技术领域
[0001] 本
发明涉及新型环保材料领域，具体涉及一种利用咖啡壳制备复合膜的方法。
背景技术
[0002] 咖啡是当下流行的主要饮品之一，因而咖啡树在世界范围内倍广泛种植。据统计，2016年仅我国
云南省咖啡总产量达14万吨，咖啡在初加工过程中，会产生大量的加工剩余产物，如
果皮、果胶、豆壳和
废水等；咖啡豆壳，咖啡豆壳作为生产过程中一种废弃物若没有被科学有效的进行处理，不仅造成资源浪费，而且给环境带来严重的污染。因此，为更好地解决这一问题，近年来越来越多的科研学者开式热衷于研究咖啡壳的潜在用途。
[0003] 中国
专利CN104119136A公开了一种咖啡壳为原料的金针菇培养基及其制备方法，由下列重量份的原料制成：咖啡壳30-35、阔叶树木屑50-55、刨花20-22、秸秆粉35-40、茶籽粉12-15、苹果籽粉18-20、玉米粉14-15、红土15-16、腐植酸
钾0.4-0.5、
纤维素醚0.3-0.4、刺五加2-3、紫苏叶3-4、当归1-2、决明子4-5、葛花3-4、公母草2-3、营养添加剂6-7。本发明采用咖啡壳具有一定的吸水性及较好的滤水特性，使用其代替部分木屑，拓宽了原材料的来源途径，同时解决了咖啡壳、秸秆等生活中废弃物的再利用问题。
[0004] 中国专利CN106540655A公开了一种
微波和活化剂复合改性咖啡壳制备甲
醛吸附剂的方法，首先，将氢
氧化钾溶液与氯化
铝溶液混合，得到复合活化剂；然后，将咖啡壳与复合活化剂按一定比例混合、浸渍后烘干，烘干后加热，得到炭化料，将炭化料置于微波加热反应器中，通入水
蒸汽加热，将材料用
盐酸溶液洗涤到呈中性，进行水洗直到用pH
试纸检测炭化料为中性，将材料烘干。采用微波和活化剂复合改性咖啡壳，优化了咖啡壳吸附甲醛的性能，提供了一种新型空气
净化剂的制备方法，实现了咖啡壳的资源
回收利用，有良好的环境效益和应用前景。
发明内容
[0005] 针对
现有技术中存在的问题，本发明提供了一种利用咖啡壳制备复合膜的方法，本发明以咖啡壳为原料，利用酸性氧化和
碱浸泡后，活化咖啡壳表面后，
研磨制得咖啡壳
纳米纤维素，经稀释抽滤后制得咖啡壳
纤维素膜在
丙烯酸树脂中浸渍，制得复合膜，具有良好的光透性和韧性，可应用于
电子纸等广泛领域。
[0006] 为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
[0007] 一种利用咖啡壳制备复合膜的方法，包括以下步骤：
[0008] (1)将咖啡壳放入
粉碎机汇总进行粉碎，过80-100目筛，即得咖啡壳粉；
[0009] (2)将
质量分数1.5％的
次氯酸钠溶液加入咖啡壳粉，搅拌混合均匀，加入适量
冰醋酸调节至PH值至4-5，置于水浴中控温至72-78摄氏度，以400-600转/分钟的速度，搅拌混合反应4-5小时，过滤，将滤料用去离子水反复清洗至滤液为中性；
[0010] (3)将步骤(2)制得的产品放入质量分数2％双氧水中，搅拌混合均匀，置入80摄氏度的恒温水浴中，处理2-3小时，过滤，将滤料用去离子水反复清洗3-5次；
[0011] (4)将步骤(3)制得的产品加入氢氧化钾溶液中，浸泡12小时后，放入95摄氏度水浴锅中加热搅拌2小时，过滤，将滤料用去离子水反复清洗至滤液为中性；
