一种利用咖啡渣制备再生复合膜的方法技术

本发明专利技术属于废弃物木质纤维原料咖啡渣的高值化利用加工领域，公开了一种利用咖啡渣制备高强度、抗紫外包装膜的方法。本发明专利技术所述方法不需要对咖啡渣中的纤维素、半纤维素以及木质素进行提取，直接利用对木质纤维原料具有良好溶解能力的离子液体或N

【技术实现步骤摘要】
一种利用咖啡渣制备再生复合膜的方法


[0001]本专利技术属于废弃物木质纤维原料咖啡渣的高值化利用加工领域，特别涉及一种利用咖啡渣制备再生复合膜的方法。

技术介绍

[0002]咖啡是一种广受欢迎的饮料，是世界上交易量最大的商品之一。据国际咖啡组织统计，2020/2021咖啡年产量为1003.38万吨，相比2019/2020咖啡年产量的984.06万吨增加了1.9％。巴西、越南和哥伦比亚是全球最大的咖啡生产国。经过加工、烘焙和酿造等咖啡生产步骤而产生的咖啡渣占到了咖啡初始干质量的90％以上。据计算，在咖啡生产过程中每吨生咖啡豆会产生650公斤咖啡渣，每公斤可溶性咖啡会产生2公斤湿咖啡渣，其中咖啡店连锁店和可溶性咖啡生产商为咖啡渣的主要来源。
[0003]咖啡渣作为咖啡产业的副产物，每年的产量巨大且与年剧增。现阶段咖啡渣的主要是通过物理掩埋进行处理，但这也带来了一系列的问题。一方面，咖啡渣容易吸收空气中的水分并具有良好的保水性，而且咖啡渣含有丰富的多糖及矿物质等营养物质，使得咖啡渣暴露在空气中，容易滋生细菌和霉菌等。此外，咖啡渣中含有多酚及咖啡因等物质，对许多生物的生命周期具有毒害作用。另一方面，咖啡渣在分解过程会消耗大量氧气，并产生大量的二氧化碳,咖啡消耗量急剧增加而导致的咖啡渣不断向环境中排放会导致温室效应加剧。因此对咖啡渣进行合理且无害化的处理成为不可忽视的问题。
[0004]咖啡渣本身的组分复杂，将其作为一种填料与常见的树脂材料或者高分子聚合物进行复合，往往需要对咖啡渣进行改性或者添加改性剂来改善咖啡渣与这些物质的界面相容性问题。一方面，咖啡渣复合材料的需要更高的成本，另一方面这种界面相容性问题往往带来的是复合材料的物理性能下降以及表观上呈现深棕色，大大限制了咖啡渣复合材料的使用场景。不利于咖啡渣的大规模高值化利用。
[0005]经过技术人员对咖啡渣进行深层次的研究发现，咖啡渣的主要组成成分是由碳水化合物，木质素，蛋白质等组成，这与常见的木材，秸秆，蔗渣等木质纤维原料的组成成分相似，在各组分占比上略有差异。咖啡渣中碳水化合物主要包括半纤维素与纤维素，其中半纤维素占咖啡渣总质量的35％
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40％左右，纤维素占比10％
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15％左右，木质素占比15％
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20％左右，蛋白质占比10％
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20％左右，其他组分占比1％
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5％左右。由于咖啡渣组分中低聚合度的半纤维素含量很高，而高聚合度的纤维素含量较低，导致以咖啡渣为单独原料经过溶剂溶解再生后的包装膜的物理性能较差。
[0006]中国专利授权文本CN100487059C利用秸秆制备可降解材料的方法公开了经过预处理如蒸汽爆破，各种化学处理后的秸秆溶解在离子液体中，而后进行刮膜或纺丝，在凝固浴中再生，再经过化学处理，干燥后得到秸秆再生材料。
[0007]中国专利授权文本CN105985616B生物可分解咖啡渣复合材料及其产品公开了一种咖啡渣作为填料与多种树脂材料，界面改质剂，无机填充剂，润滑剂，熔体增强剂等混合制备咖啡渣复合材料。
[0008]同时现阶段工业上制备薄膜的基体材料多源于石油基材料，其难以降解，不符合国家对于环保可持续发展的总体要求。咖啡渣作为一种咖啡工业副产物，产量巨大且难以处理，但其作为木质纤维原料所具备进一步利用的潜力。因此，有必要研究一种以咖啡渣与纸浆纤维为原料制备高强度、高紫外屏蔽能力的复合膜的方法，以实现对废弃物咖啡渣的高值化利用。

