El pas del plàstic a altres materials en gots i palletes d'un sol ús ha estat un dels canvis més importants en les cadenes de subministrament dels darrers deu anys. Va començar amb unes quantes prohibicions a les ciutats costaneres. Després es va convertir en un conjunt de regles que funcionaven conjuntament. Aquestes regles van canviar la manera com els restaurants, les cafeteries i els fabricants de begudes obtenen les seves palletes. Al centre d'aquest canvi hi ha una màquina que era, fins fa poc, un producte petit i especial en el mercat de màquines d'envasament més gran. Aquesta màquina és laMàquina de beure amb palla de paper d'un sol ús.
Aquest article us explica per a què s'utilitzen aquestes màquines, com funcionen i per què el seu paper ha crescut tan ràpidament.
Què és la màquina
Una màquina de fabricació de palla de paper d'un sol ús és una línia de producció automàtica. Converteix rotllos de paper pla en palletes de paper acabades que es tallen a la longitud adequada. El nom "màquina de beure" aquí no significa una màquina de la qual beu. En canvi, vol dir una màquina que fa els articles que utilitzeu per beure. És una eina de fabricació, no un dispositiu de dispensació.
La màquina realitza diverses operacions seqüencials: desenrotllar i alinear les capes de paper, aplicar adhesiu, enrotllar paper al voltant d'un mandril de conformació, curar o assecar l'adhesiu, tallar el tub a la longitud i expulsar les palletes acabades. Algunes configuracions afegeixen impressió en línia, embolcall individual o tall en bisell com a mòduls opcionals. La unitat base, però, s'encarrega de la formació i el tall del tub central.
Per què les palletes de paper necessitaven maquinària nova
Val la pena fer una pausa sobre per què es va fer necessària una maquinària dedicada. Les extrusores de plàstic fa dècades que produeixen palletes de polipropilè i poliestirè a gran velocitat. Aquestes màquines fonen pellets de polímer i els extrueixen a través d'una matriu, després es refreden i tallen el fil continu. El procés és ràpid, barat i tolera les variacions de material.
El paper no es comporta com el plàstic fos. No es pot extruir a través d'un encuny. L'has d'enrotllar, capa per capa, al voltant d'un formulari. Això requereix sistemes de control de tensió-mecànics fonamentalment diferents, estacions d'aplicació d'adhesius, túnels d'assecat i mecanismes de tall que puguin manipular material fibrós sense aixafar ni esquinçar la vora. Una màquina de beure amb palla de paper d'un sol ús està creada específicament-per a aquest conjunt d'operacions.
Com funciona el procés de producció
Entendre per a què serveix la màquina requereix recórrer cada etapa del seu funcionament.
Desenrotllament i muntatge de capes
La majoria de les palletes de paper es construeixen amb múltiples capes. Una configuració típica utilitza tres capes: una capa interior que entra en contacte amb el líquid, una capa mitjana que proporciona volum i rigidesa i una capa exterior que porta qualsevol impressió o recobriment de superfície. Cada capa pot provenir d'una bobina independent muntada en el seu propi suport de desenrotllament.
La màquina estira totes les capes simultàniament mitjançant un sistema de registre que les manté alineades. La desalineació entre les capes produeix una paret de palla deformada, que debilita la integritat estructural i provoca un comportament d'humitat desigual quan la palla es col·loca en líquid.
Aplicació d'adhesius
Un cop alineades les capes, passen per sota dels aplicadors d'adhesiu. L'elecció de l'adhesiu és fonamental. Les formulacions a base d'aigua-midons modificats, barreges d'alcohol polivinílic i determinades coles-basades en proteïnes- són habituals perquè són compatibles amb els esquemes de certificació de compostabilitat com ara EN 13432 (estàndard europeu) i ASTM D6400 (estàndard dels Estats Units). Els adhesius de fusió en calent ofereixen temps de curat més ràpids, però poden afectar la compostabilitat en funció de la formulació.
La investigació publicada sobre la influència dels adhesius en la resistència de la palla de paper posa de manifest un avantatge clau-: una unió més forta millora la resistència a la delaminació, però pot fer que la palla final se senti més rígida i menys còmoda a la boca. La profunditat de penetració de l'adhesiu també és important. Si l'adhesiu mulla massa profundament, endureix la superfície interior i crea una sensació en boca desagradable. Si no penetra prou, les capes se separen quan la palla absorbeix el líquid.
Enrotllament en espiral
El paper enganxat entra a la secció de bobinat, que és el cor mecànic d'una màquina de beure de palla de paper d'un sol ús. Aquí, un mandril giratori agafa la vora frontal del paper. El mandril sol estar fet d'acer inoxidable polit o d'acer cromat-. Comença a estirar el paper en un embolcall en espiral. El mandril gira i el paper es mou a una velocitat determinada. La relació entre la velocitat de gir i la velocitat d'alimentació decideix l'angle de bobinatge. I l'angle d'enrotllament controla el gruix de la paret de la palla i la densa que és.
