本發(fā)明涉及一種塑料材料，尤其涉及一種利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料及其制備方法。
背景技術：
咖啡是全球交易量僅次于原油的大宗物資，2016年全球咖啡產(chǎn)量約93千萬噸，中國的咖啡消耗量占比較少，年均約4萬噸，但每年以15％的速度穩(wěn)定遞增，前景可觀。我們常喝的現(xiàn)磨咖啡、速溶咖啡等咖啡類飲品，是將咖啡豆磨成顆粒或粉末狀后進行沖煮，萃取后會余下原有質(zhì)量70％的“咖啡渣”。按現(xiàn)有做法，這些咖啡渣將會被當成廚余垃圾填埋或做焚燒處理。據(jù)前期不完全調(diào)查統(tǒng)計，2016年僅廣東省內(nèi)各大小咖啡飲品廠的咖啡渣處理量約1.5萬噸(不含星巴克等咖啡零售商)，增加了垃圾處理壓力和碳排放指標。
咖啡渣為果核類有機物材質(zhì)，本身具有較強的硬度，若能結合其特點進行二次利用，既降低了廢物處理壓力，又能提高咖啡的附加價值，使咖啡渣“變廢為寶”。目前國內(nèi)有極少數(shù)企業(yè)在進行咖啡渣二次利用的嘗試，如云南的“啡塵工坊”將咖啡渣用于盆栽技術、上海的昕耕農(nóng)場將咖啡渣用于堆肥技術等。
目前，現(xiàn)有的咖啡渣綜合利用均為低階應用技術，并未有效利用其堅硬的特性。市場現(xiàn)存的高分子材料因用途各不相同，在開發(fā)過程中通常用幾種不同材料的聚合改性來保證最終使用效果，現(xiàn)有的咖啡渣利用技術存在以下缺陷：可用于食品容器的材質(zhì)占比很小，且要兼顧外觀設計考慮，最終的產(chǎn)品往往依靠各種顏色的色母、色粉來調(diào)色，導致各類試驗超標，食品容器檢驗不合格。
技術實現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料，該塑料材料充分利用咖啡渣堅硬、無毒、染色性強等特點，在現(xiàn)有粉末成型技術的基礎上，結合國家對食品接觸類塑料制品的相關要求，及國內(nèi)未對咖啡渣進行高階應用的空白，制出新穎獨特的食品容器安全材料。
本發(fā)明的目的之二在于提供一種利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料的制備方法，該制備方法得到的塑料材料含水率較低，避免了浮纖、水紋等現(xiàn)象，并且保證了成品較好的外觀和物理性能。
實現(xiàn)本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術方案達到：
一種利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料，其是由如下以質(zhì)量百分含量計的組分制備而成：
上述組分的質(zhì)量百分含量之和為100％。
進一步地，塑料材料其是由如下以質(zhì)量百分含量計的組分制備而成：
進一步地，所述超高分子量聚乙烯的密度為0.920-0.964g/cm3。
進一步地，所述線性低密度聚乙烯的密度為0.918-0.935g/cm3。
進一步地，所述低密度聚乙烯的密度為0.915-0.940g/cm3。
進一步地，所述木質(zhì)粉為木質(zhì)纖維、木粉中的一種。
進一步地，所述咖啡渣的粒徑為35-300目。
進一步地，所述木質(zhì)粉的粒徑為12-20目。
進一步地，所述超高分子量聚乙烯為日本三井化學公司生產(chǎn)的型號是l5220的超高分子量聚乙烯，所述線性低密度聚乙烯為奧地利北歐化工公司生產(chǎn)的型號是fb2230的線性低密度聚乙烯，所述低密度聚乙烯為美國陶氏化學公司生產(chǎn)的型號是4203的低密度聚乙烯，所述季戊四醇硬脂酸酯為瑞士龍沙集團生產(chǎn)的型號是glycolube的季戊四醇硬脂酸酯，所述乙烯丙烯酸為美國杜邦化工集團生產(chǎn)的型號是2002的乙烯丙烯酸。
本發(fā)明還提供一種利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料的制備方法，包括：
一次烘干：將咖啡渣、木質(zhì)粉置于烘干機中，在70-80℃下烘干4-6h，使得咖啡渣、木質(zhì)粉的含水率分別低于2％；
