CN115386164B - 一种咖啡废料加强再生塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及C08L23/12领域，具体为一种咖啡废料加强再生塑料及其制备方法，按重量份计，其制备原料至少包括：咖啡废料15‑40份、再生塑料60‑90份、马来酸酐0.5‑1份。本发明创造性的代替成本较高的传统增韧复合材料玻璃纤维，将咖啡生产加工过程中产生的大量废料进行充分利用，不局限于咖啡渣，还包括咖啡壳等其他的咖啡基废料，在马来酸酐存在的条件下，使咖啡废料与再生塑料进行有效复合，咖啡废料增强聚丙烯分子链，显著改善再生塑料的机械力学性能，产品的性能稳定、成本较低且相较于化学法增强技术而言环境友好，扩展其后续应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及C08L23/12领域，具体为一种咖啡废料加强再生塑料及其制备方法。
背景技术
植物纤维复合塑料成为塑料加工领域的一个重要研究方向，尤其是具有优异的综合性能、广泛应用于各种领域的聚烯烃塑料。塑料如今已成为人们生活中不可或缺的一部分，对废旧塑料进行回收并循环再利用，能有效降低生态环境污染与破坏，还能降低能源消耗，但是现有再生塑料产品的综合力学性能无法直接满足实际应用需求，需采用玻纤等原料复合进一步进行力学性能增强，但是一方面成本较高，另一方面可能会使得再生塑料产品的脆性增强，耐磨性能较差。
中国专利CN104212025A公开了一种茶叶聚烯烃复合材料及其制备方法，具体通过采用硅烷偶联剂对茶叶渣进行改性处理，以提高茶叶渣与聚烯烃之间的相容性，但是一方面工艺操作步骤复杂，且硅烷偶联剂处理后的茶叶渣稳定性不足，无法对聚烯烃进行有效增强。中国专利CN112063066A公开了一种含茶叶渣的聚苯乙烯塑料及其制备方法，目的在于实现茶叶渣与聚苯乙烯树脂的聚合，但是需要在相容剂、润滑剂、偶联剂以及纳米填料存在的条件下实现，生产成本较高，且工艺复杂，得到的聚苯乙烯塑料的力学性能不足，不利于大规模工业化生产。且目前未有针对咖啡废料与再生塑料复合实现再生塑料的力学性能增强的相关研究。
发明内容
本发明第一方面提供一种咖啡废料加强再生塑料，按重量份计，其制备原料至少包括：咖啡废料15-40份、再生塑料60-90份、马来酸酐0.5-1份。
作为一种优选的技术方案，所述咖啡废料为咖啡生产加工过程中产生的咖啡基废弃料，至少包括咖啡渣、咖啡壳；
作为一种优选的技术方案，所述再生塑料为消费前废料(pre consumer grs) 和/或消费后废料(post consumer grs)；
作为一种优选的技术方案，所述再生塑料为再生聚丙烯、再生聚乙烯、再生聚氯乙烯中的一种或几种的组合；
作为一种优选的技术方案，所述再生塑料为再生聚丙烯、再生聚乙烯的组合。
作为一种优选的技术方案，所述再生聚丙烯、再生聚乙烯的质量比为(2-5)： (1-3)。基于本发明体系，通过引入再生聚乙烯，尤其是控制再生聚丙烯、再生聚乙烯的质量比为(2-5)：(1-3)，对产品进行有效增韧。
作为一种优选的技术方案，所述马来酸酐为马来酸酐功能化乙烯共聚物、马来酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝马来酸酐中的至少一种；
优选的，所述马来酸酐功能化乙烯共聚物的型号为VA 1840、VA 1801、VA 1840中的一种；所述马来酸酐功能化乙烯共聚物来源于埃克森美孚。
优选的，所述马来酸酐功能化均聚聚丙烯的熔体流动速率(190℃/1.2Kg，ASTMD1238)为100-150g/10min；优选的，所述马来酸酐功能化均聚聚丙烯的熔体流动速率(190℃/1.2Kg，ASTMD1238)为110g/10min，型号为PO 1020来源于埃克森美孚。
优选的，所述高密度聚乙烯接枝马来酸酐的熔体流动速率(190℃/2.16Kg，ASTMD1238)为1-5g/10min；优选的，所述高密度聚乙烯接枝马来酸酐的熔体流动速率(190℃/2.16Kg，ASTMD1238)为3.4g/10min，型号为PO 1040来源于埃克森美孚。
作为一种优选的技术方案，所述马来酸酐为马来酸酐功能化乙烯共聚物、马来酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝马来酸酐的组合；优选的，所述马来酸酐为马来酸酐功能化乙烯共聚物、马来酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝马来酸酐的质量比为(1-2)：(4-6)：(0.2-1)。
