一種咖啡廢料加強再生塑料及其制備方法與流程
1.本發明涉及c08l23/12領域，具體為一種咖啡廢料加強再生塑料及其制備方法。
背景技術：
2.植物纖維復合塑料成為塑料加工領域的一個重要研究方向，尤其是具有優異的綜合性能、廣泛應用于各種領域的聚烯烴塑料。塑料如今已成為人們生活中不可或缺的一部分，對廢舊塑料進行回收并循環再利用，能有效降低生態環境污染與破壞，還能降低能源消耗，但是現有再生塑料產品的綜合力學性能無法直接滿足實際應用需求，需采用玻纖等原料復合進一步進行力學性能增強，但是一方面成本較高，另一方面可能會使得再生塑料產品的脆性增強，耐磨性能較差。
3.中國專利cn104212025a公開了一種茶葉聚烯烴復合材料及其制備方法，具體通過采用硅烷偶聯劑對茶葉渣進行改性處理，以提高茶葉渣與聚烯烴之間的相容性，但是一方面工藝操作步驟復雜，且硅烷偶聯劑處理后的茶葉渣穩定性不足，無法對聚烯烴進行有效增強。中國專利cn112063066a公開了一種含茶葉渣的聚苯乙烯塑料及其制備方法，目的在于實現茶葉渣與聚苯乙烯樹脂的聚合，但是需要在相容劑、潤滑劑、偶聯劑以及納米填料存在的條件下實現，生產成本較高，且工藝復雜，得到的聚苯乙烯塑料的力學性能不足，不利于大規模工業化生產。且目前未有針對咖啡廢料與再生塑料復合實現再生塑料的力學性能增強的相關研究。
技術實現要素：
4.本發明第一方面提供一種咖啡廢料加強再生塑料，按重量份計，其制備原料至少包括：咖啡廢料15-40份、再生塑料60-90份、馬來酸酐0.5-1份。
5.作為一種優選的技術方案，所述咖啡廢料為咖啡生產加工過程中產生的咖啡基廢棄料，至少包括咖啡渣、咖啡殼；
6.作為一種優選的技術方案，所述再生塑料為消費前廢料(pre consumer grs) 和/或消費后廢料(post consumer grs)；
7.作為一種優選的技術方案，所述再生塑料為再生聚丙烯、再生聚乙烯、再生聚氯乙烯中的一種或幾種的組合；
8.作為一種優選的技術方案，所述再生塑料為再生聚丙烯、再生聚乙烯的組合。
9.作為一種優選的技術方案，所述再生聚丙烯、再生聚乙烯的質量比為(2-5)： (1-3)。基于本發明體系，通過引入再生聚乙烯，尤其是控制再生聚丙烯、再生聚乙烯的質量比為(2-5)：(1-3)，對產品進行有效增韌。
10.作為一種優選的技術方案，所述馬來酸酐為馬來酸酐功能化乙烯共聚物、馬來酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝馬來酸酐中的至少一種；
11.優選的，所述馬來酸酐功能化乙烯共聚物的型號為va 1840、va 1801、va1840中的一種；所述馬來酸酐功能化乙烯共聚物來源于埃克森美孚。
12.優選的，所述馬來酸酐功能化均聚聚丙烯的熔體流動速率(190℃/1.2kg， astmd1238)為100-150g/10min；優選的，所述馬來酸酐功能化均聚聚丙烯的熔體流動速率(190℃/1.2kg，astmd1238)為110g/10min，型號為po 1020來源于埃克森美孚。
13.優選的，所述高密度聚乙烯接枝馬來酸酐的熔體流動速率(190℃/2.16kg， astmd1238)為1-5g/10min；優選的，所述高密度聚乙烯接枝馬來酸酐的熔體流動速率(190℃/2.16kg，astmd1238)為3.4g/10min，型號為po 1040來源于埃克森美孚。
14.作為一種優選的技術方案，所述馬來酸酐為馬來酸酐功能化乙烯共聚物、馬來酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝馬來酸酐的組合；優選的，所述馬來酸酐為馬來酸酐功能化乙烯共聚物、馬來酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝馬來酸酐的質量比為(1-2)：(4-6)：(0.2-1)。
15.廢舊塑料若直接回收再生，在粉碎回煉過程中，產品的分子量分布均勻度降低，回煉后產品的耐磨、耐寒、耐濕熱以及抗沖擊性能降低，無法直接用于塑料制品的加工使用，本發明創造性的代替成本較高的傳統增韌復合材料玻璃纖維，將咖啡生產加工過程中產生的大量廢料進行充分利用，不局限于咖啡渣，還包括咖啡殼等其他的咖啡基廢料，在馬來酸酐存在的條件下，使咖啡廢料與再生塑料進行有效復合，咖啡廢料增強聚丙烯分子鏈，顯著改善再生塑料的機械力學性能，產品的性能穩定、成本較低且相較于化學法增強技術而言環境友好，擴展其后續應用范圍。
