كيف تعمل آلات صنع القش الورقي؟

تعمل آلات صنع قش الشرب الورقية بطريقة أكثر تعقيدًا بكثير من آلات النشاف. لكن فهم كيف أ آلة صنع مصاصة الشرب الورقيةيمكن أن تساعد الأعمال مشتري المعدات ومهندسي الحلوى. كما أنه يساعد أي مدير عمليات يختار سلاسل توريد التعبئة والتغليف المستدامة. ولذلك، فإن التفاصيل الفنية للآلة تحدد قوة القش وقواعد سلامة الأغذية وتكلفة كل قش.

لماذا تعتبر فئة الجهاز هذه مهمة الآن؟

لقد تم توثيق التحولات التنظيمية التي تدفع الطلب على معدات إنتاج القش الورقي بشكل جيد. توجيه الاتحاد الأوروبي رقم 2019/904 بشأن المواد البلاستيكية-ذات الاستخدام الواحد، والذي دخل حيز التنفيذ في الدول الأعضاء في يوليو 2021، يُدرج صراحةً شفاطات الشرب ضمن المواد البلاستيكية-المحظورة ذات الاستخدام الواحد. لا يقيد التوجيه البدائل الورقية، وفي السنوات التي تلت تنفيذه، اعتمدت كندا والمملكة المتحدة وأستراليا وتايوان والعديد من الولايات القضائية في جنوب شرق آسيا أو تقدمت قيودًا مقابلة (EUR-Lex, 2021).

ونتيجة لذلك، يوسع مصنعو القش الورقي انتشارهم بسرعة في مناطق إنتاج التغليف التقليدية ومنشآت التصنيع التابعة لشركات المنتجات الاستهلاكية التي كانت تستعين سابقًا بمصادر خارجية لشراء القش من عمليات قولبة حقن البلاستيك. لذا فهم كيف أآلة صنع مصاصة الشرب الورقيةالأعمال هي موضوع متعلق بالأعمال التجارية-، وليس مجرد فضول تقني.

المكونات: ورق بني من الدرجة الغذائية-.

ما أهمية هذا الجهاز الآن؟

القواعد التي تحرك الطلب على القش الورقي واضحة. دخل توجيه الاتحاد الأوروبي رقم 2019/904 بشأن-المواد البلاستيكية ذات الاستخدام الواحد حيز التنفيذ في يوليو 2021. ويحظر هذا التوجيه شفاطات الشرب البلاستيكية. لكنها لا تحظر الورق. ومنذ ذلك الحين، تم وضع قواعد مماثلة في كندا والمملكة المتحدة وأستراليا وتايوان وأجزاء من جنوب شرق آسيا (EUR-Lex, 2021).

ونتيجة لذلك، يستخدم المزيد والمزيد من المصانع الآن القش الورقي. المصانع في مواقع جديدة مثل مناطق التعبئة والتغليف القديمة وشركات السلع الاستهلاكية. في السابق، كانت الشركات تشتري الشفاطات البلاستيكية من مصانع أخرى. لذلك فهم كيف أآلة صنع مصاصة الشرب الورقيةيمكن أن تكون الأعمال مفيدة جدًا للشركات، وليس فقط للترفيه.

المرحلة 1: تقطيع الورق وإعداد الشريط

تقوم معظم الآلات أولاً بتقطيع اللفة الأصلية إلى شرائح ضيقة ثابتة العرض. يحدد عرض شريط الورق وزاوية اللف الحلزوني سمك وعدد طبقات الأنبوب النهائي.

تعتبر الشفاطات ذات الثلاث طبقات-النوع الأكثر شيوعًا من شفاطات المشروبات القياسية. يستخدمون ثلاث شرائح من الورق بعرض مختلف في وقت واحد. يتضمن ذلك بطانة ضيقة، وطبقة متوسطة ذات قوة أوسع، بالإضافة إلى تصميم خارجي ومطبوع للعبوة الخارجية. يأتي كل شريط من بكرة الفك الخاصة به ويصل إلى قسم التشكيل من خلال مسار يتم التحكم فيه بالشد.

