形态的石墨烯与聚苯乙烯的固态复合材料。
具体实施方式
本发明所公开的附图均为用以说明本发明的示意图，其仅以示意方式说明本发明的制备方法及设备，且所显示的构成绘制并未限定相同于实际实施时的形状、态样及尺寸比例，其实际实施时的形状、态样及尺寸比例乃为一种选择性的设计。
请参阅图1A至2D，为本发明石墨烯与苯乙烯单体的复合材料制备方法及其装置的基础实施说明；如图1A、2A所示，本发明是将复数石墨碎片10与苯乙烯单体20的液体相混合，并将该石墨碎片10与苯乙烯单体20的混合液置于一备制槽30中，由于该石墨碎片10的质量较轻，故呈浮于该苯乙烯单体20的液体上方，其中，该石墨碎片10可为：天然石墨(nature graphite)、人工合成石墨(synthetic graphite)、石墨化的碳黑(carbonblack)、石墨化的炉黑(furnace black)、介稳相碳微球(mesocarbon microbead/MCMB)或方向性石墨(highly oriented graphite sheet/HOGS)或以上的组合。如图2B所示，对该石墨碎片10与苯乙烯单体20的混合液施予超音波(Ultrasound)振动/照射，即以一超音波振荡装置40进行超音波振动/照射的操作，该超音波振荡装置40是以一超音波作动件41(或其他具超音波振动的构件)伸入该混合液中。而随着超音波振动/照射操作的进行，该石墨碎片10与苯乙烯单体20的混合液将形成乳化反应，而使该苯乙烯单体20逐渐嵌入石墨碎片10其石墨的层与层之间，而得复数石墨层11，即为嵌入/插层(Intercalated)的操作(参第1B、2C图)，此时并有少量单层石墨烯12产生，而获得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在本发明中称为第一形态的SMG(Styrene Monomer grapheme，简称SMG)，而此第一形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料(SMG)主要是苯乙烯单体20对石墨碎片10其石墨层间的嵌入(Intercalated)所形成，包括有石墨层11与石墨烯12的组合，但尚未完全拆层(Exfoliated)，后详述，亦即该石墨碎片10尚未完全单层石墨烯化，该第一形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料(SMG)是乳化状且呈液态，其已经可以作为特定用途的材料选择应用。
继续对该第一形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料(SMG)进行超音波振动/照射的操作，如图1C、2D所示，使其继续进行拆层与乳化反应，并使该苯乙烯单体20继对石墨碎片10所形成的石墨层11进行拆层/剥离(Exfoliated)的操作，此时该石墨碎片10的石墨层11经拆层/剥离(Exfoliated)处理后将充分单层石墨烯化，且该石墨烯12将均匀地分散于该苯乙烯单体20中，而获得第二形态的单层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在本发明中称为第二形态的SMG(Styrene Monomergrapheme，简称SMG)，而此第二形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料(SMG)主要是苯乙烯单体20对石墨碎片10其石墨层间的拆层(Exfoliated)所形成，而第二形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料(SMG)亦呈乳化状液态，其更可作为特定用途的材料选择应用，如用在更彰显石墨烯特性的产品上。
前述该复数石墨碎片10与苯乙烯单体20的混合液在进行超音波振动/照射操作时，其超音波振动/照射的强弱及时间是依需求而加以控制，例如，欲形成第一形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料(SMG)其超音波振动/照射的强度较弱，时间可较短；而欲形成第二形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料(SMG)其超音波振动/照射的强度较强，时间可较长。此外，该复数石墨碎片10与苯乙烯单体20的混合液或第一形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料(SMG)在进行超音波振动/照射操作时，是在一无亮度(亮度)的环境下进行(如密闭的容器/设备)，且其温度控制在该苯乙烯单体20的聚合反应温度之下，例如40℃以下，用以避免该苯乙烯单体的聚合反应。
