CN110669299A - 一种多功能咖啡渣复合仿藤材料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多功能咖啡渣复合仿藤材料及其应用，该多功能咖啡渣复合仿藤材料采用咖啡渣粉体、咖啡炭粉体、聚氯乙烯、橡胶型氯化聚乙烯与丁苯橡胶为原料制备，有效利用了咖啡产业产生的大量废渣，同时利用咖啡渣的特性，有效改善了仿藤的气味和质感，并且利用了咖啡渣中含有的大量具有较强耐热和耐氧化能力的物质替代仿藤材料的抗氧化剂，在保证仿藤材料抗氧化性能的同时减少了抗氧化剂的加入量，节能环保。
Description
技术领域
本发明属于新型藤编材料技术领域，具体涉及一种咖啡渣复合仿藤材料。
背景技术
作为一种传统工艺品，使用藤本材料编制的各种工艺品、家具和生活用品健康环保且自然清新，具有古典高雅气息。传统藤编材料一般采用藤本植物茎秆的表皮和芯，虽纯天然且气味清新，但易腐蚀、霉变、虫蛀，在吸收一定量水份后会产生变形，现已逐步被仿藤材料取代。现有仿藤材料多为PE藤和PVC藤，较之天然藤条，具有防霉、防蛀、卫生，易于清洗等优点，然而其在使用时，常会带有经久不散的塑料气味，且质感一般较硬，没有天然藤条的韧劲。
由于咖啡的大量消耗，每天都会有大量咖啡渣产生，事实上，咖啡渣中含有大量抗氧化物质，和木质素、纤维素，且煅烧后的咖啡炭具有独特的空隙，具有各种优异的性质。咖啡的残渣往往被仍在花园中做了肥料或直接以燃烧、填埋等方式进行处理，易造成环境的污染与资源的浪费。
发明内容
本发明提供一种多功能新型仿藤材料，能够有效拓宽咖啡渣的利用率，同时能够提高产品的拉伸强度与压缩强度。其技术方案如下：
一种多功能咖啡渣复合仿藤材料，所述多功能咖啡渣复合仿藤材料采用以下重量配比的原料制备：咖啡渣粉体30～90份、咖啡炭粉体30～90份、聚氯乙烯40～80份、橡胶型氯化聚乙烯40～80份、丁苯橡胶0～60份、功能性添加剂8-32份、稳定剂1～6份；其中，所述聚氯乙烯、橡胶型氯化聚乙烯与丁苯橡胶的总重量份为120份。
进一步的，所述功能性添加剂包括以下重量份的组分：驱虫剂1～9份、阻燃剂6～25份、防紫外线剂1～8份。
进一步的，所述咖啡渣粉体通过以下方法制备：将咖啡渣烘干；将干燥的咖啡渣置于研磨机中进行研磨，得到粒径为1～5微米的咖啡渣粉体；
进一步的，所述咖啡炭粉体通过以下方法制备：取咖啡渣粉体在氮气气氛下，以50℃·min-1的速度加热到460℃，焙烧2h，得咖啡炭，将咖啡炭置于研磨机中进行研磨，得到粒径为纳米级的咖啡炭粉体。
进一步的，所述驱虫剂为避蚊胺、伊默宁、柠檬桉叶油、氯菊酯中的一种或多种；所述阻燃剂为硼酸锌、三氧化二锑、十溴二苯乙烷中的一种或多种；所述防紫外线剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2’-羟基-3’，5-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑、4-苯甲酰氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶中的任一种。
进一步的，所述稳定剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸铅中的任一种。
进一步的，所述多功能咖啡渣复合仿藤材料由以下重量配比的原料制备而成：咖啡渣粉体70份、咖啡炭粉体60份、聚氯乙烯60、橡胶型氯化聚乙烯30份、丁苯橡胶30份、驱虫剂5份、阻燃剂18份、防紫外线剂4份、稳定剂3份。
进一步的，所述仿藤材料为实心圆藤或实心扁藤或空心圆藤。
进一步的，所述多功能咖啡渣复合仿藤材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)咖啡渣粉体与咖啡炭粉体的混合：将咖啡炭粉体进行活化，得悬浊液；按原料配比将咖啡渣粉体加入咖啡炭悬浊液中，混合均匀，得咖啡渣与咖啡炭的混合悬浊液；
(2)抗紫外线剂与驱蚊剂的添加：取步骤(3)所得咖啡渣与咖啡炭粉体混合悬浊液，加入紫外线剂与驱蚊剂，超声波震荡反应1.5h后，烘干，得到咖啡渣与咖啡炭粉体混合物；
(3)原料配混：将聚氯乙烯、橡胶型氯化聚乙烯与丁苯橡胶加入橡胶混炼装备，在150℃下进行熔融；将步骤(1)所得咖啡渣粉体与咖啡炭粉体混合物加入橡胶流体中，加入稳定剂、阻燃剂、及占咖啡渣粉体、咖啡炭粉体总重量的4～12％的硅烷偶联剂，混合均匀，并在100℃下保持10min，得混合料；
(4)造粒：将混合料置于造粒设备中进行造粒，获得母粒，将母粒投入到挤出机，挤出机挤出预定形状的藤状材料。