الاتصال بين عرض الشريط وزاوية اللف وشكل الأنبوب يتبع الهندسة الحلزونية الأساسية. بالنسبة لقطر شياق ثابت، عادة ما يكون من 4 مم إلى 8 مم، فإن زاوية اللف الأكثر انحدارًا تخلق المزيد من التداخل عند كل دورة وجدران أكثر سمكًا على طول نفس عرض الشريط. تعمل الزاوية الضحلة على ترقق جدران الأنبوب، لكن هناك حاجة إلى المزيد من الورق لنفس الطول.

المرحلة الثانية: تطبيق اللاصق

قبل أن يدخل كل شريط ورق إلى مغزل التشكيل، فإنه يمر عبر محطة طلاء، حيث يتم وضع مادة لاصقة ذات أساس مائي- على جانب واحد. هذه هي المرحلة الكيميائية الأكثر حساسية في العملية، حيث يجب أن تلبي المادة اللاصقة كلا الحاجتين. يجب أن تكون آمنة لملامسة الطعام، ويجب أن توفر قوة ترابط كافية لمنع الطبقة الحلزونية من الانفصال عند استخدام المصاصات في المشروبات الساخنة أو الباردة.

عادةً ما تستخدم الأنابيب الورقية التقليدية مادة أسيتات البولي فينيل (PVAc) أو المادة اللاصقة القائمة على النشا. بالنسبة لشفاطات الشرب الورقية، يمكن أن يؤثر اللاصق أيضًا على قوتها الرطبة. تشير قوة البلل إلى قدرة القش على مقاومة التليين وفقدان الشكل عند ملامسته للسائل لفترة طويلة. تستخدم بعض الشركات المصنعة راتنجات البولياميد-إبيكلوروهيدرين أو طلاءات الفلوروبوليمر لتحسين قوة البلل، لكن هذا أثار مخاوف علمية.

وفي دراسة نشرت فيالغلاف الجويفي عام 2021، جروفن وآخرون. تم اختبار 43 منتجًا من منتجات القش، بما في ذلك 29 نوعًا من القش الورقي، وتم العثور على مواد البيرفلوروألكيل (PFAS) في معظم عينات القش الورقي. PFAS عبارة عن مواد كيميائية-يصنعها الإنسان ويمكن أن تبقى في البيئة لفترات طويلة وقد تؤثر على صحة الإنسان. وفقًا للباحثين، فإن PFAS يأتي من إضافات قوية مفلورة رطبة- أو معالجات أسطح مفلورة تستخدم في إنتاج الورق. أظهرت الدراسات أن الشفاطات الورقية ليست أكثر أمانًا تلقائيًا من منظور السلامة الكيميائية من البلاستيك ما لم يتم اختبار جميع المواد والمواد اللاصقة والموافقة عليها بعناية. يستخدم العديد من المصنعين الموثوقين الآن مواد لاصقة خالية من PFAS-ويطلبون من الموردين التأكد من عدم استخدام أي مواد كيميائية مفلورة في المواد الخام.

يستخدم قضيب الغراء بشكل عام أسطوانة دقيقة أو نظام قالب مشقوق. تتحكم الآلة في سمك ولزوجة المادة اللاصقة، مما يسمح لها بتوزيع طبقة رقيقة بالتساوي عبر عرض الشريط بأكمله دون تسرب الكثير من الغراء من الحواف المتداخلة الحلزونية أثناء التشكيل.

المرحلة 3: اللف الحلزوني عند تشكيل الشياق

الجزء الرئيسي من آلة صنع قش الشرب الورقي هو محطة اللف الحلزونية. في هذا القسم، يتم لف-شرائط الورق المطلية باللاصق بشكل حلزوني حول شياق ثابت من الفولاذ المقاوم للصدأ. يحدد القطر الخارجي للشياق القطر الداخلي للقش. دقة التسامح مع الشياق هي ± 0.05 مم، لذلك يظل حجم فتحة القش كما هو.

