一种用于咖啡包装的咖啡渣纸浆包装材料及其制备方法与流程

本技术涉及咖啡渣回收利用，更具体地说，它涉及一种用于咖啡包装的咖啡渣纸浆包装材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着社会的发展，国内外文化的不断交流，咖啡逐渐进入人们的日常生活中，尤其是速溶咖啡。我国也开始发展咖啡豆的种植，且种植面积和产量不断增加。然而，在咖啡豆加工成速溶咖啡的过程中，咖啡豆的利用率较低，例如，每生产1kg的速溶咖啡，同步会产生0.9kg的咖啡渣，如果将咖啡渣直接进行填满，无疑造成资源的浪费。为了实现咖啡渣的回收利用，达到节约资源的目的，部分研究者将咖啡渣作为原料之一，制备出咖啡渣活性炭、咖啡渣有机肥、咖啡渣聚乳酸，但是，获得的咖啡渣产品只能用于外部销售，无法做到自产自销，即无法将咖啡渣回收转换为企业内循环一部分，提高原材料重复利用率。

技术实现思路

1、为了将咖啡渣回收利用且转化为企业内循环一部分，实现原材料重复利用、自产自销的效果，本技术提供一种用于咖啡包装的咖啡渣纸浆包装材料及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种用于咖啡包装的咖啡渣纸浆包装材料，采用如下的技术方案：

3、一种用于咖啡包装的咖啡渣纸浆包装材料，其主要由以下重量份的原料制成：浆料2000份、咖啡渣15-25份、钛白粉1-3份、亲水改性淀粉4-6份、改性硫酸钙晶须14-16份、功能助剂1-3份；

4、所述改性硫酸钙晶须为甲基丙烯酸二甲基丙基磺酸胺乙酯、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱对硫酸钙晶须处理获得。

5、咖啡豆加工生产咖啡，副产物咖啡渣替换部分浆料，且用于生产咖啡渣纸浆包装材料，咖啡渣纸浆包装材料用于咖啡的模塑外包装中，实现咖啡渣纸浆包装材料的自产自销，即将咖啡渣回收转换为企业内循环一部分，节约资源，提高原材料的利用率。

6、在此基础上，申请人在原料中添加咖啡渣，虽然实现咖啡渣的回收利用以及内循环，但是同时降低了咖啡渣纸浆包装材料的iso白度，此时，同步添加钛白粉、改性硫酸钙晶须，钛白粉、改性硫酸钙晶须具有增白的特性，弥补了咖啡渣对咖啡渣纸浆包装材料白度的影响。与此同时，添加咖啡渣还降低了咖啡渣纸浆包装材料的强度，此时，同步添加亲水改性淀粉、改性硫酸钙晶须，亲水改性淀粉起到黏结的作用，增强纤维之间的结合强度。改性硫酸钙晶须为纤维状晶体，具有高强度、高模量的优点，而且硫酸钙晶须经过甲基丙烯酸二甲基丙基磺酸胺乙酯、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱处理后，表面含有硫酸基团、磷酸基团、季胺基团，大大增加硫酸钙晶须的分散性，降低硫酸钙晶须的水溶性，增强咖啡渣纸浆包装材料的抗压指数、抗张指数、撕裂指数。本技术中，通过亲水改性淀粉、改性硫酸钙晶须之间的协同增效，抗压指数为＞52n.m2/g、抗张指数＞45n.m/g、撕裂指数＞15mn.m2/g，不仅弥补了咖啡渣对强度的影响，甚至增加了强度，提高咖啡渣纸浆包装材料的机械性能，表现出良好的综合性能，满足企业内循环需求。

7、进一步的，咖啡渣的平均粒度为1-10μm。优选的，咖啡渣的平均粒度为2-6μm。在一个实施例中，咖啡渣的平均粒度为5μm，其也可以根据需要调整为1μm、2μm、6μm、10μm等。

8、可选的，所述改性硫酸钙晶须采用以下方法制备：

9、sa、在水中加入甲基丙烯酸二甲基丙基磺酸胺乙酯、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱，搅拌混合，获得预混液；

10、sb、在水中加入无机盐引发剂，搅拌混合，获得引发液；

11、sc、在水中加入硫酸钙晶须，超声分散，获得硫酸钙晶须悬浮液；

12、sd、在硫酸钙晶须悬浮液中加入预混液，搅拌混合，之后滴加引发液，引发液于2h内滴加完毕，待滴加完毕后，搅拌处理18-22h，过滤，烘干至恒重，获得改性硫酸钙晶须；

13、其中，所述硫酸钙晶须、甲基丙烯酸二甲基丙基磺酸胺乙酯、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、无机盐引发剂的重量配比为15:(1-3):(1-3):(0.1-0.3)。

14、将硫酸钙晶须分散在水中形成硫酸钙晶须悬浮液，然后加入甲基丙烯酸二甲基丙基磺酸胺乙酯、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱、水形成的预混液，有效的增加硫酸钙晶须、甲基丙烯酸二甲基丙基磺酸胺乙酯、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱混料均匀性。然后滴加无机盐引发剂、水形成的引发液，不仅提高混料均匀性，而且使甲基丙烯酸二甲基丙基磺酸胺乙酯、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱在硫酸钙晶须表面发生聚合反应形成聚合物，便于改性硫酸钙晶须的制备，进一步增强改性硫酸钙晶须的使用效果。

