ماشین آلات تولید نی کاغذ چگونه کار می کنند؟

دستگاه های تولید نی نوشیدنی کاغذی به روشی بسیار پیچیده تر از دستگاه های بلات کار می کنند. اما درک اینکه چگونه یک دستگاه ساخت مکنده نوشیدنی کاغذیآثار می تواند به خریداران تجهیزات و مهندسین آب نبات کمک کند. همچنین به هر مدیر عملیاتی که زنجیره تامین بسته بندی پایدار را انتخاب می کند، کمک می کند. بنابراین، جزئیات فنی دستگاه استحکام نی، قوانین ایمنی مواد غذایی و هزینه هر نی را تعیین می کند.

چرا این دسته دستگاه اکنون اهمیت دارد؟

تغییرات مقرراتی که تقاضا برای تجهیزات تولید نی کاغذ را افزایش می دهد به خوبی مستند شده است. دستورالعمل 2019/904 اتحادیه اروپا درباره پلاستیک‌های یک‌بار مصرف، که در ژوئیه 2021 در کشورهای عضو به اجرا درآمد، به صراحت شامل نی‌های نوشیدنی در میان اقلام پلاستیکی یک‌بار مصرف ممنوع است. این دستورالعمل جایگزین‌های کاغذی را محدود نمی‌کند و در سال‌های پس از اجرای آن، کانادا، بریتانیا، استرالیا، تایوان و چندین حوزه قضایی جنوب شرقی آسیا محدودیت‌های مربوطه را اتخاذ کرده یا آن را ارتقا داده‌اند (EUR-Lex, 2021).

در نتیجه، تولیدکنندگان کاغذ{0}}به سرعت در حال گسترش استقرار خود در مناطق تولید بسته‌بندی سنتی و تأسیسات تولیدی شرکت‌های محصولات مصرفی هستند که قبلاً تهیه کاه را از عملیات قالب‌گیری تزریق پلاستیک برون سپاری می‌کردند. بنابراین درک اینکه چگونه یکدستگاه ساخت مکنده نوشیدنی کاغذیآثار یک موضوع{0}}تجاری مرتبط است، نه صرفاً یک کنجکاوی فنی.

مواد لازم: غذا{0}}کاغذ قهوه‌ای درجه یک

چرا این دستگاه اکنون اهمیت دارد؟

قوانینی که تقاضا برای نی های کاغذی را افزایش می دهد، واضح است. دستورالعمل 2019/904 اتحادیه اروپا در مورد پلاستیک های یک بار مصرف در ژوئیه 2021 به اجرا درآمد. نی پلاستیکی نوشیدنی را ممنوع می کند. اما کاغذ را ممنوع نمی کند. از آن زمان قوانین مشابهی در کانادا، بریتانیا، استرالیا، تایوان و بخش‌هایی از آسیای جنوب شرقی وضع شده است (EUR-Lex، 2021).

در نتیجه، اکنون کارخانه های بیشتری از نی های کاغذی استفاده می کنند. کارخانه ها در مکان های جدید مانند مناطق بسته بندی قدیمی و شرکت های کالاهای مصرفی هستند. پیش از این، این شرکت ها نی های پلاستیکی را از کارخانه های دیگر خریداری می کردند. بنابراین، درک اینکه چگونه یکدستگاه ساخت مکنده نوشیدنی کاغذیآثار می توانند برای مشاغل بسیار مفید باشند، نه فقط برای سرگرمی.

مرحله 1: برش کاغذ و آماده سازی نوار

اغلب ماشین‌ها ابتدا رول اصلی را به نوارهای باریکی که در عرض ثابت هستند برش می‌دهند. عرض نوار کاغذ و زاویه سیم پیچ مارپیچی ضخامت و تعداد لایه های لوله تمام شده را تعیین می کند.

