本發(fā)明屬于可生物降解環(huán)保材料領(lǐng)域，特別涉及一種聚乳酸咖啡渣復(fù)合改性材料。

背景技術(shù)：

咖啡是世界三大飲料之一，隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，飲用便捷又無(wú)渣的速溶咖啡飲料越來(lái)越受歡迎，在生產(chǎn)速溶咖啡過(guò)程中所排出的咖啡渣占咖啡干物的重量高達(dá)67％，咖啡渣的廢棄不僅造成資源浪費(fèi)，還對(duì)環(huán)境造成污染。

如何對(duì)咖啡渣的回收利用成了咖啡生產(chǎn)企業(yè)的一個(gè)研究難題，目前人們對(duì)咖啡渣主要用于植物栽培土壤，以增加土壤的生物營(yíng)養(yǎng)效果，同時(shí)利用了咖啡渣；但此方法對(duì)于咖啡渣的價(jià)值體現(xiàn)有限，可以通過(guò)直接應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程以提高其應(yīng)用范圍，進(jìn)一步獲得咖啡渣的利用價(jià)值。

目前，在環(huán)保材料領(lǐng)域?qū)倬廴樗岵牧系陌l(fā)展最為迅速，其應(yīng)用范圍已經(jīng)從最初的醫(yī)療領(lǐng)域擴(kuò)展到日常生活領(lǐng)域，特別是一次性刀叉勺、杯子、薄膜、辦公用品、園藝用品等；但由于聚乳酸的成本與普通石油基塑料相比沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，造成其大范圍的推廣受到限制；因此，人們開(kāi)始對(duì)如何降低聚乳酸的成本進(jìn)行了大量的研究，主要是通過(guò)生物質(zhì)原料復(fù)合到聚乳酸基體中形成聚乳酸復(fù)合材料的方式來(lái)降低聚乳酸的成本；現(xiàn)有技術(shù)，大多是生物基質(zhì)淀粉，也有使用稻殼纖維或甘蔗渣等生物基質(zhì)原料。專利申請(qǐng)?zhí)枮椋?01510320191.4的發(fā)明專利“一種稻殼纖維和聚乳酸合成樹(shù)脂顆粒及其生產(chǎn)方法”，公開(kāi)了一種稻殼纖維和聚乳酸合成樹(shù)脂顆粒，包含以下重量份數(shù)的原料：稻殼2-10份、纖維素1-5份、水1-3份、聚乳酸1-5份、淀粉2-10份；具體生產(chǎn)方法包括以下步驟，先將稻殼磨成稻殼粉，然后放入高混合機(jī)中加水和纖維素混合均勻；另外將聚乳酸和淀粉放入反應(yīng)釜內(nèi)，先加溫?cái)嚢杈鶆蛟俳禍乩鋮s，再稻殼纖維粉加入反應(yīng)釜繼續(xù)攪拌制成糊狀物料；最后再注入螺桿擠出機(jī)，由螺桿擠出拉絲制作成金黃色條狀物；其加工方法復(fù)雜、加工步驟多造成加工過(guò)程質(zhì)量不可控，其主要目的是解決稻殼的回收利用問(wèn)題。專利申請(qǐng)?zhí)枮椋?01510234616.X的發(fā)明專利“一種可完全生物降解的熱塑性淀粉復(fù)合材料制備方法”，公開(kāi)了一種可完全生物降解的熱塑性淀粉復(fù)合材料的制備方法，利用聚乳酸接枝親水性高分子接枝共聚物為增溶劑增容聚乳酸/淀粉復(fù)合材料，解決了聚乳酸和純淀粉相容性不好，復(fù)合材料力學(xué)性能下降的問(wèn)題；該發(fā)明所解決的問(wèn)題是提高聚乳酸和淀粉復(fù)合材料的力學(xué)性能問(wèn)題。專利申請(qǐng)?zhí)枮椋?01510129952.8的專利“一種全生物基可降解聚乳酸復(fù)合材料及其制備方法”，公開(kāi)了一種全生物基可降解聚乳酸基復(fù)合材料，由重量百分比為55～79％的聚乳酸；20～40％的淀粉和/或竹纖維；1～5％的環(huán)氧呋喃樹(shù)脂組成，該復(fù)合材料在保持了聚乳酸高強(qiáng)度高模量?jī)?yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，具有可再生性和完全生物降解性能；其竹纖維的復(fù)合量低，同時(shí)淀粉的復(fù)合量較高，由于淀粉的成本相對(duì)較高，其對(duì)聚乳酸的成本降低有限，且組合物中加入了1％以上的石油基環(huán)氧呋喃樹(shù)脂對(duì)聚乳酸的生物降解性造成了影響。專利申請(qǐng)?zhí)枮椋?01410632711.0的專利“一種新型聚乳酸新材料及加工工藝”，公開(kāi)了一種新型聚乳酸新材料，所述聚乳酸各組份有如下的重量百分比：生物淀粉為15％～45％，聚乳酸為40％～80％，樹(shù)脂為2％～10％，粘合劑為1％～5％，潤(rùn)滑劑為0.5％～1％，抗氧化劑為0.5％～1％；所述生物淀粉是玉米生物淀粉、木薯生物淀粉、土豆生物淀粉一種或多種混合物，所述聚乳酸是吹膜級(jí)聚乳酸的一種；該現(xiàn)有技術(shù)所解決的是吹膜級(jí)聚乳酸復(fù)合材料，應(yīng)用范圍有限；同時(shí)復(fù)合了較高含量的生物淀粉以及2％以上的樹(shù)脂，對(duì)聚乳酸的成本降低和生物降解性造成影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提高咖啡渣的使用價(jià)值，同時(shí)解決聚乳酸材料的高成本問(wèn)題，提供一種聚乳酸咖啡渣復(fù)合改性材料。本發(fā)明利用咖啡渣與聚乳酸材料的復(fù)合來(lái)對(duì)咖啡渣進(jìn)行高價(jià)值利用，并降低了聚乳酸材料的成本；所述聚乳酸咖啡渣復(fù)合改性改料具有較好的力學(xué)能，同時(shí)保持了聚乳酸材料的生物降解性能。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種聚乳酸咖啡渣復(fù)合改性材料，包括以下重量份的組分：