请一并参阅图3、4，继说明本发明石墨烯与苯乙烯单体的复合材料的制备装置，其包括有一超音波振荡装置40、冷却器50、乳化备置槽51及储存槽54；该超音波振荡装置40是用以产生超音波振荡电功率与频率，其设有一超音波电功率与频率输出件401，该超音波电功率与频率输出件401的末端链接一超音波作动件520(transducer)，而该超音波作动件520伸入或作用于该备置槽51；该冷却器50是用以提供冷却超音波作动件520作用，其包括有一冷却筒52，该冷却筒52是用以冷却超音波作动件520的端体(tip)及容设该超音波乳化的备置槽51，或该冷却筒52可形成该备置槽51，即该超音波乳化备置槽51设于该冷却筒52内，且该冷却筒52设有一冷却液出口521及冷却液入口522，该冷却液出口521及冷却液入口522连接该冷却器50；再者，该备置槽51设有一进料口511及出料口512，该进料口511是用以输入提供悬浮于水液中的石墨碎片10与苯乙烯单体20以及促进反应所需的启始剂(initiator)、催化剂(catalyst)、悬浮剂(suspending agent)与稳定剂(stabilizingagent)，并于该备置槽51内形成该石墨碎片10与苯乙烯单体20的乳化状混合液；另，一马达53，该马达53以进料管531连接该进料口511，用以提供输入该备置槽51材料的辅助力；而该储存槽54以一输料管541连接该出料口512。另，一供应槽57，该供应槽57与该进料管531连通，该供应槽57储存有悬浮于水液中的石墨碎片10与苯乙烯单体20以及促进反应所需的启始剂(initiator)、催化剂(catalyst)、悬浮剂(suspending agent)与稳定剂(stabilizingagent)，以将其输入该进料口511，该供应槽57并设有一第一阀门571，以切换是否将其输入该进料口511。
前述该启始剂(initiator)，例如可为过氧化苯甲酰(benzoyl peroxide)，该催化剂(catalyst)，例如可为过氧化物(peroxides)，该悬浮剂(suspending agent)，例如可为甲基纤维素(methyl cellulose)、乙基纤维素(ethyl cellulose)，该稳定剂(stabilizingagent)，例如可为碳酸钙(calcium carbonate)，磷酸钙(calcium phosphates)。
如前述，该石墨碎片10与苯乙烯单体20的混合液于备置槽51内进行超音波操作，并使该石墨碎片10与苯乙烯单体20的混合液完成嵌入/乳化处理或接续的拆层/乳化处理，使形成第一形态或第二形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料(SMG)产品，该复合材料(SMG)产品再经该出料口512传输至该储存槽54加以收集储存。
又如图3所示，该储存槽54进一步包括有一相连通的循环管542，该循环管542连接该进料管531(进料口511)。当该储存槽54内的复合材料(SMG)产品欲更加拆层/乳化时，可通过该循环管542将该复合材料(SMG)产品再输入该备置槽51内进行超音波操作。此外，该进料管531适当位置可设有一第二阀门543，用以切换输入该备置槽51的材料来源。
继请参阅图5，用以说明本发明该第一形态或第二形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料(SMG)的聚合/粉粒化处理，如图所示，其包括有一储存槽54、聚合反应超音波喷雾与粉粒化装置60、喷雾用空气加热器62及分离器64；其中，该储存槽54内置有该液态乳化后的复合材料(SMG)产品21，即乳化后第一形态或第二形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料(SMG)产品，该储存槽54是以产品管路551连接该聚合反应筒槽61，该产品管路551的适当位置上设有一马达55，用以提供汲取输出的作用；该聚合反应超音波喷雾与粉粒化装置60包括有一聚合反应筒槽61，该聚合反应筒槽61顶端设有一相连通的超音波喷雾器(或离心式分水环)56，该产品管路551通过该超音波喷雾器56连通进入该聚合反应筒槽61，而该聚合反应筒槽61的下方呈一斗状槽611，但并非所限，该斗状槽611底部设有一排出口612，该排出口612处设有一过滤网613，该排出口612连接一排出管614以连通该分离器64；该空气加热器62以加热管路621连接该喷雾器56，用以提供将该复合材料(SMG)产品21喷雾造粒与烘干的热空气，即该复合材料(SMG)产品21经该喷雾器56雾化后，于该喷雾器56(聚合反应筒槽61内)被该热空气加热，进而使该苯乙烯产生聚合反应，即该复合材料(SMG)产品21内的苯乙烯经加热产生聚合反应而形成包裹石墨烯的聚苯乙烯复合材料颗粒，且同时该聚苯乙烯的复合材料于该聚合反应筒槽61内亦被该热空气烘干而颗粒化(粉粒化)。