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CN117604806A - 一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法 - Google Patents

一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法 Download PDF

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CN117604806A
CN117604806A CN202410036416.2A CN202410036416A CN117604806A CN 117604806 A CN117604806 A CN 117604806A CN 202410036416 A CN202410036416 A CN 202410036416A CN 117604806 A CN117604806 A CN 117604806A
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coffee silver
coffee
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苑鹏
马颢菲
武晓燕
杜涛
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Tianjin Recyclable Resources Institute China Co-Op
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Tianjin Recyclable Resources Institute China Co-Op
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Abstract

本发明公开了一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法，包括如下步骤：S1、咖啡银皮预处理；S2、以原木浆、咖啡银皮和去离子水为原料混合，得到浆浓为1％～1.5％、叩解度为30～40°SR的纸浆A；S3、按重量份向步骤S2得到的纸浆A中加入助结剂和水，得到浆浓为2％～3％、pH为6.0的纸浆B，反应完成后，得到浆料；S4、按重量份向步骤S3得到的浆料中加入水，得到浆浓为0.2％～0.4％的浆料液，倒入抄纸机中，经热压干燥后恒温恒湿静置24h，裁制得到成品。本发明采用上述的一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法，将咖啡银皮资源化，减少原木浆的用量，添加助结剂，使咖啡银皮和原木浆更好的胶连在一起，提升纸张性能，促进造纸行业可持续发展。

Description

一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法
技术领域
本发明涉及咖啡银皮资源利用技术领域，尤其是涉及一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法。
背景技术
咖啡银皮是咖啡果肉内果皮下紧紧包裹着咖啡豆的一层“内衣”，大部分咖啡银皮会因烘焙度的加深直接脱落，且脱落后的咖啡银皮十分蓬松。在生产咖啡的过程中，为了保证咖啡安全性，减少其中有害物质的存在，同时提高口感和卖相，咖啡银皮的去除是不可或缺的。但是，脱落的咖啡银皮裸露于周围环境中其自燃风险大，存在一定安全隐患。同时，咖啡银皮是一种非常有价值的资源，可以用来制作食品、美容产品和生物燃料等。因此，废弃咖啡银皮的回收再利用势在必行。
造纸术是中国四大发明之一，造纸主要分为制浆和抄纸两个过程。制浆，即采用机械方法、化学方法或者二者相结合的方法把植物纤维原料解离变为本色纸浆。抄纸，即把悬浮在水中的纸浆纤维，通过加工合成得到合乎要求的纸张。
