[发明专利]含有植物纤维的复合塑料，其制备方法及其用途

说明书

本发明提供了一种含有植物纤维的复合塑料的制备方法，包括：提供含有植物纤维的第一原料和含有塑料的第二原料；对第一原料进行预处理；将经过预处理的第一原料加热进行碳化处理；以及将碳化处理后的第一原料与所述第二原料混合形成复合材料。第一原料可采用咖啡渣，对咖啡渣的预处理包括：用水洗涤所述第一原料以去除污染物以及水溶性化合物，将洗涤后的第一原料干燥，采用溶剂萃取法从干燥后的第一原料中萃取油性物质，获得萃取油性物质后的第一原料；以及将所述溶剂从萃取后的第一原料中完全除去。按照本发明的方法制备的含有咖啡渣的复合塑料具有改善的机械性能、拉伸性能和热稳定性，获得了更广泛的应用。

技术领域

本发明涉及由含有植物纤维的废弃物与塑料制成的复合塑料。更具体地，涉及由植物纤维废弃物制成的适于用在食品级器具的复合塑料以及其制备方法。

背景技术

众所周知，塑料作为一种石化产品合成物，需要长达数百年才能降解成为对自然和生物链无害的物质。塑料垃圾难以回收和降解对环境的挑战日益增加。为了解决塑料污染问题，许多研究人员尝试研究利用植物纤维与塑料结合合成复合塑料的可能性，以减低塑料的使用量。

另一方面，大量的农业废弃物(例如果壳、甘蔗渣、玉米杆、木屑、咖啡壳等)和咖啡渣被丢弃，出于对环境的考虑，也需要寻找替代的处理方法。这类废弃物含有丰富的植物纤维，通过重新利用可以将它们开发成可持续材料。这样既能以更低的成本生产产品，又能充分利用废弃材料为环境做出贡献。

目前，以咖啡渣最为广泛被利用。咖啡作为最受欢迎的饮料之一，制备咖啡饮料伴随产生大量副产品，即废咖啡渣。现有技术中处理咖啡渣的方法包括焚烧或者作为固体废物直接送到垃圾填埋场堆填，但这些方法均不可取，对环境具有高度破坏性。因此有需要探索咖啡渣作为生物资源的潜在应用。其中一个应用是把咖啡渣与塑料结合，形成复合塑料。

咖啡渣由大量有机化合物组成，即纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质。咖啡渣还包含一定量的油脂(统称为咖啡油)，其主要由脂肪酸和咖啡因组成。取决于咖啡的种类，咖啡油约占咖啡渣的7-15wt.％(重量百分比)。由于咖啡渣含有大量的纤维素、半纤维素、木质素等植物纤维，因此是一种理想的天然填充材料与聚合物复合形成绿色材料。然而，由于咖啡油的存在，导致咖啡渣颗粒的粘附和聚集，这会影响复合材料的分散性、机械性能、拉伸强度和弯曲强度。现有技术制备含有咖啡渣的复合塑料的难点之一是对咖啡渣的预处理，不但成本高，而且不容易除去咖啡油。因此目前制备复合塑料时所采用的咖啡渣的比例较低，添加到塑料的咖啡渣通常占复合塑料的重量比小于5％。

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术的局限性，提高复合塑料中咖啡渣的比例，而所形成的复合塑料具有提高的机械强度、拉伸强度和弯曲强度，藉此充分利用废弃咖啡渣，有助于实现可持续发展的目标。

发明内容

为了实现上述的发明目的，本发明提出一种制备含有咖啡渣的复合塑料的方法，其中在混炼造粒步骤之前对所述咖啡渣进行充分的预处理，从而增加在塑料中咖啡渣的添加量，减少塑料的使用，实现降低塑料污染和减少弃置咖啡渣的有益效果。

根据本发明的一方面，提供了一种含有植物纤维的复合塑料的制备方法，所述方法包括：

a.提供含有植物纤维的第一原料和含有塑料的第二原料；

b.对第一原料进行预处理，所述预处理包括：

b1.用水洗涤所述第一原料以去除污染物以及水溶性化合物，

b2.将洗涤后的第一原料干燥，

b3.采用溶剂萃取法从干燥后的第一原料中萃取油性物质，获得萃取油性物质后的第一原料；以及

b4.将所述溶剂从萃取后的第一原料中除去。

c.将经过预处理的第一原料加热进行碳化处理，以及