Prelazak s plastike na druge materijale u jednokratnim čašama i slamkama za piće jedna je od najvećih promjena u opskrbnim lancima u posljednjih deset godina. Počelo je s nekoliko gradskih zabrana u primorskim mjestima. Zatim je prerastao u skup pravila koja su funkcionirala zajedno. Ova su pravila promijenila način na koji restorani, kafići i proizvođači pića dobivaju slamke. U središtu ove promjene je stroj koji je donedavno bio mali i poseban proizvod na većem tržištu strojeva za pakiranje. Taj stroj jeStroj za ispijanje papirnatih slamki za jednokratnu upotrebu.
Ovaj vam članak govori za što se ti strojevi koriste, kako rade i zašto je njihova uloga tako brzo narasla.
Što je stroj
Jednokratni stroj za izradu slamki od papira je automatska proizvodna linija. Pretvara ravne papirnate role u gotove papirnate slamke za piće koje su izrezane na pravu duljinu. Naziv "aparat za piće" ovdje ne znači aparat iz kojeg pijete. Umjesto toga, to znači stroj koji proizvodi predmete koje koristite za piće. To je alat za proizvodnju, a ne uređaj za doziranje.
Stroj obavlja nekoliko uzastopnih operacija: odmatanje i poravnavanje slojeva papira, nanošenje ljepila, namotavanje papira oko igle za oblikovanje, stvrdnjavanje ili sušenje ljepila, rezanje cijevi na željenu duljinu i izbacivanje gotovih slamčica. Neke konfiguracije dodaju linijski ispis, pojedinačno omatanje ili koso rezanje kao dodatne module. Osnovna jedinica, međutim, upravlja oblikovanjem i rezanjem cijevi jezgre.
Zašto su papirnate slamke zahtijevale nove strojeve
Vrijedno je zastati na tome zašto su namjenski strojevi postali potrebni. Plastični ekstruderi već desetljećima velikom brzinom proizvode polipropilenske i polistirenske slamke. Ti strojevi tope polimerne kuglice i istiskuju ih kroz matricu, zatim hlade i režu kontinuiranu nit. Proces je brz, jeftin i oprašta varijacije materijala.
Papir se ne ponaša kao rastaljena plastika. Ne možete ga istisnuti kroz matricu. Morate ga omotati, sloj po sloj, oko obrasca. To zahtijeva fundamentalno različite mehanike-sustave kontrole napetosti, stanice za nanošenje ljepila, tunele za sušenje i mehanizme za rezanje koji mogu rukovati vlaknastim materijalom bez drobljenja ili habanja rubova. Stroj za ispijanje papirnatih slamki za jednokratnu upotrebu je namjenski-izgrađen upravo za ovaj skup operacija.
Kako funkcionira proizvodni proces
Razumijevanje za što se stroj koristi zahtijeva prolazak kroz svaku fazu njegovog rada.
Odmatanje i sklapanje slojeva
Većina papirnatih slamki izrađena je od više slojeva. Tipična konfiguracija koristi tri sloja: unutarnji sloj koji je u kontaktu s tekućinom, srednji sloj koji daje volumen i krutost i vanjski sloj koji nosi bilo kakav površinski ispis ili premaz. Svaki sloj može dolaziti iz zasebnog koluta postavljenog na vlastito postolje za odmotavanje.
Stroj povlači sve slojeve istovremeno kroz sustav registracije koji ih održava poravnatima. Neusklađenost između slojeva stvara iskrivljenu stijenku slamčice, što slabi strukturni integritet i uzrokuje neravnomjerno vlaženje kada se slamčica stavi u tekućinu.
Primjena ljepila
Nakon što su slojevi poravnati, prolaze ispod aplikatora ljepila. Odabir ljepila je kritičan. Formulacije-na bazi vode-modificirani škrobovi, mješavine polivinil alkohola i određena{4}}ljepila na bazi proteina-česti su jer su kompatibilni sa shemama certificiranja kompostabilnosti kao što su EN 13432 (europski standard) i ASTM D6400 (standard Sjedinjenih Država). Topo-ljepila nude brže vrijeme stvrdnjavanja, ali mogu utjecati na kompostabilnost ovisno o formulaciji.