技术实现思路

[0009]为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种利用咖啡渣制备再生复合膜的方法，能够实现对废弃物咖啡渣的高值化利用。
[0010]本专利技术另一目的在于提供上述方法制备的再生复合膜。
[0011]本专利技术的目的通过下述方案实现：
[0012]一种利用咖啡渣制备再生复合膜的制备方法，包括以下步骤：
[0013](1)以咖啡渣和纸浆纤维为原料，对咖啡渣和纸浆纤维分别进行预处理；
[0014](2)将步骤(1)预处理后咖啡渣与纸浆纤维按照一定质量比例进行预混合，得到混合原料，而后将混合原料加入到对木质纤维素原料具有溶解能力的溶剂，在加热搅拌的条件下将咖啡渣与纸浆纤维混合溶解后得到铸膜液；
[0015](3)将步骤(2)得到的铸膜液使用涂布机涂布在预热后的玻璃板上，得到含有咖啡渣与纸浆纤维的复合膜；将复合膜放置在以水为溶液的凝固浴中再生出来，而后使用水反复浸泡洗涤，将复合膜中的溶剂洗涤干净，得到再生复合膜；
[0016](4)将步骤(3)的再生复合膜在塑化剂水溶液中浸泡一段时间进行增塑处理；
[0017](5)将步骤(4)增塑后的再生复合膜干燥即可得到咖啡渣与纸浆纤维再生复合膜，即得到高强度、抗紫外包装膜。
[0018]步骤(1)中所述纸浆纤维的种类可为漂白化学浆或者溶解浆，优选为漂白针叶木硫酸盐浆、漂白阔叶木硫酸盐浆、漂白蔗渣浆或漂白竹浆中的任一种；所述纸浆纤维的聚合度(DP)范围为200
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2000；
[0019]步骤(1)中对咖啡渣的预处理包括化学与物理处理，具体为使用多元醇浸泡处理，接着经过机械粉碎处理，而后对咖啡渣使用大量的水清洗，将残余的多元醇洗涤干净，而后烘干至绝干状态，化学处理的目的是为了润涨咖啡渣紧密细胞壁结构，同时对咖啡渣中杂质进行去除，物理处理是进行机械破碎处理，进一步破碎咖啡渣细胞壁，增加咖啡渣在溶解过程中与溶剂的反应可及性以及增加咖啡渣在溶剂中的溶解度，进而提高咖啡渣的利用率；对纸浆纤维的预处理方式为使用高速破碎机进行破碎处理，而后烘干至绝干状态；
[0020]步骤(1)中的咖啡渣在使用多元醇处理过程中，咖啡渣与多元醇的比例为1g:5
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20ml之间，优选为1g：10ml，多元醇为丙三醇、乙二醇中的至少一种，处理温度在90℃
‑
160℃之间，优选为100℃；机械粉碎处理方式为胶体磨粉碎处理，处理时间为0.5
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5h；
[0021]步骤(2)中所述咖啡渣与纸浆纤维混合原料中两者的质量比可以为10％：90％、20％：80％、30％：70％、40％：60％、50％：50％、60％：40％、70％：30％、80％：20％或90％：10％，比例可选取其中一种；
[0022]步骤(2)中所述溶剂选用离子液体或者N
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甲基吗啉
‑
N
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氧化物(NMMO)水溶液，其中离子液体选用的是1
‑
烯丙基
‑3‑
甲基咪唑氯盐、1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑氯盐或1
‑
乙基
‑3‑
甲基
咪唑氯盐中的任一种，N
‑
甲基吗啉
‑
N
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氧化物(NMMO)水溶液中NMMO的比例为82
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用咖啡渣制备再生复合膜的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)以咖啡渣和纸浆纤维为原料，对咖啡渣和纸浆纤维分别进行预处理；(2)将步骤(1)预处理后咖啡渣与纸浆纤维按照一定质量比例进行预混合，得到混合原料，而后将混合原料加入到对木质纤维素原料具有溶解能力的溶剂，在加热搅拌的条件下将咖啡渣与纸浆纤维混合溶解后得到铸膜液；(3)将步骤(2)得到的铸膜液使用涂布机涂布在预热后的玻璃板上，得到含有咖啡渣与纸浆纤维的复合膜；将复合膜放置在以水为溶液的凝固浴中再生出来，而后使用水反复浸泡洗涤，将复合膜中的溶剂洗涤干净，得到再生复合膜；(4)将步骤(3)的再生复合膜在塑化剂水溶液中浸泡一段时间进行增塑处理；(5)将步骤(4)增塑后的再生复合膜干燥即可得到咖啡渣与纸浆纤维再生复合膜。2.根据权利要求1中所述的一种利用咖啡渣制备再生复合膜的方法，其特征在于：步骤(1)中所述纸浆纤维的种类可为漂白化学浆或者溶解浆，优选为漂白针叶木硫酸盐浆、漂白阔叶木硫酸盐浆、漂白蔗渣浆或漂白竹浆中的任一种；所述纸浆纤维的聚合度范围为200
‑
2000。3.根据权利要求1中所述的一种利用咖啡渣制备再生复合膜的方法，其特征在于：步骤(1)中对咖啡渣的预处理包括化学与物理处理，具体为使用多元醇，接着经过机械粉碎处理，而后对咖啡渣使用大量的水清洗，将残余的多元醇洗涤干净，而后烘干至绝干状态；对纸浆纤维的预处理方式为使用高速破碎机进行破碎处理，而后烘干至绝干状态；步骤(1)中的咖啡渣在使用多元醇处理过程中，咖啡渣与多元醇的比例为1g:5
‑
20ml之间，优选为1g：10ml，多元醇为丙三醇、乙二醇中的至少一种，处理温度在90℃
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160℃之间，优选为100℃；机械粉碎处理方式为胶体磨粉碎处理，处理时间为0.5
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5h。4.根据权利要求1中所述的一种利用咖啡渣制备再生复合膜的方法，其特征在于：步骤(2)中所述咖啡渣与纸浆纤维混合原料中两者的质量比例为10％：90％、20％：80％、30％：70％、40％：60％、50％：50％、60％：40％、70％：30％、80％：20％或90％：10％中任一种。5.根据权利要求1中所述的一种利用咖啡渣制备再生复合膜的方法，其特征在于：步骤(2)中所述溶剂选用离子液体或者N
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甲基吗啉
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N
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氧化物水溶液，其中离子液体选用的是1
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烯丙基
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甲基咪唑氯盐、1
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丁基
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甲基咪唑氯盐或1
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乙基
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【专利技术属性】
技术研发人员：田君飞，张少凯，石聪灿，陈伊玉，邹瑞凡，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：