يستخدم نظام اللف عدة بكرات تشكيل موضوعة بزاوية لف ثابتة حول الشياق. عندما يتحرك شريط الورق المطلي-باللاصق للأمام، تقوم الأسطوانة بالضغط عليه خطوة بخطوة باتجاه الشياق والطبقة العليا. تشكل هذه العملية حلزونات وتربط طبقات الورق معًا. كما أن الضغط الناتج عن الأسطوانة يدفع المادة اللاصقة إلى داخل ألياف الورق، مما يجعل الطبقات تلتصق ببعضها البعض بإحكام.

الشياق لا يدور. يتحرك أنبوب الورق للأمام على طول الشياق بينما يستمر الورق الجديد في الالتفاف حول الظهر. هذه الحركة المستمرة تحافظ على تشغيل الآلة. يترك الأنبوب النهائي نهاية الشياق ويدخل إلى قسم القطع.

يتم قياس سرعة اللف بالمتر الأنبوبي المستمر في الدقيقة. تعمل الآلات الصناعية عادةً بسرعة تتراوح بين 60-150 م/دقيقة. يعتمد العائد النهائي للقش على طول القطع. على سبيل المثال، إذا كانت الآلة تعمل بسرعة 100 م/دقيقة وتقوم بقطع القش بطول 210 ملم، فيمكن للآلة إنتاج حوالي 476 قشًا في الدقيقة قبل حساب حدود القطع والمنتجات المرفوضة.

المرحلة 4: التجفيف ومعالجة اللاصق

تخرج الأنابيب الورقية الحلزونية من الشياق بعد تشكيلها وتمر عبر نفق التجفيف. يمكن أن تستخدم الأنفاق التدفئة بالأشعة تحت الحمراء (IR) أو نظام الحمل الحراري للهواء الدافئ. وتتمثل مهمتهم في تسريع عملية تجميد المادة اللاصقة وإزالة الرطوبة الزائدة من المادة اللاصقة القائمة على الماء-قبل دخول الأنبوب إلى قسم القطع.

إذا لم تتصلب المادة اللاصقة تمامًا قبل القطع، فستنشأ مشكلتان شائعتان. وتتمثل إحدى المشكلات في التصفيح عند حافة القطع، حيث تفصل قوة القطع طبقات الورق المبللة. هناك مشكلة أخرى تتمثل في انفصال طبقات المصاصات عندما تبقى في المشروب لفترة طويلة.

بالنسبة للآلات عالية السرعة-، يعد ضبط طول نفق التجفيف ودرجة حرارته أمرًا في غاية الأهمية. إذا كانت درجة الحرارة منخفضة جدًا أو كان وقت التسخين قصيرًا جدًا، فلن يتصلب اللاصق بشكل صحيح. إذا كانت درجة حرارة التسخين مرتفعة جدًا أو كان وقت التسخين طويلًا جدًا، فسوف تتلف ألياف الورق وستفقد القشة النهائية قوتها.

المرحلة 5: القطع المتتبع -المؤازر

يجب قطع أنبوب الورق المستمر من نفق التجفيف إلى قش مفرد بدقة عالية. تستخدم الآلات الحديثة -جهاز قطع طائرًا لتتبع المؤازرة في قسم القطع. يتحرك نظام القطع مع الأنبوب بنفس السرعة في لحظة القطع. بعد القطع، تتحرك الشفرة إلى وضع البداية للدورة التالية. تتيح هذه الطريقة للآلة القطع بشكل نظيف وفي خط مستقيم دون إيقاف حركة الأنبوب.