Istraživanje objavljeno o utjecaju ljepila na otpornost papirnatih slamčica ističe ključni kompromis-: jače spajanje poboljšava otpornost na raslojavanje, ali može učiniti da konačna slamčica bude tvrđa i manje udobna u ustima. Dubina prodiranja ljepila također je važna. Ako se ljepilo preduboko smoči, ukrućuje unutarnju površinu i stvara neugodan osjećaj u ustima. Ako ne prodre dovoljno, slojevi se odvajaju kada slamka upije tekućinu.
Spiralno navijanje
Zalijepljeni papir ulazi u dio za namatanje, koji je mehaničko srce jednokratnog stroja za ispijanje papirnatih slamki. Ovdje rotirajući trn hvata prednji rub papira. Trn je obično izrađen od poliranog nehrđajućeg čelika ili kromiranog čelika. Počinje povlačiti papir u spiralni omot. Trn se okreće, a papir ulazi zadanom brzinom. Omjer brzine okretanja i brzine posmaka određuje kut namotavanja. A kut namotavanja zatim kontrolira debljinu stjenke slamčice i koliko je gustoća.
Namotane kompozitne cijevi opsežno su proučavane u inženjerskoj literaturi. Istraživanje učinaka orijentacije vlakana u namotanim cijevima pod aksijalnom kompresijom pokazuje da kut namotaja izravno utječe na tlačnu čvrstoću i ponašanje pri izvijanju. Dok te studije ispituju napredne kompozite, geometrijska načela jednako se primjenjuju na namotane papirnate cijevi: preplitak kut daje strukturu tankih-stjenki sklonu kolapsu; prestrmi kut gubi materijal i smanjuje fleksibilnost.
Sušenje ili stvrdnjavanje
Nakon namotavanja, ljepilo treba vremena da se stegne. U kontinuiranim proizvodnim linijama to se događa unutar grijanog tunela. Kruženje vrućeg zraka je najčešći način; neki strojevi koriste infracrvene grijaće elemente smještene blizu površine trna. Cilj je dosljedno izlaganje temperaturi po cijeloj duljini slamke bez pregrijavanja vlakana papira.
Pregrijavanje tjera zaostalu vlagu iz samog papira, čineći slamku lomljivom. Pod-grijanje ostavlja ljepilo ljepljivim, uzrokujući da se susjedne slamke slijepe tijekom izbacivanja. Oba ishoda stvaraju otpad, tako da je kontrola temperature unutar zone stvrdnjavanja parametar koji se pažljivo prati.
Rezanje
Osušena, namotana cijev izlazi iz trna i dolazi do stanice za rezanje. Rotirajući noževi ili servo-giljotinske oštrice režu kontinuiranu cijev na pojedinačne slamke jednake duljine. Dizajn oštrice i učestalost oštrenja značajno su važni jer tupa oštrica kida papir umjesto da ga čisto reže, ostavljajući neravni rub koji se hvata za usne i neugodno djeluje.
Za primjene koje zahtijevaju šiljate vrhove-kao što su slamke namijenjene za kutije sokova ili vrećice za piće-modul za koso rezanje može zamijeniti ili dopuniti stanicu za ravno{2}}rezanje. To povećava složenost, ali otvara dodatne formate proizvoda.
Izbacivanje i prikupljanje
Izrezane slamke skliznu s trna. Skidaju se gravitacijom, komprimiranim zrakom ili mehaničkim potiskivačima. Zatim se ispuštaju na pokretnu traku. Ili padnu u spremnik za sakupljanje. Ili idu ravno u dio za pakiranje kasnije u liniji. Brze linije u ovom trenutku mogu imati optičke kamere za pregled. Kamere traže nedostatke poput ljepila koje se nije dobro zalijepilo, posjekotina koje nisu pravilno poredane ili prljavštine na površini.
