Ako fungujú stroje na výrobu papierovej slamy?

Stroje na výrobu slamiek na pitie z papiera pracujú oveľa zložitejším spôsobom ako pijavice. Ale pochopenie toho, ako a Stroj na výrobu prísaviek na pitie papierapráce môžu pomôcť nákupcom zariadení a inžinierom cukroviniek. Pomáha tiež každému prevádzkovému manažérovi, ktorý si vyberá udržateľné dodávateľské reťazce obalov. Preto technické detaily stroja určujú pevnosť slamky, pravidlá bezpečnosti potravín a cenu každej slamky.

Prečo je táto kategória zariadení dôležitá

Regulačné zmeny, ktoré spôsobujú dopyt po zariadeniach na výrobu papierovej slamy, sú dobre zdokumentované. Smernica EÚ 2019/904 o plastoch na jedno -použitie, ktorá v členských štátoch nadobudla platnosť v júli 2021, výslovne zahŕňa slamky na pitie medzi zakázané plastové predmety na jedno{5}}použitie. Smernica neobmedzuje papierové alternatívy a v rokoch od jej implementácie Kanada, Spojené kráľovstvo, Austrália, Taiwan a niekoľko jurisdikcií juhovýchodnej Ázie prijali alebo rozšírili zodpovedajúce obmedzenia (EUR-Lex, 2021).

Výsledkom je, že výrobcovia papierových-slamiek rýchlo rozširujú svoje nasadenie v tradičných oblastiach výroby obalov a výrobných závodov spoločností zaoberajúcich sa spotrebným tovarom, ktoré predtým obstarávali slamu prostredníctvom operácií vstrekovania plastov. Takže pochopiť, ako aStroj na výrobu prísaviek na pitie papierapráca je téma súvisiaca s obchodom-, nielen technická zaujímavosť.

Zloženie: Potravinársky-hnedý papier

Prečo je toto zariadenie dôležité práve teraz?

Pravidlá, ktoré riadia dopyt po papierových slamkách, sú jasné. Smernica EÚ 2019/904 o plastoch na jedno použitie-vstúpila do platnosti v júli 2021. Zakazuje plastové slamky na pitie. Ale nezakazuje papier. Podobné pravidlá odvtedy zaviedli v Kanade, Spojenom kráľovstve, Austrálii, na Taiwane a v častiach juhovýchodnej Ázie (EUR-Lex, 2021).

Výsledkom je, že v súčasnosti čoraz viac tovární používa papierové slamky. Továrne sú v nových lokalitách, ako sú staré baliarenské regióny a spoločnosti spotrebného tovaru. Predtým spoločnosti nakupovali plastové slamky z iných tovární. Preto pochopenie toho, ako aStroj na výrobu prísaviek na pitie papieradiela môžu byť veľmi užitočné pre podniky, nielen pre zábavu.

Fáza 1: Rezanie papiera a príprava pásky

Väčšina strojov najprv rozreže základný kotúč na úzke pásy fixované na šírku. Šírka papierového pásu a uhol špirálového vinutia určujú hrúbku a počet vrstiev hotovej rúrky.

Troj{0}}vrstvové slamky sú najbežnejším typom štandardnej slamky na pitie. Naraz používajú tri pásy papiera rôznych šírok. To zahŕňa úzku podšívku, širšiu pevnostnú medzivrstvu, ako aj vonkajší a potlačený dizajn vonkajšieho obalu. Každý pás pochádza z vlastnej odvíjacej cievky a dostáva sa do tvarovacej sekcie prostredníctvom napínania-riadenej dráhy.

Spojenie medzi šírkou pásu, uhlom vinutia a tvarom rúrky sleduje základnú geometriu špirály. Pre pevný priemer tŕňa, zvyčajne 4 mm až 8 mm, vytvára strmší uhol vinutia väčší presah pri každom otočení a hrubšie steny pozdĺž rovnakej šírky pásu. Menší uhol stenčuje steny trubice, ale na rovnakú dĺžku je potrebné viac papiera.

Fáza 2: Aplikácia lepidla

Predtým, ako každý papierový pás vstúpi do formovacieho tŕňa, prejde cez nanášaciu stanicu, kde sa na jednu stranu nanesie lepidlo na báze vody. Toto je najcitlivejšia chemická fáza procesu, pretože lepidlo musí uspokojiť obe potreby. Musí byť bezpečný pre styk s potravinami a musí poskytovať dostatočnú pevnosť spojenia, aby sa zabránilo oddeleniu špirálovej vrstvy pri použití slamiek v horúcich alebo studených nápojoch.

