Hogyan működnek a papírszalma-készítő gépek?

A papír szívószál-készítő gépek sokkal összetettebb módon működnek, mint a itatógépek. De megértve, hogyan a Papír ivószívó-készítő gépmunkák segíthetik a berendezésvásárlókat és az édességmérnököket. Segít minden olyan üzemeltetési vezetőnek, aki a fenntartható csomagolási ellátási láncokat választja. Ezért a gép műszaki részletei határozzák meg a szívószál szilárdságát, az élelmiszer-biztonsági szabályokat és az egyes szívószálak költségét.

Miért számít most ez az eszközkategória?

A papírszalma-gyártó berendezések iránti keresletet növelő szabályozási változások jól dokumentáltak. Az egyszer használatos műanyagokról szóló 2019/904/EU EU-irányelv, amely 2021 júliusában lépett hatályba a tagállamokban, kifejezetten felveszi a szívószálakat a tiltott egyszer használatos műanyag tárgyak közé. Az irányelv nem korlátozza a papíralapú alternatívákat, és a végrehajtása óta eltelt években Kanada, az Egyesült Királyság, Ausztrália, Tajvan és számos délkelet-ázsiai joghatóság megfelelő korlátozásokat fogadott el vagy fejlesztett ki (EUR-Lex, 2021).

Ennek eredményeként a papír{0}}szalmagyártók gyorsan kiterjesztik alkalmazásukat a hagyományos csomagolóanyag-gyártó területeken és a fogyasztói termékekkel foglalkozó cégek gyártólétesítményein, amelyek korábban kiszervezték a szalmabeszerzést a műanyag fröccsöntési műveleteiből. Tehát megértve, hogyan aPapír ivószívó-készítő gépA munkák egy üzleti{0}}téma, nem csupán technikai érdekesség.

Hozzávalók: Élelmiszer{0}}minőségű barna papír

Miért számít most ez az eszköz?

A papírszívószálak iránti keresletet meghatározó szabályok egyértelműek. 2021 júliusában lépett hatályba az egyszer használatos műanyagokról szóló 2019/904/EU irányelv, amely betiltja a műanyag szívószálakat. De nem tiltja a papírt. Azóta hasonló szabályokat vezettek be Kanadában, az Egyesült Királyságban, Ausztráliában, Tajvanon és Délkelet-Ázsia egyes részein (EUR-Lex, 2021).

Ennek köszönhetően ma már egyre több gyár használ papírszívószálat. A gyárak új helyeken helyezkednek el, például régi csomagolási régiókban és fogyasztási cikkeket gyártó cégekben. Korábban a cégek más gyáraktól vásároltak műanyag szívószálakat. Ezért megértve, hogyan aPapír ivószívó-készítő gépművek nagyon hasznosak lehetnek a vállalkozások számára, nem csak szórakozás céljából.

1. szakasz: Papírfelvágás és szalag előkészítés

A legtöbb gép először az alaptekercset vágja keskeny, szélességben rögzített csíkokra. A papírcsík szélessége és a spirális tekercselés szöge határozza meg a kész cső vastagságát és rétegszámát.

A három-rétegű szívószál a standard italszívószálak leggyakoribb típusa. Egyszerre három különböző szélességű papírcsíkot használnak. Ez magában foglalja a keskeny bélést, a szélesebb szilárdságú köztes réteget, valamint a külső csomagolás külső és nyomott kialakítását. Mindegyik csík a saját letekercselő orsójából származik, és egy feszítés{4}}ellenőrzött úton éri el a formáló részt.

A szalagszélesség, a tekercselési szög és a cső alakja közötti kapcsolat az alapvető csavarvonal geometriát követi. Rögzített, általában 4–8 mm-es tüskeátmérőnél a meredekebb tekercselési szög minden fordulatnál nagyobb átfedést és vastagabb falakat hoz létre ugyanazon szalagszélesség mentén. A kisebb szög elvékonyítja a cső falait, de több papírra van szükség azonos hosszúsághoz.

2. szakasz: Ragasztó alkalmazása

Mielőtt minden papírcsík belépne az alakító tüskébe, áthalad egy bevonóállomáson, ahol egy víz{0}}alapú ragasztót visznek fel az egyik oldalára. Ez a folyamat legérzékenyebb kémiai fázisa, mivel a ragasztónak mindkét igényt ki kell elégítenie. Biztonságosnak kell lennie az élelmiszerekkel való érintkezéskor, és megfelelő kötési szilárdságot kell biztosítania ahhoz, hogy megakadályozza a spirális réteg szétválását, amikor a szívószálat meleg vagy hideg italokhoz használják.

