Kaip veikia popieriaus šiaudų gamybos mašinos?

Popieriaus šiaudų gamybos mašinos veikia daug sudėtingiau nei blotavimo mašinos. Tačiau suprasdamas, kaip a Popieriaus gėrimo siurbtuko gamybos mašinadarbai gali padėti įrangos pirkėjams ir saldainių inžinieriams. Tai taip pat padeda bet kuriam operacijų vadovui, kuris pasirenka tvarias pakuočių tiekimo grandines. Todėl mašinos techninės detalės lemia šiaudelio stiprumą, maisto saugos taisykles ir kiekvieno šiaudelio kainą.

Kodėl ši įrenginio kategorija dabar svarbi

Reguliavimo pokyčiai, skatinantys popieriaus šiaudų gamybos įrangos paklausą, yra gerai dokumentuoti. ES direktyva 2019/904 dėl vienkartinio plastiko, kuri valstybėse narėse įsigaliojo 2021 m. liepos mėn., vienareikšmiškai įtraukė gėrimo šiaudelius tarp draudžiamų vienkartinių plastikinių gaminių. Direktyva neriboja popierinių alternatyvų, o per metus nuo jos įgyvendinimo Kanada, Jungtinė Karalystė, Australija, Taivanas ir kelios Pietryčių Azijos jurisdikcijos patvirtino arba patobulino atitinkamus apribojimus (EUR-Lex, 2021).

Todėl popieriaus{0}}šiaudų gamintojai sparčiai plečia savo veiklą tradicinėse pakuočių gamybos srityse ir plataus vartojimo prekių įmonių, kurios anksčiau šiaudų įsigijimą perdavė iš plastiko liejimo operacijų, gamybos įrenginiuose. Taigi supranti, kaip aPopieriaus gėrimo siurbtuko gamybos mašinadarbai yra su verslu{0}}susijusi tema, o ne tik techninis smalsumas.

Ingredientai: maistinis{0}} rudas popierius

Kodėl šis įrenginys dabar svarbus?

Taisyklės, skatinančios popierinių šiaudelių paklausą, yra aiškios. ES direktyva 2019/904 dėl vienkartinių plastikų Bet tai nedraudžia popieriaus. Nuo to laiko panašios taisyklės buvo įvestos Kanadoje, JK, Australijoje, Taivane ir kai kuriose Pietryčių Azijos dalyse (EUR-Lex, 2021).

Todėl dabar vis daugiau gamyklų naudoja popierinius šiaudelius. Gamyklos yra naujose vietose, pavyzdžiui, senuose pakuočių regionuose ir plataus vartojimo prekių įmonėse. Anksčiau įmonės plastikinius šiaudelius pirkdavo iš kitų gamyklų. Todėl suprasdamas, kaip aPopieriaus gėrimo siurbtuko gamybos mašinadarbai gali būti labai naudingi verslui, ne tik pramogai.

1 etapas: popieriaus pjaustymas ir juostos paruošimas

Dauguma mašinų pirmiausia supjausto pagrindinį ritinį į siauras juosteles, pritvirtintas prie pločio. Popieriaus juostelės plotis ir spiralinės apvijos kampas lemia gatavo vamzdžio storį ir sluoksnių skaičių.

Trijų-sluoksnių šiaudeliai yra labiausiai paplitęs standartinių gėrimų šiaudelių tipas. Jie naudoja tris skirtingo pločio popieriaus juosteles vienu metu. Tai apima siaurą pamušalą, platesnį tvirtumo tarpinį sluoksnį, taip pat išorinį ir spausdintą išorinės pakuotės dizainą. Kiekviena juostelė ateina iš savo išvyniotos ritės ir pasiekia formavimo sekciją įtempimu{4}}valdomu keliu.

Ryšys tarp juostos pločio, apvijos kampo ir vamzdžio formos atitinka pagrindinę spiralės geometriją. Fiksuoto įtvaro skersmens, paprastai nuo 4 mm iki 8 mm, statesnis apvijos kampas sukuria didesnį persidengimą kiekviename posūkyje ir storesnes sienas išilgai to paties juostos pločio. Mažesnis kampas plonina vamzdžio sieneles, tačiau tokio pat ilgio popieriaus reikia daugiau.

2 etapas: klijų užtepimas

Prieš kiekvieną popieriaus juostelę patenkant į formavimo įtvarą, ji praeina per dengimo stotį, kurios viena pusė užtepama vandens{0}} klijais. Tai jautriausia cheminė proceso fazė, nes klijai turi patenkinti abu poreikius. Jis turi būti saugus liestis su maistu ir turėti pakankamą sukibimo stiprumą, kad spiralinis sluoksnis neatsiskirtų, kai šiaudeliai naudojami karštuose ar šaltuose gėrimuose.