随着我国现代社会和造纸技术的不断发展，人们对于各种纸和纸产品的需求越来越多，对造纸纤维原料的需求也越来越大。造纸纤维原料的短缺，一定程度上制约着我国造纸行业的可持续发展。森林资源匮乏、废纸利用率低，致使造纸行业原料短缺问题愈发紧迫。
现有技术中，寻找可以替代且可持续利用的纤维原料，利用一些含有植物纤维的固废代替部分原木浆，降低原木浆的使用量，这将是造纸技术极具潜力的发展方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法，将咖啡银皮资源化，减少原木浆的用量，添加助结剂，使咖啡银皮和原木浆更好的胶连在一起，提升纸张性能，促进造纸行业可持续发展。
为实现上述目的，本发明提供了一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法，包括如下步骤：
S1、咖啡银皮预处理；
S2、以原木浆、咖啡银皮和去离子水为原料混合，得到浆浓为1％～1.5％、叩解度为30～40°SR的纸浆A；
S3、按重量份向步骤S2得到的纸浆A中加入助结剂和水，得到浆浓为2％～3％、pH为6.0的纸浆B，反应完成后，得到浆料；
S4、按重量份向步骤S3得到的浆料中加入水，得到浆浓为0.2％～0.4％的浆料液，倒入抄纸机中，经热压干燥后恒温恒湿静置24h，裁制得到成品。
优选的，包括以下重量份原料：原木浆55～80份，咖啡银皮20～40份，助结剂2～3份；
原木浆为木浆、草浆、蔗浆、苇浆和棉浆的一种或多种；
助结剂包括漆酶和谷氨酸，其中，漆酶1～1.5份、谷氨酸1～1.5份。
优选的，步骤S1中，咖啡银皮预处理方法为将压块后的咖啡银皮搓碎放入破碎机中进行破碎，再通过风选去除灰分及杂质，研磨、过筛得到40～80目的咖啡银皮。
优选的，步骤S2中，纸浆A的制备方法为按比例加入过量的原木浆、咖啡银皮和去离子水，得到总容积20L、浆浓为1％～1.5％的纸浆A，置于打浆机中疏解30min，再根据需要控制打浆时间，至纸浆A的叩解度达到30～40°SR。
优选的，步骤S3中，纸浆B的制备方法具体为取出部分步骤S2得到的纸浆A，拧干水分，用快速水分测定仪测出纸浆A的水分含量，称取相当于绝干浆重量份的纸浆A，加入助结剂和水，采用NaH2PO4/Na2HPO4缓冲溶液调节pH至6.0，配成浆浓2％～3％的纸浆B。
优选的，步骤S3中，浆料反应具体为将纸浆液置于温度为50℃、转速为200r/min的恒温水浴锅中搅拌90～120min，沸水浴5min后冷却至室温，经过滤后平衡水分24h以上。
优选的，步骤S4中，所述抄纸机的抄造定量为60g/m2。
优选的，步骤S4中，所述热压干燥的温度为105～120℃。
因此，本发明采用上述一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法，其技术效果如下：
(1)本发明利用咖啡银皮内部的植物纤维，有助于纸张性能的提升，咖啡银皮的添加可以减少原木浆的用量，降低原料成本。
(2)本发明将生产咖啡的废弃物资源化，合理利用，变废为宝，同时促进造纸行业可持续发展。
(3)本发明采用助结剂，漆酶可以去除原木浆中的部分木质素，促进微细纤维暴露，提高纤维之间的结合力，从而提高纸张强度；谷氨酸给纤维引入了更多的羧基基团，羧基含量的提高可以提高纤维的柔韧性能和润胀性能。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法，包括以下重量份原料：原木浆55～80份，咖啡银皮20～40份，助结剂2～3份(漆酶1～1.5份、谷氨酸1～1.5份)。
原木浆为木浆、草浆、蔗浆、苇浆和棉浆的一种或多种。
制备方法为：
S1、咖啡银皮预处理：将压块后的咖啡银皮搓碎放入破碎机中破碎，进行破碎，再通过风选去除灰分及杂质(咖啡豆碎渣和灰尘等)，防止抄造的纸张中裹挟颗粒物，影响性能和质感，研磨、过筛得到40～80目的咖啡银皮。
S2、配浆：按比例加入过量的原木浆、咖啡银皮和去离子水，得到总容积20L、浆浓为1％～1.5％的纸浆A，置于Valley打浆机中疏解30min，再根据需要控制打浆时间，至纸浆A的叩解度达到30～40°SR。
