CN105835182A - 一种金属-edta络合物溶液及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种金属‑EDTA络合物溶液及其制备方法。该金属‑EDTA络合物溶液的原料包括溶质和溶剂水，以溶液总量为100％计，溶质包括5.1wt％‑7.0wt％的乙二胺四乙酸二钠，0wt％‑12.4wt％的pH缓冲溶液的干成分，和金属盐；乙二胺四乙酸二钠与金属盐的摩尔比为1:1。该金属‑EDTA络合物溶液均一透明、无沉淀，具备较好的贮存稳定性。本发明还提供了上述金属‑EDTA络合物溶液在增强木材导电性能上的应用及其应用制备得到的改性木材。该应用方法处理简便、成本低廉、效果优良、对环境无污染等优点，改性的木材保持了木材原有表观、力学等性能，且具备较好的导电性能。

Description

一种金属-EDTA络合物溶液及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于木材材料领域，具体涉及一种金属-EDTA络合物溶液及其制备方法和该金属-EDTA络合物溶液在增强木材导电性能上的应用。
背景技术
木材作为一种生物质材料，与金属、水泥、高分子合成材料等相比，其具有可自然再生、优异的自然特性及与人亲和性等优点，被长久广泛地应用于我们的生产和生活中。虽然木材具有这些优异的特殊性能，但同时由于其导热和导电性能差等方面的缺陷，使其在很多场合的应用受到了限制。例如，作为一种常见的装饰材料，由于其具有非导电性能，为了使其具有导电性能，不得不采用与其他材料复合使用的方法进行处理，这在一定程度上导致了资源的浪费。通过对木材进行改性处理以及与其他材料形成复合材料是目前增强木材导电性能的主要处理方法。
CN104947092A公开了一种耐腐蚀的高导电木质电磁屏蔽材料的制备方法，将硫酸镍、次亚磷酸钠、柠檬酸钠、乳酸、乙酸钠和硫脲形成混合溶液，调节pH值为8-10，再次加入表面活性剂和纳米氧化铝，得到镀液；将木材先后在3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液、氯化钯溶液、次亚磷酸钠溶液中处理洗净后，在镀液中进行化学镀，得到耐腐蚀的高导电木质电磁屏蔽材料。
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然而，传统增强木材导电性能的方法，在生产和使用中，存在污染环境、成本偏高、合成材料复杂，加工工艺繁琐等缺点。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种金属-EDTA络合物溶液及其制备方法，能够用于增强木材导电性能。
本发明的目的还在于提供上述金属-EDTA络合物溶液在增强木材导电性能上的应用及其应用制备得到的改性木材。
本发明的目的主要通过以下技术方案得以实现：
一种金属-EDTA络合物溶液，该金属-EDTA络合物溶液的原料包括溶质和溶剂水，以溶液总量为100％计，所述溶质包括5.1wt％-7.0wt％的乙二胺四乙酸二钠，0wt％-12.4wt％的pH缓冲溶液的干成分，和金属盐；其中：乙二胺四乙酸二钠与金属盐的摩尔比为1:1。
上述金属-EDTA络合物溶液中，所述pH缓冲溶液的干成分指pH缓冲溶液中的溶质，在上述金属-EDTA络合物溶液中，根据具体实验需求，可以添加pH缓冲溶液，也可以不添加pH缓冲溶液。