Tradiciniuose popieriniuose vamzdeliuose dažniausiai naudojami polivinilacetato (PVA) arba krakmolo-pagrindo klijai. Popierinių gėrimo šiaudelių klijai taip pat gali turėti įtakos jų stiprumui šlapioje padėtyje. Stiprumas šlapioje situacijoje reiškia šiaudų gebėjimą atsispirti minkštėjimui ir formos praradimui ilgai kontaktuojant su skysčiu. Kai kurie gamintojai naudoja poliamido-epichlorhidrino dervą arba fluoropolimero dangas, kad padidintų atsparumą šlapiai dangai, tačiau tai sukėlė mokslinį susirūpinimą.

Tyrime, paskelbtame mChemosfera2021 m. Groffen ir kt. ištyrė 43 šiaudų gaminius, įskaitant 29 popieriaus šiaudų rūšis, ir daugumoje popieriaus šiaudų mėginių aptiko perfluoralkilo medžiagų (PFAS). PFAS yra žmogaus{5}}sukurtos cheminės medžiagos, kurios ilgą laiką gali išlikti aplinkoje ir gali turėti įtakos žmonių sveikatai. Tyrėjų teigimu, PFAS buvo gauta naudojant fluorintus šlapio stiprumo priedus arba fluorintus paviršius, naudojamus popieriaus gamyboje. Tyrimai parodė, kad popieriniai šiaudeliai nėra automatiškai saugesni cheminės saugos požiūriu nei plastikiniai, nebent visos medžiagos ir klijai yra kruopščiai išbandomi ir patvirtinti. Daugelis patikimų gamintojų dabar naudoja klijus be PFAS{10} ir reikalauja, kad tiekėjai patvirtintų, kad žaliavose nenaudojami jokie fluorinti chemikalai.

Klijų aplikatorius paprastai naudoja tikslią volelį arba plyšių formų sistemą. Mašina kontroliuoja klijų storį ir klampumą, leidžiantį tolygiai paskirstyti ploną sluoksnį per visą juostos plotį, formuojant iš spiralės persidengimo kraštų nenutekant per daug klijų.

3 etapas: spiralinė apvija formuojant įtvarus

Pagrindinė popieriaus geriamojo šiaudų gamybos mašinos dalis yra spiralinė vyniojimo stotis. Šiame skyriuje klijais{1}}dengtos popieriaus juostelės suvyniotos spirale aplink fiksuotą nerūdijančio plieno formavimo įtvarą. Išorinis įtvaro skersmuo lemia vidinį šiaudelio skersmenį. Įtvaro tikslumo tolerancija yra ±0,05 mm, todėl šiaudų skylės dydis išlieka toks pat.

Apvijų sistemoje naudojami keli formavimo ritinėliai, išdėstyti fiksuotu apvijos kampu aplink šerdį. Kai lipnia-popieriaus juostelė pasislenka į priekį, volelis žingsnis po žingsnio ją spaudžia įtvaro ir viršutinio sluoksnio link. Šis procesas formuoja spirales ir sujungia popieriaus sluoksnius. Volelio spaudimas taip pat stumia klijus į popieriaus pluoštus, todėl sluoksniai tvirtai sulimpa.

Įtvaras nesisuka. Popieriaus vamzdelis juda į priekį išilgai šerdies, o naujas popierius toliau vyniojasi aplink nugarą. Dėl šio nuolatinio judesio mašina veikia. Užbaigtas vamzdis palieka šerdies galą ir patenka į pjovimo sekciją.

Apvijos greitis matuojamas ištisiniais vamzdžių metrais per minutę. Pramoninės mašinos paprastai dirba 60-150 m/min greičiu. Galutinis šiaudų derlius priklauso nuo pjūvio ilgio. Pavyzdžiui, jei mašina dirba 100 m/min greičiu ir pjauna 210 mm ilgio šiaudus, mašina gali pagaminti apie 476 šiaudus per minutę prieš skaičiuodama pjovimo ribas ir atmestus gaminius.

4 etapas: džiovinimas ir kietėjimas klijais

Spiraliniai popieriniai vamzdeliai po formavimo palieka šerdį ir praeina per džiovinimo tunelį. Tuneliuose gali būti naudojamas infraraudonųjų spindulių (IR) šildymas arba šilto{1}}oro konvekcinė sistema. Jų užduotis yra pagreitinti klijų kietėjimą ir pašalinti drėgmės perteklių iš vandens{3}} klijų, kol vamzdis patenka į pjovimo sekciją.