混合：按配比將超高分子量聚乙烯、線性低密度聚乙烯、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、木質(zhì)粉混合，混合5-10min，得到混合料；
共混：將混合料擠出造粒，造粒的溫度為142-160℃，得到共混料；
二次烘干：將共混料置于烘料機中，烘干的溫度為70-90℃，時間為5-6h，得到原料顆粒；
成型：將原料顆粒置于注塑機中制作成型。
本發(fā)明的有益效果在于：
1、本發(fā)明利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料，該塑料材料充分利用咖啡渣堅硬、無毒、染色性強等特點，在現(xiàn)有粉末成型技術的基礎上，結合國家對食品接觸類塑料制品的相關要求，及國內(nèi)未對咖啡渣進行高階應用的空白，制出新穎獨特的食品容器安全材料；
2、本發(fā)明利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料的制備方法，該制備方法得到的塑料材料含水率較低，避免了浮纖、水紋等現(xiàn)象，并且保證了成品較好的外觀和物理性能。
具體實施方式
下面，結合具體實施方式，對本發(fā)明做進一步描述，需要說明的是，在不相沖突的前提下，以下描述的各實施例之間或各技術特征之間可以任意組合形成新的實施例。
一種利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料，其是由如下以質(zhì)量百分含量計的組分制備而成：
上述組分的質(zhì)量百分含量之和為100％。
超高分子量聚乙烯具有高強度、無毒性等優(yōu)異性能。
線性低密度聚乙烯具有優(yōu)秀的抗拉強度、抗穿透性、伸長率增加、耐熱性及無毒性等特點，配合流動性改善原料低密度聚乙烯加工時，其主鏈與超高分子量聚乙烯粘接、主鏈上的少數(shù)短支鏈可與低密度聚乙烯粘接，構建網(wǎng)狀大分子結構。
低密度聚乙烯物理性能不高，無毒性，市面上一般以塑料袋等薄膜、薄壁形式的產(chǎn)品出現(xiàn)，但其流動性較高，配方中選用低密度聚乙烯只作為流動性改善劑使用。
季戊四醇硬脂酸酯為無毒性的增亮劑、流動性改善劑，配合超高分子量聚乙烯改善加工流動性，并在最終成品中起增加產(chǎn)品亮度及透明度的作用。
咖啡渣為天然果核類有機物，內(nèi)涵粗纖維、礦物質(zhì)等物質(zhì)，質(zhì)地堅硬無毒性，配方中起增加硬度、提高使用溫度、降低材料成本的主要作用，并能充分的二次利用其價值。
本配方中添加木質(zhì)粉主要為增加材料整體韌性、調(diào)色的作用，但占比太多會導致成品浮纖現(xiàn)象嚴重的缺陷，本配方中將其限定在10％以內(nèi)。
超高分子量聚乙烯的密度為0.920-0.964g/cm3。
線性低密度聚乙烯的密度為0.918-0.935g/cm3。
低密度聚乙烯的密度為0.915-0.940g/cm3。
木質(zhì)粉為木質(zhì)纖維、木粉中的一種。
咖啡渣的粒徑為35-300目。
木質(zhì)粉的粒徑為12-20目。
超高分子量聚乙烯為日本三井化學公司生產(chǎn)的型號是l5220的超高分子量聚乙烯，線性低密度聚乙烯為奧地利北歐化工公司生產(chǎn)的型號是fb2230的線性低密度聚乙烯，低密度聚乙烯為美國陶氏化學公司生產(chǎn)的型號是4203的低密度聚乙烯，季戊四醇硬脂酸酯為瑞士龍沙集團生產(chǎn)的型號是glycolube的季戊四醇硬脂酸酯，乙烯丙烯酸為美國杜邦化工集團生產(chǎn)的型號是2002的乙烯丙烯酸。
一種利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料的制備方法，包括：
一次烘干：將咖啡渣、木質(zhì)粉置于烘干機中，在70-80℃下烘干4-6h，使得咖啡渣、木質(zhì)粉的含水率分別低于2％；
混合：按配比將超高分子量聚乙烯、線性低密度聚乙烯、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、木質(zhì)粉混合，混合5-10min，得到混合料；