[0012] (5)将质量分数1.5％的次氯酸钠溶液加入步骤(4)制得的产品中混合均匀，加入冰醋酸至溶液PH值至4-5，搅拌混合反应，至产品表面成白色，过滤，用滤料反复清洗至滤液至中性，即得咖啡壳纤维素；
[0013] (6)将步骤(5)咖啡壳纤维素加入超细粉研磨机中，以500-600转/分钟的速度，研磨15-20小时，得咖啡壳纳米纤维素；
[0014] (7)称取步骤(6)制得的咖啡壳纳米纤维素，加水稀释至浓度为0.2％，搅拌30分钟，使其均匀分散，
真空抽滤，去除水分，得湿膜；将湿膜取出，置于两片金属网之间，将金属网置于两
块玻璃板之间压平后，置入烘箱中烘干，即得咖啡壳纳米纤维膜取出；
[0015] (8)将咖啡壳纳米纤维膜放入酒精中浸泡，以除去表面杂质，取出纳米椰壳纤维膜
风干后，置入丙烯酸树脂溶液中，待
薄膜透明后，取出置于两块玻璃片中压平，将紫外
固化机固化，即得复合膜。
[0016] 优选地，所述步骤(2)中的质量分数1.5％的次氯酸钠溶液和咖啡壳粉的用量质量比为20:1。
[0017] 优选地，所述步骤(2)中质量分数1.5％的次氯酸钠溶液加入咖啡壳中的方法为：将质量分数1.5％的次氯酸钠均分为4份，每间隔一小时加入一份质量分数1.5％的次氯酸钠溶液，并且同时加入适量的冰醋酸调节至PH值至4-5。
[0018] 优选地，所述步骤(3)中处理2-3小时具体为在25-30KW的功率下，以300-500转/分钟的速度搅拌，超声混合2-3小时。
[0019] 优选地，所述步骤(4)中氢氧化钾溶液为质量分数5-8％的氢氧化钾溶液。
[0020] 优选地，所述步骤(5)中质量分数1.5％的次氯酸钠和步骤(4)制得的产品的用量质量比为10:1，质量分数1.5％的次氯酸钠溶液加入方法为：将质量分数1.5％的次氯酸钠溶液均分为2份，每间隔一小时加入一份质量分数1.5％的次氯酸钠溶液，并且同时加入适量的冰醋酸调节至PH值至4-5。
[0021] 优选地，所述步骤(7)中的烘干具体为在80-90摄氏度下，真空干燥48小时。
[0022] 优选地，所述步骤(8)置入酒精中浸泡时间为2-5分钟。
[0023] 优选地，所述步骤(8)中的紫外固化机辐照强度为7-9瓦/平方厘米，辐照时间为3-7分钟。
[0024] 优选地，所述步骤(8)中的紫外固化机辐照强度为7.8瓦/平方厘米，辐照时间为5分钟。
[0025] 本发明具有如下的有益效果：
[0026] (1)本发明以咖啡壳为原料，利用酸性氧化和碱浸泡后，活化咖啡壳表面后，研磨制得咖啡壳纳米纤维素，经稀释抽滤后制得咖啡壳纤维素膜在丙烯酸树脂中浸渍，制得复合膜，具有良好的光透性和韧性，可应用于
电子纸等广泛领域。
[0027] (2)咖啡壳中的木质素难脱除，本发明中使用次氯酸钠溶液处理后，依次再用双氧
水处理、氢氧化钾处理后，再次用次氯酸钠溶液重复处理后，得到的咖啡壳纤维的含量纯度高，有助于复合膜的表面均一性。
[0028] (3)本发明使用丙烯酸树脂溶液浸渍咖啡壳纤维素末，丙烯酸树脂粘结性好，透明度高，使用丙烯酸树脂浸渍后的复合膜，结构稳定，表面丙烯酸树脂层不易脱落，具有保护咖啡壳纤维素膜的作用，同时提高复合膜的光透过率。