A hagyományos papírcsövek általában polivinil-acetátot (PVAc) vagy keményítő{0}}alapú ragasztót használnak. A papír szívószálaknál a ragasztó is befolyásolhatja a nedves szilárdságukat. A nedves szilárdság a szívószálak azon képességére utal, hogy ellenáll a lágyulásnak és az alakvesztésnek a folyadékkal való hosszan tartó érintkezés során. Egyes gyártók poliamid-epiklórhidrin gyantát vagy fluorpolimer bevonatokat használnak a nedves szilárdság javítására, de ez tudományos aggályokat vet fel.

ben megjelent tanulmánybanKemoszféra2021-ben Groffen et al. 43 szalmaterméket tesztelt, köztük 29 papírszalmafajtát, és perfluor-alkil anyagokat (PFAS) talált a legtöbb papírszalma-mintában. A PFAS olyan ember-alkotó vegyi anyagok, amelyek hosszú ideig maradhatnak a környezetben, és hatással lehetnek az emberi egészségre. A kutatók szerint a PFAS a papírgyártásban használt fluorozott nedves{7}adalékanyagokból vagy fluorozott felületkezelésekből származik. Tanulmányok kimutatták, hogy a papírszívószálak kémiai biztonsági szempontból nem automatikusan biztonságosabbak, mint a műanyagok, kivéve, ha minden anyagot és ragasztót gondosan tesztelnek és jóváhagynak. Sok megbízható gyártó ma már PFAS-mentes{10}ragasztókat használ, és megköveteli a beszállítóktól annak megerősítését, hogy a nyersanyagokban nem használnak fluortartalmú vegyszereket.

A ragasztófelhordó általában precíziós hengeres vagy hornyolt formarendszert alkalmaz. A gép szabályozza a ragasztó vastagságát és viszkozitását, lehetővé téve a vékony réteg egyenletes eloszlását a szalag teljes szélességében anélkül, hogy túl sok ragasztó szivárogna ki a spirális átfedő élekről az alakítás során.

3. szakasz: Spirális tekercselés az alakító tüskéken

A papírivó szalmakészítő gép fő része a spirális tekercselő állomás. Ebben a szakaszban a ragasztóval-bevonatos papírcsíkok spirálban vannak feltekerve egy rögzített rozsdamentes acél formázótüske köré. A tüske külső átmérője határozza meg a szalma belső átmérőjét. A tüske precíziós tűrése ±0,05 mm, így a szalmalyuk mérete változatlan marad.

A tekercselőrendszer több alakító görgőt használ, amelyek rögzített tekercselési szögben vannak elhelyezve a tüske körül. Amikor a ragasztóval{1}}bevonatos papírcsík előremozdul, a görgő lépésről lépésre nyomja a tüske és a felső réteg felé. Ez a folyamat spirálokat képez, és papírrétegeket köt össze. A henger nyomása a ragasztót is a papírszálakba nyomja, így a rétegek szorosan összetapadnak.

A tüske nem forog. A papírcső előre mozog a tüske mentén, miközben az új papír továbbra is a háta köré tekered. Ez a folyamatos mozgás működésben tartja a gépet. A kész cső elhagyja a tüske végét és belép a vágószakaszba.

A tekercselési sebességet folyamatos csőméterben mérik percenként. Az ipari gépek jellemzően 60-150 m/perc sebességgel működnek. A szalma végső hozama a vágás hosszától függ. Például, ha a gép 100 m/perc sebességgel működik és 210 mm hosszú szalmát vág, a gép percenként körülbelül 476 szívószálat tud legyártani, mielőtt kiszámítja a vágási határokat és a kiselejtezett termékeket.

4. szakasz: Szárítás és ragasztós kikeményedés

A spirális papírcsövek formázás után elhagyják a tüskét, és áthaladnak a szárítóalagúton. Az alagutak infravörös (IR) fűtést vagy meleg{1}}levegős konvekciós rendszert használhatnak. Feladatuk az, hogy felgyorsítsák a ragasztó megszilárdulását, és eltávolítsák a felesleges nedvességet a víz-alapú ragasztóból, mielőtt a cső belépne a vágórészbe.