如此，该复合材料(SMG)产品21将完全于该聚合反应筒槽61完成苯乙烯的聚合与复合化反应、加热烘干而颗粒化(粉粒化)的处理。换言之，该复合材料(SMG)产品21经加热干燥的颗粒化(粉粒化)处理后，将使该第一形态SMG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(Polystyrenegrapheme，简称PSG)，或使该第二形态SMG形成一聚苯乙烯包裹单层石墨烯的复合材料，该聚苯乙烯包裹单层石墨烯的复合材料呈粉粒状，在本发明中称为第二形态的PSG(Polystyrene grapheme，简称PSG)，而该颗粒化(粉粒化)后的第一形态PSG、第二形态PSG皆可作为特定用途的材料选择应用。再者，该分离器64可如一旋风分离器，其上方连接有一排热气管631，该排热气管631连接一马达63使进行热空气的排除，该分离器64并设有一袋滤器641，使粉粒化后的PSG与空气分离，继落入收集于一收集槽65，即可进行工业应用。
请参阅图6，是本发明粉粒化设备的另一实施例，其与第5图所示实施例不同的地方在于：该储存槽54内设置有复合材料(复合材料SMG产品+高分子单体的混合液)，即复合材料(HSMG)产品22，简称HSMG，其英文为Hybrid Styrene Monomer grapheme，其中HSMG包括有第一形态HSMG(即第一形态SMG+高分子单体的混合液)与第二形态HSMG(即第二形态SMG+高分子单体的混合液)；该聚合粉粒化装置70包括有一聚合反应后冷却筒槽71，该聚合反应后冷却筒槽71内设有已添加了促进反应所需的启始剂(initiator)、催化剂(catalyst)、悬浮剂(suspending agent)与稳定剂(stabilizing agent)于水中的液体其底部设有一排出口711，该聚合反应后冷却筒槽71的周围绕设有冷却管73，该冷却管73设有一供冷却液(如水)进、出的冷却液进口731、冷却液出口732；该聚合反应后冷却筒槽71的后继部位(如下方)设有一过滤分离槽72，该过滤分离槽72以一过滤入管721连接该聚合反应后冷却筒槽71的排出口711，该过滤分离槽72内设有一过滤网723，该过滤分离槽72的底部设有一排液口722。如此，该复合材料(HSMG)产品22经该喷雾器56雾化后，于该喷雾器56(聚合反应后冷却筒槽71)内被该热空气的加热作用而产生聚合反应，使形成聚合物且颗粒化，并藉该冷却管73的冷却使该排出口711处的温度降至约15℃左右，而完成苯乙烯与高分子单体加温喷雾造粒聚合反应后、冷却而颗粒化的处理，换言之，该复合材料(HSMG)产品22经加热干燥的颗粒化处理后，将使该第一形态HSMG形成第一形态HPSG(Hybrid Polystyrenegrapheme，简称HPSG)，该第一形态HPSG为一聚合物包裹单层石墨烯的复合材料，或该第二形态HSMG形成第二形态HPSG(Hybrid Polystyrene grapheme，简称HPSG)，该第二形态HPSG为一聚合物包裹单层石墨烯的复合材料。此时，该颗粒化后的第一形态HPSG(或第二形态HPSG)与该聚合反应冷却筒槽71内的液体(如水)混合，经通过该排出口711、过滤入管721进入过滤分离槽72内，该颗粒化的第一形态HPSG(或第二形态HPSG)经该过滤网723的过滤而收集存于该过滤分离槽72内，而液体则由该排液口722排出，使颗粒化后的HPSG与液体分离，即完成复合材料(HSMG)产品22的聚合、冷却及颗粒化后的HPSG收集操作，而该颗粒化(粉粒化)后的第一形态HPSG、第二形态HPSG皆可作为特定用途的工业材料选择应用。
其中，前述的高分子单体为丙烯腈(Acrylonitrile)或丁二烯(Butadiene)或以上两种的组合。
在一实施例中，该高分子单体为丁二烯，并且形成一聚合物包裹少层石墨烯的复合材料的聚合物为丁苯橡胶(Styrene-Butadiene Rubber，简写：SBR)。
在一实施例中，该高分子单体为丁二烯，并且形成一聚合物包裹少层石墨烯的复合材料的聚合物为SBS橡胶(Styrene-Butadiene-Styrene，简写：SBS)。
在一实施例中，该高分子单体为丙烯腈与丁二烯的组合，并且形成一聚合物包裹少层石墨烯的复合材料的聚合物为ABS树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，ABS是Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写)。