具体实施方式
[0029] 下面结合
实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0030] 实施例1
[0031] 一种利用咖啡壳制备复合膜的方法，包括以下步骤：
[0032] (1)将咖啡壳放入粉碎机汇总进行粉碎，过80目筛，即得咖啡壳粉；
[0033] (2)将质量分数1.5％的次氯酸钠溶液加入咖啡壳粉，搅拌混合均匀，加入适量冰醋酸调节至PH值至4-5，置于水浴中控温至72摄氏度，以400转/分钟的速度，搅拌混合反应4小时，过滤，将滤料用去离子水反复清洗至滤液为中性；
[0034] (3)将步骤(2)制得的产品放入质量分数2％双氧水中，搅拌混合均匀，置入80摄氏度的恒温水浴中，处理2小时，过滤，将滤料用去离子水反复清洗3次；
[0035] (4)将步骤(3)制得的产品加入氢氧化钾溶液中，浸泡12小时后，放入95摄氏度水浴锅中加热搅拌2小时，过滤，将滤料用去离子水反复清洗至滤液为中性；
[0036] (5)将质量分数1.5％的次氯酸钠溶液加入步骤(4)制得的产品中混合均匀，加入冰醋酸至溶液PH值至4，搅拌混合反应，至产品表面成白色，过滤，用滤料反复清洗至滤液至中性，即得咖啡壳纤维素；
[0037] (6)将步骤(5)咖啡壳纤维素加入超细粉研磨机中，以500转/分钟的速度，研磨15小时，得咖啡壳纳米纤维素；
[0038] (7)称取步骤(6)制得的咖啡壳纳米纤维素，加水稀释至浓度为0.2％，搅拌30分钟，使其均匀分散，真空抽滤，去除水分，得湿膜；将湿膜取出，置于两片金属网之间，将金属网置于两块玻璃板之间压平后，置入烘箱中烘干，即得咖啡壳纳米纤维膜取出；
[0039] (8)将咖啡壳纳米纤维膜放入酒精中浸泡，以除去表面杂质，取出纳米椰壳纤维膜风干后，置入丙烯酸树脂溶液中，待薄膜透明后，取出置于两块玻璃片中压平，将紫外固化机固化，即得复合膜。
[0040] 步骤(2)中的质量分数1.5％的次氯酸钠溶液和咖啡壳粉的用量质量比为20:1。
[0041] 步骤(2)中质量分数1.5％的次氯酸钠溶液加入咖啡壳中的方法为：将质量分数1.5％的次氯酸钠均分为4份，每间隔一小时加入一份质量分数1.5％的次氯酸钠溶液，并且同时加入适量的冰醋酸调节至PH值至4-5。
[0042] 步骤(3)中处理2小时具体为在25KW的功率下，以300转/分钟的速度搅拌，超声混合2小时。
[0043] 步骤(4)中氢氧化钾溶液为质量分数5％的氢氧化钾溶液。
[0044] 步骤(5)中质量分数1.5％的次氯酸钠和步骤(4)制得的产品的用量质量比为10:1，质量分数1.5％的次氯酸钠溶液加入方法为：将质量分数1.5％的次氯酸钠溶液均分为2份，每间隔一小时加入一份质量分数1.5％的次氯酸钠溶液，并且同时加入适量的冰醋酸调节至PH值至4-5。
[0045] 步骤(7)中的烘干具体为在80摄氏度下，真空干燥48小时。
[0046] 步骤(8)置入酒精中浸泡时间为2分钟。
[0047] 步骤(8)中的紫外固化机辐照强度为7瓦/平方厘米，辐照时间为3分钟。
[0048] 实施例2
[0049] (1)将咖啡壳放入粉碎机汇总进行粉碎，过100目筛，即得咖啡壳粉；