上述組合物經(jīng)過(guò)螺桿造粒機(jī)改性造粒后獲得所述復(fù)合改性材料。

所述的聚乳酸為浙江海正生物材料或美國(guó)Natureworks生產(chǎn)的聚乳酸純料，比如Revode190、Revode290、4032D等；因?yàn)榫廴樗岬墓鈱W(xué)純度對(duì)其結(jié)晶和耐熱性起到?jīng)Q定性的作用，光學(xué)純度越高的聚乳酸在結(jié)晶后的耐熱性將比光學(xué)純度低的要高，所以優(yōu)選地，所述聚乳酸的光學(xué)純度在98％以上，更優(yōu)選地所述聚乳酸的光學(xué)純度在99.5％以上。

所述的成核劑為滑石粉、硅灰石、硫酸鈣晶須或碳化硅無(wú)機(jī)材料中的一種或幾種；作為聚乳酸復(fù)合改性的成核劑，本發(fā)明優(yōu)選滑石粉，因其在聚乳酸改性中具有多種綜合性能，例如：改善成型收縮性率、成品表面硬度、表面抗劃痕性能、抗沖擊強(qiáng)度等，同時(shí)，滑石粉作為一種無(wú)機(jī)物添加劑，與聚乳酸的生物降解性不沖突；而且，滑石粉的低成本可一定程度上降低聚乳酸樹(shù)脂組合物的成本；然而，滑石粉的目數(shù)級(jí)別對(duì)聚乳酸的性能改變有一定的影響，目數(shù)較高或較低都對(duì)改性性能不利，因此，作為優(yōu)選地，滑石粉的目數(shù)為1250-5000目。

所述的咖啡渣在復(fù)合改性前需要進(jìn)行烘干處理；優(yōu)選地，所述咖啡渣的大小為40目-1250目；更優(yōu)選地，所述咖啡渣的大小為40-200目，獲得此目數(shù)范圍的咖啡渣成本相對(duì)較低，同時(shí)可以滿足于聚乳酸材料的復(fù)合改性，且其復(fù)合改性后的材料性能可以滿足工業(yè)應(yīng)用。