S3、混合：从Valley打浆机槽中取出部分步骤S2得到的纸浆A，拧干水分，用快速水分测定仪测出纸浆A的水分含量，称取相当于绝干浆(绝干浆指不含水分的原木浆和咖啡银皮的混合物)重量份的纸浆A，加入助结剂和水，采用NaH2PO4/Na2HPO4缓冲溶液调节pH至6.0，配成浆浓2％～3％的纸浆B；采用恒温水浴锅(温度为50℃、转速为200r/min)，搅拌90～120min，沸水浴5min后冷却至室温，过滤，平衡水分24h以上，得到浆料。
S4、抄纸：按重量份加入步骤S3得到的浆料和水，得到浆浓为0.2％～0.4％的浆料液，倒入抄纸机(抄造定量为60g/m2)中，在105～120℃下热压干燥10min，恒温恒湿静置24h，裁制得到成品。
实施例1：
一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法，包括以下重量份原料：原木浆15.5g；咖啡银皮(已经过预处理)4g；助结剂0.5g，其中，0.2g漆酶、0.3g谷氨酸。
制备方法为：
S1、咖啡银皮预处理：将压块后的的咖啡银皮搓碎放入破碎机中破碎，进行破碎，再通过风选去除灰分及杂质(咖啡豆碎渣和灰尘等)，研磨、过筛得到40～80目的咖啡银皮。
S2、配浆：将155g原木浆、40g咖啡银皮置于Valley打浆机中，加入去离子水至20L(浆浓为1％)，启动Valley打浆机，疏解30min，再根据需要控制打浆时间，至纸浆A的叩解度达到30°SR。
S3、混合：从Valley打浆机槽中取出部分步骤S2得到的纸浆A，拧干水分，用快速水分测定仪测出纸浆A的水分含量，称取相当于19.5g绝干浆的纸浆A，同时加入水和0.5g助结剂(漆酶0.2g和谷氨酸0.3g)，采用NaH2PO4/Na2HPO4缓冲溶液调节pH至6.0，配成浆浓2％的纸浆B倒入恒温水浴锅中，在恒温水浴锅中搅拌90min(转速200r/min、温度50℃)，沸水浴5min后冷却至室温，用浆袋过滤收集得到浆料，平衡水分24h以上。
S4、抄纸：加入步骤S3得到的浆料和10kg水，得到浆浓为0.2％的浆料液，倒入抄纸机(抄造定量为60g/m2)中，在110℃下热压干燥10min，恒温恒湿静置24h，裁制后得到成品。
实施例2：
一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法，包括以下重量份原料：原木浆13.5g；咖啡银皮(已经过预处理)6g；助结剂0.5g，其中，0.2g漆酶、0.3g谷氨酸。
制备方法为：
S1、咖啡银皮预处理：将压块后的咖啡银皮搓碎放入破碎机中破碎，进行破碎，再通过风选去除灰分及杂质(咖啡豆碎渣和灰尘等)，研磨、过筛得到40～80目的咖啡银皮。
S2、配浆：将162g原木浆、72g咖啡银皮置于Valley打浆机中，加入去离子水至20L(浆浓为1.2％)，启动Valley打浆机，疏解30min，再根据需要控制打浆时间，至纸浆A的叩解度达到32°SR。
S3、混合：从Valley打浆机槽中取出部分步骤S2得到的纸浆A，拧干水分，用快速水分测定仪测出纸浆A的水分含量，称取相当于19.5g绝干浆的纸浆A，同时加入水和0.5g助结剂(漆酶0.2g和谷氨酸0.3g)，采用NaH2PO4/Na2HPO4缓冲溶液调节pH至6.0，配成浆浓2.5％的纸浆B倒入恒温水浴锅中，在恒温水浴锅中搅拌100min(转速200r/min、温度50℃)，沸水浴5min后冷却至室温，用浆袋过滤收集得到浆料，平衡水分24h以上。
S4、抄纸：按比例加入步骤S3得到的浆料和水，得到浆浓为0.2％的浆料液，倒入抄纸机(抄造定量为60g/m2)中，在116℃下热压干燥10min，恒温恒湿静置24h，裁制后得到成品。
实施例3：
一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法，包括以下重量份原料：原木浆11.5g；咖啡银皮(已经过预处理)8g；助结剂0.5g，其中，0.2g漆酶、0.3g谷氨酸。
制备方法为：
