CN107141552A - 一种利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料，其是由如下以质量百分含量计的组分制备而成：30‑70％超高分子量聚乙烯、10‑20％线性低密度聚乙烯、5‑8％低密度聚乙烯、0.4‑1％季戊四醇硬脂酸酯、2‑6％乙烯丙烯酸、10‑25％咖啡渣和2.6‑10％木质粉，上述组分的质量百分含量之和为100％。本发明还提供一种利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料的制备方法。本发明的塑料材料充分利用咖啡渣坚硬、无毒、染色性强等特点，在现有粉末成型技术的基础上，结合国家对食品接触类塑料制品的相关要求，及国内未对咖啡渣进行高阶应用的空白，制出新颖独特的食品容器安全材料。

Description

一种利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种塑料材料，尤其涉及一种利用咖啡渣制作食品容 器的塑料材料及其制备方法。

背景技术

咖啡是全球交易量仅次于原油的大宗物资，2016年全球咖啡产 量约93千万吨，中国的咖啡消耗量占比较少，年均约4万吨，但每 年以15％的速度稳定递增，前景可观。我们常喝的现磨咖啡、速溶咖 啡等咖啡类饮品，是将咖啡豆磨成颗粒或粉末状后进行冲煮，萃取后 会余下原有质量70％的“咖啡渣”。按现有做法，这些咖啡渣将会被 当成厨余垃圾填埋或做焚烧处理。据前期不完全调查统计，2016年 仅广东省内各大小咖啡饮品厂的咖啡渣处理量约1.5万吨(不含星巴 克等咖啡零售商)，增加了垃圾处理压力和碳排放指标。

咖啡渣为果核类有机物材质，本身具有较强的硬度，若能结合其 特点进行二次利用，既降低了废物处理压力，又能提高咖啡的附加价 值，使咖啡渣“变废为宝”。目前国内有极少数企业在进行咖啡渣二 次利用的尝试，如云南的“啡尘工坊”将咖啡渣用于盆栽技术、上海 的昕耕农场将咖啡渣用于堆肥技术等。

目前，现有的咖啡渣综合利用均为低阶应用技术，并未有效利用 其坚硬的特性。市场现存的高分子材料因用途各不相同，在开发过程 中通常用几种不同材料的聚合改性来保证最终使用效果，现有的咖啡 渣利用技术存在以下缺陷：可用于食品容器的材质占比很小，且要兼 顾外观设计考虑，最终的产品往往依靠各种颜色的色母、色粉来调色， 导致各类试验超标，食品容器检验不合格。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种利用 咖啡渣制作食品容器的塑料材料，该塑料材料充分利用咖啡渣坚硬、 无毒、染色性强等特点，在现有粉末成型技术的基础上，结合国家对 食品接触类塑料制品的相关要求，及国内未对咖啡渣进行高阶应用的 空白，制出新颖独特的食品容器安全材料。

本发明的目的之二在于提供一种利用咖啡渣制作食品容器的塑 料材料的制备方法，该制备方法得到的塑料材料含水率较低，避免了 浮纤、水纹等现象，并且保证了成品较好的外观和物理性能。

实现本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料，其是由如下以质量百 分含量计的组分制备而成：

上述组分的质量百分含量之和为100％。

进一步地，塑料材料其是由如下以质量百分含量计的组分制备而 成：

进一步地，所述超高分子量聚乙烯的密度为0.920-0.964g/cm³。

进一步地，所述线性低密度聚乙烯的密度为0.918-0.935g/cm³。

进一步地，所述低密度聚乙烯的密度为0.915-0.940g/cm³。

进一步地，所述木质粉为木质纤维、木粉中的一种。

进一步地，所述咖啡渣的粒径为35-300目。

进一步地，所述木质粉的粒径为12-20目。

进一步地，所述超高分子量聚乙烯为日本三井化学公司生产的型 号是L5220的超高分子量聚乙烯，所述线性低密度聚乙烯为奥地利北 欧化工公司生产的型号是FB2230的线性低密度聚乙烯，所述低密度 聚乙烯为美国陶氏化学公司生产的型号是4203的低密度聚乙烯，所述 季戊四醇硬脂酸酯为瑞士龙沙集团生产的型号是GLYCOLUBE的季 戊四醇硬脂酸酯，所述乙烯丙烯酸为美国杜邦化工集团生产的型号是2002的乙烯丙烯酸。

本发明还提供一种利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料的制备 方法，包括：

一次烘干：将咖啡渣、木质粉置于烘干机中，在70-80℃下烘干 4-6h，使得咖啡渣、木质粉的含水率分别低于2％；

混合：按配比将超高分子量聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度 聚乙烯、季戊四醇硬脂酸酯、乙烯丙烯酸和烘干后的咖啡渣、木质粉 混合，混合5-10min，得到混合料；