15、进一步的，步骤sa中，水、甲基丙烯酸二甲基丙基磺酸胺乙酯的重量配比为(30-50):(1-3)。在一个实施例中，水、甲基丙烯酸二甲基丙基磺酸胺乙酯的重量配比为20:1，其也可以根据需要调整为10:1、50:1等。

16、步骤sb中，水、无机盐引发剂的重量配比为(5-15):(0.1-0.3)。在一个实施例中，水、无机盐引发剂的重量配比为5:0.1，其也可以根据需要调整为5:0.3、15:0.1等。

17、步骤sc中，水、硫酸钙晶须的重量配比为(8-12):3。在一个实施例中，水、硫酸钙晶须的重量配比为10:3，其也可以根据需要调整为8:3、12:3等。

18、可选的，所述硫酸钙晶须的平均直径为1-4μm、平均长度为40-80μm。

19、可选的，所述无机盐引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种或几种。优选的，无机盐引发剂为过硫酸铵。

20、过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠均为无机盐，且能够起到引发作用，而且原料易得，便宜。

21、可选的，所述浆料主要由以下重量份的原料制成：水2000份、植物纤维50-60份、回收废纸40-50份、助留剂1-3份，且，浆料的打浆度为50-55°sr。

22、通过采用上述技术方案，不仅便于浆料的制备，而且用回收废纸替换部分植物纤维，实现废纸的回收利用，降低成本。同时基于打浆度能够反映浆料脱水难易程度，也能够反映纤维被切断、润胀、分丝帚化、细纤维化程度，此时，对浆料的打浆度进行优化，使浆料保持良好的滤水性，提高咖啡渣纸浆包装材料的综合性能。

23、在一个实施例中，浆料主要由以下重量份的原料制成：水2000份、植物纤维55份、回收废纸45份、助留剂2份。其也可以根据需要调整为：水2000份、植物纤维50份、回收废纸40份、助留剂1份；或者，水2000份、植物纤维60份、回收废纸50份、助留剂3份等。

24、可选的，所述植物纤维为小麦、稻草两种，且小麦、稻草的重量配比为1:(0.3-0.5)。

25、可选的，所述助留剂为聚丙烯酰胺。

26、待对浆料进行滤水时，聚丙烯酰胺能够对颗粒物进行絮凝，降低滤出，提高纸浆的脱水性和留着率，进而提高咖啡渣纸浆包装材料的脱水性、留着率以及质量。

27、可选的，所述浆料采用以下方法制备：将植物纤维、回收废纸，搅拌混合，破碎，获得颗粒物，然后在颗粒物中加入水、助留剂，搅拌混合，碎浆，打浆，获得浆料。

28、通过采用上述技术方案，便于浆料的制备。

29、可选的，所述亲水改性淀粉为羧甲基淀粉钠、羧乙基淀粉钠、辛烯基琥珀酸淀粉钠中的一种或几种，和/或，所述功能助剂为抗菌剂、防水剂、防油剂、抗氧化剂、乳化剂、阻垢剂中的一种或几种。

30、对亲水改性淀粉进行优化，便于亲水改性淀粉的选择。还对功能助剂的选择进行优化，以增加咖啡渣纸浆包装材料的抗菌性、防水性、防油性等。

31、第二方面，本技术提供一种上述所述的用于咖啡包装的咖啡渣纸浆包装材料的制备方法，采用如下的技术方案：

32、一种上述所述的用于咖啡包装的咖啡渣纸浆包装材料的制备方法，包括如下步骤：

33、s1、在浆料中加入亲水改性淀粉、功能助剂，搅拌混合，然后加入改性硫酸钙晶须，搅拌混合，之后加入咖啡渣、钛白粉，搅拌混合，获得混合料；

34、s2、对混合料进行滤水成型，获得湿坯；

35、s3、对湿坯进行热压定型，烘干至恒重，切边，获得咖啡渣纸浆包装材料。

36、通过采用上述技术方案，便于咖啡渣纸浆包装材料的制备。

37、综上所述，本技术至少具有以下有益效果：

38、1、在加工咖啡豆生产咖啡后，对副产物咖啡渣进行回收，并将其替换部分浆料，且用于生产咖啡渣纸浆包装材料，咖啡渣纸浆包装材料又用于咖啡的模塑外包装中，从而使咖啡渣参与企业碳足迹循环，节约资源，助力循环经济的建设，自产自销，实现工业化批量生产和应用。

39、2、在浆料中添加咖啡渣后，同步添加钛白粉、改性硫酸钙晶须，弥补了咖啡渣对咖啡渣纸浆包装材料白度的影响。与此同时，还同步添加了亲水改性淀粉、改性硫酸钙晶须，改性硫酸钙晶须为甲基丙烯酸二甲基丙基磺酸胺乙酯、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱对硫酸钙晶须处理获得，并通过其之间的协同增效，使咖啡渣纸浆包装材料具有良好的抗压指数、抗张指数、撕裂指数，抗压指数为＞52n.m2/g、抗张指数＞45n.m/g、撕裂指数＞15mn.m2/g，在弥补咖啡渣对咖啡渣纸浆包装材料强度影响的基础上，进一步提高机械性能，表现出良好的综合性能。