[0050] (2)将质量分数1.5％的次氯酸钠溶液加入咖啡壳粉，搅拌混合均匀，加入适量冰醋酸调节至PH值至5，置于水浴中控温至78摄氏度，以600转/分钟的速度，搅拌混合反应5小时，过滤，将滤料用去离子水反复清洗至滤液为中性；
[0051] (3)将步骤(2)制得的产品放入质量分数2％双氧水中，搅拌混合均匀，置入80摄氏度的恒温水浴中，处理3小时，过滤，将滤料用去离子水反复清洗5次；
[0052] (4)将步骤(3)制得的产品加入氢氧化钾溶液中，浸泡12小时后，放入95摄氏度水浴锅中加热搅拌2小时，过滤，将滤料用去离子水反复清洗至滤液为中性；
[0053] (5)将质量分数1.5％的次氯酸钠溶液加入步骤(4)制得的产品中混合均匀，加入冰醋酸至溶液PH值至5，搅拌混合反应，至产品表面成白色，过滤，用滤料反复清洗至滤液至中性，即得咖啡壳纤维素；
[0054] (6)将步骤(5)咖啡壳纤维素加入超细粉研磨机中，以600转/分钟的速度，研磨20小时，得咖啡壳纳米纤维素；
[0055] (7)称取步骤(6)制得的咖啡壳纳米纤维素，加水稀释至浓度为0.2％，搅拌30分钟，使其均匀分散，真空抽滤，去除水分，得湿膜；将湿膜取出，置于两片金属网之间，将金属网置于两块玻璃板之间压平后，置入烘箱中烘干，即得咖啡壳纳米纤维膜取出；
[0056] (8)将咖啡壳纳米纤维膜放入酒精中浸泡，以除去表面杂质，取出纳米椰壳纤维膜风干后，置入丙烯酸树脂溶液中，待薄膜透明后，取出置于两块玻璃片中压平，将紫外固化机固化，即得复合膜。
[0057] 步骤(2)中的质量分数1.5％的次氯酸钠溶液和咖啡壳粉的用量质量比为20:1。
[0058] 步骤(2)中质量分数1.5％的次氯酸钠溶液加入咖啡壳中的方法为：将质量分数1.5％的次氯酸钠均分为4份，每间隔一小时加入一份质量分数1.5％的次氯酸钠溶液，并且同时加入适量的冰醋酸调节至PH值至4-5。
[0059] 步骤(3)中处理3小时具体为在30KW的功率下，以500转/分钟的速度搅拌，超声混合3小时。
[0060] 步骤(4)中氢氧化钾溶液为质量分数8％的氢氧化钾溶液。
[0061] 步骤(5)中质量分数1.5％的次氯酸钠和步骤(4)制得的产品的用量质量比为10:1，质量分数1.5％的次氯酸钠溶液加入方法为：将质量分数1.5％的次氯酸钠溶液均分为2份，每间隔一小时加入一份质量分数1.5％的次氯酸钠溶液，并且同时加入适量的冰醋酸调节至PH值至4-5。
[0062] 步骤(7)中的烘干具体为在90摄氏度下，真空干燥48小时。
[0063] 步骤(8)置入酒精中浸泡时间为5分钟。
[0064] 步骤(8)中的紫外固化机辐照强度为9瓦/平方厘米，辐照时间为7分钟。
[0065] 实施例3
[0066] (1)将咖啡壳放入粉碎机汇总进行粉碎，过90目筛，即得咖啡壳粉；
[0067] (2)将质量分数1.5％的次氯酸钠溶液加入咖啡壳粉，搅拌混合均匀，加入适量冰醋酸调节至PH值至4.2，置于水浴中控温至74摄氏度，以480转/分钟的速度，搅拌混合反应4.6小时，过滤，将滤料用去离子水反复清洗至滤液为中性；
[0068] (3)将步骤(2)制得的产品放入质量分数2％双氧水中，搅拌混合均匀，置入80摄氏度的恒温水浴中，处理2.4小时，过滤，将滤料用去离子水反复清洗4次；