共混：将混合料挤出造粒，造粒的温度为142-160℃，得到共混 料；

二次烘干：将共混料置于烘料机中，烘干的温度为70-90℃，时 间为5-6h，得到原料颗粒；

成型：将原料颗粒置于注塑机中制作成型。

本发明的有益效果在于：

1、本发明利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料，该塑料材料充 分利用咖啡渣坚硬、无毒、染色性强等特点，在现有粉末成型技术的 基础上，结合国家对食品接触类塑料制品的相关要求，及国内未对咖 啡渣进行高阶应用的空白，制出新颖独特的食品容器安全材料；

2、本发明利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料的制备方法，该 制备方法得到的塑料材料含水率较低，避免了浮纤、水纹等现象，并 且保证了成品较好的外观和物理性能。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的 是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之 间可以任意组合形成新的实施例。

一种利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料，其是由如下以质量百 分含量计的组分制备而成：

上述组分的质量百分含量之和为100％。

超高分子量聚乙烯具有高强度、无毒性等优异性能。

线性低密度聚乙烯具有优秀的抗拉强度、抗穿透性、伸长率增加、 耐热性及无毒性等特点，配合流动性改善原料低密度聚乙烯加工时， 其主链与超高分子量聚乙烯粘接、主链上的少数短支链可与低密度聚 乙烯粘接，构建网状大分子结构。

低密度聚乙烯物理性能不高，无毒性，市面上一般以塑料袋等薄 膜、薄壁形式的产品出现，但其流动性较高，配方中选用低密度聚乙 烯只作为流动性改善剂使用。

季戊四醇硬脂酸酯为无毒性的增亮剂、流动性改善剂，配合超高 分子量聚乙烯改善加工流动性，并在最终成品中起增加产品亮度及透 明度的作用。

咖啡渣为天然果核类有机物，内涵粗纤维、矿物质等物质，质地 坚硬无毒性，配方中起增加硬度、提高使用温度、降低材料成本的主 要作用，并能充分的二次利用其价值。

本配方中添加木质粉主要为增加材料整体韧性、调色的作用，但 占比太多会导致成品浮纤现象严重的缺陷，本配方中将其限定在10％ 以内。

超高分子量聚乙烯的密度为0.920-0.964g/cm³。

线性低密度聚乙烯的密度为0.918-0.935g/cm³。

低密度聚乙烯的密度为0.915-0.940g/cm³。

木质粉为木质纤维、木粉中的一种。

咖啡渣的粒径为35-300目。

木质粉的粒径为12-20目。

超高分子量聚乙烯为日本三井化学公司生产的型号是L5220的 超高分子量聚乙烯，线性低密度聚乙烯为奥地利北欧化工公司生产的 型号是FB2230的线性低密度聚乙烯，低密度聚乙烯为美国陶氏化学 公司生产的型号是4203的低密度聚乙烯，季戊四醇硬脂酸酯为瑞士 龙沙集团生产的型号是GLYCOLUBE的季戊四醇硬脂酸酯，乙烯丙 烯酸为美国杜邦化工集团生产的型号是2002的乙烯丙烯酸。

一种利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料的制备方法，包括：

一次烘干：将咖啡渣、木质粉置于烘干机中，在70-80℃下烘干4-6h，使得咖啡渣、木质粉的含水率分别低于2％；

混合：按配比将超高分子量聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度 聚乙烯、季戊四醇硬脂酸酯、乙烯丙烯酸和烘干后的咖啡渣、木质粉 混合，混合5-10min，得到混合料；

共混：将混合料挤出造粒，造粒的温度为142-160℃，得到共混 料；

二次烘干：将共混料置于烘料机中，烘干的温度为70-90℃，时 间为5-6h，得到原料颗粒；

成型：将原料颗粒置于注塑机中制作成型。

本发明的制备方法在一次烘干步骤中，将含水率较高的咖啡渣和 木质粉的含水率降至2％以下，在共混步骤后，又进行二次烘干，两 次烘干降低了塑料材料的含水率，避免了浮纤、水纹等现象，并且保 证了成品较好的外观和物理性能；而且加工条件低，与聚对苯二甲酸 乙二醇酯(PET)等食品接触材料相比，加工温度方面142-160℃有 较大优势(PET为200℃以上)，后期成型工艺方面，小工艺品、餐 具等制品使用普通注塑机或平板硫化机即可，可操作性强，且经试验 经验总结，材料加工过程如果超过200℃，咖啡渣及木质纤维会碳化， 影响最终制品性能。

实施例1-3

实施例1-3的组分和配比如下表所示：

表1 实施例1-3的组分和配比

其中，实施例1、实施例2的木质粉均为木质纤维，实施例3的 木质粉为木粉；每个组分以质量百分含量计。

实施例1-3的塑料材料的制备方法，均通过利用咖啡渣制作食品 容器的塑料材料的制备方法得到，该方法包括以下步骤：

一次烘干：将咖啡渣、木质粉置于烘干机中，在70-80℃下烘干 4-6h，使得咖啡渣、木质粉的含水率分别低于2％；

混合：按配比将超高分子量聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度 聚乙烯、季戊四醇硬脂酸酯、乙烯丙烯酸和烘干后的咖啡渣、木质粉 混合，混合5-10min，得到混合料；