进一步的，步骤(1)中所述咖啡炭粉体的活化过程，是将咖啡炭粉体浸泡在体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸混合溶液中，在20～45℃下进行微波加热并搅拌1～3.5h；再用蒸馏水反复洗涤至中性。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、本发明以咖啡渣作为填料，制备仿藤材料，既有效利用了咖啡产业产生的大量废渣，同时通过咖啡渣的特有风味以及咖啡渣含有的木质素纤维，有效改善了仿藤的气味和质感，此外咖啡渣中含有大量咖啡色素、黄酮类、酚类等具有较强耐热和耐氧化能力的物质。
2、本发明添加活化后的纳米级咖啡炭粉体与抗紫外线剂、驱虫剂，利用纳米级咖啡炭粉体自身空隙的吸附作用，进行结合，使得抗紫外线剂、驱虫剂和咖啡炭的结合更加紧密，并同时发挥功效，有利于驱虫剂的缓慢释放和材料抗紫外线功能的长期持续。
3、本发明将聚氯乙烯与橡胶型氯化聚乙烯、丁苯橡胶共混，聚氯乙烯、氯化聚乙烯都有较好的阻燃性能，将其与丁苯橡胶共混，再加入适量阻燃剂可以提高产品的阻燃性能，同时，还可以提高产品的拉伸强度与压缩强度。
4、本发明具有较好的耐热、耐氧化能力与伸缩强度，同时，咖啡渣的添加，使产品具有独特的色泽、质感与气味，可以应用在藤编吊床、藤编吊椅、藤编凉鞋、凉席等对藤编材料的弹性要求较高的产品上，同时其中功能性成分的添加，可以驱虫、阻燃，能够应用于户外产品。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明多功能咖啡渣复合仿藤材料的制备方法如下：
(1)咖啡渣的处理：将咖啡渣用蒸馏水清洗，过滤后烘干；将干燥的咖啡渣置于研磨机中进行研磨，得到粒径为1～5微米的咖啡渣粉体；
(2)咖啡炭的制备：取一定量的步骤(1)所得咖啡渣粉体在氮气气氛下，以50℃min-1的速度加热到460℃，焙烧2h，得咖啡炭，将咖啡炭置于研磨机中进行研磨，得到粒径为纳米级的粉体；
(3)咖啡渣与咖啡炭的混合：步骤(2)所得咖啡炭粉体浸泡在体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸混合溶液中，在30℃下进行微波加热并搅拌2h；再用蒸馏水反复洗涤至中性进行活化，得悬浊液；按重量配比将步骤(1)所得咖啡渣粉体加入咖啡炭悬浊液中，混合均匀，得咖啡渣与咖啡炭的混合悬浊液；
(4)抗紫外线剂与驱蚊剂的添加：取步骤(4)所得咖啡渣与咖啡炭粉体混合悬浊液，加入2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮与避蚊胺，超声波震荡反应1.5h后，烘干，得到咖啡渣与咖啡炭粉体混合物；
(5)原料配混：将聚氯乙烯、橡胶型氯化聚乙烯与丁苯橡胶加入橡胶混炼装备，在150℃下进行熔融；将步骤(4)所得咖啡渣与咖啡炭粉体混合物加入橡胶流体中，加入硬脂酸、硼酸锌、占咖啡渣与咖啡炭粉体总重量的8％的硅烷偶联剂，混合均匀，并在100℃下保持10min，得混合料；
(6)造粒：将混合料置于造粒设备中进行造粒，获得母粒，将母粒投入到挤出机，挤出机挤出预定形状的藤状材料。
实施例1-16
以下各实施例采用上述方法进行仿藤材料的制备。
其质量配比及仿藤材料性能测试如下：
表1
结果：由表1分析，实施例2～13可以看出，随着咖啡渣与咖啡炭的加入量的增加，产品的拉伸强度与断裂伸长率均随之减小；随着氯化聚乙烯与丁苯橡胶占比的增加，产品的拉伸强度与断裂伸长率均随之增加，阻燃性能也随之增加；其中，实施例14和实施例15中，产品的拉伸强度与断裂伸长率与丁苯橡胶含量的变化有明显的正相关关系；实施例16中，阻燃剂减少，产品的阻燃性能也随之减小。在保证产品阻燃性能、弹性与强度的同时，以最大程度得加入咖啡渣与咖啡炭，所以实施例1为最优选实施例。
取实施例1制备得到的仿藤材料进行驱虫效果测试，测试方法如下：在气温为25～30℃时，取0.5m2实施例1样品，以1.5m2的黑布衬底置放于几处湿度55％左右，周围种有花草关灌木的多蚊虫住宅区附近。驱蚊效果判断依据：分别在12、24、36、48、60、72、96、120、144、168小时内监控黑布及样品上方的情况，对出现在黑布及样品上方的蚊子、蚂蚁和蟑螂进行计数，统计数量及种类。测试效果如下表2所示。
表2
结果：由表2可以看出，样品在120小时时间段内的测试中，衬底黑布与样品上方出现的蚊子、蚂蚁和蟑螂总数不超过10只，驱虫效果较好，在144小时时间段开始出现较多蚊虫，说明本实施例在120小时内可以保证较好的驱蚊效果。
Claims (10)
1.一种多功能咖啡渣复合仿藤材料，其特征在于，所述多功能咖啡渣复合仿藤材料采用以下重量配比的原料制备：咖啡渣粉体30～90份、咖啡炭粉体30～90份、聚氯乙烯40～80份、橡胶型氯化聚乙烯40～80份、丁苯橡胶0～60份、功能性添加剂8-32份、稳定剂1～6份；其中，所述聚氯乙烯、橡胶型氯化聚乙烯与丁苯橡胶的总重量份为120份。