[0069] (4)将步骤(3)制得的产品加入氢氧化钾溶液中，浸泡12小时后，放入95摄氏度水浴锅中加热搅拌2小时，过滤，将滤料用去离子水反复清洗至滤液为中性；
[0070] (5)将质量分数1.5％的次氯酸钠溶液加入步骤(4)制得的产品中混合均匀，加入冰醋酸至溶液PH值至4-5，搅拌混合反应，至产品表面成白色，过滤，用滤料反复清洗至滤液至中性，即得咖啡壳纤维素；
[0071] (6)将步骤(5)咖啡壳纤维素加入超细粉研磨机中，以580转/分钟的速度，研磨18小时，得咖啡壳纳米纤维素；
[0072] (7)称取步骤(6)制得的咖啡壳纳米纤维素，加水稀释至浓度为0.2％，搅拌30分钟，使其均匀分散，真空抽滤，去除水分，得湿膜；将湿膜取出，置于两片金属网之间，将金属网置于两块玻璃板之间压平后，置入烘箱中烘干，即得咖啡壳纳米纤维膜取出；
[0073] (8)将咖啡壳纳米纤维膜放入酒精中浸泡，以除去表面杂质，取出纳米椰壳纤维膜风干后，置入丙烯酸树脂溶液中，待薄膜透明后，取出置于两块玻璃片中压平，将紫外固化机固化，即得复合膜。
[0074] 步骤(2)中的质量分数1.5％的次氯酸钠溶液和咖啡壳粉的用量质量比为20:1。
[0075] 步骤(2)中质量分数1.5％的次氯酸钠溶液加入咖啡壳中的方法为：将质量分数1.5％的次氯酸钠均分为4份，每间隔一小时加入一份质量分数1.5％的次氯酸钠溶液，并且同时加入适量的冰醋酸调节至PH值至4-5。
[0076] 步骤(3)中处理2.4小时具体为在28KW的功率下，以450转/分钟的速度搅拌，超声混合2.6小时。
[0077] 步骤(4)中氢氧化钾溶液为质量分数7％的氢氧化钾溶液。
[0078] 步骤(5)中质量分数1.5％的次氯酸钠和步骤(4)制得的产品的用量质量比为10:1，质量分数1.5％的次氯酸钠溶液加入方法为：将质量分数1.5％的次氯酸钠溶液均分为2份，每间隔一小时加入一份质量分数1.5％的次氯酸钠溶液，并且同时加入适量的冰醋酸调节至PH值至4-5。
[0079] 步骤(7)中的烘干具体为在87摄氏度下，真空干燥48小时。
[0080] 步骤(8)置入酒精中浸泡时间为4分钟。
[0081] 步骤(8)中的紫外固化机辐照强度为8.5瓦/平方厘米，辐照时间为4分钟。
[0082] 实施例4
[0083] (1)将咖啡壳放入粉碎机汇总进行粉碎，过95目筛，即得咖啡壳粉；
[0084] (2)将质量分数1.5％的次氯酸钠溶液加入咖啡壳粉，搅拌混合均匀，加入适量冰醋酸调节至PH值至4-5，置于水浴中控温至72-78摄氏度，以550转/分钟的速度，搅拌混合反应4.4小时，过滤，将滤料用去离子水反复清洗至滤液为中性；
[0085] (3)将步骤(2)制得的产品放入质量分数2％双氧水中，搅拌混合均匀，置入80摄氏度的恒温水浴中，处理2.7小时，过滤，将滤料用去离子水反复清洗4次；
[0086] (4)将步骤(3)制得的产品加入氢氧化钾溶液中，浸泡12小时后，放入95摄氏度水浴锅中加热搅拌2小时，过滤，将滤料用去离子水反复清洗至滤液为中性；