所述的偶聯(lián)劑為有機(jī)鉻絡(luò)合物偶聯(lián)劑、硅烷類偶聯(lián)劑、鈦酸酯類偶聯(lián)劑和鋁酸化合物偶聯(lián)劑中的一種或幾種。所述的硅烷類偶聯(lián)劑優(yōu)選為KH-560。

所述的增韌劑為熱塑性彈性體(TPE)、高分子量聚氨酯(PU)和生物基聚酯中的一種或幾種，為保持聚乳酸的生物降解性和環(huán)境負(fù)荷的影響考慮，本發(fā)明優(yōu)先選擇生物基類聚酯，具體地是具有柔性分子鏈的生物基聚酯，比如：聚己內(nèi)酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚丁二酸乙二醇酯；所述的生物基聚酯具有生物質(zhì)來(lái)源的特質(zhì)和生物降解的性能，與聚乳酸具有良好的相容性，同時(shí)可改善聚乳酸的柔韌性；更優(yōu)選地，作為增韌劑為聚己內(nèi)酯材料。

優(yōu)選地，上述聚乳酸咖啡渣復(fù)合改性材料采用雙螺桿造粒機(jī)進(jìn)行造粒，且造粒溫度為170-220℃。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

本發(fā)明所述的聚乳酸咖啡渣復(fù)合改性材料，利用了咖啡渣與聚乳酸材料的復(fù)合來(lái)對(duì)咖啡渣進(jìn)行高價(jià)值利用，并降低了聚乳酸材料的成本，且復(fù)合改性后的材料具有較好的力學(xué)能，同時(shí)未改變聚乳酸材料本身所具有的生物降解性能。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

以下具體實(shí)施例中，聚乳酸選用海正生物材料生產(chǎn)的Revode190，成核劑選用滑石粉，偶聯(lián)劑選用KH-560，增韌劑選用生物質(zhì)來(lái)源的聚己內(nèi)酯，咖啡渣由某速溶咖啡生產(chǎn)企業(yè)提供，其目數(shù)在40目和100目?jī)煞N；并采用雙螺桿擠出造粒機(jī)對(duì)按一下實(shí)施例所描述的混合組合物進(jìn)行造粒，造粒溫度為170-220℃，對(duì)所獲得的聚乳酸咖啡渣復(fù)合改性材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，具體見(jiàn)表1。具體實(shí)施例1-17如下所述。

實(shí)施例1

在雙螺桿改性造粒前對(duì)40目的咖啡渣進(jìn)行烘干處理；混合物各組分配比為：聚乳酸50份，1250目的成核劑2份，40目的咖啡渣50份，偶聯(lián)劑2份，增韌劑1份。

實(shí)施例2

在雙螺桿改性造粒前對(duì)40目的咖啡渣進(jìn)行烘干處理；混合物各組分配比為：聚乳酸60份，1250目的成核劑2份，40目的咖啡渣40份，偶聯(lián)劑2份，增韌劑1份。

實(shí)施例3

在雙螺桿改性造粒前對(duì)40目的咖啡渣進(jìn)行烘干處理；混合物各組分配比為：聚乳酸70份，1250目的成核劑2份，40目的咖啡渣30份，偶聯(lián)劑2份，增韌劑1份。

實(shí)施例4

在雙螺桿改性造粒前對(duì)40目的咖啡渣進(jìn)行烘干處理；混合物各組分配比為：聚乳酸80份，1250目的成核劑2份，40目的咖啡渣20份，偶聯(lián)劑2份，增韌劑1份。

實(shí)施例5

在雙螺桿改性造粒前對(duì)40目的咖啡渣進(jìn)行烘干處理；混合物各組分配比為：聚乳酸90份，1250目的成核劑2份，40目的咖啡渣10份，偶聯(lián)劑2份，增韌劑1份。

實(shí)施例6

在雙螺桿改性造粒前對(duì)40目的咖啡渣進(jìn)行烘干處理；混合物各組分配比為：聚乳酸80份，1250目的成核劑0.5份，40目的咖啡渣20份，偶聯(lián)劑2份，增韌劑1份。

實(shí)施例7

在雙螺桿改性造粒前對(duì)40目的咖啡渣進(jìn)行烘干處理；混合物各組分配比為：聚乳酸80份，1250目的成核劑2份，40目的咖啡渣20份，偶聯(lián)劑0.5份，增韌劑1份。