Tradičné papierové tuby bežne používajú lepidlo na báze polyvinylacetátu (PVAc) alebo škrobu. Pri papierových slamkách na pitie môže lepidlo ovplyvniť aj ich pevnosť za mokra. Pevnosť za mokra sa vzťahuje na schopnosť slamiek odolávať mäknutiu a strate tvaru pri dlhšom kontakte s kvapalinou. Niektorí výrobcovia používajú polyamidové-epichlórhydrínové živice alebo fluórpolymérové ​​povlaky na zlepšenie pevnosti za mokra, čo však vyvolalo vedecké obavy.

V štúdii publikovanej vChemosférav roku 2021 Groffen a spol. testovali 43 produktov zo slamy vrátane 29 druhov papierovej slamy a našli perfluóralkylové látky (PFAS) vo väčšine vzoriek papierovej slamy. PFAS sú človekom-vyrobené chemikálie, ktoré môžu v životnom prostredí pretrvávať po dlhú dobu a môžu mať vplyv na ľudské zdravie. Podľa výskumníkov PFAS pochádzali z fluórovaných prísad na zvýšenie pevnosti za mokra- alebo fluórovaných povrchových úprav používaných pri výrobe papiera. Štúdie ukázali, že papierové slamky nie sú z hľadiska chemickej bezpečnosti automaticky bezpečnejšie ako plasty, pokiaľ nie sú všetky materiály a lepidlá dôkladne otestované a schválené. Mnoho spoľahlivých výrobcov teraz používa lepidlá{10}}bez PFAS a vyžaduje od dodávateľov potvrdenie, že v surovinách sa nepoužívajú žiadne fluórované chemikálie.

Aplikátor lepidla vo všeobecnosti používa systém presného valca alebo štrbinovej formy. Stroj kontroluje hrúbku a viskozitu lepidla, čo mu umožňuje naniesť tenkú vrstvu rovnomerne po celej šírke pásu bez toho, aby počas tvarovania uniklo príliš veľa lepidla z okrajov špirálového presahu.

Fáza 3: Špirálové navíjanie na formovacích tŕňoch

Hlavnou časťou stroja na výrobu slamky na pitie papiera je stanica na špirálové navíjanie. V tejto časti sú papierové prúžky s lepidlom{1}}navinuté do špirály okolo pevného tvarovacieho tŕňa z nehrdzavejúcej ocele. Vonkajší priemer tŕňa určuje vnútorný priemer slamky. Tolerancia presnosti tŕňa je ±0,05 mm, takže veľkosť otvoru na slamku zostáva rovnaká.

Navíjací systém využíva niekoľko tvarovacích valcov umiestnených pod pevným uhlom navíjania okolo tŕňa. Keď sa pás papiera s lepidlom-pohne dopredu, valec ho krok za krokom pritlačí smerom k tŕňu a hornej vrstve. Tento proces vytvára špirály a spája vrstvy papiera. Tlak valčeka tiež vtlačí lepidlo do vlákien papiera, vďaka čomu sa vrstvy tesne prilepia.

Tŕň sa neotáča. Papierová trubica sa pohybuje dopredu pozdĺž tŕňa, zatiaľ čo nový papier sa naďalej ovíja okolo zadnej časti. Tento nepretržitý pohyb udržuje stroj v chode. Hotová rúrka opúšťa koniec tŕňa a vstupuje do reznej časti.

Rýchlosť navíjania sa meria v metroch nepretržitej trubice za minútu. Priemyselné stroje zvyčajne pracujú rýchlosťou 60-150 m/min. Konečný výnos slamiek závisí od dĺžky rezu. Napríklad, ak stroj pracuje rýchlosťou 100 m/min a reže slamky s dĺžkou 210 mm, stroj dokáže vyprodukovať približne 476 slamiek za minútu pred výpočtom limitov rezania a vyradených produktov.