上述金属-EDTA络合物溶液中，优选地，所述金属盐可以包括硫酸铜、硝酸镁、硫酸亚铁等中的一种或多种的组合，更加优选地，所述金属盐包括五水硫酸铜、六水硝酸镁和七水硫酸亚铁中的一种或多种的组合。
上述金属-EDTA络合物溶液中，优选地，所述pH缓冲溶液为HAc-NaAc缓冲溶液或NH3-NH4Cl缓冲溶液，所述HAc-NaAc缓冲溶液的干成分即为冰乙酸和乙酸钠，所述NH3-NH4Cl缓冲溶液的干成分即为氨水和氯化铵。
上述金属-EDTA络合物溶液中，优选地，所述HAc-NaAc缓冲溶液的pH值为3.6-5.8。
上述金属-EDTA络合物溶液中，优选地，所述NH3-NH4Cl缓冲溶液的pH值为8.26-10.26。
上述金属-EDTA络合物溶液中，优选地，所述HAc-NaAc缓冲溶液的干成分或NH3-NH4Cl缓冲溶液的干成分中各组成物用量根据pH缓冲溶液pH值的要求进行配制。
本发明还提供了上述金属-EDTA络合物溶液的制备方法，包括以下步骤：
取乙二胺四乙酸二钠，加入部分的水，溶解得到乙二胺四乙酸二钠溶液；
向乙二胺四乙酸二钠溶液中加入pH缓冲溶液(根据具体实验可以选择添加pH缓冲溶液或者不添加pH缓冲溶液)，密封煮沸1-2min；然后加入与乙二胺四乙酸二钠的摩尔比为1:1的金属盐与剩余的水组成混合液，进行络合反应，静置冷却至常温，制备得到金属-EDTA络合物溶液。
上述制备方法中，优选地，该制备方法还包括制备pH缓冲溶液的步骤。
上述制备方法中，优选地，所述pH缓冲溶液为HAc-NaAc缓冲溶液或NH3-NH4Cl缓冲溶液；所述HAc-NaAc缓冲溶液的干成分即为冰乙酸和乙酸钠，所述NH3-NH4Cl缓冲溶液的干成分即为氨水和氯化铵；所述金属盐可以包括硫酸铜、硝酸镁、硫酸亚铁等中的一种或多种的组合；更加优选地，所述金属盐包括五水硫酸铜、六水硝酸镁和七水硫酸亚铁中的一种或多种的组合。
根据具体实施方案，上述的金属-EDTA络合物溶液的制备方法包括以下步骤：
制备pH缓冲溶液，其中，所述pH缓冲溶液为HAc-NaAc缓冲溶液或NH3-NH4Cl缓冲溶液(所述HAc-NaAc缓冲溶液的干成分即为冰乙酸和乙酸钠，所述NH3-NH4Cl缓冲溶液的干成分即为氨水和氯化铵)，所述HAc-NaAc缓冲溶液的干成分或所述NH3-NH4Cl缓冲溶液的干成分中各组成物用量根据pH缓冲溶液pH值的要求进行配制。优选地，所述HAc-NaAc缓冲溶液的pH值为3.6-5.8，更加优选为4.0-4.2，所述NH3-NH4Cl缓冲溶液的pH值为8.26-10.26，更加优选为10.0-10.2。
以重量为100％计，取5.1wt％-7.0wt％的乙二胺四乙酸二钠于圆底烧瓶中，加入50.6wt％-59.4wt％的水溶解搅拌均匀形成乙二胺四乙酸二钠溶液，加热至70℃左右；接着加入上述pH缓冲溶液(0wt％-12.4wt％的pH缓冲溶液的干成分)，密封煮沸1-2min；最后加入与乙二胺四乙酸二钠的摩尔比为1:1的金属盐与剩余水组成混合液进行络合反应，静置冷却至常温，制备得到金属-EDTA络合物溶液。
上述的金属-EDTA络合物溶液的制备方法中，pH缓冲溶液的制备按照常规方法进行；络合反应按照常规方法进行。
本发明还提供上述的金属-EDTA络合物溶液在增强木材导电性能上的应用。
本发明提供的金属-EDTA络合物溶液可以用于浸泡木材或通过点滴注入活树木来增强木材导电性能。
本发明提供的上述的金属-EDTA络合物溶液在增强木材导电性能上的应用，优选的，其包括以下步骤：
步骤一：在一株活树木靠近底端欲切割的边材位置处，取边材样品，确定其边材的厚度；接着切割边材，切割的深度为边材的厚度；