يتم التحكم في طول القطع بواسطة PLC (وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة)، والتي تدير جميع حركات الآلة. تحت التحكم PLC، يمكن للمشغل تغيير طول القش عن طريق ضبط إعدادات البرنامج. ليست هناك حاجة لاستبدال الأجزاء الميكانيكية أو الكاميرات. أثناء الإنتاج، عادةً ما يحافظ نظام القطع المؤازر الذي يتم صيانته جيدًا على دقة القطع في حدود ±0.5 مم.

بعد القطع، يقوم نظام النقل بتجميع القش النهائي وإرساله إلى أقسام العد والتجليد والتعبئة. يمكن لأجهزة الاستشعار في هذه المرحلة التحقق مما إذا كان طول وقطر القش غير صحيحين أو إذا كانت هناك عيوب ملحوظة في السطح. تتم إزالة القش المعيب قبل التعبئة النهائية.

المرحلة 6: التحقق من الجودة والامتثال لسلامة الأغذية

ماكينة صنع قش الشرب الورقية تعمل في مصنع لتغليف المواد الغذائية. أنها لا تعمل وحدها. يجب أن تعمل في ظل نظام إدارة سلامة الأغذية. يوفر ISO 22000:2018 القواعد الأساسية والمتطلبات الأساسية لتحليل المخاطر للشركات التي تنتج المواد الملامسة للأغذية مثل القش الورقي (ISO, 2018).

ومن الناحية العملية، هذا يعني:

جميع الأجزاء التي تلامس شرائط الورق مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ أو من البلاستيك الآمن على الطعام-.

تعتبر مواد تشحيم الأجزاء الميكانيكية القريبة من مسار الورق من المواد الغذائية-وتتوافق مع معايير NSF/ANSI 61 H1 أو معايير مماثلة.

تعمل طرق التنظيف على إزالة الأوساخ والبقايا تمامًا دون تآكل أجزاء الفولاذ المقاوم للصدأ، مما يؤثر على الإنتاج المستقبلي.

تربط سجلات التتبع دفعات القش النهائية بأرقام دُفعات لفة الورق ورموز الدُفعات اللاصقة ذات الصلة.

عادةً ما يتم إجراء الاختبار المادي للقش الورقي النهائي باستخدام طرق طورها Gutiérrez et al. (معهد الموارد الحيوية، جامعة ولاية نورث كارولاينا، 2019). اختبرت الدراسة أداء القش الورقي تحت ظروف التعرض للشرب. وشملت الاختبارات مقاومة الضغط، وقوة الشد عند طرف القطع، والنقع لفترة طويلة في السائل.

أظهرت الدراسات أن الشفاطات الورقية يمكن أن تحافظ على قوتها الطبيعية في الماء البارد لمدة 60 دقيقة تقريبًا. في المشروبات الساخنة والمشروبات الغازية، تضعف الشفاطات بشكل أسرع. تؤثر هذه النتائج بشكل مباشر على إعداد الجهاز. عادةً ما تختار الشركات التي تصنع الشفاطات للمقاهي أو المشروبات الساخنة ورقًا أكثر سمكًا وطبقات أكثر لفًا. عادةً ما تستخدم الشركات التي تصنع قش المشروبات الباردة جرامًا ورقيًا أقل وطبقات تغليف أقل.

السياق البيئي: الوضع الفعلي للقش الورقي

الفوائد البيئية للقش الورقي والآلات التي تصنعها ليست بسيطة. قامت دراسة دورة حياة العملية (LCA) (MDPI, 2021) بمقارنة القش الورقي والقش البلاستيكي PLA والقش البلاستيكي الشائع. ووجدت الدراسة أن القش الورقي يتحلل بسهولة أكبر في المحيط، لكن إنتاجه يستهلك المزيد من الطاقة. وذلك لأن الورق يحتاج إلى اللب والتجفيف باستخدام الطاقة المائية. دراسة 2023 في المجلةالإنتاج الأنظفوجدت نفس الشيء. سيتم تقليل أو زيادة ضرر القش الورقي على البيئة، لذلك لا يمكن تعميم عبارة "الأفضل".