[0087] (5)将质量分数1.5％的次氯酸钠溶液加入步骤(4)制得的产品中混合均匀，加入冰醋酸至溶液PH值至4-5，搅拌混合反应，至产品表面成白色，过滤，用滤料反复清洗至滤液至中性，即得咖啡壳纤维素；
[0088] (6)将步骤(5)咖啡壳纤维素加入超细粉研磨机中，以540转/分钟的速度，研磨19小时，得咖啡壳纳米纤维素；
[0089] (7)称取步骤(6)制得的咖啡壳纳米纤维素，加水稀释至浓度为0.2％，搅拌30分钟，使其均匀分散，真空抽滤，去除水分，得湿膜；将湿膜取出，置于两片金属网之间，将金属网置于两块玻璃板之间压平后，置入烘箱中烘干，即得咖啡壳纳米纤维膜取出；
[0090] (8)将咖啡壳纳米纤维膜放入酒精中浸泡，以除去表面杂质，取出纳米椰壳纤维膜风干后，置入丙烯酸树脂溶液中，待薄膜透明后，取出置于两块玻璃片中压平，将紫外固化机固化，即得复合膜。
[0091] 步骤(2)中的质量分数1.5％的次氯酸钠溶液和咖啡壳粉的用量质量比为20:1。
[0092] 步骤(2)中质量分数1.5％的次氯酸钠溶液加入咖啡壳中的方法为：将质量分数1.5％的次氯酸钠均分为4份，每间隔一小时加入一份质量分数1.5％的次氯酸钠溶液，并且同时加入适量的冰醋酸调节至PH值至4-5。
[0093] 步骤(3)中处理2.7小时具体为在28KW的功率下，以420转/分钟的速度搅拌，超声混合2.7小时。
[0094] 步骤(4)中氢氧化钾溶液为质量分数7％的氢氧化钾溶液。
[0095] 步骤(5)中质量分数1.5％的次氯酸钠和步骤(4)制得的产品的用量质量比为10:1，质量分数1.5％的次氯酸钠溶液加入方法为：将质量分数1.5％的次氯酸钠溶液均分为2份，每间隔一小时加入一份质量分数1.5％的次氯酸钠溶液，并且同时加入适量的冰醋酸调节至PH值至4-5。
[0096] 步骤(7)中的烘干具体为在86摄氏度下，真空干燥48小时。
[0097] 步骤(8)置入酒精中浸泡时间为4分钟。
[0098] 步骤(8)中的紫外固化机辐照强度为7.8瓦/平方厘米，辐照时间为5分钟。
[0099] 对比例1：利用实施例1的方法和原料配比制备咖啡壳纳米纤维素膜(不浸渍丙烯酸树脂)
[0100] 将实施例1-4制得的复合膜与对比例1制得咖啡壳纳米纤维素膜进行性能测试，结果如下表1；
[0101] 表1：
[0102]
[0103] 综上所述，本发明具有以下优点：
[0104] (1)本发明以咖啡壳为原料，利用酸性氧化和碱浸泡后，活化咖啡壳表面后，研磨制得咖啡壳纳米纤维素，经稀释抽滤后制得咖啡壳纤维素膜在丙烯酸树脂中浸渍，制得复合膜，具有良好的光透性和韧性，可应用于电子纸等广泛领域。
[0105] (2)咖啡壳中的木质素难脱除，本发明中使用次氯酸钠溶液处理后，依次再用双氧水处理、氢氧化钾处理后，再次用次氯酸钠溶液重复处理后，得到的咖啡壳纤维的含量纯度高，有助于复合膜的表面均一性。
[0106] (3)本发明使用丙烯酸树脂溶液浸渍咖啡壳纤维素末，丙烯酸树脂粘结性好，透明度高，使用丙烯酸树脂浸渍后的复合膜，结构稳定，表面丙烯酸树脂层不易脱落，具有保护咖啡壳纤维素膜的作用，同时提高复合膜的光透过率。
[0107] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