在一实施例中，该高分子单体为丁二烯，并且形成一聚合物包裹单层石墨烯的复合材料的聚合物为丁苯橡胶(Styrene-Butadiene Rubber，简写：SBR)。
在一实施例中，该高分子单体为丁二烯，并且形成一聚合物包裹单层石墨烯的复合材料的聚合物为SBS橡胶(Styrene-Butadiene-Styrene，简写：SBS)。
在一实施例中，该高分子单体为丙烯腈与丁二烯的组合，并且形成一聚合物包裹单层石墨烯的复合材料的聚合物为ABS树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，ABS是Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写)。
如图7所示，基于前述实施例说明及其控制条件，本发明石墨烯与苯乙烯单体的复合材料制备方法及其延伸应用包括有：
(1)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101S。
(2)对该石墨碎片与苯乙烯单体的混合液施予超音波振动，使该苯乙烯单体对该石墨碎片进行嵌入/插层的操作，使该石墨碎片形成相分离而具有复数石墨层、石墨烯，进而得一第一形态的石墨烯与苯乙烯单体的乳化状复合材料混合液；而此第一形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料(SMG)包括有复数石墨层与少层石墨烯，但该石墨层尚未完全拆层/Exfoliated而未充分单层石墨烯化102S。
(3)继续对该第一形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料(SMG)施予超音波振动，使该苯乙烯单体对该石墨层进行剥离/拆层的操作，使该石墨层形成复数单层石墨烯，继而得到第二形态的石墨烯与苯乙烯单体的乳化状复合材料混合液；而此第二形态的单层石墨烯与苯乙烯单体的乳化状复合材料(SMG)是已将石墨层完全拆层/Exfoliated而充分单层石墨烯化103S。
(4)对悬浮于水液中的该第一形态或第二形态的石墨烯与苯乙烯单体的乳化状复合材料混合液施予超音波喷雾及加热干燥的颗粒化或粉粒化处理，使分别形成第一形态或第二形态的石墨烯与聚苯乙烯(PSG)的固态复合材料104S。
采用本发明石墨烯与苯乙烯单体复合材料的制备方法及其装置，使石墨烯与苯乙烯单体的复合具有新的制程与可量产化实施性，并达到极佳的生产经济效益性；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，进而产生石墨烯与与苯乙烯单体/聚苯乙烯以及石墨烯与苯乙烯单体+高分子单体/聚苯乙烯的复合材料，积极达到扩大苯乙烯或衍生石墨烯的复合材料应用范围的目的。
综上所述，本发明确实具有相当优异的创思，故此依法提出发明专利申请；上述说明的内容，仅为本发明的较佳实施例而已，凡依本发明的技术手段所延伸的变化，理应落入本发明的专利申请范围之内。

Claims (14)

1.一种石墨烯与苯乙烯单体复合材料的制备方法，其是在一无亮度的环境下进行，且其温度控制在低于苯乙烯单体产生聚合反应的温度，其包括：
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。
2.如权利要求1所述的石墨烯与苯乙烯单体复合材料的制备方法，其继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。
3.如权利要求2所述的石墨烯与苯乙烯单体复合材料的制备方法，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。
4.如权利要求3所述的石墨烯与苯乙烯单体复合材料的制备方法，更包括对该第二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单层石墨烯的复合材料，该聚苯乙烯包裹单层石墨烯的复合材料呈粉粒状，在本发明中称为第二形态的PSG。
5.如权利要求4所述的石墨烯与苯乙烯单体复合材料的制备方法，更包括对该第一形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料与高分子单体，续施予超音波喷雾器的雾化，加热使苯乙烯与高分子单体产生聚合反应形成聚合物，与干燥的粉粒化处理，形成一聚合物包裹少层石墨烯的复合材料，该聚合物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HPSG，其中该高分子单体包括丙烯腈或丁二烯中任一种或两种的组合。
