电化学方法和产品技术

一个阳极在防腐蚀系统、脱水系统、和减少生物淤积的系统中的用途，该阳极包含一种导电聚合物组合物，该导电聚合物组合物包含一种聚合物、和一种与该聚合物混合的导电填料，该导电填料包含一种剥离型石墨。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一个阳极在防腐蚀系统、脱水系统、和减少生物淤积的系统中的用途，该阳极包含一种导电聚合物组合物，该导电聚合物组合物包含一种聚合物、和一种与该聚合物混合的导电填料，该导电填料包含一种剥离型石墨。【专利说明】电化学方法和产品专利
本专利技术涉及含有导电颗粒的组合物、包含此类组合物的物品、以及使用此类组合物和物品的方法。专利技术背景石墨是一种熟知的材料，其包括碳原子平面层。在每个层中，这些碳原子以一种蜂窝状晶格进行排列并且由约0.142nm的距离分开，并且在这些层之间的距离是约0.335nm。石墨可以进行处理以便增加相邻层之间的距离(一种被称为剥离的方法，可替代地被称为分离或膨胀)，并且任选地以便以其他方式对石墨进行改性，例如通过使在这些层的边缘处的碳原子氧化或另外官能化。剥离的最后阶段产生被称为石墨烯的单层材料，其是“一种由排列为蜂窝状结构的Sp2碳原子组成的原子厚度的二维薄片”。然而，术语“石墨烯”有时按一种方式来使用，该方式严格地说是不正确的，是指不包含任何完全分开的含碳薄片的剥离型石墨。可以参考例如材料科学杂志(Journalof Materials Science) 22 (1987) 4196-4198 (Chung)，自然-纳米技术(Nature Nanotechnology) 3 (2008) 563-568 (Hernandez 等人),US 7，550，529, US 6，811，917，大分子(Macromolecules) 2010, 43，6515-6530 (Kim 等人)和美国化学会.纳米(ACS Nano) 5 (3), 2268-2270(2011) (Li等人)。这些文献中的每一个出于所有的目的通过引用结合在此。金属腐蚀是一个重要的问题。腐蚀影响船、潜艇、近海和水下的结构和设施、油和气体管道、包括桥梁和高速公路的基础设施以及无数其他工业，并且每年耗费美国估计$2760亿。例如，腐蚀对美国海运行业的直接耗费估计为每年$27亿。许多用于减轻腐蚀的方法是已知的。在被称为外加电流阴极保护系统的一些系统中，将一种材料通过将其连接至电池或电源的正极侧而制成阳极，并且将有待保护的金属通过将其连接至电池或电源的负极侧而制成阴极。该阳极可以是一个延长的阳极或一个点电极。该阳极和电源必须这样，使得在基底上的所有点处的电流密度高到足以控制腐蚀，但不那么高而导致问题如对基底的损害，例如基底的脆化或基底上的保护涂层的脱粘。此外，如果该系统须具有适当的寿命，那么该阳极本身必须不能以迫使使其以频繁间隔更换的速率被腐蚀。在描述于US 4，502，929中的一种类型的外加电流系统中，该专利的全部披露出于所有的目的通过引用结合在此，阳极利用了一种组合物，该组合物包含一种有机聚合物和分散在该有机聚合物中的炭黑或石墨。该阳极可以例如是一个镀镍多股铜丝总线，其中导电聚合物在其上被挤出。然而，在优选使用的电流密度处，该导电聚合物变得脆性并且开裂，因此使内芯暴露，该内芯快速变得被腐蚀。这种缺点可以通过用一种牺牲材料如焦炭屑包围该导电聚合物阳极来减轻，在该牺牲材料上大多数电化学反应发生。然而，这种权宜之计涉及额外费用并且仅当阳极被放在土壤中，而不是当阳极被放在水中时可以使用。这种类型的阳极已经用于陆地应用中(管线、槽底等等)，但还未应用于海洋应用中，海洋应用通常要求可以与这种类型的阳极一起使用的更高的电流和电流密度(典型地每线性英尺16mA 至 10mA 和约 0.2mA/cm2)。专利技术概述我们已经发现，根据本专利技术，改进的结果可以通过使用一个阳极在其中化学反应发生在阳极的表面处的系统中获得，例如在防腐蚀系统、脱水系统例如用于稳定土壤、以及用于减少生物淤积的系统中，该阳极包含一种聚合物和与该聚合物混合的一种导电填料，该导电填料包含一种剥离型石墨。