Cum funcționează mașinile de fabricat paie de hârtie?

Mașinile de fabricat paie de băut din hârtie funcționează într-un mod mult mai complex decât mașinile de șters. Dar înțelegând cum a Mașină de făcut ventuze de băut hârtielucrările pot ajuta cumpărătorii de echipamente și inginerii de bomboane. De asemenea, ajută orice manager de operațiuni care alege lanțuri de aprovizionare durabile pentru ambalaje. Prin urmare, detaliile tehnice ale mașinii determină rezistența paiului, regulile de siguranță alimentară și costul fiecărui pai.

De ce este importantă această categorie de dispozitiv acum

Schimbările de reglementare care determină cererea de echipamente pentru producția de paie de hârtie sunt bine documentate. Directiva UE 2019/904 privind materialele plastice de unică-utilizare, care a intrat în vigoare în statele membre în iulie 2021, include în mod explicit paiele de băut printre articolele din plastic de unică-utilizare interzise. Directiva nu restricționează alternativele de hârtie și, în anii de la implementarea sa, Canada, Regatul Unit, Australia, Taiwan și mai multe jurisdicții din Asia de Sud-Est au adoptat sau au avansat restricții corespunzătoare (EUR-Lex, 2021).

Drept urmare, producătorii de paie de hârtie-și extind rapid implementarea în zonele tradiționale de producție a ambalajelor și în unitățile de producție ale companiilor de produse de larg consum, care anterior externalizau achiziția de paie din operațiunile de turnare prin injecție a plasticului. Deci înțelegând cum aMașină de făcut ventuze de băut hârtieWorks este un subiect legat de afaceri-, nu doar o curiozitate tehnică.

Ingrediente: Hârtie maro-alimentară

De ce contează acest dispozitiv acum?

Regulile care determină cererea de paie de hârtie sunt clare. Directiva UE 2019/904 privind materialele plastice de unică folosință-a intrat în vigoare în iulie 2021. Aceasta interzice paiele de plastic pentru băut. Dar nu interzice hârtia. Reguli similare au fost instituite de atunci în Canada, Regatul Unit, Australia, Taiwan și părți din Asia de Sud-Est (EUR-Lex, 2021).

Drept urmare, tot mai multe fabrici folosesc acum paie de hârtie. Fabricile se află în locații noi, cum ar fi vechile regiuni de ambalare și companii de bunuri de larg consum. Anterior, companiile cumpărau paie de plastic de la alte fabrici. Prin urmare, înțelegerea modului în care aMașină de făcut ventuze de băut hârtielucrările pot fi foarte utile pentru afaceri, nu doar pentru divertisment.

Etapa 1: Tăierea hârtiei și pregătirea benzii

Majoritatea mașinilor taie mai întâi rola părinte în benzi înguste fixate în lățime. Lățimea benzii de hârtie și unghiul de înfășurare în spirală determină grosimea și numărul de straturi ale tubului finit.

Paiele cu trei-sturi sunt cel mai comun tip de paie de băutură standard. Folosesc simultan trei benzi de hârtie de lățimi diferite. Aceasta include o căptușeală îngustă, un strat intermediar de rezistență mai larg, precum și un design exterior și imprimat pentru ambalajul exterior. Fiecare bandă provine din propria bobină de desfășurare și ajunge la secțiunea de formare printr-un traseu controlat de tensiune-.

Conexiunea dintre lățimea benzii, unghiul de înfășurare și forma tubului urmează geometria de bază a spiralei. Pentru un diametru fix al dornului, de obicei între 4 mm și 8 mm, un unghi de înfășurare mai abrupt creează mai multă suprapunere la fiecare tură și pereți mai groși de-a lungul aceleiași lățimi a benzii. Un unghi mai mic subțiază pereții tubului, dar este nevoie de mai multă hârtie pentru aceeași lungime.

Etapa 2: Aplicarea adezivului

Înainte ca fiecare bandă de hârtie să intre în dornul de formare, aceasta trece printr-o stație de acoperire, unde se aplică un adeziv pe bază de apă-pe o parte. Aceasta este cea mai sensibilă fază chimică a procesului, deoarece adezivul trebuie să satisfacă ambele nevoi. Trebuie să fie sigur pentru contactul cu alimentele și trebuie să ofere o rezistență suficientă pentru a preveni separarea stratului spiralat atunci când paiele sunt folosite în băuturi calde sau reci.