نی های سه لایه رایج ترین نوع نی نوشیدنی استاندارد هستند. آنها از سه نوار کاغذ با عرض های مختلف به طور همزمان استفاده می کنند. این شامل یک آستر باریک، یک لایه میانی استحکام گسترده تر، و همچنین طراحی بیرونی و چاپ شده برای بسته بندی بیرونی است. هر نوار از بوبین باز کردن خودش می آید و از طریق یک مسیر کنترل شده کشش{4}}به بخش شکل دهی می رسد.

ارتباط بین عرض نوار، زاویه سیم پیچ و شکل لوله از هندسه مارپیچ اصلی پیروی می کند. برای قطر سنبه ثابت، معمولاً 4 تا 8 میلی‌متر، زاویه سیم‌پیچ تندتر همپوشانی بیشتری در هر پیچ و دیواره‌های ضخیم‌تر در امتداد همان عرض نوار ایجاد می‌کند. یک زاویه کم عمق دیواره های لوله را نازک می کند، اما کاغذ بیشتری برای همان طول مورد نیاز است.

مرحله 2: کاربرد چسب

قبل از اینکه هر نوار کاغذی وارد سنبه شکل‌دهی شود، از یک ایستگاه پوشش عبور می‌کند، جایی که یک چسب{0}} بر پایه آب به یک طرف آن اعمال می‌شود. این حساس ترین مرحله شیمیایی فرآیند است، زیرا چسب باید هر دو نیاز را برآورده کند. این باید برای تماس با مواد غذایی ایمن باشد و باید استحکام پیوند کافی برای جلوگیری از جدا شدن لایه مارپیچ در هنگام استفاده از نی در نوشیدنی های گرم یا سرد ایجاد کند.

لوله های کاغذی سنتی معمولاً از پلی وینیل استات (PVAc) یا چسب مبتنی بر نشاسته{0}} استفاده می کنند. برای نی های نوشیدنی کاغذی، چسب نیز می تواند بر استحکام مرطوب آنها تأثیر بگذارد. استحکام مرطوب به توانایی نی در مقاومت در برابر نرم شدن و از دست دادن شکل در تماس طولانی مدت با مایع اشاره دارد. برخی از تولیدکنندگان از رزین پلی آمید{4}}اپی کلروهیدرین یا پوشش‌های فلوروپلیمری برای بهبود استحکام مرطوب استفاده می‌کنند، اما این موضوع نگرانی‌های علمی را برانگیخته است.

در مطالعه ای که درشیمی کرهدر سال 2021، گروفن و همکاران. 43 محصول کاه، از جمله 29 گونه کاه کاغذی را آزمایش کرد و مواد پرفلوئوروآلکیل (PFAS) را در بیشتر نمونه‌های کاه کاغذی یافت. PFAS مواد شیمیایی{5}}ساخت بشر هستند که می‌توانند برای مدت طولانی در محیط باقی بمانند و ممکن است بر سلامت انسان تأثیر بگذارند. به گفته محققان، PFAS از افزودنی‌های استحکام مرطوب-فلوردار یا تیمارهای سطحی فلوئوردار مورد استفاده در تولید کاغذ به دست می‌آید. مطالعات نشان داده است که نی های کاغذی از منظر ایمنی شیمیایی به طور خودکار ایمن تر از پلاستیک نیستند مگر اینکه همه مواد و چسب ها به دقت آزمایش و تایید شوند. بسیاری از تولیدکنندگان قابل اعتماد اکنون از چسب‌های{10}رایگان PFAS استفاده می‌کنند و از تامین‌کنندگان می‌خواهند تا تأیید کنند که هیچ ماده شیمیایی فلوئوردار در مواد خام استفاده نمی‌شود.

اپلیکاتور چسب به طور کلی از یک غلتک دقیق یا سیستم قالب شکافی استفاده می کند. این دستگاه ضخامت و ویسکوزیته چسب را کنترل می کند و به آن اجازه می دهد یک لایه نازک را به طور یکنواخت در کل عرض نوار پخش کند بدون اینکه چسب زیادی از لبه های همپوشانی مارپیچی در طول شکل گیری نشت کند.