وقد أظهرت الدراسات أيضًا أن القش الورقي يتحلل في السماد الصناعي. يستغرق هذا عادةً ما بين 60 و90 يومًا وفقًا لمعايير مثل EN 13432 أو ASTM D6400. لا يبقون في البحر مثل القش البلاستيكي.

ملخص: ثماني خطوات، عملية واحدة مستمرة

تنقسم عملية التشغيل الكاملة لآلة صنع قش الشرب الورقية إلى ثماني مراحل متكاملة:

يتم التحكم في كل مرحلة بواسطة PLC. فهو يربط سرعة تغذية الورق، وكمية الغراء، وسرعة اللف، ودرجة حرارة التجفيف، ووقت القطع كنظام للاتصال والتحكم.

من المهم أن نفهم النظام. فهو يساعد المشغلين على العمل بالسرعة العادية والحصول على مخرجات جيدة. كما أنه يساعد المشغلين على اكتشاف المشكلات مبكرًا، مثل التغيرات الناجمة عن درجة الحرارة-في شد الورق، وسمك الغراء، وتآكل الشفرة وما إلى ذلك، قبل أن تؤثر على جودة المنتج.

مراجع

1. المفوضية الأوروبية. (2021). *توجيه (الاتحاد الأوروبي) 2019/904 بشأن الحد من التأثير البيئي لبعض المواد البلاستيكية*. يورو - ليكس.
2. القانون الإلكتروني الأمريكي للوائح الفيدرالية. (2024). *21 CFR § 176.170 - مكونات الورق والورق المقوى الملامسة للأغذية المائية والدهنية*. eCFR.
3. الهيئة الأوروبية لسلامة الأغذية (EFSA). (2024). *المواد الملامسة للأغذية: اللائحة الإطارية (EC) رقم. 1935/2004*. بارما: الهيئة الأوروبية لسلامة الأغذية.
4. جروفن، T. وآخرون. (2021). القش الأخير: خصائص مواد البيرفلوروألكيل والبولي فلورو ألكيل في قش الشرب المصنوع من النباتات التجارية.الغلاف الجوي.
5. جوتيريز، تي جيه وآخرون. (2019). تقييم القش الورقي والبلاستيكي: الخصائص وتحديات الاختبار.الموارد الحيوية, 14(4), 
6. المنظمة الدولية للتوحيد القياسي. (2018). *ISO 22000:2018 - أنظمة إدارة سلامة الأغذية: متطلبات أي منظمة في السلسلة الغذائية*. جنيف: المنظمة الدولية للتوحيد القياسي.
7. فو، TTQ وآخرون. (2021). دراسة مقارنة لتقييم دورة حياة البلاستيك الحيوي والقش الورقي.العمليات, 9(6), 1007. مدبي.
8. ساينس دايركت. (2023). تقييم الأثر البيئي متعدد الأبعاد لبدائل القش البلاستيكية.مجلة الإنتاج الأنظفعبر ساينس دايركت.
9. الاستقرار الهيدروليكي والمرونة الميكانيكية والتحلل الحيوي للقش الورقي. (2024).البوليمرات الكربوهيدراتية، ساينس دايركت.
10. مؤسسة العلوم الوطنية الدولية / ANSI. (2022). *NSF/ANSI 61: مكونات نظام مياه الشرب -- التأثيرات الصحية*. آن أربور، ميشيغان: NSF. (مشار إليه في إطار تصنيف مواد التشحيم H1 المخصصة للطعام)
11. ASTM الدولية. (2019).ASTM D6400: المواصفة القياسية لوضع العلامات على المواد البلاستيكية المصممة للتسميد الهوائي في المنشآت البلدية أو الصناعية. غرب كونشوهوكن، بنسلفانيا: ASTM.