Fáza 4: Sušenie a vytvrdzovanie lepidla

Špirálové papierové rúrky opúšťajú tŕň po vytvarovaní a prechádzajú sušiacim tunelom. Tunely môžu využívať infračervené (IR) vykurovanie alebo systém prúdenia teplého vzduchu-. Ich úlohou je urýchliť tuhnutie lepidla a odstrániť prebytočnú vlhkosť z lepidla na báze vody- predtým, ako rúrka vstúpi do reznej časti.

Ak lepidlo pred rezaním úplne nestuhne, vznikajú dva bežné problémy. Jedným problémom je delaminácia na reznej hrane, kde rezná sila oddeľuje mokré vrstvy papiera. Ďalším problémom je oddeľovanie vrstiev slamiek, keď sa v nápoji zdržiavajú dlhší čas.

Pre vysokorýchlostné{0}}stroje sú veľmi dôležité nastavenie dĺžky a teploty sušiaceho tunela. Ak je teplota príliš nízka alebo čas ohrevu príliš krátky, lepidlo správne nestuhne. Ak je teplota ohrevu príliš vysoká alebo doba ohrevu príliš dlhá, vlákna papiera sa poškodia a hotová slamka stratí svoju pevnosť.

Fáza 5: Servo-sledované rezanie

Súvislá papierová rúrka zo sušiaceho tunela musí byť narezaná na jednotlivé slamky s vysokou presnosťou. Moderné stroje používajú servo-lietajúcu rezačku na rezanie. Rezací systém sa pohybuje s rúrkou rovnakou rýchlosťou v momente rezania. Po rezaní sa čepeľ presunie do východiskovej polohy ďalšieho cyklu. Táto metóda umožňuje stroju rezať čisto a priamočiaro bez zastavenia pohybu rúrky.

Dĺžka rezu je riadená PLC (programovateľný logický ovládač), ktorý riadi všetky pohyby stroja. Pod riadením PLC môže operátor zmeniť dĺžku slamky úpravou nastavení softvéru. Nie je potrebné vymieňať mechanické časti alebo vačky. Počas výroby dobre udržiavaný-servorezný systém zvyčajne udržuje presnosť rezu v rozmedzí ±0,5 mm.

Po narezaní dopravníkový systém zbiera hotové slamky a posiela ich do počítacej, viazacej a baliacej sekcie. Senzory v tejto fáze môžu skontrolovať, či dĺžka a priemer slamky nie sú nesprávne alebo či nie sú viditeľné povrchové chyby. Chybné slamky sa pred konečným balením odstránia.

Fáza 6: Overovanie kvality a súlad s bezpečnosťou potravín

Stroj na výrobu slamiek na pitie papiera pracuje v továrni na balenie potravín. Samostatne to nefunguje. Musí fungovať v rámci systému riadenia bezpečnosti potravín. ISO 22000:2018 poskytuje základné pravidlá a predpoklady pre analýzu rizík pre spoločnosti vyrábajúce materiály prichádzajúce do styku s potravinami, ako sú papierové slamky (ISO, 2018).

V praxi to znamená:

Všetky časti, ktoré sú v kontakte s papierovými pásikmi, sú vyrobené z nehrdzavejúcej ocele alebo z plastu -bezpečného pre potraviny.

Mazivá pre mechanické časti v blízkosti dráhy papiera sú potravinárske-a spĺňajú normy NSF/ANSI 61 H1 alebo podobné normy.

Metódy čistenia úplne odstraňujú nečistoty a zvyšky bez korózie častí z nehrdzavejúcej ocele, čo ovplyvňuje budúcu výrobu.

Záznamy vysledovateľnosti spájajú hotové šarže slamiek s príslušnými číslami šarží papierových kotúčov a kódmi šarží lepidla.

Fyzikálne testovanie hotových papierových slamiek sa zvyčajne vykonáva pomocou metód vyvinutých Gutiérrezom a kol. (BioResources Institute, NC State University, 2019). Štúdia testovala výkonnosť papierových slamiek v podmienkach pitia. Testy zahŕňali odolnosť v tlaku, pevnosť v ťahu na konci rezu a dlhé namáčanie v kvapaline.

Štúdie ukázali, že papierové slamky si dokážu udržať svoju normálnu pevnosť v studenej vode asi 60 minút. V horúcich nápojoch a bublinkových nápojoch slamky slabnú rýchlejšie. Tieto výsledky priamo ovplyvňujú nastavenie stroja. Spoločnosti, ktoré vyrábajú slamky pre kaviarne alebo horúce nápoje, sa zvyčajne rozhodujú pre hrubší papier a viac vinutých vrstiev. Spoločnosti, ktoré vyrábajú slamky na studené nápoje, zvyčajne používajú nižšiu gramáž papiera a menej vrstiev balenia.