步骤二：取上述的金属-EDTA络合物溶液，通过点滴输液方式，沿步骤一切割的边材切口处，均匀插入至少3个针头，调节金属-EDTA络合物溶液以20-30滴/min的速度连续均匀滴加10-15d；
步骤三：截取木材，进行烘干处理48-72h。
本发明还提供了上述应用制备得到的改性木材。
上述制备金属-EDTA络合物溶液的方法中，通过调整溶液的pH值，使制备的溶液均一透明、无沉淀，具备较好的贮存稳定性，合成工艺简单，成本低。
上述金属-EDTA络合物溶液在增强木材导电性能上的应用中，利用树木自身蒸腾作用和植物水分生理机理，通过切割边材提前截断树木的水分及养料的供应渠道，利用生长茂盛的树叶继续散发水分，再通过点滴输送的方式，将溶液运输至整段木材。
上述应用中制备得到的改性木材，在保持了木材原有表观、力学等性能的基础上，提高了木材的导电性能。
本发明的有益技术效果：
(1)本发明提供的金属-EDTA络合物溶液均一透明、无沉淀，具备较好的贮存稳定性，合成工艺简单，成本低；
(2)本发明提供的金属-EDTA络合物溶液在增强木材导电性能上的应用中，具有处理简便、成本低廉、效果优良、对环境无污染等优点，通过输液点滴和树木自身蒸腾作用即可将溶液输送至整段木材，采用此方法制备改性的木材保持了木材原有表观、力学等性能，且具备较好的导电性能。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种金属-EDTA络合物溶液，该金属-EDTA络合物溶液的原料包括溶质和溶剂水，以溶液总量为100％计，所述溶质包括：6.5wt％的乙二胺四乙酸二钠，4.3wt％的HAc-NaAc缓冲溶液的干成分(将其配制成HAc-NaAc缓冲溶液，其中组分包括：7.5wt％的冰乙酸、6.3wt％的乙酸钠、余量的水)，4.4wt％的五水硫酸铜。
本实施例还提供了上述金属-EDTA络合物溶液的制备方法，包括以下步骤：
制备HAc-NaAc缓冲溶液，其中，以质量百分比计，所述HAc-NaAc缓冲溶液包括7.5wt％的冰乙酸、6.3wt％的乙酸钠、余量的水；所述HAc-NaAc缓冲溶液的pH值为4.0-4.2。
以重量为100％计，取6.5wt％的乙二胺四乙酸二钠于圆底烧瓶中，加入58.1wt％的水溶解搅拌均匀形成乙二胺四乙酸二钠溶液，加热至70℃左右；接着加入上述HAc-NaAc缓冲溶液(4.3wt％的HAc-NaAc缓冲溶液的干成分)，密封煮沸1-2min；最后加入4.4wt％的五水硫酸铜与剩余的水组成混合液进行络合反应，静置冷却至常温，得到金属-EDTA络合物溶液。
本实施例还提供了上述金属-EDTA络合物溶液在增强木材导电性能上的应用，包括以下步骤：
步骤一：在一株直径约10cm的普通杨树靠近底端欲切割的边材位置处，利用生长锥取三份边材样品，确定其边材的厚度；接着用手板锯切割边材，切割的深度为边材的厚度；
步骤二：取上述的金属-EDTA络合物溶液，通过点滴输液方式，沿步骤一切割的边材切口处，均匀插入4个针头，调节金属-EDTA络合物溶液以20-30滴/min的速度连续均匀滴加15d；
步骤三：截取木材，将木材制备成长10cm、宽2cm、高2cm的试件，将试件放入干燥箱内，80℃下干燥72h。
本实施例还提供了通过上述应用制备得到改性木材。
实施例2
本实施例提供了一种金属-EDTA络合物溶液，该金属-EDTA络合物溶液的原料包括溶质和溶剂水，以溶液总量为100％计，所述溶质包括：6.5wt％的乙二胺四乙酸二钠，11.8wt％的NH3-NH4Cl缓冲溶液的干成分(将其配制成NH3-NH4Cl缓冲溶液，其中组分包括：5.1wt％的氯化铵、33.2wt％的氨水、余量的水)，4.5wt％的六水硝酸镁。
