Kuidas paberiõlgede valmistamise masinad töötavad?

Paberist joogikõrre valmistamise masinad töötavad palju keerulisemalt kui bloteerimismasinad. Kuid mõista, kuidas a Paberist joogiimede valmistamise masinteosed võivad aidata seadmete ostjaid ja kommiinsenere. See aitab ka kõiki tegevusjuhte, kes valivad jätkusuutlikud pakendite tarneahelad. Seetõttu määravad masina tehnilised üksikasjad kõrre tugevuse, toiduohutuse reeglid ja iga kõrre maksumuse.

Miks see seadme kategooria on praegu oluline?

Regulatiivsed nihked, mis suurendavad nõudlust paberikõrte tootmisseadmete järele, on hästi dokumenteeritud. EL-i direktiiv 2019/904 ühekordselt kasutatavate plastide kohta, mis jõustus liikmesriikides 2021. aasta juulis, sisaldab joogikõrred selgesõnaliselt keelatud ühekordselt kasutatavate plastesemete hulka. Direktiiv ei piira paberkandjal alternatiive ning selle rakendamisele järgnevate aastate jooksul on Kanada, Ühendkuningriik, Austraalia, Taiwan ja mitmed Kagu-Aasia jurisdiktsioonid vastu võtnud või täiustanud vastavaid piiranguid (EUR-Lex, 2021).

Selle tulemusena laiendavad paberi{0}}õlgede tootjad kiiresti oma kasutuselevõttu traditsioonilistes pakendite tootmispiirkondades ja tarbekaupade ettevõtete tootmisrajatistes, mis varem tellisid põhu hankimise plastist survevalutöödest. Nii et mõista, kuidas aPaberist joogiimede valmistamise masinteosed on äriga{0}}seotud teema, mitte ainult tehniline uudishimu.

Koostis: toidu{0}}klassi pruun paber

Miks see seade nüüd oluline on?

Reeglid, mis suurendavad nõudlust paberikõrte järele, on selged. EL-i direktiiv 2019/904 ühekordse-plastide kohta jõustus 2021. aasta juulis. Sellega keelatakse plastist joogikõrred. Kuid see ei keela paberit. Sarnased reeglid on sellest ajast peale kehtestatud Kanadas, Ühendkuningriigis, Austraalias, Taiwanis ja mõnes Kagu-Aasias (EUR-Lex, 2021).

Seetõttu kasutab üha rohkem tehaseid nüüd paberkõrsi. Tehased asuvad uutes kohtades, nagu vanad pakendipiirkonnad ja tarbekaupade ettevõtted. Varem ostsid ettevõtted plastkõrsi teistest tehastest. Seetõttu mõista, kuidas aPaberist joogiimede valmistamise masinteosed võivad olla ettevõtetele väga kasulikud, mitte ainult meelelahutuseks.

1. etapp: paberi lõikamine ja lindi ettevalmistamine

Enamik masinaid lõikab esmalt põhirulli kitsasteks ribadeks, mis on fikseeritud laiusega. Pabeririba laius ja spiraalmähise nurk määravad valmis toru paksuse ja kihtide arvu.

Kolmekihilised kõrred on kõige levinumad tavalised joogikõrred. Nad kasutavad korraga kolme erineva laiusega pabeririba. See hõlmab kitsast vooderdust, laiema tugevusega vahekihti, samuti välispakendi välis- ja trükikujundust. Iga riba pärineb oma lahtikeeratavast poolist ja jõuab vormimisosani läbi pinge{4}}kontrollitud tee.

Ühendus riba laiuse, mähise nurga ja toru kuju vahel järgib spiraali põhigeomeetriat. Fikseeritud südamiku läbimõõduga, tavaliselt 4 mm kuni 8 mm, loob järsem mähisnurk igal pöördel rohkem kattumist ja paksemaid seinu piki sama ribalaiust. Madalam nurk õhendab toru seinu, kuid sama pikkuse jaoks on vaja rohkem paberit.