Tuburile de hârtie tradiționale folosesc de obicei acetat de polivinil (PVAc) sau adeziv pe bază de amidon-. Pentru paiele de băut din hârtie, adezivul le poate afecta și rezistența la umezeală. Rezistența umedă se referă la capacitatea paielor de a rezista la înmuiere și pierderea formei în contact prelungit cu lichidul. Unii producători folosesc rășină de poliamidă-epiclorhidrina sau acoperiri cu fluoropolimer pentru a îmbunătăți rezistența la umezeală, dar acest lucru a ridicat preocupări științifice.

Într-un studiu publicat închimioferăîn 2021, Groffen et al. a testat 43 de produse din paie, inclusiv 29 de specii de paie de hârtie, și au găsit substanțe perfluoroalchilice (PFAS) în majoritatea mostrelor de paie de hârtie. PFAS sunt substanțe chimice create de om-care pot rămâne în mediu pentru perioade lungi de timp și pot afecta sănătatea umană. Potrivit cercetătorilor, PFAS provine din aditivi fluorurati cu rezistență umedă-sau tratamente de suprafață fluorurate utilizate în producția de hârtie. Studiile au arătat că paiele de hârtie nu sunt automat mai sigure din punct de vedere al siguranței chimice decât plasticul, cu excepția cazului în care toate materialele și adezivii sunt testate și aprobate cu atenție. Mulți producători de încredere folosesc acum adezivi-fără PFAS și solicită furnizorilor să confirme că nu sunt utilizate substanțe chimice fluorurate în materiile prime.

Aplicatorul de lipici adoptă în general o rolă de precizie sau un sistem de matriță cu fante. Mașina controlează grosimea și vâscozitatea adezivului, permițându-i să răspândească un strat subțire uniform pe toată lățimea benzii, fără a se scurge prea mult adeziv de la marginile suprapuse în spirală în timpul formării.

Etapa 3: Înfășurarea în spirală pe dornuri de formare

Partea principală a mașinii de făcut paie de băut este stația de înfășurare în spirală. În această secțiune, benzile-de hârtie acoperite cu adeziv sunt înfășurate în spirală în jurul unui dorn de formare din oțel inoxidabil. Diametrul exterior al dornului determină diametrul interior al paiului. Toleranța de precizie a dornului este de ±0,05 mm, astfel încât dimensiunea găurii de paie rămâne aceeași.

Sistemul de înfășurare utilizează mai multe role de formare plasate la un unghi de înfășurare fix în jurul dornului. Când banda de hârtie acoperită cu adeziv-se deplasează înainte, rola o apasă pas cu pas spre dorn și stratul superior. Acest proces formează spirale și leagă împreună straturi de hârtie. Presiunea de la rolă împinge, de asemenea, adezivul în fibrele de hârtie, făcând straturile să se lipească strâns.

Mandrinul nu se rotește. Tubul de hârtie se deplasează înainte de-a lungul dornului în timp ce hârtia nouă continuă să se înfășoare în jurul spatelui. Această mișcare continuă menține mașina în funcțiune. Tubul finit părăsește capătul dornului și intră în secțiunea de tăiere.

Viteza de înfășurare este măsurată în metri tuburi continui pe minut. Mașinile industriale funcționează de obicei la o viteză de 60-150 m/min. Randamentul final al paielor depinde de lungimea tăieturii. De exemplu, dacă mașina funcționează cu o viteză de 100 m/min și taie paie la o lungime de 210 mm, mașina poate produce aproximativ 476 de paie pe minut înainte de a calcula limitele de tăiere și produsele respinse.

Etapa 4: Uscare și întărire adeziv

Tuburile de hârtie în spirală părăsesc dornul după formare și trec prin tunelul de uscare. Tunelurile pot utiliza încălzirea cu infraroșu (IR) sau un sistem de convecție cu aer cald-. Sarcina lor este să accelereze solidificarea adezivului și să îndepărteze excesul de umiditate din adeziv-pe bază de apă înainte ca tubul să intre în secțiunea de tăiere.