本实施例还提供了上述金属-EDTA络合物溶液的制备方法，包括以下步骤：
制备NH3-NH4Cl缓冲溶液，其中，以质量百分比计，所述NH3-NH4Cl缓冲溶液包括5.1wt％的氯化铵、33.2％的氨水、余量的水；所述NH3-NH4Cl缓冲溶液的pH值为10.0-10.2。
以重量为100％计，取6.5wt％的乙二胺四乙酸二钠于圆底烧瓶中，加入58.3wt％的水溶解搅拌均匀形成乙二胺四乙酸二钠溶液，加热至70℃左右；接着加入上述NH3-NH4Cl缓冲溶液(11.8wt％的NH3-NH4Cl缓冲溶液的干成分)，密封煮沸1-2min；最后加入4.5wt％的六水硝酸镁与剩余的水组成混合溶液进行络合反应，静置冷却至常温，制备得到金属-EDTA络合物溶液。
本实施例还提供了上述金属-EDTA络合物溶液在增强木材导电性能上的应用，包括以下步骤：
步骤一：在一株直径约10cm的普通杨树靠近底端欲切割的边材位置处，利用生长锥取三份边材样品，确定其边材的厚度；接着用手板锯切割边材，切割的深度为边材的厚度；
步骤二：取上述的金属-EDTA络合物溶液，通过点滴输液方式，沿步骤一切割的边材切口处，均匀插入4个针头，调节金属-EDTA络合物溶液以20-30滴/min的速度连续均匀滴加15d；
步骤三：截取木材，将木材制备成长10cm、宽2cm、高2cm的试件，将试件放入干燥箱内，80℃下干燥72h。
本实施例还提供了通过上述应用制备得到改性木材。
实施例3
本实施例提供了一种金属-EDTA络合物溶液，该金属-EDTA络合物溶液的原料包括溶质和溶剂水，以溶液总量为100％计，所述溶质包括：6.6wt％的乙二胺四乙酸二钠，4.9wt％的七水硫酸亚铁。
本实施例还提供了上述金属-EDTA络合物溶液的制备方法，包括以下步骤：
以重量为100％计，取6.6wt％的乙二胺四乙酸二钠于圆底烧瓶中，加入59.0wt％的水溶解搅拌均匀形成乙二胺四乙酸二钠溶液；此时溶液的pH值为5.1-5.3，满足反应要求，缓冲溶液添加量为0wt％；密封煮沸1-2min；最后加入4.9wt％的七水硫酸亚铁与剩余的水组成混合溶液进行络合反应，静置冷却至常温，制备得到金属-EDTA络合物溶液。
本实施例还提供了上述金属-EDTA络合物溶液在增强木材导电性能上的应用，包括以下步骤：
步骤一：在一株直径约10cm的普通杨树靠近底端欲切割的边材位置处，利用生长锥取三份边材样品，确定其边材的厚度；接着用手板锯切割边材，切割的深度为边材的厚度；
步骤二：取上述的金属-EDTA络合物溶液，通过点滴输液方式，沿步骤一切割的边材切口处，均匀插入4个针头，调节金属-EDTA络合物溶液以20-30滴/min的速度连续均匀滴加15d；
步骤三：截取木材，将木材制备成长10cm、宽2cm、高2cm的试件，将试件放入干燥箱内，80℃下干燥72h。
本实施例还提供了通过上述应用制备得到改性木材。
实施例4
本实施例提供了上述实施例1-3中各自配制的金属-EDTA络合物溶液处理后的木材试件，对处理后的木材试件和未处理的相同尺寸木材试件进行的力学性能和导电性能的对比实验。实验结果如表1所示。表1为实施例1-3处理后的木材试件与未处理木材试件抗压强度和电导率测试结果的对比数据。
表1
材料类别 抗压强度(MPa) 电导率K(us/cm)
未经过处理的木材试件 0.67 0.125
实施例1的改性木材试件 0.48 2.167
实施例2的改性木材试件 0.65 1.778