2. etapp: liimi pealekandmine

Enne kui iga pabeririba siseneb vormimistorusse, läbib see katmisjaama, mille ühele küljele kantakse vee{0}}põhine liim. See on protsessi kõige tundlikum keemiline faas, kuna liim peab rahuldama mõlema vajaduse. See peab olema toiduga kokkupuutumiseks ohutu ja tagama piisava sidumistugevuse, et vältida spiraalse kihi eraldumist, kui kõrsi kasutatakse kuumades või külmades jookides.

Traditsioonilistes pabertorudes kasutatakse tavaliselt polüvinüülatsetaadi (PVAc) või tärklise{0}}põhist liimi. Paberist joogikõrte puhul võib liim mõjutada ka nende märgtugevust. Märgtugevus viitab õlgede võimele seista vastu pehmenemisele ja kuju kadumisele pikaajalisel kokkupuutel vedelikuga. Mõned tootjad kasutavad märgtugevuse parandamiseks polüamiid-epiklorohüdriinvaiku või fluoropolümeerkatteid, kuid see on tekitanud teaduslikke probleeme.

aastal avaldatud uuringusKemosfäär2021. aastal Groffen jt. testis 43 põhutoodet, sealhulgas 29 paberkõrreliiki, ja leidis enamikus paberikõrreproovides perfluoroalküülaineid (PFAS). PFAS-id on inimtekkelised kemikaalid, mis võivad keskkonda pikka aega püsida ja mõjutada inimeste tervist. Teadlaste sõnul saadi PFAS fluoritud märg{7}lisaainetest või paberitootmises kasutatud fluoritud pinnatöötlustest. Uuringud on näidanud, et paberkõrred ei ole kemikaaliohutuse seisukohast automaatselt ohutumad kui plast, välja arvatud juhul, kui kõiki materjale ja liime hoolikalt testitakse ja heaks kiidetakse. Paljud usaldusväärsed tootjad kasutavad nüüd PFAS-i{10}vabu liime ja nõuavad tarnijatelt kinnitust, et toorainetes ei kasutata fluoritud kemikaale.

Liimi aplikaator kasutab tavaliselt täppisrulli või piludega vormisüsteemi. Masin kontrollib liimi paksust ja viskoossust, võimaldades sellel õhukese kihi ühtlaselt kogu riba laiusele laiali laotada, ilma et vormimise ajal spiraali kattuvate servade küljest liiga palju liimi lekiks.

3. etapp: spiraalmähis vormimistorudel

Paberijoogikõrte valmistamise masina põhiosa on spiraalkerimisjaam. Selles jaotises keritakse liimiga-kaetud paberiribad spiraalina ümber fikseeritud roostevabast terasest vormimissüdamiku. Torni välisläbimõõt määrab kõrre siseläbimõõdu. Torni täpsustolerants on ±0,05 mm, seega jääb põhuaugu suurus samaks.

Mähissüsteem kasutab mitut vormimisrulli, mis on asetatud kindla mähisnurga all ümber torni. Kui liimiga kaetud pabeririba liigub edasi, surub rull seda samm-sammult torni ja ülemise kihi suunas. See protsess moodustab spiraale ja seob kokku paberikihid. Rulli surve surub ka liimi paberikiududesse, pannes kihid tihedalt kokku.

Torn ei pöörle. Paberitoru liigub piki südamikku edasi, samal ajal kui uus paber jätkab selja ümber mähkimist. See pidev liikumine hoiab masina töös. Valmis toru väljub torni otsast ja siseneb lõikeosa.

Kerimiskiirust mõõdetakse pidevates torumeetrites minutis. Tööstuslikud masinad töötavad tavaliselt kiirusega 60-150 m/min. Õlekõrte lõplik saagikus sõltub lõike pikkusest. Näiteks kui masin töötab kiirusega 100 m/min ja lõikab 210 mm pikkuseid põhku, suudab masin enne raiepiirangute ja tagasilükatud toodete arvutamist toota umbes 476 põhku minutis.

4. etapp: kuivatamine ja liimiga kõvenemine

Spiraalsed paberitorud lahkuvad pärast vormimist tornist ja läbivad kuivatustunneli. Tunnelites saab kasutada infrapunakütet (IR) või sooja{1}}õhu konvektsioonisüsteemi. Nende ülesanne on kiirendada liimi tahkumist ja eemaldada liigne niiskus veepõhisest liimist-, enne kui toru siseneb lõikeosa.