共混：将混合料挤出造粒，造粒的温度为142-160℃，得到共混 料；

二次烘干：将共混料置于烘料机中，烘干的温度为70-90℃，时 间为5-6h，得到原料颗粒；

成型：将原料颗粒置于注塑机中制作成型。

实验例1

以实施例3为例，对实施例3的塑料材料进行性能检测及食品可 接触性，检测结果如表1-5所示。

表1 物理性能结果

表2 热性能结果

表3 机械性能结果

表4 其他性能结果

将样品按最新《GB 4806.1-2016食品安全国家标准食品接触材料 及制品通用安全要求》进行送样检测，各项指标均符合相关要求。送 检成品在感官检验时，可明显闻到淡淡咖啡香味，室温正常储存、使 用约2个月，依然能闻到咖啡香味，一定程度上提高了产品的使用积 极性。

表5 食品可接触性

实验例2

以市售的食品容器塑料材料为对比例，对比例1为聚对苯二甲酸 乙二醇酯即PET，对比例2为高密度聚乙烯即HDPE，对比例3为聚 氯乙烯即PVC，对比例4为低密度聚乙烯即LDPE，对比例5为聚丙 烯即PP，对比例6为聚苯乙烯即PS，对比例7为聚碳酸酯即PC， 将实施例1-3与对比例1-7进行性能对比，对比结果如表6所示。

表6 实施例1-3与对比例1-7性能对比结果

-表示无相应数据

如上表的结果，与对比例1-7相比，本发明的实施例1-3的食品 容器塑料材料在冲击强度、密度、磨损率、摩擦系数、食品可接触等 方面有优异表现，耐热性、断裂强度方面与对比例相当，而且对于食 品接触无显著缺陷，其中实施例2为最优实施例。另外，经济性方面， 与纯超高分子量聚乙烯基料比较，其市售价在50～100元/kg之间，本 发明的生产成本在30-60元/kg，比纯超高分子量聚乙烯基料有较大的 优越性。

实验例3

以实施例3的食品容器塑料材料为基材，制作成10个340mL的 马克杯样品，如国家标准对样品进行检验，检验平均结果如表7所示。

表7 马克杯样品检验结果

-表示同限量规格

如上表的结果可以看出，本发明的食品容器塑料材料制作的马克 杯检测的结果均符合GB4806.7-2016《食品安全国家标准食品接触 用塑料材料及制品》的要求。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发 明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实 质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料，其特征在于，其是由如下以质量百分含量计的组分制备而成：

上述组分的质量百分含量之和为100％。

2.如权利要求1所述的利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料，其特征在于，其是由如下以质量百分含量计的组分制备而成：

3.如权利要求1所述的利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯的密度为0.920-0.964g/cm³。

4.如权利要求1所述的利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料，其特征在于，所述线性低密度聚乙烯的密度为0.918-0.935g/cm³。

5.如权利要求1所述的利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料，其特征在于，所述低密度聚乙烯的密度为0.915-0.940g/cm³。

6.如权利要求1所述的利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料，其特征在于，所述木质粉为木质纤维、木粉中的一种。

7.如权利要求1所述的利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料，其特征在于，所述咖啡渣的粒径为35-300目。

8.如权利要求1所述的利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料，其特征在于，所述木质粉的粒径为12-20目。

9.如权利要求1所述的利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯为日本三井化学公司生产的型号是L5220的超高分子量聚乙烯，所述线性低密度聚乙烯为奥地利北欧化工公司生产的型号是FB2230的线性低密度聚乙烯，所述低密度聚乙烯为美国陶氏化学公司生产的型号是4203的低密度聚乙烯，所述季戊四醇硬脂酸酯为瑞士龙沙集团生产的型号是GLYCOLUBE的季戊四醇硬脂酸酯，所述乙烯丙烯酸为美国杜邦化工集团生产的型号是2002的乙烯丙烯酸。

10.一种如权利要求1所述的利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料的制备方法，其特征在于，包括：

一次烘干：将咖啡渣、木质粉置于烘干机中，在70-80℃下烘干4-6h，使得咖啡渣、木质粉的含水率分别低于2％；

混合：按配比将超高分子量聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、季戊四醇硬脂酸酯、乙烯丙烯酸和烘干后的咖啡渣、木质粉混合，混合5-10min，得到混合料；

共混：将混合料挤出造粒，造粒的温度为142-160℃，得到共混料；

二次烘干：将共混料置于烘料机中，烘干的温度为70-90℃，时间为5-6h，得到原料颗粒；

成型：将原料颗粒置于注塑机中制作成型。