16.基于本發明體系，通過設計制備工藝并控制復合工藝條件，將咖啡廢料進行充分研磨至80目-300目之間的粉末后，與再生塑料進行共混、造粒，雖然一定程度提高了咖啡廢料與再生塑料的接觸面積，咖啡廢料在再生塑料中的分散均勻度提高，但是無法對再生塑料起到有效的機械力學性能增強作用，發明人在探究過程中發現，通過引入0.5-1重量份的馬來酸酐，尤其是當馬來酸酐為質量比為 (1-2)：(4-6)：(0.2-1)的所述馬來酸酐為馬來酸酐功能化乙烯共聚物、馬來酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝馬來酸酐時，咖啡廢料復合后的再生塑料具有顯著改善的機械力學性能，同時使的得到的咖啡廢料加強再生塑料具有優異的抗氧和熱穩定性、低濕度敏感性和高尺寸穩定性。發明人推測分析原因可能為，在該質量比下，馬來酸酐功能化乙烯共聚物、馬來酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝馬來酸酐之間通過協同復配作用，咖啡廢料與再生塑料之間的混合均勻性得到改善，使得咖啡廢料通過上述馬來酸酐與再生塑料之間實現化合鍵合，再生塑料分子鏈得到增強，實現咖啡廢料和再生塑料之間的良好相容，聚合物相界面的形容性得到有效改善，顯著提高產品的抗沖擊性能和拉伸性能，此外，馬來酸酐為馬來酸酐功能化乙烯共聚物、馬來酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝馬來酸酐聚合物之間相互作用，有效提高產品的穩定性、耐候性和尺寸穩定性。
17.本發明另一方面提供了一種咖啡廢料加強再生塑料的制備方法，至少包括以下步驟：
18.(1)將咖啡廢料混合研磨成粉末；
19.(2)將再生塑料采用低溫破碎法打碎成粉，用高速攪拌機混和均勻后加入雙螺桿擠出機中進行一次擠出造粒得到再生塑料母粒；
20.(3)將咖啡廢料粉末、再生塑料母粒、馬來酸酐混合后加入雙螺桿擠出機中進行二次擠出造粒即得。
21.優選的，所述粉末的粒徑為80目-300目之間。
22.優選的，所述低溫破碎具體通過氮氣條件下低溫研磨實現。
23.優選的，所述雙螺桿擠出機二區、三區、四區的溫度均為180-190℃，一區溫度為170-180℃，從五區開始直至機頭按每區5～10℃的梯度慢慢降低。
24.有益效果
25.1、本發明創造性的代替成本較高的傳統增韌復合材料玻璃纖維，將咖啡生產加工過程中產生的大量廢料進行充分利用，不局限于咖啡渣，還包括咖啡殼等其他的咖啡基廢料，在馬來酸酐存在的條件下，使咖啡廢料與再生塑料進行有效復合，咖啡廢料增強聚丙烯分子鏈，顯著改善再生塑料的機械力學性能，產品的性能穩定、成本較低且相較于化學法增強技術而言環境友好，擴展其后續應用范圍。
26.2、基于本發明體系，通過引入再生聚乙烯，尤其是控制再生聚丙烯、再生聚乙烯的質量比為(2-5)：(1-3)，對產品進行有效增韌。
27.3、基于本發明體系，通過設計制備工藝并控制復合工藝條件，將咖啡廢料進行充分研磨至80目-300目之間的粉末后，與再生塑料進行共混、造粒，有效提高了咖啡廢料與再生塑料的接觸面積，咖啡廢料在再生塑料中的分散均勻度提高。
28.4、發明人在探究過程中發現，通過引入0.5-1重量份的馬來酸酐，尤其是當馬來酸酐為質量比為(1-2)：(4-6)：(0.2-1)的所述馬來酸酐為馬來酸酐功能化乙烯共聚物、馬來酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝馬來酸酐時，咖啡廢料復合后的再生塑料具有顯著改善的機械力學性能，同時使的得到的咖啡廢料加強再生塑料具有優異的抗氧和熱穩定性、低濕度敏感性和高尺寸穩定性。
具體實施方式
29.實施例1
30.本發明的實施例第一方面提供一種咖啡廢料加強再生塑料，按重量份計，其制備原料包括：咖啡廢料25份、再生塑料75份、馬來酸酐0.8份。
31.所述咖啡廢料為咖啡生產加工過程中產生的咖啡基廢棄料，包括咖啡渣、咖啡殼；
32.所述再生塑料為消費前廢料；
33.所述再生塑料為再生聚丙烯、再生聚乙烯的組合。
34.所述再生聚丙烯、再生聚乙烯的質量比為4：2。