废旧塑料若直接回收再生，在粉碎回炼过程中，产品的分子量分布均匀度降低，回炼后产品的耐磨、耐寒、耐湿热以及抗冲击性能降低，无法直接用于塑料制品的加工使用，本发明创造性的代替成本较高的传统增韧复合材料玻璃纤维，将咖啡生产加工过程中产生的大量废料进行充分利用，不局限于咖啡渣，还包括咖啡壳等其他的咖啡基废料，在马来酸酐存在的条件下，使咖啡废料与再生塑料进行有效复合，咖啡废料增强聚丙烯分子链，显著改善再生塑料的机械力学性能，产品的性能稳定、成本较低且相较于化学法增强技术而言环境友好，扩展其后续应用范围。
基于本发明体系，通过设计制备工艺并控制复合工艺条件，将咖啡废料进行充分研磨至80目-300目之间的粉末后，与再生塑料进行共混、造粒，虽然一定程度提高了咖啡废料与再生塑料的接触面积，咖啡废料在再生塑料中的分散均匀度提高，但是无法对再生塑料起到有效的机械力学性能增强作用，发明人在探究过程中发现，通过引入0.5-1重量份的马来酸酐，尤其是当马来酸酐为质量比为 (1-2)：(4-6)：(0.2-1)的所述马来酸酐为马来酸酐功能化乙烯共聚物、马来酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝马来酸酐时，咖啡废料复合后的再生塑料具有显著改善的机械力学性能，同时使的得到的咖啡废料加强再生塑料具有优异的抗氧和热稳定性、低湿度敏感性和高尺寸稳定性。发明人推测分析原因可能为，在该质量比下，马来酸酐功能化乙烯共聚物、马来酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝马来酸酐之间通过协同复配作用，咖啡废料与再生塑料之间的混合均匀性得到改善，使得咖啡废料通过上述马来酸酐与再生塑料之间实现化合键合，再生塑料分子链得到增强，实现咖啡废料和再生塑料之间的良好相容，聚合物相界面的形容性得到有效改善，显著提高产品的抗冲击性能和拉伸性能，此外，马来酸酐为马来酸酐功能化乙烯共聚物、马来酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝马来酸酐聚合物之间相互作用，有效提高产品的稳定性、耐候性和尺寸稳定性。
本发明另一方面提供了一种咖啡废料加强再生塑料的制备方法，至少包括以下步骤：
(1)将咖啡废料混合研磨成粉末；
(2)将再生塑料采用低温破碎法打碎成粉，用高速搅拌机混和均匀后加入双螺杆挤出机中进行一次挤出造粒得到再生塑料母粒；
(3)将咖啡废料粉末、再生塑料母粒、马来酸酐混合后加入双螺杆挤出机中进行二次挤出造粒即得。
优选的，所述粉末的粒径为80目-300目之间。
优选的，所述低温破碎具体通过氮气条件下低温研磨实现。
优选的，所述双螺杆挤出机二区、三区、四区的温度均为180-190℃，一区温度为170-180℃，从五区开始直至机头按每区5～10℃的梯度慢慢降低。
有益效果
1、本发明创造性的代替成本较高的传统增韧复合材料玻璃纤维，将咖啡生产加工过程中产生的大量废料进行充分利用，不局限于咖啡渣，还包括咖啡壳等其他的咖啡基废料，在马来酸酐存在的条件下，使咖啡废料与再生塑料进行有效复合，咖啡废料增强聚丙烯分子链，显著改善再生塑料的机械力学性能，产品的性能稳定、成本较低且相较于化学法增强技术而言环境友好，扩展其后续应用范围。
2、基于本发明体系，通过引入再生聚乙烯，尤其是控制再生聚丙烯、再生聚乙烯的质量比为(2-5)：(1-3)，对产品进行有效增韧。
3、基于本发明体系，通过设计制备工艺并控制复合工艺条件，将咖啡废料进行充分研磨至80目-300目之间的粉末后，与再生塑料进行共混、造粒，有效提高了咖啡废料与再生塑料的接触面积，咖啡废料在再生塑料中的分散均匀度提高。
4、发明人在探究过程中发现，通过引入0.5-1重量份的马来酸酐，尤其是当马来酸酐为质量比为(1-2)：(4-6)：(0.2-1)的所述马来酸酐为马来酸酐功能化乙烯共聚物、马来酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝马来酸酐时，咖啡废料复合后的再生塑料具有显著改善的机械力学性能，同时使的得到的咖啡废料加强再生塑料具有优异的抗氧和热稳定性、低湿度敏感性和高尺寸稳定性。
具体实施方式
实施例1