S1、咖啡银皮预处理：将压块后的咖啡银皮搓碎放入破碎机中破碎，进行破碎，再通过风选去除灰分及杂质(咖啡豆碎渣和灰尘等)，研磨、过筛得到40～80目的咖啡银皮。
S2、配浆：将172.5g原木浆、120g咖啡银皮置于Valley打浆机中，加入去离子水至20L(浆浓为1.5％)，启动Valley打浆机，疏解30min，再根据需要控制打浆时间，至纸浆A的叩解度达到37°SR。
S3、混合：从Valley打浆机槽中取出部分步骤S2得到的纸浆A，拧干水分，用快速水分测定仪测出纸浆A的水分含量，称取相当于19.5g绝干浆的纸浆A，同时加入水和0.5g助结剂(漆酶0.2g和谷氨酸0.3g)，采用NaH2PO4/Na2HPO4缓冲溶液调节pH至6.0，配成浆浓3.0％的纸浆B倒入恒温水浴锅中，在恒温水浴锅中搅拌120min(转速200r/min、温度50℃)，沸水浴5min后冷却至室温，用浆袋过滤收集得到浆料，平衡水分24h以上。
S4、抄纸：按比例加入步骤S3得到的浆料和水，得到浆浓为0.2％的浆料液，倒入抄纸机(抄造定量为60g/m2)中，在108℃下热压干燥10min，恒温恒湿静置24h，裁制后得到成品。
对比例1
一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法，包括以下重量份原料：原木浆12g；咖啡银皮(已经过预处理)8g。
制备方法为：
S1、咖啡银皮预处理：将压块后的咖啡银皮搓碎放入破碎机中破碎，进行破碎，再通过风选去除灰分及杂质(咖啡豆碎渣和灰尘等)，研磨、过筛得到40～80目的咖啡银皮。
S2、配浆：将180g原木浆、120g咖啡银皮置于Valley打浆机中，加入去离子水至20L，启动Valley打浆机，疏解30min，再根据需要控制打浆时间，至纸浆A的叩解度达到29°SR。
S3、混合：从Valley打浆机槽中取出部分步骤S2得到的纸浆A，拧干水分，用快速水分测定仪测出纸浆A的水分含量，称取相当于20g绝干浆的纸浆A，同时加入水，采用NaH2PO4/Na2HPO4缓冲溶液调节pH至6.0，配成浆浓3.0％的纸浆B倒入恒温水浴锅中，在恒温水浴锅中搅拌90min(转速200r/min、温度50℃)，沸水浴5min后冷却至室温，用浆袋过滤收集得到浆料，平衡水分24h以上。
S4、抄纸：按比例加入步骤S3得到的浆料和水，得到浆浓为0.2％的浆料液，倒入抄纸机(抄造定量为60g/m2)中，在108℃下热压干燥10min，恒温恒湿静置24h，裁制后得到成品。
对比例2：市售某连锁咖啡饮品店所用外带纸袋。
对比例3：市售A4白纸。
试验测试
将本发明与不添加助结剂、某连锁咖啡饮品店所用外带纸袋和A4白纸作比较，利用耐折度仪、撕裂度仪、叩解度仪和耐破度测定仪分别测量耐折度、撕裂度、叩解度和耐破度。
耐折度：是指标准宽度的试样，在一定条件下进行往复折叠至断裂所需的双折叠次数的对数(以10为底)。耐折度有横向耐折度和纵向耐折度之分，表1耐折度为横向耐折度(一般纵向耐折度>横向耐折度)。
撕裂度：在撕裂度仪上，拉开预先切开一小切口是纸张，达到一定长度时所需要的力，单位为毫牛(mN)。由于打浆度不高、抄纸不均匀以及同一张纸厚度不均，撕裂度为范围区间或约数。
叩解度：打浆机工作时间一致，浆浓基本相同情况下，由打出浆料测得，单位为°SR。
耐破度：是纸和纸在单位面积上所承受的均匀增加的最大应力，单位为kPa；耐破指数是指材料在受到外力作用下，能够承受的最大应力和最大应变的比值，单位为kPa·m2/g。
对比在不同咖啡银皮使用量下所制抄纸得到的纸张性能，纸张性能测试结果如表1所示。
表1纸张性能测试结果
结论：咖啡银皮含量为40％的实施例3，咖啡银皮的利用率较高，纸张性能较好，具有较强的横向耐折度和撕裂度。同时，实施例1、实施例2、实施例3和对比例1的纸张质感均不如对比例2及对比例3的纸张质感。
对比例1和实施例3的咖啡银皮含量均为40％，对比例1不添加任何助结剂，直接将咖啡银皮和原木浆混合加水打浆，配成浆浓0.2％的浆料液，相较于实施例3，对比例1的纸张性能更差，其原因是咖啡银皮中含有部分木质素，木质素的存在影响了纸张性能。