Dacă adezivul nu se solidifică complet înainte de tăiere, apar două probleme comune. O problemă este delaminarea la marginea de tăiere, unde forța de tăiere separă straturile de hârtie umedă. O altă problemă este separarea straturilor de paie atunci când rămân în băutură mult timp.

Pentru utilajele cu viteză mare-, lungimea și setarea temperaturii tunelului de uscare sunt foarte importante. Dacă temperatura este prea scăzută sau timpul de încălzire este prea scurt, adezivul nu se va solidifica corespunzător. Dacă temperatura de încălzire este prea mare sau timpul de încălzire este prea lung, fibrele de hârtie se vor deteriora și paiele finite își vor pierde rezistența.

Etapa 5: Servo-Tăiere pe șenile

Tubul de hârtie continuu din tunelul de uscare trebuie tăiat în paie simple cu mare precizie. Mașinile moderne folosesc un servo-cutter zburător de urmărire în secțiunea de tăiere. Sistemul de tăiere se deplasează cu tubul la aceeași viteză în momentul tăierii. După tăiere, lama se deplasează în poziția de pornire a următorului ciclu. Această metodă permite mașinii să taie curat și în linie dreaptă, fără a opri mișcarea tubului.

Lungimea de tăiere este controlată de PLC (controller logic programabil), care gestionează toate mișcările mașinii. Sub controlul PLC, operatorul poate modifica lungimea paiului prin ajustarea setărilor software-ului. Nu este nevoie să înlocuiți piesele mecanice sau came. În timpul producției, un sistem de tăiere servo bine întreținut menține de obicei precizia de tăiere cu ±0,5 mm.

După tăiere, sistemul de transport colectează paiele finite și le trimite la secțiunile de numărare, legare și ambalare. Senzorii din această etapă pot verifica dacă lungimea și diametrul paiului sunt incorecte sau dacă există defecte de suprafață vizibile. Paiele defecte sunt îndepărtate înainte de ambalarea finală.

Etapa 6: Verificarea calității și conformitatea cu siguranța alimentelor

O mașină de făcut paie de băut din hârtie funcționează într-o fabrică de ambalare a alimentelor. Nu funcționează singur. Trebuie să funcționeze în cadrul unui sistem de management al siguranței alimentelor. ISO 22000:2018 oferă reguli de bază și condiții preliminare pentru analiza pericolelor pentru companiile care produc materiale în contact cu alimentele, cum ar fi paiele de hârtie (ISO, 2018).

În practică, aceasta înseamnă:

Toate piesele care intră în contact cu benzile de hârtie sunt fabricate din oțel inoxidabil sau din plastic pentru alimente-.

Lubrifianții pentru piesele mecanice din apropierea traseului hârtiei sunt de calitate-alimentară și îndeplinesc standardele NSF/ANSI 61 H1 sau standarde similare.

Metodele de curățare îndepărtează complet murdăria și reziduurile fără a coroda piesele din oțel inoxidabil, afectând producția viitoare.

Înregistrările de trasabilitate leagă loturile de paie finite cu numerele relevante ale lotului rolelor de hârtie și codurile lotului de adeziv.

Testarea fizică a paielor de hârtie finite se face de obicei folosind metode dezvoltate de Gutiérrez et al. (Institutul de BioResurse, Universitatea de Stat NC, 2019). Studiul a testat performanța paielor de hârtie în condiții de expunere la băut. Testele au inclus rezistența la compresiune, rezistența la tracțiune la capătul de tăiere și înmuiere îndelungată în lichid.

Studiile au arătat că paiele de hârtie își pot menține rezistența normală în apă rece timp de aproximativ 60 de minute. În băuturile calde și băuturile gazoase, paiele slăbesc mai repede. Aceste rezultate afectează direct configurarea mașinii. Companiile care produc paie pentru cafenele sau băuturi calde optează de obicei pentru hârtie mai groasă și straturi mai înfășurate. Companiile care produc paie pentru băuturi reci folosesc de obicei un gramaj de hârtie mai mic și mai puține straturi de ambalare.