مرحله 3: سیم پیچی مارپیچی روی سنبه های شکل دهنده

قسمت اصلی دستگاه تولید نی نوشیدنی کاغذی ایستگاه سیم پیچ مارپیچی است. در این بخش، نوارهای کاغذی روکش شده{1}}به صورت مارپیچی به دور یک سنبه شکل دهنده فولاد ضد زنگ ثابت پیچیده می‌شوند. قطر بیرونی سنبه تعیین کننده قطر داخلی نی است. تحمل دقت سنبه ± 0.05 میلی متر است، بنابراین اندازه سوراخ نی ثابت می ماند.

سیستم سیم پیچی از چندین غلتک شکل دهنده استفاده می کند که در یک زاویه سیم پیچ ثابت در اطراف سنبه قرار گرفته اند. هنگامی که نوار کاغذی با چسب- روکش شده به جلو حرکت می کند، غلتک آن را گام به گام به سمت سنبه و لایه بالایی فشار می دهد. این فرآیند مارپیچ ها را تشکیل می دهد و لایه های کاغذ را به هم می چسباند. فشار ناشی از غلتک نیز چسب را به داخل الیاف کاغذ فشار می دهد و باعث می شود که لایه ها محکم به هم بچسبند.

سنبه نمی چرخد. لوله کاغذی در امتداد سنبه به جلو حرکت می کند در حالی که کاغذ جدید همچنان به دور پشت بسته می شود. این حرکت مداوم باعث می شود دستگاه کار کند. لوله تمام شده از انتهای سنبه خارج شده و وارد قسمت برش می شود.

سرعت سیم پیچ در متر لوله پیوسته در دقیقه اندازه گیری می شود. ماشین آلات صنعتی معمولاً با سرعت 60-150 متر در دقیقه کار می کنند. بازده نهایی نی به طول برش بستگی دارد. به عنوان مثال، اگر دستگاه با سرعت 100 متر در دقیقه کار کند و نی ها را به طول 210 میلی متر برش دهد، دستگاه می تواند حدود 476 نی در دقیقه قبل از محاسبه محدودیت های برش و محصولات رد شده تولید کند.

مرحله 4: خشک کردن و پخت با چسب

لوله های کاغذی مارپیچی پس از شکل گیری سنبه را ترک کرده و از تونل خشک کن عبور می کنند. تونل ها می توانند از گرمایش مادون قرمز (IR) یا سیستم همرفت هوای گرم- استفاده کنند. کار آنها تسریع انجماد چسب و حذف رطوبت اضافی از چسب پایه آب قبل از ورود لوله به قسمت برش است.

اگر چسب قبل از برش کاملاً جامد نشود، دو مشکل رایج ایجاد می شود. یک مشکل لایه لایه شدن در لبه برش است، جایی که نیروی برش لایه های کاغذ مرطوب را جدا می کند. مشکل دیگر جدا شدن لایه ای نی ها زمانی است که برای مدت طولانی در نوشیدنی باقی می مانند.

برای ماشین آلات با سرعت بالا، تنظیم طول و دمای تونل خشک کردن بسیار مهم است. اگر دما خیلی کم باشد یا زمان گرم شدن خیلی کوتاه باشد، چسب به درستی جامد نمی شود. اگر دمای حرارت دهی بیش از حد بالا باشد یا زمان حرارت دهی بیش از حد طولانی باشد، الیاف کاغذ آسیب می بیند و نی تمام شده استحکام خود را از دست می دهد.

مرحله 5: سروو{1}}برش ردیابی شده

لوله کاغذی پیوسته از تونل خشک کن باید با دقت بالا به نی تک بریده شود. ماشین‌های مدرن از یک سروو{1}}ردیاب برش پرنده در بخش برش استفاده می‌کنند. سیستم برش در لحظه برش با لوله با همان سرعت حرکت می کند. پس از برش، تیغه به موقعیت شروع چرخه بعدی حرکت می کند. این روش به دستگاه اجازه می دهد تا بدون توقف حرکت لوله، تمیز و در یک خط مستقیم برش دهد.