实施例3和对比例3数据相差较小，证明本发明所制抄纸的纸张部分性能与生活用纸相同，实施例3为本发明的最优纸浆配比。通过提升设备与工作条件，可以得到性能更佳的抄纸。此外，纸张白度、卡伯值、抗拉强度等性能可根据抄纸的实际应用场景进行有针对性地调控。
通过表1发现，纸张性能很大程度上取决于叩解度的大小。漆酶可以去除原木浆中的部分木质素，促进微细纤维暴露，提高纤维之间的结合力，从而提高纸张强度；谷氨酸给纤维引入了更多的羧基基团，羧基含量的提高可以提高纤维的柔韧性能和润胀性能。漆酶与谷氨酸混合成的助结剂使咖啡银皮提供的植物纤维和原木浆中的纤维更好的胶连在一起，同时有效地去除部分木质素，减小其对纸浆的影响。
因此，本发明采用上述一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法，将咖啡银皮资源化，减少原木浆的用量；添加助结剂，使咖啡银皮和原木浆更好的胶连在一起，提升纸张性能，促进造纸行业可持续发展。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、咖啡银皮预处理；
S2、以原木浆、咖啡银皮和去离子水为原料混合，得到浆浓为1％～1.5％、叩解度为30～40°SR的纸浆A；
S3、按重量份向步骤S2得到的纸浆A中加入助结剂和水，得到浆浓为2％～3％、pH为6.0的纸浆B，反应完成后，得到浆料；
S4、按重量份向步骤S3得到的浆料中加入水，得到浆浓为0.2％～0.4％的浆料液，倒入抄纸机中，经热压干燥后恒温恒湿静置24h，裁制得到成品。
2.根据权利要求1所述的一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法，其特征在于，包括以下重量份原料：原木浆55～80份，咖啡银皮20～40份，助结剂2～3份；
原木浆为木浆、草浆、蔗浆、苇浆和棉浆的一种或多种；
助结剂包括漆酶和谷氨酸，其中，漆酶1～1.5份、谷氨酸1～1.5份。
3.根据权利要求1所述的一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法，其特征在于，步骤S1中，咖啡银皮预处理方法为将压块后的咖啡银皮搓碎放入破碎机中进行破碎，再通过风选去除灰分及杂质，研磨、过筛得到40～80目的咖啡银皮。
4.根据权利要求1所述的一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法，其特征在于，步骤S2中，纸浆A的制备方法为按比例加入过量的原木浆、咖啡银皮和去离子水，得到总容积20L、浆浓为1％～1.5％的纸浆A，置于打浆机中疏解30min，再根据需要控制打浆时间，至纸浆A的叩解度达到30～40°SR。
5.根据权利要求1所述的一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法，其特征在于，步骤S3中，纸浆B的制备方法具体为取出部分步骤S2得到的纸浆A，拧干水分，用快速水分测定仪测出纸浆A的水分含量，称取相当于绝干浆重量份的纸浆A，加入助结剂和水，采用NaH2PO4/Na2HPO4缓冲溶液调节pH至6.0，配成浆浓2％～3％的纸浆B。
6.根据权利要求1所述的一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法，其特征在于，步骤S3中，浆料反应具体为将纸浆液置于温度为50℃、转速为200r/min的恒温水浴锅中搅拌90～120min，沸水浴5min后冷却至室温，经过滤后平衡水分24h以上。
7.根据权利要求1所述的一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法，其特征在于，步骤S4中，所述抄纸机的抄造定量为60g/m2。
8.根据权利要求1所述的一种利用咖啡银皮制浆造纸的方法，其特征在于，步骤S4中，所述热压干燥的温度为105～120℃。
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