Contextul de mediu: poziția actuală a paielor de hârtie

Beneficiile ecologice ale paielor de hârtie și ale mașinilor care le produc nu sunt simple. Un studiu ciclului de viață al procesului (LCA) (MDPI, 2021) a comparat paiele de hârtie, paiele din plastic PLA și paiele obișnuite din plastic. Paiele de hârtie se descompun mai ușor în ocean, dar producția lor consumă mai multă energie, arată studiul. Acest lucru se datorează faptului că hârtia trebuie transformată în pulpă și uscată cu energie hidro. Un studiu din 2023 în jurnalProducție mai curatăgăsit la fel. Daunele paielor de hârtie asupra mediului vor fi fie reduse, fie crescute, astfel încât „cu atât mai bine” nu poate fi generalizat.

Studiile au arătat, de asemenea, că paiele de hârtie se descompun în compost industrial. Acest lucru durează de obicei între 60 și 90 de zile, conform unor criterii precum EN 13432 sau ASTM D6400. Nu stau în mare ca paiele de plastic.

Rezumat: Opt pași, un proces continuu

Procesul complet de operare al unei mașini de fabricat paie de băut din hârtie este împărțit în opt etape integrate:

Fiecare etapă este controlată de PLC. Leagă viteza de alimentare a hârtiei, cantitatea de lipici, viteza de înfășurare, temperatura de uscare, timpul de tăiere ca sistem de conectare și control.

Este important să înțelegeți sistemul. Ajută operatorii să opereze la o viteză normală și să obțină rezultate bune. De asemenea, ajută operatorii să detecteze din timp problemele, cum ar fi modificările induse de temperatură-in tensiunea hârtiei, grosimea adezivului, uzura lamei și așa mai departe, înainte ca acestea să afecteze calitatea produsului.

Referințe

1. Comisia Europeană. (2021). *Directiva (UE) 2019/904 privind reducerea impactului asupra mediului al anumitor materiale plastice*. EUR-Lex.
2. Codul electronic al reglementărilor federale din SUA. (2024). *21 CFR § 176.170 - Componente ale hârtiei și cartonului în contact cu alimentele apoase și grase*. eCFR.
3. Autoritatea Europeană pentru Siguranța Alimentară (EFSA). (2024). *Materiale în contact cu alimentele: Regulamentul-cadru (CE) nr. 1935/2004*. Parma: EFSA.
4. Groffen, T. şi colab. (2021). Ultimul pai: proprietăți ale substanțelor perfluoroalchilice și polifluoroalchilice din paiele de băut fabricate din plante comerciale.chimioferă.
5. Gutiérrez, TJ și colab. (2019). Evaluarea paielor din hârtie și plastic: caracteristici și provocări de testare.BioResurse, 14(4), 
6. Organizația Internațională pentru Standardizare. (2018). *ISO 22000:2018 - Sisteme de management al siguranței alimentare: cerințe pentru orice organizație din lanțul alimentar*. Geneva: Organizația Internațională pentru Standardizare.
7. Vo, TTQ şi colab. (2021). Un studiu comparativ al bioplasticelor și al ciclului de viață al paielor de hârtie.Procesele, 9(6), 1007. MDPI.
8. ScienceDirect. (2023). Evaluarea impactului multidimensional asupra mediului al înlocuitorilor de paie din plastic.Jurnalul de producție mai curată, prin ScienceDirect.
9. Stabilitatea hidraulică, elasticitatea mecanică și biodegradarea paielor de hârtie. (2024).Polimeri carbohidrați, ScienceDirect.
10. NSF International / ANSI. (2022). *NSF/ANSI 61: Componentele sistemului de apă potabilă -- Efecte asupra sănătății*. Ann Arbor, MI: NSF. (Referință pentru cadrul de clasificare a lubrifianților de calitate alimentară H1)
11. ASTM International. (2019).ASTM D6400: Specificație standard pentru etichetarea materialelor plastice concepute pentru a fi compostate aerob în unități municipale sau industriale. West Conshohocken, PA: ASTM.