Kui liim enne lõikamist täielikult ei tahku, tekib kaks levinud probleemi. Üheks probleemiks on delaminatsioon lõikeservas, kus lõikejõud eraldab märjad paberikihid. Teiseks probleemiks on kõrrede kihtide eraldumine, kui need pikalt joogis seisavad.

Kiirete{0}}masinate puhul on kuivatustunneli pikkuse ja temperatuuri seadistus väga oluline. Kui temperatuur on liiga madal või kuumutusaeg liiga lühike, ei tahku liim korralikult. Kui kuumutustemperatuur on liiga kõrge või kuumutusaeg liiga pikk, saavad paberikiud kahju ja valmis põhk kaotab oma tugevuse.

5. etapp: servo-roomikutega lõikamine

Kuivatustunnelist tulev pidev paberitoru tuleb lõigata suure täpsusega üksikuteks õlgedeks. Kaasaegsed masinad kasutavad lõikeosas servo-jälgivat lendavat lõikurit. Lõikesüsteem liigub koos toruga lõikamise hetkel sama kiirusega. Pärast lõikamist liigub tera järgmise tsükli algusasendisse. See meetod võimaldab masinal lõigata puhtalt ja sirgjooneliselt ilma toru liikumist peatamata.

Lõikepikkust juhib PLC (programmeeritav loogikakontroller), mis haldab kõiki masina liikumisi. PLC juhtimisel saab operaator muuta kõrre pikkust, reguleerides tarkvara sätteid. Mehaanilisi osi ega nukke pole vaja vahetada. Tootmise ajal hoiab hästi-hooldatud servolõikesüsteem lõikamise täpsust tavaliselt ±0,5 mm piires.

Pärast lõikamist kogub konveierisüsteem valmis kõrred kokku ja saadab need loendus-, köitmis- ja pakkimise sektsioonidesse. Sensorid saavad selles etapis kontrollida, kas põhu pikkus ja läbimõõt on valed või on märgatavaid pinnadefekte. Defektsed kõrred eemaldatakse enne lõplikku pakkimist.

6. etapp: kvaliteedikontroll ja toiduohutusele vastavus

Toidupakendite tehases töötab paberist joogikõrte valmistamise masin. Üksi see ei tööta. See peab töötama toiduohutuse juhtimissüsteemi all. ISO 22000:2018 annab ohuanalüüsi põhireeglid ja eeldused ettevõtetele, kes toodavad toiduga kokkupuutuvaid materjale, näiteks paberikõrsi (ISO, 2018).

Praktikas tähendab see järgmist:

Kõik osad, mis puutuvad kokku paberiribadega, on valmistatud roostevabast terasest või{0}}toidule ohutust plastist.

Paberitee lähedal olevate mehaaniliste osade määrdeained on -toidukvaliteediga ja vastavad NSF/ANSI 61 H1 või sarnastele standarditele.

Puhastusmeetodid eemaldavad mustuse ja jäägid täielikult roostevabast terasest osad korrodeerimata, mõjutades tulevast tootmist.

Jälgitavusdokumendid seovad valmis põhupartiid asjakohaste paberirullide partiinumbrite ja liimipartii koodidega.

Valmis paberiõlgede füüsiline testimine toimub tavaliselt Gutiérrezi jt poolt välja töötatud meetoditega. (BioResources Institute, NC State University, 2019). Uuringus testiti paberkõrte toimimist joomise tingimustes. Katsed hõlmasid survekindlust, tõmbetugevust lõikeotsas ja pikka vedelikus leotamist.

Uuringud on näidanud, et paberkõrred suudavad külmas vees oma normaalset tugevust säilitada umbes 60 minutit. Kuumades ja gaseeritud jookides nõrgenevad kõrred kiiremini. Need tulemused mõjutavad otseselt masina seadistust. Ettevõtted, kes toodavad kohvikutele kõrsi või kuumi jooke, valivad tavaliselt paksema paberi ja rohkem mähiseid kihte. Külma joogikõrsi tootvad ettevõtted kasutavad tavaliselt väiksemat paberimassi ja vähem pakkekihte.