Ključne metrike izvedbe
Pri procjeni za što je sposoban stroj za ispijanje papirnatih slamki za jednokratnu upotrebu, važno je nekoliko metrika:
Brzina proizvodnje. Početni-strojevi proizvode otprilike 60–100 metara namotane cijevi u minuti, što znači nekoliko stotina slamki u minuti, ovisno o promjeru i duljini reza. Brzi-modeli prelaze 150 metara u minuti. Brzina, međutim, ima smisla samo ako kvaliteta ostaje dosljedna-stope otpada iznad nekoliko postotaka brzo smanjuju ekonomsku prednost.
Raspon promjera slamke. Većina strojeva ima promjere između približno 6 mm i 12 mm. Šire slamke (za smoothie ili bubble tea) zahtijevaju teže-igle i komponente većeg-promjera. Uske slamke (za koktele) zahtijevaju veću toleranciju na napetost namotavanja kako bi se izbjegle defekti ovalnosti.
Mogućnost podešavanja duljine. Duljina reza trebala bi biti podesiva bez opsežnog mehaničkog ponovnog opremanja. Servo{2}}pogonske stanice za rezanje omogućuju operaterima promjenu duljine reza putem sučelja upravljačke ploče. Kod starijih strojeva možda će biti potrebno ručno podešavanje bregastog mehanizma ili omjera prijenosa.
Vrijeme promjene
Prebacivanje između različitih vrsta slamki zahtijeva vrijeme. Na primjer, prelazite sa ravno rezane slamke širine 6 mm i dužine 200 mm na slamku širine 8 mm i dužine 250 mm koso rezane slamke. To znači da trebate promijeniti trn. Također morate prilagoditi napetost namota. Pomaknete kut rezača na novo mjesto. I ažurirate kontrolni program. Strojevi koji su napravljeni za fleksibilnu proizvodnju smanjuju ovo izgubljeno vrijeme. Koriste brzoizmjenjive držače igala. Oni također spremaju recept u HMI kontroler.
Sigurnost hrane i regulatorna razmatranja
Budući da izlaz ovog stroja dolazi u dodir s ljudskim ustima, o usklađenosti sa sigurnošću hrane ne može se -pregovarati. Sve površine koje dodiruju papir tijekom proizvodnje-trn, vodeći valjci, zatezne šipke i kontaktne točke u dijelovima za rezanje i izbacivanje-moraju biti izrađene od materijala za hranu-, obično od nehrđajućeg čelika razreda 304 ili 316L prema FDA naslovu 21 CFR smjernica i ekvivalentnoj europskoj Uredbi (EC) br.. 1935/2004 o materijalima namijenjenim za kontakt s hranom.
Odabir ljepila je jednako reguliran. U Sjedinjenim Američkim Državama, ljepila koja se koriste u-dodirnim aplikacijama s hranom moraju biti u skladu s FDA 21 CFR 175.105 (ljepila) ili relevantnim odjeljcima programa obavješćivanja tvari koje dolaze u dodir s hranom. U Europi ljepila potpadaju pod Uredbu EU br. . 10/2011 o plastičnim materijalima i predmetima koji dolaze u dodir s hranom, čak i kada samo ljepilo nije plastika. Primjenjuju se ograničenja migracije za određene tvari, a proizvođači obično zahtijevaju od dobavljača da dostave dokumentaciju o--izjavi o sukladnosti za svaku seriju ljepila.
Kontekst okoliša i implikacije životnog ciklusa
Papirnate slamke postoje prvenstveno zbog zabrinutosti za okoliš oko plastičnog otpada. Ali čista korist za okoliš ovisi o više od toga od čega je slama napravljena. Procjena životnog ciklusa (LCA) je metoda koja slijedi pravila ISO 14040 i ISO 14044. Ovom se metodom promatraju utjecaji nabave sirovina, izrade proizvoda, njegove dostave, upotrebe i zatim onoga što se s njim događa na kraju njegova životnog vijeka.