本发明的实施例第一方面提供一种咖啡废料加强再生塑料，按重量份计，其制备原料包括：咖啡废料25份、再生塑料75份、马来酸酐0.8份。
所述咖啡废料为咖啡生产加工过程中产生的咖啡基废弃料，包括咖啡渣、咖啡壳；
所述再生塑料为消费前废料；
所述再生塑料为再生聚丙烯、再生聚乙烯的组合。
所述再生聚丙烯、再生聚乙烯的质量比为4：2。
所述马来酸酐为马来酸酐功能化乙烯共聚物、马来酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝马来酸酐的组合；所述马来酸酐为马来酸酐功能化乙烯共聚物、马来酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝马来酸酐的质量比为1.5：5：0.5。
所述马来酸酐功能化乙烯共聚物的型号为VA 1840；所述马来酸酐功能化乙烯共聚物来源于埃克森美孚。
所述马来酸酐功能化均聚聚丙烯的熔体流动速率(190℃/1.2Kg， ASTMD1238)为110g/10min，型号为PO 1020来源于埃克森美孚。
所述高密度聚乙烯接枝马来酸酐的熔体流动速率(190℃/2.16Kg， ASTMD1238)为3.4g/10min，型号为PO 1040来源于埃克森美孚。
本发明的实施例1另一方面提供了一种咖啡废料加强再生塑料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将咖啡废料混合研磨成粉末；
(2)将再生塑料采用低温破碎法打碎成粉，用高速搅拌机混和均匀后加入双螺杆挤出机中进行一次挤出造粒得到再生塑料母粒；
(3)将咖啡废料粉末、再生塑料母粒、马来酸酐混合后加入双螺杆挤出机中进行二次挤出造粒即得。
所述粉末的粒径为200目。
所述低温破碎具体通过氮气条件下低温研磨实现。
所述双螺杆挤出机二区、三区、四区的温度均为185℃，一区温度为175℃，从五区开始直至机头按每区10℃的梯度慢慢降低。
实施例2
本发明的实施例2提供了一种咖啡废料加强再生塑料及其制备方法，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，按重量份计，其制备原料包括：咖啡废料 30份、再生塑料70份、马来酸酐0.8份。
实施例3
本发明的实施例3提供了一种咖啡废料加强再生塑料及其制备方法，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，按重量份计，其制备原料包括：咖啡废料 20份、再生塑料80份、马来酸酐0.5份。
实施例4
本发明的实施例4提供了一种咖啡废料加强再生塑料及其制备方法，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述马来酸酐为马来酸酐功能化乙烯共聚物、马来酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝马来酸酐的质量比为2：6： 1。
对比例1
本发明的对比例1提供了一种咖啡废料加强再生塑料及其制备方法，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，按重量份计，其制备原料包括：咖啡废料 60份、再生塑料40份、马来酸酐0.1份。
对比例2
本发明的对比例2提供了一种咖啡废料加强再生塑料及其制备方法，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，按重量份计，其制备原料包括：咖啡废料 10份、再生塑料90份、马来酸酐0.1份。
对比例3
本发明的对比例3提供了一种咖啡废料加强再生塑料及其制备方法，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，按重量份计，其制备原料包括：咖啡废料30份、再生塑料70份。
对比例4
本发明的对比例4提供了一种咖啡废料加强再生塑料及其制备方法，其具体实施方式同实施例1，不同之处在于，所述马来酸酐为马来酸酐功能化乙烯共聚物。
性能测试方法
(1)抗冲击性能：参照ASTM D256，测试本发明实施例和对比例得到的咖啡废料加强再生塑料的缺口冲击强度，结果参见表1。
(2)拉伸性能：参照ASTM D638，测试本发明实施例和对比例得到的咖啡废料加强再生塑料的拉伸强度，结果参见表1。