實(shí)施例8

在雙螺桿改性造粒前對(duì)40目的咖啡渣進(jìn)行烘干處理；混合物各組分配比為：聚乳酸80份，1250目的成核劑5份，40目的咖啡渣20份，偶聯(lián)劑2份，增韌劑1份。

實(shí)施例9

在雙螺桿改性造粒前對(duì)40目的咖啡渣進(jìn)行烘干處理；混合物各組分配比為：聚乳酸80份，1250目的成核劑2份，40目的咖啡渣20份，偶聯(lián)劑2份，增韌劑4份。

實(shí)施例10

在雙螺桿改性造粒前對(duì)100目的咖啡渣進(jìn)行烘干處理；混合物各組分配比為：聚乳酸80份，1250目的成核劑2份，100目的咖啡渣20份，偶聯(lián)劑2份，增韌劑4份。

實(shí)施例11

在雙螺桿改性造粒前使用粉碎機(jī)對(duì)40目的咖啡渣進(jìn)行粉碎獲得200目的咖啡渣，并對(duì)所述咖啡渣進(jìn)行烘干處理；聚乳酸80份，1250目的成核劑2份，200目的咖啡渣20份，偶聯(lián)劑2份，增韌劑4份。

實(shí)施例12

在雙螺桿改性造粒前使用超細(xì)粉碎機(jī)對(duì)100目的咖啡渣進(jìn)行粉碎獲得1250目的咖啡渣，并對(duì)所述咖啡渣進(jìn)行烘干處理；聚乳酸80份，1250目的成核劑2份，1250目的咖啡渣20份，偶聯(lián)劑2份，增韌劑4份。

實(shí)施例13

在雙螺桿改性造粒前使用超細(xì)粉碎機(jī)對(duì)100目的咖啡渣進(jìn)行粉碎獲得1250目的咖啡渣，并對(duì)所述咖啡渣進(jìn)行烘干處理；聚乳酸80份，1250目的成核劑2份，1250目的咖啡渣20份，偶聯(lián)劑2份，增韌劑2份。

實(shí)施例14

在雙螺桿改性造粒前對(duì)100目的咖啡渣進(jìn)行烘干處理；混合物各組分配比為：聚乳酸70份，1250目的成核劑2份，100目的咖啡渣30份，偶聯(lián)劑2份，增韌劑4份。

實(shí)施例15

在雙螺桿改性造粒前對(duì)100目的咖啡渣進(jìn)行烘干處理；混合物各組分配比為：聚乳酸70份，3000目的成核劑2份，100目的咖啡渣30份，偶聯(lián)劑2份，增韌劑4份。

實(shí)施例16

在雙螺桿改性造粒前對(duì)100目的咖啡渣進(jìn)行烘干處理；混合物各組分配比為：聚乳酸70份，5000目的成核劑2份，100目的咖啡渣30份，偶聯(lián)劑2份，增韌劑4份。

實(shí)施例17

在雙螺桿改性造粒前對(duì)40目的咖啡渣進(jìn)行烘干處理；混合物各組分配比為：聚乳酸95份，1250目的成核劑2份，40目的咖啡渣5份，偶聯(lián)劑2份，增韌劑1份。

對(duì)比例

對(duì)海正生物材料生產(chǎn)的Revode190聚乳酸純料(對(duì)比例)進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1對(duì)實(shí)施例1-17和對(duì)比例所獲得的材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試的結(jié)果

結(jié)合上述表1所示結(jié)果可以得出，咖啡渣與聚乳酸的復(fù)合比例越高，所獲得聚乳酸咖啡渣復(fù)合改性材料的力學(xué)性能越差，其為材料力學(xué)性能改變的主要因素，但在咖啡渣的復(fù)合重量份為30時(shí)所獲得復(fù)合改性材料的力學(xué)性能幾乎與Revode190的力學(xué)性能相當(dāng)，因此所述咖啡渣的重量份組成優(yōu)選在5-30份；另外，咖啡渣的目數(shù)大小對(duì)所獲得的聚乳酸咖啡渣復(fù)合改性材料的力學(xué)性能也有關(guān)聯(lián)，其目數(shù)越大對(duì)力學(xué)性能越有利。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。