35.所述馬來酸酐為馬來酸酐功能化乙烯共聚物、馬來酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝馬來酸酐的組合；所述馬來酸酐為馬來酸酐功能化乙烯共聚物、馬來酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝馬來酸酐的質量比為1.5：5：0.5。
36.所述馬來酸酐功能化乙烯共聚物的型號為va 1840；所述馬來酸酐功能化乙烯共聚物來源于埃克森美孚。
37.所述馬來酸酐功能化均聚聚丙烯的熔體流動速率(190℃/1.2kg， astmd1238)為110g/10min，型號為po 1020來源于埃克森美孚。
38.所述高密度聚乙烯接枝馬來酸酐的熔體流動速率(190℃/2.16kg， astmd1238)為3.4g/10min，型號為po 1040來源于埃克森美孚。
39.本發明的實施例1另一方面提供了一種咖啡廢料加強再生塑料的制備方法，包括
以下步驟：
40.(1)將咖啡廢料混合研磨成粉末；
41.(2)將再生塑料采用低溫破碎法打碎成粉，用高速攪拌機混和均勻后加入雙螺桿擠出機中進行一次擠出造粒得到再生塑料母粒；
42.(3)將咖啡廢料粉末、再生塑料母粒、馬來酸酐混合后加入雙螺桿擠出機中進行二次擠出造粒即得。
43.所述粉末的粒徑為200目。
44.所述低溫破碎具體通過氮氣條件下低溫研磨實現。
45.所述雙螺桿擠出機二區、三區、四區的溫度均為185℃，一區溫度為175℃，從五區開始直至機頭按每區10℃的梯度慢慢降低。
46.實施例2
47.本發明的實施例2提供了一種咖啡廢料加強再生塑料及其制備方法，其具體實施方式同實施例1，不同之處在于，按重量份計，其制備原料包括：咖啡廢料 30份、再生塑料70份、馬來酸酐0.8份。
48.實施例3
49.本發明的實施例3提供了一種咖啡廢料加強再生塑料及其制備方法，其具體實施方式同實施例1，不同之處在于，按重量份計，其制備原料包括：咖啡廢料 20份、再生塑料80份、馬來酸酐0.5份。
50.實施例4
51.本發明的實施例4提供了一種咖啡廢料加強再生塑料及其制備方法，其具體實施方式同實施例1，不同之處在于，所述馬來酸酐為馬來酸酐功能化乙烯共聚物、馬來酸酐功能化均聚聚丙烯、高密度聚乙烯接枝馬來酸酐的質量比為2：6： 1。
52.對比例1
53.本發明的對比例1提供了一種咖啡廢料加強再生塑料及其制備方法，其具體實施方式同實施例1，不同之處在于，按重量份計，其制備原料包括：咖啡廢料 60份、再生塑料40份、馬來酸酐0.1份。
54.對比例2
55.本發明的對比例2提供了一種咖啡廢料加強再生塑料及其制備方法，其具體實施方式同實施例1，不同之處在于，按重量份計，其制備原料包括：咖啡廢料 10份、再生塑料90份、馬來酸酐0.1份。
56.對比例3
57.本發明的對比例3提供了一種咖啡廢料加強再生塑料及其制備方法，其具體實施方式同實施例1，不同之處在于，按重量份計，其制備原料包括：咖啡廢料30份、再生塑料70份。
58.對比例4
59.本發明的對比例4提供了一種咖啡廢料加強再生塑料及其制備方法，其具體實施方式同實施例1，不同之處在于，所述馬來酸酐為馬來酸酐功能化乙烯共聚物。
60.性能測試方法
61.(1)抗沖擊性能：參照astm d256，測試本發明實施例和對比例得到的咖啡廢料加
強再生塑料的缺口沖擊強度，結果參見表1。
62.(2)拉伸性能：參照astm d638，測試本發明實施例和對比例得到的咖啡廢料加強再生塑料的拉伸強度，結果參見表1。
63.(3)耐老化性能：參照gb/t-16422及astm d256，測試本發明實施例和對比例得到的咖啡廢料加強再生塑料進行耐老化試驗后的缺口沖擊強度損失率，其中缺口沖擊強度損失率＝(耐老化試驗前缺口沖擊強度-耐老化試驗后缺口沖擊強度) /耐老化試驗前缺口沖擊強度
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100％。
64.實施例拉伸強度mpa沖擊強度kj/m2缺口沖擊強度損失率％實施例140.515.73.5實施例239.315.24.2實施例338.514.85.0實施例439.815.54.8對比例134.213.510.4對比例232.811.316.1對比例329.510.323.9對比例425.36.824.7