Jei klijai iki galo nesustingsta prieš pjovimą, iškyla dvi dažnos problemos. Viena problema yra delaminacija pjovimo briaunoje, kur pjovimo jėga atskiria šlapio popieriaus sluoksnius. Kita problema – šiaudelių sluoksnių atsiskyrimas, kai jie ilgai užsibūna gėrime.

Didelės spartos{0}}mašinoms džiovinimo tunelio ilgis ir temperatūros nustatymas yra labai svarbūs. Jei temperatūra per žema arba kaitinimo laikas per trumpas, klijai tinkamai nesustings. Jei kaitinimo temperatūra yra per aukšta arba kaitinimo laikas per ilgas, popieriaus pluoštai bus pažeisti, o gatavi šiaudai praras tvirtumą.

5 etapas: servo-vikšrinis pjovimas

Ištisinis popierinis vamzdelis iš džiovinimo tunelio turi būti labai tiksliai supjaustytas į atskirus šiaudelius. Šiuolaikinėse mašinose pjovimo sekcijoje naudojamas servo-skraidantis pjoviklis. Pjovimo sistema juda su vamzdeliu tuo pačiu greičiu pjovimo momentu. Po pjovimo ašmenys pasislenka į kito ciklo pradinę padėtį. Šis metodas leidžia mašinai pjauti švariai ir tiesia linija, nestabdant vamzdžio judėjimo.

Pjovimo ilgį valdo PLC (programuojamas loginis valdiklis), kuris valdo visus mašinos judesius. Valdydamas PLC, operatorius gali keisti šiaudelio ilgį koreguodamas programinės įrangos nustatymus. Nereikia keisti mechaninių dalių ar kumštelių. Gamybos metu gerai prižiūrima-servo pjovimo sistema paprastai išlaiko pjovimo tikslumą ±0,5 mm.

Po pjovimo konvejerio sistema surenka gatavus šiaudus ir siunčia juos į skaičiavimo, surišimo ir pakavimo skyrius. Šiame etape jutikliai gali patikrinti, ar šiaudų ilgis ir skersmuo yra netinkami, ar nėra pastebimų paviršiaus defektų. Sugedę šiaudeliai pašalinami prieš galutinį pakavimą.

6 etapas: kokybės patikra ir maisto saugos laikymasis

Maisto pakavimo gamykloje veikia popierinių šiaudų gamybos mašina. Tai neveikia vienas. Ji turi veikti pagal maisto saugos valdymo sistemą. ISO 22000:2018 įmonėms, gaminančioms su maistu besiliečiančias medžiagas, pavyzdžiui, popierinius šiaudelius, pateikiamos pagrindinės rizikos analizės taisyklės ir prielaidos (ISO, 2018).

Praktiškai tai reiškia:

Visos dalys, kurios liečiasi su popieriaus juostelėmis, yra pagamintos iš nerūdijančio plieno arba maistui -saugaus plastiko.

Mechaninių dalių, esančių šalia popieriaus kelio, tepalai yra-maisto kokybės ir atitinka NSF/ANSI 61 H1 ar panašius standartus.

Valymo metodai visiškai pašalina nešvarumus ir likučius, nesukelia korozijos nerūdijančio plieno dalių, o tai turi įtakos būsimai gamybai.

Atsekamumo įrašai susieja gatavų šiaudų partijas su atitinkamais popieriaus ritinių partijų numeriais ir klijų partijos kodais.

Fizinis gatavų popieriaus šiaudelių bandymas paprastai atliekamas naudojant Gutiérrez ir kt. sukurtus metodus. (BioResources Institute, NC State University, 2019). Tyrimo metu buvo patikrintas popierinių šiaudelių veikimas geriamojo poveikio sąlygomis. Bandymai apėmė atsparumą gniuždymui, tempimo stiprumą pjovimo gale ir ilgą mirkymą skystyje.

Tyrimai parodė, kad popieriniai šiaudeliai gali išlaikyti normalų stiprumą šaltame vandenyje apie 60 minučių. Karštuose gėrimuose ir gazuotuose gėrimuose šiaudeliai susilpnėja greičiau. Šie rezultatai tiesiogiai veikia mašinos sąranką. Įmonės, gaminančios šiaudelius kavinėms ar karštus gėrimus, dažniausiai renkasi storesnį popierių ir daugiau vyniojamų sluoksnių. Šaltų gėrimų šiaudelius gaminančios įmonės paprastai naudoja mažesnę popieriaus gramatūrą ir mažiau vyniojamųjų sluoksnių.