Ha a ragasztó nem szilárdul meg teljesen a vágás előtt, két gyakori probléma merül fel. Az egyik probléma a delamináció a vágóélnél, ahol a vágóerő elválasztja a nedves papírrétegeket. Egy másik probléma a szívószálak réteges szétválása, ha hosszú ideig az italban maradnak.

A nagy sebességű{0}}gépeknél nagyon fontos a szárítóalagút hossza és hőmérséklete. Ha a hőmérséklet túl alacsony vagy a melegítési idő túl rövid, a ragasztó nem fog megfelelően megszilárdulni. Ha a melegítési hőmérséklet túl magas, vagy a melegítési idő túl hosszú, a papírszálak megsérülnek, és a kész szalma veszít erejéből.

5. szakasz: Szervo-Lánctalpas vágás

A szárítóalagútból származó folytonos papírcsövet nagy pontossággal egyedi szívószálakra kell vágni. A modern gépek szervo-nyomkövető repülővágót használnak a vágórészben. A vágórendszer a csővel azonos sebességgel mozog a vágás pillanatában. Vágás után a penge a következő ciklus kiinduló helyzetébe mozog. Ezzel a módszerrel a gép tisztán és egyenes vonalban vághat anélkül, hogy megállítaná a cső mozgását.

A vágási hosszt PLC (programozható logikai vezérlő) vezérli, amely a gép összes mozgását kezeli. PLC vezérlés mellett a kezelő a szoftverbeállítások módosításával módosíthatja a szívószál hosszát. Nincs szükség mechanikus alkatrészek vagy bütykök cseréjére. A gyártás során egy jól karbantartott-szervovágó rendszer általában ±0,5 mm-en belül tartja a vágási pontosságot.

A vágás után a szállítószalag összegyűjti a kész szalmát és elküldi a számláló, kötöző és csomagoló részlegekre. Az érzékelők ebben a szakaszban ellenőrizhetik, hogy a szívószál hossza és átmérője nem megfelelő-e, vagy vannak-e észrevehető felületi hibák. A hibás szívószálakat a végső csomagolás előtt eltávolítják.

6. szakasz: Minőségellenőrzés és élelmiszer-biztonsági megfelelőség

Egy élelmiszer-csomagoló gyárban működik egy papír szívószál-készítő gép. Egyedül nem működik. Élelmiszerbiztonsági irányítási rendszer szerint kell működnie. Az ISO 22000:2018 alapvető szabályokat és előfeltételeket biztosít a veszélyelemzéshez az élelmiszerekkel érintkező anyagokat, például papírszalmát gyártó vállalatok számára (ISO, 2018).

A gyakorlatban ez azt jelenti:

A papírcsíkokkal érintkező összes alkatrész rozsdamentes acélból vagy élelmiszer-{0}}biztonságos műanyagból készül.

A papírút közelében lévő mechanikai alkatrészek kenőanyagai élelmiszer--minőségűek, és megfelelnek az NSF/ANSI 61 H1 vagy hasonló szabványoknak.

A tisztítási módszerek teljesen eltávolítják a szennyeződéseket és a maradványokat anélkül, hogy a rozsdamentes acél alkatrészeket korrodálnák, ami befolyásolná a jövőbeni termelést.

A nyomon követhetőségi nyilvántartások összekapcsolják a kész szalma tételeket a megfelelő papírtekercs-tételszámokkal és ragasztóanyag-tételi kódokkal.

A kész papírszívószálak fizikai vizsgálatát általában Gutiérrez és munkatársai által kifejlesztett módszerekkel végzik. (BioResources Institute, NC State University, 2019). A tanulmány a papírszívószálak teljesítményét vizsgálta ivási expozíciós körülmények között. A tesztek közé tartozott a nyomószilárdság, a vágóvégi szakítószilárdság és a folyadékban való hosszú áztatás.

Tanulmányok kimutatták, hogy a papírszívószálak körülbelül 60 percig képesek megőrizni normál szilárdságukat hideg vízben. A forró italokban és a szénsavas italokban a szívószálak gyorsabban gyengülnek. Ezek az eredmények közvetlenül befolyásolják a gép beállítását. A kávézók szívószálát vagy forró italokat gyártó cégek jellemzően vastagabb papírt és több tekercselési réteget választanak. A hideg italos szívószálakat gyártó cégek általában kisebb papírtömeget és kevesebb csomagolóréteget használnak.