طول برش توسط PLC (کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی) کنترل می شود که تمام حرکات دستگاه را مدیریت می کند. تحت کنترل PLC، اپراتور می تواند طول نی را با تنظیم تنظیمات نرم افزار تغییر دهد. نیازی به تعویض قطعات مکانیکی یا بادامک نیست. در طول تولید، یک سیستم برش سروو که به خوبی نگهداری می شود، معمولاً دقت برش را در محدوده ± 0.5 میلی متر نگه می دارد.

سیستم نقاله پس از برش، نی های تمام شده را جمع آوری کرده و به قسمت شمارش، صحافی و بسته بندی می فرستد. سنسورها در این مرحله می توانند بررسی کنند که آیا طول و قطر نی نادرست است یا عیوب سطحی قابل توجهی وجود دارد. نی های معیوب قبل از بسته بندی نهایی حذف می شوند.

مرحله 6: تأیید کیفیت و انطباق با ایمنی مواد غذایی

دستگاه تولید نی نوشیدنی کاغذی در یک کارخانه بسته بندی مواد غذایی کار می کند. به تنهایی کار نمی کند. باید تحت یک سیستم مدیریت ایمنی مواد غذایی کار کند. ISO 22000:2018 قوانین و پیش نیازهای اساسی برای تجزیه و تحلیل خطر را برای شرکت های تولید کننده مواد تماس با غذا مانند نی های کاغذی ارائه می دهد (ISO، 2018).

در عمل به این معنی است:

تمام قطعاتی که با نوارهای کاغذی تماس دارند از فولاد ضد زنگ یا پلاستیک ایمن مواد غذایی- ساخته شده اند.

روان کننده های قطعات مکانیکی نزدیک مسیر کاغذ از نوع مواد غذایی{0}}و استانداردهای NSF/ANSI 61 H1 یا استانداردهای مشابه هستند.

روش‌های تمیز کردن کثیفی و باقیمانده‌ها را به طور کامل بدون خوردگی قطعات فولادی ضد زنگ حذف می‌کند و بر تولید آینده تأثیر می‌گذارد.

سوابق ردیابی، دسته‌های نی تمام شده را به شماره دسته‌های رول کاغذی و کدهای دسته چسب مرتبط می‌سازد.

آزمایش فیزیکی نی کاغذ تمام شده معمولاً با استفاده از روش های توسعه یافته توسط گوتیرز و همکاران انجام می شود. (موسسه منابع زیستی، دانشگاه ایالتی NC، 2019). این مطالعه عملکرد نی های کاغذی را در شرایط قرار گرفتن در معرض نوشیدن آزمایش کرد. آزمایشات شامل مقاومت فشاری، استحکام کششی در انتهای برش و خیساندن طولانی مدت در مایع بود.

مطالعات نشان داده است که نی های کاغذی می توانند استحکام طبیعی خود را در آب سرد حدود 60 دقیقه حفظ کنند. در نوشیدنی های گرم و نوشابه های گازدار، نی ها سریعتر ضعیف می شوند. این نتایج مستقیماً بر تنظیم دستگاه تأثیر می گذارد. شرکت هایی که نی برای کافه ها یا نوشیدنی های گرم تولید می کنند معمولا کاغذ ضخیم تر و لایه های پیچ دار بیشتری را انتخاب می کنند. شرکت‌هایی که نی نوشیدنی‌های سرد تولید می‌کنند معمولاً از وزن کاغذ کمتر و لایه‌های بسته‌بندی کمتری استفاده می‌کنند.

زمینه محیطی: موقعیت واقعی نی های کاغذی

مزایای زیست محیطی نی های کاغذی و ماشین هایی که آنها را می سازند ساده نیستند. یک مطالعه چرخه حیات فرآیند (LCA) (MDPI، 2021) نی های کاغذی، نی های پلاستیکی PLA و نی های پلاستیکی رایج را مقایسه کرد. این مطالعه نشان داد که نی های کاغذی راحت تر در اقیانوس تجزیه می شوند، اما تولید آنها انرژی بیشتری مصرف می کند. این به این دلیل است که کاغذ باید با انرژی آبی خمیر شود و خشک شود. مطالعه 2023 در مجلهتولید پاک ترهمان را پیدا کرد. آسیب نی های کاغذ به محیط زیست یا کاهش می یابد یا افزایش می یابد، بنابراین "بهتر" را نمی توان تعمیم داد.