(3)耐老化性能：参照GB/T-16422及ASTM D256，测试本发明实施例和对比例得到的咖啡废料加强再生塑料进行耐老化试验后的缺口冲击强度损失率，其中缺口冲击强度损失率＝(耐老化试验前缺口冲击强度-耐老化试验后缺口冲击强度) /耐老化试验前缺口冲击强度×100％。
| 实施例 | 拉伸强度MPa | 冲击强度KJ/m2 | 缺口冲击强度损失率％ |
| 实施例1 | 40.5 | 15.7 | 3.5 |
| 实施例2 | 39.3 | 15.2 | 4.2 |
| 实施例3 | 38.5 | 14.8 | 5.0 |
| 实施例4 | 39.8 | 15.5 | 4.8 |
| 对比例1 | 34.2 | 13.5 | 10.4 |
| 对比例2 | 32.8 | 11.3 | 16.1 |
| 对比例3 | 29.5 | 10.3 | 23.9 |
| 对比例4 | 25.3 | 6.8 | 24.7 |
Claims (1)
1.一种咖啡废料加强再生塑料，其特征在于，按重量份计，其制备原料包括：咖啡废料25份、再生塑料75份、马来酸酐0.8份；
所述咖啡废料为咖啡生产加工过程中产生的咖啡基废弃料，包括咖啡渣、咖啡壳；
所述再生塑料为消费前废料；
所述再生塑料为再生聚丙烯、再生聚乙烯的组合；
所述再生聚丙烯、再生聚乙烯的质量比为4：2；
所述马来酸酐为马来酸酐功能化乙烯共聚物、马来酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝马来酸酐的组合；所述马来酸酐为马来酸酐功能化乙烯共聚物、马来酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝马来酸酐的质量比为1.5：5：0.5；
所述马来酸酐功能化均聚聚丙烯的熔体流动速率为110g/10min，190℃/1.2Kg；
所述高密度聚乙烯接枝马来酸酐的熔体流动速率为3.4g/10min，190℃/1.2Kg；
所述一种咖啡废料加强再生塑料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将咖啡废料混合研磨成粉末；
(2)将再生塑料采用低温破碎法打碎成粉，用高速搅拌机混和均匀后加入双螺杆挤出机中进行一次挤出造粒得到再生塑料母粒；
(3)将咖啡废料粉末、再生塑料母粒、马来酸酐混合后加入双螺杆挤出机中进行二次挤出造粒即得；
所述粉末的粒径为200目；
所述低温破碎具体通过氮气条件下低温研磨实现；
所述双螺杆挤出机二区、三区、四区的温度均为185℃，一区温度为175℃，从五区开始直至机头按每区10℃的梯度慢慢降低。
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Citations (6)
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|---|---|---|---|---|
| CN105542498A (zh) * | 2016-01-19 | 2016-05-04 | 普洱市思茅区康和木制品厂 | 一种改性木塑复合材料及其制备方法 |
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| CN110172258A (zh) * | 2019-05-30 | 2019-08-27 | 上海互见创意设计有限公司 | 一种含咖啡渣的聚烯烃复合材料及其制备方法 |
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| CN113388200A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-09-14 | 深圳市科思飞科技有限公司 | 可再循环使用的咖啡渣植物纤维聚丙烯粒子的制备工艺 |
| KR20220099263A (ko) * | 2021-01-06 | 2022-07-13 | 박지홍 | 커피 찌꺼기를 이용한 플라스틱 용기의 제조방법 및 이에 따라 제조된 플라스틱 용기 |
-
2022
- 2022-08-12 CN CN202210969105.2A patent/CN115386164B/zh active Active
Patent Citations (6)
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