Környezeti kontextus: A papírszívószálak aktuális helyzete

A papírszívószálak és az azokat előállító gépek környezeti előnyei nem egyszerűek. Egy folyamat életciklus-tanulmány (LCA) (MDPI, 2021) a papírszívószálakat, a PLA műanyag szívószálakat és a szokásos műanyag szívószálakat hasonlította össze. A papírszívószálak könnyebben bomlanak le az óceánban, de előállításuk több energiát fogyaszt – derült ki a tanulmányból. Ennek az az oka, hogy a papírt pépesíteni és vízenergiával szárítani kell. Egy 2023-as tanulmány a folyóiratbanTisztább termelésugyanazt találta. A papírszívószálak környezetkárosító hatásai vagy csökkenni fognak, vagy növekedni fognak, ezért nem lehet általánosítani a "jobbat".

A vizsgálatok azt is kimutatták, hogy a papírszalmák az ipari komposztban lebomlanak. Ez általában 60 és 90 napig tart az olyan kritériumok szerint, mint például az EN 13432 vagy az ASTM D6400. Nem maradnak a tengerben, mint a műanyag szívószálak.

Összegzés: Nyolc lépés, egy folyamatos folyamat

A papírivó szalmakészítő gép teljes működési folyamata nyolc integrált szakaszra oszlik:

Minden fokozatot PLC vezérel. Összeköti a papíradagolás sebességét, a ragasztó mennyiségét, a tekercselési sebességet, a szárítási hőmérsékletet, a vágási időt, mint csatlakozási és vezérlési rendszert.

Fontos megérteni a rendszert. Segíti a kezelőket normál sebességgel dolgozni és jó teljesítményt elérni. Segít a kezelőknek abban is, hogy korán felismerjék a problémákat, mint például a hőmérséklet{2}}változások a papírfeszességben, a ragasztóvastagságban, a pengekopásban és így tovább, még mielőtt azok befolyásolnák a termék minőségét.

Hivatkozások

1. Európai Bizottság. (2021). *(EU) 2019/904 irányelv egyes műanyagok környezeti hatásainak csökkentéséről*. EUR-Lex.
2. Az Egyesült Államok szövetségi szabályozásának elektronikus kódexe. (2024). *21 CFR § 176.170 - Vizes és zsíros élelmiszerekkel érintkező papír- és kartonelemek*. eCFR.
3. Európai Élelmiszerbiztonsági Hatóság (EFSA). (2024). *Élelmiszerrel érintkező anyagok: . 1935/2004/EK keretrendelet*. Parma: EFSA.
4. Groffen, T. et al. (2021). Utolsó csepp a pohárban: perfluor-alkil és polifluor-alkil anyagok tulajdonságai kereskedelmi üzemekből készült szívószálban.Kemoszféra.
5. Gutiérrez, TJ et al. (2019). Papír és műanyag szívószálak értékelése: jellemzők és tesztelési kihívások.BioResources, 14(4), 
6. Nemzetközi Szabványügyi Szervezet. (2018). *ISO 22000:2018 - Élelmiszerbiztonsági Irányítási Rendszerek: Az élelmiszerláncban részt vevő bármely szervezetre vonatkozó követelmények*. Genf: Nemzetközi Szabványügyi Szervezet.
7. Vo, TTQ et al. (2021). A bioműanyagok és a papírszívószálak életciklus-értékelésének összehasonlító vizsgálata.Folyamatok, 9 (6), 1007. MDPI.
8. ScienceDirect. (2023). Műanyag szalmapótlók többdimenziós környezeti hatásvizsgálata.Journal of Cleaner Production, a ScienceDirect segítségével.
9. Papírszívószálak hidraulikus stabilitása, mechanikai rugalmassága és biológiai lebomlása. (2024).Szénhidrát polimerek, ScienceDirect.
10. NSF International / ANSI. (2022). *NSF/ANSI 61: Az ivóvízrendszer összetevői -- Egészségügyi hatások*. Ann Arbor, MI: NSF. (Hivatkozás az élelmiszer-minőségű kenőanyagok H1 osztályozási keretrendszeréhez)
11. ASTM International. (2019).ASTM D6400: Szabványos előírás a városi vagy ipari létesítményekben aerob komposztálásra tervezett műanyagok címkézésére. West Conshohocken, PA: ASTM.