Els tubs compostos ferits s'han estudiat àmpliament a la literatura d'enginyeria. La investigació sobre els efectes de l'orientació de la fibra en tubs ferits sota compressió axial demostra que l'angle d'enrotllament influeix directament en la resistència a la compressió i el comportament de pandeig. Tot i que aquests estudis examinen els compostos avançats, els principis geomètrics s'apliquen igualment als tubs de paper enrotllats: un angle massa poc profund produeix una estructura de paret fina-propensa a col·lapsar-se; un angle massa pronunciat malgasta material i redueix la flexibilitat.
Assecat o Curat
Després de l'enrotllament, l'adhesiu necessita temps per fixar-se. En les línies de producció contínua, això passa dins d'un túnel escalfat. La circulació d'aire calent és el mètode més comú; algunes màquines utilitzen elements de calefacció infrarojos situats a prop de la superfície del mandril. L'objectiu és una exposició constant a la temperatura a tota la longitud de la palla sense sobreescalfar les fibres del paper.
El sobreescalfament elimina la humitat residual del propi paper, fent que la palla sigui trencadissa. La baixa-escalfament deixa l'adhesiu enganxós i fa que les palletes adjacents s'enganxin durant l'expulsió. Tots dos resultats generen ferralla, de manera que el control de la temperatura dins de la zona de curat és un paràmetre que es vigila de prop.
Tall
El tub assecat i enrotllat surt del mandril i arriba a una estació de tall. Els ganivets rotatius o les fulles de guillotina servo-tallen el tub continu en palletes individuals de longitud uniforme. El disseny de la fulla i la freqüència d'afilat són importants perquè una fulla apagada esquinça el paper en lloc de tallar-lo net, deixant una vora irregular que s'enganxa als llavis i se sent desagradable.
Per a aplicacions que requereixen puntes punxegudes-com ara palletes destinades a caixes de suc o begudes en bossa-un mòdul de tall en bisell pot substituir o complementar l'estació de tall-recte. Això afegeix complexitat però obre formats de producte addicionals.
Expulsió i recollida
Les palletes tallades llisquen fora del mandril. Es desprenen per gravetat, o per aire comprimit, o per empenta mecànica. Després cauen sobre una cinta transportadora. O cauen a un contenidor de recollida. O van directament a una part d'embalatge més tard a la línia. Les línies ràpides poden tenir càmeres d'inspecció òptica en aquest punt. Les càmeres busquen defectes com ara cola que no s'enganxa bé, talls que no estan ben alineats o brutícia a la superfície.
Mètriques clau de rendiment
Quan s'avalua de què és capaç una màquina de beure amb palla de paper d'un sol ús, hi ha diverses mètriques importants:
Velocitat de producció. Les màquines-de nivell inicial produeixen aproximadament entre 60 i 100 metres de tub enrotllat per minut, la qual cosa es tradueix en diversos centenars de palletes per minut en funció del diàmetre i la longitud del tall. Els models-d'alta velocitat superen els 150 metres per minut. La velocitat, però, només té sentit si la qualitat es manté constant-les taxes de ferralla per sobre d'un petit percentatge erosionen ràpidament l'avantatge econòmic.
Gamma de diàmetres de palla. La majoria de màquines admeten diàmetres entre 6 mm i 12 mm aproximadament. Les palletes més amples (per a batuts o te de bombolles) requereixen mandrils més pesats-i components de més-diàmetre. Les palletes estretes (per a begudes de còctels) exigeixen una tolerància més estreta a la tensió del bobinat per evitar defectes d'ovalitat.
Ajust de longitud. La longitud de tall s'ha de poder ajustar sense un gran reequipament mecànic. Les estacions de tall servo-permeten als operadors canviar la longitud de tall mitjançant la interfície del tauler de control. Les màquines més antigues poden requerir un ajust manual de les lleves de cronometratge o les relacions de transmissió.
Temps de canvi
Canviar entre diferents tipus de palla requereix temps. Per exemple, canvieu d'una palla de tall recte de 6 mm d'ample i 200 mm de llarg a una palla de tall en bisell de 8 mm d'ample i 250 mm de llarg. Això vol dir que heu de canviar el mandril. També cal ajustar la tensió de la bobina. Mou l'angle del tallador a un lloc nou. I actualitzeu el programa de control. Les màquines fetes per a una producció flexible redueixen aquest temps perdut. Utilitzen suports de mandril de canvi ràpid. També emmagatzemen la recepta al controlador HMI.
Seguretat alimentària i consideracions normatives
Com que la sortida d'aquesta màquina entra en contacte amb la boca humana, el compliment de la seguretat alimentària no és-negociable. Totes les superfícies que toquen el paper durant la producció-el mandril, els corrons de guia, les barres de tensió i els punts de contacte a les seccions de tall i expulsió-han d'estar fetes de materials de grau-alimentari, normalment acer inoxidable de graus 304 o 316L segons les directrius del títol 21 CFR de la FDA i el Reglament europeu equivalent (CE) núm.