Keskkonnakontekst: paberkõrte tegelik asukoht

Paberkõrte ja neid valmistavate masinate keskkonnakasu pole lihtne. Protsessi elutsükli uuringus (LCA) (MDPI, 2021) võrreldi paberkõrsi, PLA plastikkõrsi ja tavalisi plastkõrsi. Paberkõrred lagunevad ookeanis kergemini, kuid nende tootmine kulutab rohkem energiat, selgus uuringust. Selle põhjuseks on asjaolu, et paber tuleb tselluloosiks teha ja hüdroenergiaga kuivatada. 2023. aasta uuring ajakirjasPuhtam tootmineleidis sama. Paberikõrte kahju keskkonnale kas väheneb või suureneb, seega ei saa üldistada "seda paremat".

Samuti on uuringud näidanud, et paberkõrred lagunevad tööstuslikus kompostis. Vastavalt kriteeriumidele, nagu EN 13432 või ASTM D6400, kulub selleks tavaliselt 60–90 päeva. Need ei püsi merre nagu plastkõrred.

Kokkuvõte: kaheksa sammu, üks pidev protsess

Paberist joogikõrte valmistamise masina täielik tööprotsess on jagatud kaheksaks integreeritud etapiks:

Iga etappi juhib PLC. See seob paberi söötmiskiiruse, liimikoguse, kerimiskiiruse, kuivamistemperatuuri, lõikamisaja ühenduse ja juhtimise süsteemina.

Oluline on süsteemist aru saada. See aitab operaatoritel töötada normaalsel kiirusel ja saada head väljundit. Samuti aitab see operaatoritel varakult tuvastada probleeme, nagu temperatuuri-indutseeritud muutused paberi pinges, liimi paksuses, tera kulumises ja nii edasi, enne kui need toote kvaliteeti mõjutavad.

Viited

1. Euroopa Komisjon. (2021). *Direktiiv (EL) 2019/904 teatud plastide keskkonnamõju vähendamise kohta*. EUR-Lex.
2. USA föderaalmääruste elektrooniline koodeks. (2024). *21 CFR § 176.170 - Vesi sisaldavate ja rasvaste toiduainetega kokkupuutuvad paberi ja papi komponendid*. eCFR.
3. Euroopa Toiduohutusamet (EFSA). (2024). *Toiduga kokkupuutuvad materjalid: raammäärus (EÜ) nr{3}}/2004*. Parma: EFSA.
4. Groffen, T. et al. (2021). Viimane piisk: perfluoroalküül- ja polüfluoroalküülainete omadused kaubanduslikest taimedest valmistatud joogikõrtes.Kemosfäär.
5. Gutiérrez, TJ jt. (2019). Paber- ja plastkõrte hindamine: omadused ja katsetamise väljakutsed.Bioressursid, 14(4), 
6. Rahvusvaheline Standardiorganisatsioon. (2018). *ISO 22000:2018 - Toiduohutuse juhtimissüsteemid: nõuded igale toiduahela organisatsioonile*. Genf: Rahvusvaheline Standardiorganisatsioon.
7. Vo, TTQ et al. (2021). Bioplasti ja paberikõrte elutsükli hindamise võrdlev uuring.Protsessid, 9 (6), 1007. MDPI.
8. ScienceDirect. (2023). Plastkõrreasendajate mitmemõõtmeline keskkonnamõju hindamine.Cleaner Productioni ajakiri, ScienceDirecti kaudu.
9. Paberikõrte hüdrauliline stabiilsus, mehaaniline elastsus ja biolagunemine. (2024).Süsivesikute polümeerid, ScienceDirect.
10. NSF International / ANSI. (2022). *NSF/ANSI 61: Joogiveesüsteemi komponendid -- Mõju tervisele*. Ann Arbor, MI: NSF. (Viide toidukvaliteediga määrdeainete H1 klassifikatsiooni raamistikule)
11. ASTM International. (2019).ASTM D6400: munitsipaal- või tööstusrajatistes aeroobselt kompostimiseks mõeldud plastide märgistamise standardspetsifikatsioon. West Conshohocken, PA: ASTM.