2.根据权利要求1所述的多功能咖啡渣复合仿藤材料，其特征在于，所述功能性添加剂包括以下重量份的组分：驱虫剂1～9份、阻燃剂6～25份、防紫外线剂1～8份。
3.根据权利要求2所述的多功能咖啡渣复合仿藤材料，其特征在于，所述咖啡渣粉体通过以下方法制备：将咖啡渣烘干；将干燥的咖啡渣置于研磨机中进行研磨，得到粒径为1～5微米的咖啡渣粉体。
4.根据权利要求3所述的多功能咖啡渣复合仿藤材料，其特征在于，所述咖啡炭粉体通过以下方法制备：取咖啡渣粉体在氮气气氛下，以50℃·min-1的速度加热到460℃，焙烧2h，得咖啡炭，将咖啡炭置于研磨机中进行研磨，得到粒径为纳米级的咖啡炭粉体。
5.根据权利要求4所述的多功能咖啡渣复合仿藤材料，其特征在于，所述驱虫剂为避蚊胺、伊默宁、柠檬桉叶油、氯菊酯中的一种或多种；所述阻燃剂为硼酸锌、三氧化二锑、十溴二苯乙烷中的一种或多种；所述防紫外线剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2’-羟基-3’，5-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑、4-苯甲酰氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶中的任一种。
6.根据权利要求5所述的多功能咖啡渣复合仿藤材料，其特征在于，所述稳定剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸铅中的任一种。
7.根据权利要求6所述的多功能咖啡渣复合仿藤材料，其特征在于，所述多功能咖啡渣复合仿藤材料由以下重量配比的原料制备而成：咖啡渣粉体70份、咖啡炭粉体60份、聚氯乙烯60、橡胶型氯化聚乙烯30份、丁苯橡胶30份、驱虫剂5份、阻燃剂18份、防紫外线剂4份、稳定剂3份。
8.根据权利要求7所述的多功能咖啡渣复合仿藤材料，其特征在于，所述仿藤材料为实心圆藤或实心扁藤或空心圆藤。
9.根据权利要求1～8任一所述多功能咖啡渣复合仿藤材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)咖啡渣粉体与咖啡炭粉体的混合：将咖啡炭粉体进行活化，得悬浊液；按原料配比将咖啡渣粉体加入咖啡炭悬浊液中，混合均匀，得咖啡渣与咖啡炭的混合悬浊液；
(2)抗紫外线剂与驱蚊剂的添加：取步骤(3)所得咖啡渣与咖啡炭粉体混合悬浊液，加入紫外线剂与驱蚊剂，超声波震荡反应1.5h后，烘干，得到咖啡渣与咖啡炭粉体混合物；
(3)原料配混：将聚氯乙烯、橡胶型氯化聚乙烯与丁苯橡胶加入橡胶混炼装备，在150℃下进行熔融；将步骤(1)所得咖啡渣粉体与咖啡炭粉体混合物加入橡胶流体中，加入稳定剂、阻燃剂、及占咖啡渣粉体、咖啡炭粉体总重量的4～12％的硅烷偶联剂，混合均匀，并在100℃下保持10min，得混合料；
(4)造粒：将混合料置于造粒设备中进行造粒，获得母粒，将母粒投入到挤出机，挤出机挤出预定形状的藤状材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述咖啡炭粉体的活化过程，是将咖啡炭粉体浸泡在体积比为3:1的浓硫酸和浓硝酸混合溶液中，在20～45℃下进行微波加热并搅拌1～3.5h；再用蒸馏水反复洗涤至中性。
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|---|---|---|---|---|
| CN112175289A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-01-05 | 邱玉祝 | 咖啡渣仿藤材料、仿藤编织带及其制备方法 |
| CN113817334A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-12-21 | 王长华 | 一种环保型复合材料及其制备方法 |
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| CN108841114A (zh) * | 2018-07-18 | 2018-11-20 | 合肥梵腾环保科技有限公司 | 一种新型环保木塑材料及其制备方法 |
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2019
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