在本说明书中，术语“剥离型石墨”用于包括通过处理石墨以增加在石墨的一些或所有含碳层之间的间距而获得的任何产品。该术语还包括通过所谓的自底向上方法获得的等价产品，这些自底向上方法已经用于合成石墨烯，例如化学气相沉积、电弧放电、化学转化、一氧化碳还原、和剖开(unzipping)碳纳米管。因此,在本说明书中术语“剥离型石墨”用于包括通常被称为剥离型石墨(包括部分剥离型石墨)、膨胀石墨、表面增强石墨、石墨纳米片、少层石墨稀和单片石墨稀本身的广品，以及这些中的两种或更多种的混合物。例如，该术语包括一种由通过引用而结合的大分子杂志文献中描述的方法之一产生的剥离型石墨。在一个第一方面中，本专利技术提供一种方法，其中一种材料的电化学反应(通常地氧化)在一个电极(通常阳极)的表面上进行，该电极包含一种导电聚合物，该导电聚合物包含一种聚合物、和与该聚合物混合的剥离型石墨。该被氧化的材料优选是一种在环境中自然发生的材料，该自然环境是例如水(其被转化为氧离子和氢离子)或氯化钠(其被转化为氯离子和钠离子)。在一种优选的方法中，一个金属基底的腐蚀通过在作为一个阴极的基底与一个包含导电聚合物组合物的阳极之间建立一个电势差来进行抑制，该导电聚合物组合物包含一种聚合物和剥离型石墨。在另一个优选的方法中，将水通过建立在一个金属基底与一个电极之间的一个电势差从一种含水材料(例如从土壤)中去除，该含水材料位于该金属基底与该电极之间，该电极包含一种导电聚合物组合物，该导电聚合物组合物包含剥离型石墨。在一个第二方面，本专利技术提供一种金属物品，该金属物品在其上具有一个导电聚合物组合物的涂层，该导电聚合物组合物包含一种聚合物、和与该聚合物混合的剥离型石墨。此类物品在本专利技术的第一方面的方法中是有用的。在本专利技术的第二方面的一个实施例中，该金属制品是一个细长物品，该物品具有比其他尺寸中的任一个大得多(例如至少20倍)的一个尺寸，并且包括(I) 一个细长的金属导体，该金属导体具有至少lm、优选至少10m，例如1m-1OOm的长度，以及(2) 一个涂层，该涂层除了在间隔开的连接点处(例如在该导体的端部处)之外完全包围该导体，该涂层的至少一部分与该导体接触并且由一种导电聚合物组合物组成，该导电聚合物组合物包含一种聚合物、以及与该聚合物混合的剥离型石墨在本专利技术的第二方面的另一个实施例中，该金属物品包括(I) 一个金属薄片，(2) 一种绝缘材料，例如，一种绝缘聚合物组合物，该绝缘材料除了在间隔开的连接点处之外覆盖该金属薄片，以及(3) 一个薄片，该薄片由一种导电聚合物组合物组成，该导电聚合物组合物包含一种聚合物和一种与该聚合物混合的剥离型石墨，该薄片在这些间隔开的接触点处与该金属薄片接触，但另外与这些金属薄片由该绝缘材料分开。该金属物品可以例如是一个船的一部分，在使用时在吃水线以下。在本专利技术的第二方面的另一个实施例中，该金属物品适合于用作防腐蚀系统中的一个点阳极，例如作为与一个经受腐蚀的金属基底间隔开的多个点阳极之一。此类点阳极可以例如具有与彼此不相差大于3倍的因子。在一个第三方面中，本专利技术提供一种导电聚合物组合物，该导电聚合物组合物包含一种聚合物、和与该聚合物混合的剥离型石墨，该组合物具有在0.05-1000ohm.cm，例如0.1-lOOohm.cm或0.1-lOohm.cm的范围内的电阻率。在一个第四方面中，本专利技术提供一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抑制金属基底腐蚀的方法，该方法包括在作为一个阴极的基底与一个包含导电聚合物组合物的阳极之间建立一个电势差，该导电聚合物组合物包含一种聚合物和剥离型石墨。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷·F·斯图尔特，约翰·拉罗，
申请(专利权)人：巴伊材料公司，雷·F·斯图尔特，约翰·拉罗，
类型：发明
国别省市：美国;US