Aplinkos kontekstas: tikroji popierinių šiaudelių padėtis

Popieriaus šiaudelių ir juos gaminančių mašinų nauda aplinkai nėra paprasta. Proceso gyvavimo ciklo tyrime (LCA) (MDPI, 2021) buvo lyginami popieriniai šiaudeliai, PLA plastikiniai šiaudeliai ir įprasti plastikiniai šiaudeliai. Popieriaus šiaudeliai lengviau suyra vandenyne, tačiau jų gamybai sunaudojama daugiau energijos, nustatyta tyrime. Taip yra todėl, kad popierių reikia išspausti ir išdžiovinti naudojant vandens energiją. 2023 metų tyrimas žurnaleŠvaresnė gamybarado tą patį. Popieriaus šiaudelių žala aplinkai sumažės arba padidės, todėl „kuo geriau“ negalima apibendrinti.

Tyrimai taip pat parodė, kad popieriaus šiaudai suyra pramoniniame komposte. Paprastai tai trunka nuo 60 iki 90 dienų pagal tokius kriterijus kaip EN 13432 arba ASTM D6400. Jūroje jie nebūna kaip plastikiniai šiaudeliai.

Santrauka: aštuoni žingsniai, vienas nenutrūkstamas procesas

Visas popieriaus geriamojo šiaudų gamybos mašinos veikimo procesas yra padalintas į aštuonis integruotus etapus:

Kiekvieną etapą valdo PLC. Jis susieja popieriaus padavimo greitį, klijų kiekį, vyniojimo greitį, džiovinimo temperatūrą, pjovimo laiką kaip prijungimo ir valdymo sistemą.

Svarbu suprasti sistemą. Tai padeda operatoriams dirbti įprastu greičiu ir gauti gerą našumą. Tai taip pat padeda operatoriams anksti aptikti problemas, pvz., temperatūros -sukeliamus popieriaus įtempimo pokyčius, klijų storį, ašmenų susidėvėjimą ir pan., kol jie nepaveikia gaminio kokybės.

Nuorodos

1. Europos Komisija. (2021). *Direktyva (ES) 2019/904 dėl tam tikrų plastikų poveikio aplinkai mažinimo*. EUR-Lex.
2. JAV elektroninis federalinių taisyklių kodeksas. (2024). *21 CFR § 176.170 - Popieriaus ir kartono sudedamosios dalys, besiliečiančios su vandeningu ir riebiu maistu*. eCFR.
3. Europos maisto saugos tarnyba (EFSA). (2024). *Su maistu besiliečiančios medžiagos: Pagrindų reglamentas (EB) Nr. 1935/2004*. Parma: EFSA.
4. Groffen, T. ir kt. (2021). Paskutinis lašas: perfluoralkilo ir polifluoralkilo medžiagų savybės gėrimuose, pagamintuose iš komercinių augalų.Chemosfera.
5. Gutiérrez, TJ ir kt. (2019). Popieriaus ir plastiko šiaudelių vertinimas: charakteristikos ir bandymo iššūkiai.BioResources, 14(4), 
6. Tarptautinė standartizacijos organizacija. (2018). *ISO 22000:2018 - Maisto saugos valdymo sistemos: reikalavimai bet kuriai maisto grandinės organizacijai*. Ženeva: Tarptautinė standartizacijos organizacija.
7. Vo, TTQ ir kt. (2021). Lyginamasis bioplastiko ir popieriaus šiaudelių gyvavimo ciklo įvertinimas.Procesai, 9 (6), 1007. MDPI.
8. ScienceDirect. (2023). Daugiamatis plastikinių šiaudų pakaitalų poveikio aplinkai vertinimas.Švaresnės gamybos žurnalas, per „ScienceDirect“.
9. Popieriaus šiaudelių hidraulinis stabilumas, mechaninis elastingumas ir biologinis skaidymas. (2024).Angliavandenių polimerai, ScienceDirect.
10. NSF International / ANSI. (2022). *NSF/ANSI 61: Geriamojo vandens sistemos komponentai -- Poveikis sveikatai*. Ann Arbor, MI: NSF. (Nurodyta maistinių tepalų H1 klasifikacijos sistema)
11. Tarptautinė ASTM. (2019).ASTM D6400: Standartinė plastikų, skirtų aerobiniu būdu kompostuoti komunalinėse arba pramoninėse patalpose, ženklinimo specifikacija. West Conshohocken, PA: ASTM.