共混：將混合料擠出造粒，造粒的溫度為142-160℃，得到共混料；
二次烘干：將共混料置于烘料機中，烘干的溫度為70-90℃，時間為5-6h，得到原料顆粒；
成型：將原料顆粒置于注塑機中制作成型。
本發(fā)明的制備方法在一次烘干步驟中，將含水率較高的咖啡渣和木質(zhì)粉的含水率降至2％以下，在共混步驟后，又進行二次烘干，兩次烘干降低了塑料材料的含水率，避免了浮纖、水紋等現(xiàn)象，并且保證了成品較好的外觀和物理性能；而且加工條件低，與聚對苯二甲酸乙二醇酯(pet)等食品接觸材料相比，加工溫度方面142-160℃有較大優(yōu)勢(pet為200℃以上)，后期成型工藝方面，小工藝品、餐具等制品使用普通注塑機或平板硫化機即可，可操作性強，且經(jīng)試驗經(jīng)驗總結，材料加工過程如果超過200℃，咖啡渣及木質(zhì)纖維會碳化，影響最終制品性能。
實施例1-3
實施例1-3的組分和配比如下表所示：
表1實施例1-3的組分和配比
其中，實施例1、實施例2的木質(zhì)粉均為木質(zhì)纖維，實施例3的木質(zhì)粉為木粉；每個組分以質(zhì)量百分含量計。
實施例1-3的塑料材料的制備方法，均通過利用咖啡渣制作食品容器的塑料材料的制備方法得到，該方法包括以下步驟：
一次烘干：將咖啡渣、木質(zhì)粉置于烘干機中，在70-80℃下烘干4-6h，使得咖啡渣、木質(zhì)粉的含水率分別低于2％；
混合：按配比將超高分子量聚乙烯、線性低密度聚乙烯、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、木質(zhì)粉混合，混合5-10min，得到混合料；
共混：將混合料擠出造粒，造粒的溫度為142-160℃，得到共混料；
二次烘干：將共混料置于烘料機中，烘干的溫度為70-90℃，時間為5-6h，得到原料顆粒；
成型：將原料顆粒置于注塑機中制作成型。
實驗例1
以實施例3為例，對實施例3的塑料材料進行性能檢測及食品可接觸性，檢測結果如表1-5所示。
表1物理性能結果
表2熱性能結果
表3機械性能結果
表4其他性能結果
將樣品按最新《gb4806.1-2016食品安全國家標準食品接觸材料及制品通用安全要求》進行送樣檢測，各項指標均符合相關要求。送檢成品在感官檢驗時，可明顯聞到淡淡咖啡香味，室溫正常儲存、使用約2個月，依然能聞到咖啡香味，一定程度上提高了產(chǎn)品的使用積極性。
表5食品可接觸性
實驗例2
以市售的食品容器塑料材料為對比例，對比例1為聚對苯二甲酸乙二醇酯即pet，對比例2為高密度聚乙烯即hdpe，對比例3為聚氯乙烯即pvc，對比例4為低密度聚乙烯即ldpe，對比例5為聚丙烯即pp，對比例6為聚苯乙烯即ps，對比例7為聚碳酸酯即pc，將實施例1-3與對比例1-7進行性能對比，對比結果如表6所示。
表6實施例1-3與對比例1-7性能對比結果
-表示無相應數(shù)據(jù)
如上表的結果，與對比例1-7相比，本發(fā)明的實施例1-3的食品容器塑料材料在沖擊強度、密度、磨損率、摩擦系數(shù)、食品可接觸等方面有優(yōu)異表現(xiàn)，耐熱性、斷裂強度方面與對比例相當，而且對于食品接觸無顯著缺陷，其中實施例2為最優(yōu)實施例。另外，經(jīng)濟性方面，與純超高分子量聚乙烯基料比較，其市售價在50～100元/kg之間，本發(fā)明的生產(chǎn)成本在30-60元/kg，比純超高分子量聚乙烯基料有較大的優(yōu)越性。
實驗例3
以實施例3的食品容器塑料材料為基材，制作成10個340ml的馬克杯樣品，如國家標準對樣品進行檢驗，檢驗平均結果如表7所示。
表7馬克杯樣品檢驗結果
-表示同限量規(guī)格
如上表的結果可以看出，本發(fā)明的食品容器塑料材料制作的馬克杯檢測的結果均符合gb4806.7-2016《食品安全國家標準食品接觸用塑料材料及制品》的要求。
上述實施方式僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，不能以此來限定本發(fā)明保護的范圍，本領域的技術人員在本發(fā)明的基礎上所做的任何非實質(zhì)性的變化及替換均屬于本發(fā)明所要求保護的范圍。