[发明专利]一种基于增材制造的咖啡渣高效回收再利用方法

说明书

本发明公开一种基于增材制造的咖啡渣高效回收再利用方法。本发明提供的方法是通过咖啡渣粉末表面改性处理、咖啡渣铺粉、粘合剂喷射、红外光固化或紫外光固化工艺制得咖啡渣增材制造产品。咖啡渣粉末表面改性时，咖啡渣与表面改性剂质量比例为20‑80：1。本发明制得的咖啡渣粘合剂增材制造产品具有高咖啡渣含量(超过70％)，明显提高了咖啡渣回收利用率，且还具有低能耗、低成本、环保可降解等优点，为咖啡渣回收再利用提供一种高效新途径。

技术领域

本发明涉及咖啡渣回收再利用领域，具体涉及一种基于增材制造的咖啡渣高效回收再利用方法。

背景技术

咖啡、可可和茶叶是世界三大饮品，其中咖啡的消费量居首位。咖啡在亚洲、非洲和拉丁美洲的50多个国家均有种植，全球约有三分之一的人饮用。据统计，2019年全球消耗咖啡豆为1015万吨。中国咖啡消费年均增速达15％，远高于世界2％的增速。2025年，预计中国咖啡消费市场将达到1万亿的规模。随着消费水平的提高和对咖啡文化认同加深，中国人均咖啡消费量呈逐年上升趋势。然而咖啡饮品会产生大量废弃咖啡渣，直接丢弃咖啡渣会造成严重的环境污染和资源浪费。

咖啡渣是具有吸附异味、抗紫外线、生物可降解等优点的天然高分子物质。咖啡渣的回收再利用已成为目前研究热点。通过研究者近几年的探索，咖啡渣回收再利用已有不少得到社会认可的应用策略，例如制成炭功能纤维、复合塑料、植物肥料、吸附除臭剂、复合生物燃料等。

增材制造(又称3D打印)是近些年在制造行业中应用较为广泛的一种新兴加工技术，公开专利(CN 109135221 A)的研究人员已初步将咖啡渣与熔融沉积成型(FDM)增材制造技术结合，制作出一种咖啡渣-聚乳酸FDM打印线材，此材料具有较高的生物可降解性，此工艺扩大了咖啡渣回收再利用的范围。但是目前咖啡渣聚合物复合材料应用中，咖啡渣的质量添加比例较低(大部分低于30％)，并且咖啡渣在3D打印材料中的应用方法较少，尤其是缺乏一种基于增材制造的咖啡渣高含量回收再利用的材料制备方法与工艺策略。

发明内容

针对上述背景技术存在的难题，本发明目的是提供一种基于粘合剂喷射增材制造的咖啡渣高效回收再利用方法。本发明提供的方法是通过咖啡渣粉末表面改性处理、咖啡渣铺粉、粘合剂喷射、红外光固化或紫外光固化工艺制得咖啡渣增材制造产品。本发明制得的咖啡渣增材制造产品具有高咖啡渣含量(可超过70％)，极大地促进了咖啡渣回收利用率，且还具有低能耗、低成本、环保可降解等优点，利于市场推广。

为实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

(1)一种基于增材制造的咖啡渣高效回收再利用方法，其特征在于，咖啡渣粉末表面改性时，咖啡渣与表面改性剂质量比例为20-80：1。

(2)优选的，所述的咖啡渣粒径为100-150目。

(3)优选的，所述的表面改性剂为硅烷偶联剂(KH550)、硅烷偶联剂(KH560)、硅烷偶联剂(KH570)、马来酸酐接枝聚丙烯其中一种或多种。

(4)优选的，所述的粘合剂包括环氧树脂粘合剂、丙烯酸粘合剂、聚氨酯粘合剂、硅酮粘合剂其中一种或多种。

(5)优选的，所述的一种基于增材制造的咖啡渣高效回收再利用方法，包括以下步骤：

A.咖啡渣预处理，首先将咖啡渣使用70％乙醇溶液进行清洗，去除咖啡渣中的灰分和杂质，将充分清洗后的咖啡渣放置于烘箱中进行干燥；

B.将经过步骤A处理后的咖啡渣和表面改性剂按一定质量比例称重配好，将咖啡渣放入搅拌机，一边搅拌、一边添加表面改性剂，搅拌后筛分获得的咖啡渣粒径为100-150目；

C.将步骤B表面改性后的咖啡渣放入粘合剂喷射3D打印机储料槽中，使用所选的粘合剂制备咖啡渣增材制造产品，每铺一层咖啡渣粉末，喷射一层粘合剂，粘合剂采用红外光或紫外光进行固化；