实施例3的改性木材试件 0.74 2.045
由表1实验结果可以看出：实施例1-3制备的三种金属-EDTA络合物溶液，在保持木材原有力学性能的同时，不同程度的提高了木材的导电性能，同时，本发明提供的金属-EDTA络合物溶液在生产和使用中，以水作为溶剂，对环境无污染，并且成本较低、合成材料易得、加工工艺简单，具有较好的应用前景。
综上所述，本发明提供的金属-EDTA络合物溶液均一透明、无沉淀，具备较好的贮存稳定性，合成工艺简单，成本低；其在增强木材导电性能上的应用中，具有处理简便、成本低廉、效果优良、对环境无污染等优点，通过输液点滴和树木自身蒸腾作用即可将溶液输送至整段木材，采用此方法制备改性的木材保持了木材原有表观、力学等性能，且具备较好的导电性能。

Claims (10)

1.一种金属-EDTA络合物溶液，其特征在于：该金属-EDTA络合物溶液的原料包括溶质和溶剂水，以溶液总量为100％计，所述溶质包括5.1wt％-7.0wt％的乙二胺四乙酸二钠，0wt％-12.4wt％的pH缓冲溶液的干成分，和金属盐；其中：乙二胺四乙酸二钠与金属盐的摩尔比为1:1。
2.根据权利要求1所述的金属-EDTA络合物溶液，其特征在于：所述金属盐包括硫酸铜、硝酸镁、硫酸亚铁中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求2所述的金属-EDTA络合物溶液，其特征在于：所述金属盐包括五水硫酸铜、六水硝酸镁和七水硫酸亚铁中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的金属-EDTA络合物溶液，其特征在于：所述pH缓冲溶液为HAc-NaAc缓冲溶液或NH3-NH4Cl缓冲溶液；所述HAc-NaAc缓冲溶液的干成分即为冰乙酸和乙酸钠，所述NH3-NH4Cl缓冲溶液的干成分即为氨水和氯化铵。
5.根据权利要求4所述的金属-EDTA络合物溶液，其特征在于：所述HAc-NaAc缓冲溶液的pH值为3.6-5.8；所述NH3-NH4Cl缓冲溶液的pH值为8.26-10.26。
6.权利要求1-5任意一项所述的金属-EDTA络合物溶液的制备方法，其包括以下步骤：
取乙二胺四乙酸二钠，加入部分的水，溶解得到乙二胺四乙酸二钠溶液；
向乙二胺四乙酸二钠溶液中加入pH缓冲溶液，密封煮沸1-2min；然后加入与乙二胺四乙酸二钠的摩尔比为1:1的金属盐与剩余的水组成混合液，进行络合反应，静置冷却至常温，制备得到金属-EDTA络合物溶液。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：该制备方法还包括制备pH缓冲溶液的步骤。
8.权利要求1-5任意一项所述的金属-EDTA络合物溶液在增强木材导电性能上的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其包括以下步骤：
步骤一：在一株活树木靠近底端欲切割的边材位置处，取边材样品，确定其边材的厚度；接着切割边材，切割的深度为边材的厚度；
步骤二：取上述的金属-EDTA络合物溶液，通过点滴输液方式，沿步骤一切割的边材切口处，均匀插入至少3个针头，调节金属-EDTA络合物溶液以20-30滴/min的速度连续均匀滴加10-15d；
步骤三：截取木材，进行烘干处理48-72h。
10.根据权利要求8或9所述的应用制备得到的改性木材。
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