6.如权利要求5所述的石墨烯与苯乙烯单体复合材料的制备方法，其中该高分子单体为丁二烯，其中形成一聚合物包裹少层石墨烯的复合材料的聚合物为丁苯橡胶。
7.如权利要求5所述的石墨烯与苯乙烯单体复合材料的制备方法，其中该高分子单体为丙烯腈与丁二烯的组合，其中形成一聚合物包裹少层石墨烯的复合材料的聚合物为ABS树脂。
8.如权利要求5所述的石墨烯与苯乙烯单体复合材料的制备方法，更包括对该第二形态的石墨烯与苯乙烯单体的复合材料与高分子单体，继续施予超音波喷雾器雾化，加热使苯乙烯与高分子单体产生聚合反应形成聚合物，与干燥的粉粒化处理，形成一聚合物包裹单层石墨烯的复合材料，该聚合物包裹单层石墨烯的复合材料呈粉粒状，在本发明中称为第二形态的HPSG，其中该高分子单体包括丙烯腈或丁二烯中任一种或两种的组合。
9.如权利要求8所述的石墨烯与苯乙烯单体复合材料的制备方法，其中该高分子单体为丁二烯，其中形成一聚合物包裹单层石墨烯的复合材料的聚合物为丁苯橡胶。
10.如权利要求8所述的石墨烯与苯乙烯单体复合材料的制备方法，其中该高分子单体为丙烯腈与丁二烯的组合，其中形成一聚合物包裹单层石墨烯的复合材料的聚合物为ABS树脂。
11.如权利要求7所述的石墨烯与苯乙烯单体复合材料的制备方法，更包括一种石墨烯与苯乙烯单体的复合材料制备装置，该制备装置包括：
一超音波振荡装置，其设有一超音波电功率与频率输出件，该超音波电功率与频率输出件的末端链接一超音波作动件；
一冷却器，其包括有一冷却筒；
一备置槽，设于该冷却筒内，且该超音波作动件伸入或作用于该备置槽，该备置槽设有至少一进料口及出料口，该进料口用以输入提供悬浮于水液中的石墨碎片与苯乙烯单体以及促进反应所需的启始剂、催化剂、悬浮剂与稳定剂，使于该备置槽内形成该石墨碎片与该苯乙烯单体的混合液；
一储存槽，以一输料管连接该出料口。
12.如权利要求11所述的石墨烯与苯乙烯单体复合材料的制备方法，其进一步包括有一马达与一供应槽，该马达以进料管连接该进料口，该供应槽与该进料管连通，该供应槽储存有悬浮于水液中的石墨碎片与苯乙烯单体以及促进反应所需的启始剂、催化剂、悬浮剂与稳定剂，以将其输入该进料口，该供应槽并设有一第一阀门，以切换是否将其输入该进料口，其中该储存槽进一步包括有一相连通的循环管，该循环管连接该进料管或该进料口，该进料管设有一第二阀门。
13.如权利要求12所述的石墨烯与苯乙烯单体复合材料的制备方法，更包括一种石墨烯与苯乙烯单体的复合材料的粉粒化制备装置，该粉粒化制备装置包括：
一储存槽，该储存槽内置有石墨烯与苯乙烯单体的乳化状复合材料悬浮液，该储存槽设有一产品管路，该产品管路上设有一马达；
一聚合反应后冷却筒槽，该聚合反应后冷却筒槽顶端设有一相连通的超音波喷雾器，该产品管路通过该超音波喷雾器连通进入该聚合反应后冷却筒槽，该聚合反应后冷却筒槽底部设有一排出口，该排出口连接一排出管；
一空气加热器，以一加热管路连接该超音波喷雾器；
一分离器，连接该排出管，该分离器连接有一排热气管，该排热气管连接一马达，该分离器设有一袋滤器；
前述构成，该石墨烯与苯乙烯单体的乳化状复合材料悬浮液经该超音波喷雾器雾化形成颗粒状后，于该聚合反应后冷却筒槽内被加热而使该原本为液态的苯乙烯单体产生聚合反应同时将石墨烯包裹其中、经干燥而粉粒化，形成第二形态的PSG，其中该聚合反应后冷却筒槽的该排出口处设有一过滤网，而该分离器的后继部位设有一收集槽。
14.如权利要求13所述的石墨烯与苯乙烯单体复合材料的制备方法，更包括一种石墨烯与苯乙烯单体的复合材料的粉粒化制备装置，其包括：
一储存槽，该储存槽内置有石墨烯、苯乙烯单体与高分子单体的复合材料，该储存槽设有一产品管路，该产品管路上设有一马达；
一聚合反应后冷却筒槽，其内设有已添加促进反应所需的启始剂、催化剂、悬浮剂与稳定剂于水中的液体，该聚合反应后冷却筒槽顶端设有一相连通的超音波喷雾器，该产品管路通过该超音波喷雾器连通进入该聚合反应后冷却筒槽，该聚合反应后冷却筒槽底部设有一排出口，该聚合反应后冷却筒槽的周围绕设有冷却管；
一空气加热器，是以一加热管路连接该超音波喷雾器；
一过滤分离槽，该过滤分离槽以一过滤入管连接该聚合反应后冷却筒槽的该排出口，该过滤分离槽内设有一过滤网，该过滤分离槽的底部设有一排液口；
前述构成，该石墨烯与苯乙烯单体加上高分子单体的乳化状复合材料经该超音波喷雾器雾化后，于该超音波喷雾器、该聚合反应后冷却筒槽内被加热而使该苯乙烯单体、高分子单体产生聚合反应而颗粒化，其中该高分子单体为丙烯腈(Acrylonitrile)或丁二烯(Butadiene)或两种的组合。
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