Studije su uspoređivale LCA profile papirnatih slamki s PLA bioplastikom i običnim polipropilenskim slamkama. Ove studije dale su različite rezultate. Papirnate slamke obično imaju niže emisije fosilnog ugljika kada dobijete sirovine. To je zato što papir dolazi od obnovljive celuloze. Ali papirnate slamke troše više energije tijekom proizvodnje zbog koraka namotavanja, sušenja i rezanja. Papirnata slamka može se nazvati "kompostabilnom" samo ako doista ide na industrijsko mjesto za kompostiranje koje slijedi pravila EN 13432 ili ASTM D6400. Ako slamka od papira završi na odlagalištu, tamo nema zraka. Dakle, slama se vrlo sporo raspada. Tada njegova ekološka korist u odnosu na laganu plastičnu slamku znatno opada.
Iz perspektive strojeva, to znači da se jednokratni stroj za ispijanje slamčica od papira najbolje može shvatiti kao tehnologija koja omogućuje -on proizvodi format koji može donijeti koristi za okoliš ako okolni sustav (infrastruktura za kompostiranje, ponašanje potrošača pri odlaganju, logistika opskrbnog lanca) podržava te prednosti.
Primjene u svim industrijama
Dok je posluživanje hrane najvidljivija primjena, papirnate slamke za jednokratnu upotrebu služe dodatnim tržištima:
Pakirana pića: kutije za sokove, kutije za mlijeko i pića u vrećicama često uključuju prethodno pričvršćene ili uključene papirnate slamke. Ove slamke često zahtijevaju koso rezanje ili fleksibilne zglobne dijelove.
Medicinske i laboratorijske postavke: slamke-za jednokratnu upotrebu za dijagnostičke pribore, posebno tamo gdje je mogućnost kompostiranja ili smanjen sadržaj plastike propisan institucionalnim politikama nabave.
Ugostiteljstvo i događaji: velika{0}}mjesta (stadioni, festivali, zračne luke) koja se suočavaju s regulatornim pritiskom ili korporativnim obvezama održivosti sve više navode papirnate slamke za koncesijske štandove.
Maloprodajno pakiranje: slamke koje se prodaju u više-pakiranja za kućnu upotrebu, često s ukrasnim tiskom na vanjskom sloju.
Svaka primjena može nametnuti neznatno drugačije zahtjeve za-stroj, različite raspone promjera, duljine reza, geometrije vrhova ili volumene protoka. Većina modernih strojeva nudi dovoljnu konfiguraciju za opsluživanje više od jednog od ovih segmenata bez većih promjena hardvera.
Reference
- TAPPI Press. TAPPI T559: Upijanje vode veličine (Cobb) papira. TAPPI standardi, Atlanta, GA.
- Europski odbor za standardizaciju. EN 13432: Zahtjevi za ambalažu koja se može obnoviti kompostiranjem i biorazgradnjom. CEN, Bruxelles, 2000.
- ASTM International. ASTM D6400: Standardna specifikacija za označavanje plastike dizajnirane za aerobno kompostiranje u komunalnim ili industrijskim postrojenjima. ASTM, West Conshohocken, PA.
- ISO Tehnički odbor 207. ISO 14040: Upravljanje okolišem - Procjena životnog ciklusa - Načela i okvir. ISO, Ženeva, 2006.
- ISO Tehnički odbor 207. ISO 14044: Upravljanje okolišem - Procjena životnog ciklusa - Zahtjevi i smjernice. ISO, Ženeva, 2006.
- Mangalam, AS, et al. "Učinci orijentacije vlakana u namotanim kompozitnim cijevima pod aksijalnom kompresijom." Kompoziti, dio A: Primijenjena znanost i proizvodnja, svezak. 40, broj 7, 2009., str. 1142–1152.
- Chidambarapandian, S., et al. "Utjecaj polivinil alkohola na ljepila za papirnate slamčice i učinak na otpornost slamčica." Journal of Polymers and the Environment, Vol. 31, 2023. (ResearchGate pristup punom-tekstu.)
- Američka agencija za hranu i lijekove. 21 CFR, dio 175: Neizravni dodaci hrani: ljepila i komponente premaza. FDA, Washington, DC.
- Europska komisija. Uredba (EZ) br. . 1935/2004 o materijalima i predmetima koji dolaze u dodir s hranom. SL L 338, 2004.