La selecció d'adhesius està igualment regulada. Als Estats Units, els adhesius utilitzats en aplicacions de contacte-aliments han de complir la FDA 21 CFR 175.105 (adhesius) o les seccions rellevants del programa de notificació de substàncies en contacte amb aliments. A Europa, els adhesius s'inclouen al Reglament de la UE núm.. 10/2011 sobre materials i articles plàstics destinats a entrar en contacte amb aliments, fins i tot quan l'adhesiu en si no sigui un plàstic. S'apliquen límits de migració per a substàncies específiques i els fabricants solen demanar als proveïdors que proporcionin documentació de declaració-de-conformitat per a cada lot d'adhesius.
Context ambiental i implicacions del cicle de vida
Les palletes de paper existeixen principalment per preocupacions mediambientals sobre els residus plàstics. Però el benefici net per al medi ambient depèn més que de què estigui feta la palla. L'avaluació del cicle de vida (ACV) és un mètode que segueix les normes ISO 14040 i ISO 14044. Aquest mètode analitza els impactes de l'obtenció de les matèries primeres, la fabricació del producte, l'enviament, el seu ús i, després, què li passa al final de la seva vida útil.
Els estudis han comparat els perfils d'ACV de palletes de paper amb bioplàstics PLA i palletes de polipropilè normals. Aquests estudis han donat resultats contradictoris. Les palletes de paper solen tenir menors emissions de carboni fòssil quan obteniu les matèries primeres. Això es deu al fet que el paper prové de cel·lulosa renovable. Però les palletes de paper utilitzen més energia durant la fabricació a causa dels passos d'enrotllament, assecat i tall. Una palla de paper només es pot anomenar "compostable" si realment va a un lloc de compostatge industrial que segueix les normes EN 13432 o ASTM D6400. Si una palla de paper acaba a un abocador, les condicions no tenen aire. Així que la palla es trenca molt lentament. Aleshores, el seu benefici ambiental sobre una palla lleugera de plàstic baixa molt.
Des del punt de vista de la maquinària, això vol dir que s'entén millor una màquina de beure amb palla de paper d'un sol ús com a tecnologia habilitadora-produeix un format que pot oferir beneficis ambientals si el sistema circumdant (infraestructura de compostatge, comportament d'eliminació dels consumidors, logística de la cadena de subministrament) admet aquests beneficis.
Aplicacions en diferents sectors
Tot i que el servei de menjar és l'aplicació més visible, les palletes de paper d'un sol ús serveixen a mercats addicionals:
Begudes envasades: les caixes de sucs, els envasos de llet i les begudes en bossa sovint inclouen una palla de paper pre-adjunta o inclosa. Aquestes palletes sovint requereixen tall en bisell o seccions d'articulació flexibles.
Configuració mèdica i de laboratori:-palletes de mostreig d'un sol ús per a kits de diagnòstic, especialment quan la compostabilitat o el contingut de plàstic reduït està obligat per les polítiques de compra institucional.
Hostaleria i esdeveniments: els espais-grans (estadis, festivals, aeroports) que s'enfronten a la pressió reguladora o als compromisos de sostenibilitat corporativa especifiquen cada cop més palletes de paper per a les grades de concessió.
Embalatge al detall: les palletes es venen en paquets múltiples-per a ús domèstic, sovint amb impressió decorativa a la capa exterior.
Cada aplicació pot imposar requisits lleugerament diferents a la màquina-diferents rangs de diàmetres, longituds de tall, geometries de punta o volums de rendiment. La majoria de les màquines modernes ofereixen una configuració suficient per servir més d'un d'aquests segments sense grans canvis de maquinari.
Referències
- Premsa TAPPI. TAPPI T559: Absorció d'aigua de paper mida (Cobb). TAPPI Standards, Atlanta, GA.
- Comitè Europeu de Normalització. EN 13432: Requisits per a envasos recuperables mitjançant compostatge i biodegradació. CEN, Brussel·les, 2000.
- ASTM Internacional. ASTM D6400: Especificació estàndard per a l'etiquetatge de plàstics dissenyats per ser compostats aeròbicament en instal·lacions municipals o industrials. ASTM, West Conshohocken, PA.
- Comitè Tècnic ISO 207. ISO 14040: Principis i marc de gestió ambiental - Avaluació del cicle de vida -. ISO, Ginebra, 2006.
- Comitè tècnic ISO 207. ISO 14044: Gestió ambiental - Avaluació del cicle de vida - Requisits i directrius. ISO, Ginebra, 2006.
- Mangalam, AS, et al. "Efectes d'orientació de la fibra en tubs compostos de ferides sota compressió axial". Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 40, Número 7, 2009, pp. 1142–1152.
- Chidambarapandian, S., et al. "Influència dels alcohols polivinílics en els adhesius de palla de paper i efecte sobre la resiliència de la palla". Journal of Polymers and the Environment, Vol. 31, 2023. (Accés al text complet-ResearchGate.)
- Administració d'Aliments i Medicaments dels EUA. 21 CFR Part 175: Additius alimentaris indirectes: adhesius i components de recobriments. FDA, Washington, DC.
- Comissió Europea. Reglament (CE) núm.. 1935/2004 sobre materials i articles destinats a entrar en contacte amb aliments. DO L 338 de 2004.