Environmentálny kontext: Skutočné postavenie papierových slamiek

Environmentálne výhody papierových slamiek a strojov, ktoré ich vyrábajú, nie sú jednoduché. Štúdia životného cyklu procesu (LCA) (MDPI, 2021) porovnávala papierové slamky, plastové slamky PLA a bežné plastové slamky. Papierové slamky sa v oceáne ľahšie rozkladajú, no ich výroba spotrebuje viac energie, zistila štúdia. Je to preto, že papier je potrebné rozvlákniť a vysušiť pomocou vodnej energie. Štúdia z roku 2023 v časopiseČistejšia produkcianašli to isté. Škody papierových slamiek na životnom prostredí sa buď znížia alebo zvýšia, takže „tým lepšie“ nemožno zovšeobecňovať.

Štúdie tiež ukázali, že papierové slamky sa v priemyselnom komposte rozkladajú. Zvyčajne to trvá 60 až 90 dní podľa kritérií, ako sú EN 13432 alebo ASTM D6400. Nezostávajú v mori ako plastové slamky.

Zhrnutie: Osem krokov, jeden nepretržitý proces

Celý prevádzkový proces stroja na výrobu slamiek na pitie papiera je rozdelený do ôsmich integrovaných etáp:

Každý stupeň je riadený PLC. Spája rýchlosť podávania papiera, množstvo lepidla, rýchlosť navíjania, teplotu sušenia, čas rezania ako systém pripojenia a kontroly.

Je dôležité pochopiť systém. Pomáha operátorom pracovať pri normálnej rýchlosti a dosiahnuť dobrý výkon. Operátorom tiež pomáha včas odhaliť problémy, ako sú teplotné-zmeny v napätí papiera, hrúbka lepidla, opotrebovanie čepele atď., skôr než ovplyvnia kvalitu produktu.

Referencie

1. Európska komisia. (2021). *Smernica (EÚ) 2019/904 o znižovaní vplyvu určitých plastov na životné prostredie*. EUR-Lex.
2. Elektronický kódex federálnych predpisov USA. (2024). *21 CFR § 176.170 - Zložky papiera a lepenky prichádzajúce do styku s vodnatými a mastnými potravinami*. eCFR.
3. Európsky úrad pre bezpečnosť potravín (EFSA). (2024). *Materiály prichádzajúce do styku s potravinami: Rámcové nariadenie (ES) č.. 1935/2004*. Parma: EFSA.
4. Groffen, T. a kol. (2021). Posledná kvapka: vlastnosti perfluóralkylových a polyfluóralkylových látok v slamkách na pitie vyrobených z komerčných rastlín.Chemosféra.
5. Gutiérrez, TJ a kol. (2019). Hodnotenie papierových a plastových slamiek: charakteristiky a testovacie výzvy.BioResources, 14(4), 
6. Medzinárodná organizácia pre normalizáciu. (2018). *ISO 22000:2018 - Systémy riadenia bezpečnosti potravín: Požiadavky na akúkoľvek organizáciu v potravinovom reťazci*. Ženeva: Medzinárodná organizácia pre normalizáciu.
7. Vo, TTQ a kol. (2021). Porovnávacia štúdia hodnotenia životného cyklu bioplastov a papierových slamiek.procesy9(6), 1007. MDPI.
8. ScienceDirect. (2023). Viacrozmerné hodnotenie vplyvov plastových náhrad slamy na životné prostredie.Journal of Cleaner Production, cez ScienceDirect.
9. Hydraulická stabilita, mechanická elasticita a biodegradácia papierových slamiek. (2024).Sacharidové polyméry, ScienceDirect.
10. NSF International / ANSI. (2022). *NSF/ANSI 61: Komponenty systému pitnej vody - – Účinky na zdravie*. Ann Arbor, MI: NSF. (Odkaz na klasifikačný rámec potravinárskych mazív H1)
11. ASTM International. (2019).ASTM D6400: Štandardná špecifikácia pre označovanie plastov určených na aeróbne kompostovanie v obecných alebo priemyselných zariadeniach. West Conshohocken, PA: ASTM.