همچنین مطالعات نشان داده است که نی های کاغذی در کمپوست صنعتی تجزیه می شوند. این معمولاً طبق معیارهایی مانند EN 13432 یا ASTM D6400 بین 60 تا 90 روز طول می کشد. مثل نی های پلاستیکی در دریا نمی مانند.

خلاصه: هشت مرحله، یک فرآیند پیوسته

فرآیند کامل عملیات دستگاه تولید نی کاغذی به هشت مرحله یکپارچه تقسیم می شود:

هر مرحله توسط PLC کنترل می شود. سرعت تغذیه کاغذ، مقدار چسب، سرعت سیم پیچی، دمای خشک شدن، زمان برش را به عنوان یک سیستم برای اتصال و کنترل می بندد.

درک سیستم مهم است. این به اپراتورها کمک می کند تا با سرعت عادی کار کنند و خروجی خوبی داشته باشند. همچنین به اپراتورها کمک می‌کند تا مشکلات را زودتر تشخیص دهند، مانند تغییرات ناشی از دما-در کشش کاغذ، ضخامت چسب، سایش تیغه و غیره، قبل از اینکه بر کیفیت محصول تأثیر بگذارند.

مراجع

1. کمیسیون اروپا (2021). *دستورالعمل (EU) 2019/904 در مورد کاهش اثرات زیست محیطی برخی از پلاستیک ها*. EUR{6}}Lex.
2. کد الکترونیکی مقررات فدرال ایالات متحده. (2024). *21 CFR § 176.170 - اجزای کاغذ و مقوا در تماس با غذاهای آبی و چرب*. eCFR.
3. سازمان ایمنی مواد غذایی اروپا (EFSA). (2024). *مواد تماس با غذا: مقررات چارچوب (EC) No. 1935/2004*. پارما: EFSA.
4. گروفن، تی و همکاران. (2021). آخرین نی: خواص مواد پرفلوئوروآلکیل و پلی فلوروآلکیل در نی های آشامیدنی ساخته شده از گیاهان تجاری.شیمی کره.
5. گوتیرز، تی جی و همکاران. (2019). ارزیابی نی های کاغذی و پلاستیکی: ویژگی ها و چالش های آزمایشمنابع زیستی, 14(4), 
6. سازمان بین المللی استاندارد. (2018). *ISO 22000:2018 - سیستم های مدیریت ایمنی مواد غذایی: الزامات برای هر سازمان در زنجیره غذایی*. ژنو: سازمان بین المللی استاندارد.
7. Vo، TTQ و همکاران. (2021). مطالعه تطبیقی ​​ارزیابی چرخه حیات پلاستیک های زیستی و نی های کاغذیفرآیندها، 9(6)، 1007. MDPI.
8. ScienceDirect. (2023). ارزیابی اثرات زیست محیطی چند بعدی جایگزین های نی پلاستیکیمجله تولید پاکتر، از طریق ScienceDirect.
9. پایداری هیدرولیک، کشش مکانیکی و تجزیه زیستی نی کاغذ. (2024).پلیمرهای کربوهیدرات، ScienceDirect.
10. NSF International / ANSI. (2022). *NSF/ANSI 61: اجزای سیستم آب آشامیدنی -- اثرات سلامت*. آن آربور، MI: NSF. (مراجعه شده برای چارچوب طبقه بندی روان کننده های غذایی H1)
11. ASTM International. (2019).ASTM D6400: مشخصات استاندارد برای برچسب گذاری پلاستیک های طراحی شده برای کمپوست هوازی در تاسیسات شهری یا صنعتی. West Conshohocken، PA: ASTM.