A mudança do plástico para outros materiais em copos e palhinhas descartáveis tem sido uma das maiores mudanças nas cadeias de abastecimento nos últimos dez anos. Tudo começou com algumas proibições em cidades costeiras. Depois, transformou-se num conjunto de regras que funcionavam em conjunto. Essas regras mudaram a forma como restaurantes, cafés e fabricantes de bebidas obtêm seus canudos. No centro desta mudança está uma máquina que era, até recentemente, um produto pequeno e especial no mercado maior de máquinas de embalagem. Essa máquina é aMáquina bebendo palha de papel descartável.
Este artigo explica para que essas máquinas são usadas, como funcionam e por que sua função cresceu tão rapidamente.
O que é a máquina
Uma máquina para fazer canudos de papel descartáveis é uma linha de produção automática. Ele transforma rolos de papel planos em canudos de papel acabados, cortados no comprimento certo. O nome “máquina de beber” aqui não significa uma máquina da qual você bebe. Em vez disso, significa uma máquina que fabrica os itens que você usa para beber. É uma ferramenta de fabricação, não um dispositivo de distribuição.
A máquina executa diversas operações sequenciais: desenrolar e alinhar folhas de papel, aplicar adesivo, enrolar papel em torno de um mandril de formação, curar ou secar o adesivo, cortar o tubo no comprimento certo e ejetar canudos acabados. Algumas configurações adicionam impressão em linha, embalagem individual ou corte chanfrado como módulos opcionais. A unidade base, entretanto, lida com a formação e corte do tubo central.
Por que os canudos de papel exigiam novas máquinas
Vale a pena pensar por que se tornou necessária maquinaria dedicada. Extrusoras de plástico produzem canudos de polipropileno e poliestireno em alta velocidade há décadas. Essas máquinas derretem pellets de polímero e os extrudam através de uma matriz, depois esfriam e cortam o fio contínuo. O processo é rápido, barato e tolera variações de materiais.
O papel não se comporta como o plástico derretido. Você não pode expulsá-lo através de um dado. Você deve enrolá-lo, camada por camada, em torno de uma forma. Isso requer mecânicas fundamentalmente diferentes-sistemas de controle de tensão, estações de aplicação de adesivos, túneis de secagem e mecanismos de corte que possam lidar com material fibroso sem esmagar ou desgastar a borda. Uma máquina para beber canudos de papel descartáveis foi-construída especificamente para esse conjunto de operações.
Como funciona o processo de produção
Compreender para que serve a máquina requer percorrer cada etapa de sua operação.
Conjunto de desenrolamento e dobra
A maioria dos canudos de papel é construída com múltiplas camadas. Uma configuração típica usa três camadas: uma camada interna que entra em contato com o líquido, uma camada intermediária que fornece volume e rigidez e uma camada externa que carrega qualquer impressão ou revestimento superficial. Cada camada pode vir de uma bobina separada montada em seu próprio suporte de desenrolamento.
A máquina puxa todas as folhas simultaneamente através de um sistema de registro que as mantém alinhadas. O desalinhamento entre as camadas produz uma parede de palha torta, o que enfraquece a integridade estrutural e causa um comportamento de molhamento desigual quando a palha é colocada em líquido.
Aplicação de adesivo
Uma vez alinhadas as camadas, elas passam por baixo dos aplicadores de adesivo. A escolha do adesivo é crítica. Formulações-à base de água-amidos modificados, misturas de álcool polivinílico e determinadas colas-à base de proteínas-são comuns porque são compatíveis com esquemas de certificação de compostabilidade, como EN 13432 (padrão europeu) e ASTM D6400 (padrão dos Estados Unidos). Os adesivos termofusíveis-oferecem tempos de cura mais rápidos, mas podem afetar a compostabilidade dependendo da formulação.
Uma pesquisa publicada sobre a influência dos adesivos na resiliência do canudo de papel destaca uma importante compensação-: uma colagem mais forte melhora a resistência à delaminação, mas pode fazer com que o canudo final fique mais rígido e menos confortável na boca. A profundidade de penetração do adesivo também é importante. Se o adesivo molhar muito profundamente, ele endurece a superfície interna e cria uma sensação desagradável na boca. Se não penetrar o suficiente, as camadas se separam quando o canudo absorve o líquido.
Enrolamento Espiral
O papel colado entra na seção de enrolamento, que é o coração mecânico de uma Máquina para Beber Canudos de Papel Descartáveis. Aqui, um mandril giratório prende a borda frontal do papel. O mandril geralmente é feito de aço inoxidável polido ou aço-cromado. Ele começa a puxar o papel em uma espiral. O mandril gira e o papel se move a uma velocidade definida. A relação entre a velocidade de giro e a velocidade de avanço decide o ângulo de enrolamento. E o ângulo de enrolamento controla a espessura da parede do canudo e sua densidade.
Tubos compostos enrolados têm sido estudados extensivamente na literatura de engenharia. Pesquisas sobre os efeitos da orientação das fibras em tubos enrolados sob compressão axial demonstram que o ângulo de enrolamento influencia diretamente a resistência à compressão e o comportamento de flambagem. Embora esses estudos examinem compósitos avançados, os princípios geométricos se aplicam igualmente aos tubos de papel enrolados: um ângulo muito raso produz uma estrutura-de paredes finas propensa ao colapso; um ângulo muito íngreme desperdiça material e reduz a flexibilidade.
Secagem ou Cura
Após o enrolamento, o adesivo precisa de tempo para endurecer. Nas linhas de produção contínua, isso acontece dentro de um túnel aquecido. A circulação de ar quente é o método mais comum; algumas máquinas usam elementos de aquecimento infravermelho posicionados próximos à superfície do mandril. O objetivo é uma exposição consistente à temperatura em todo o comprimento do canudo, sem superaquecer as fibras do papel.
O superaquecimento elimina a umidade residual do próprio papel, tornando o canudo quebradiço. O-aquecimento insuficiente deixa o adesivo pegajoso, fazendo com que os canudos adjacentes grudem uns nos outros durante a ejeção. Ambos os resultados geram sucata, portanto o controle da temperatura dentro da zona de cura é um parâmetro monitorado de perto.
Corte
O tubo seco e enrolado sai do mandril e chega a uma estação de corte. Facas rotativas ou lâminas de guilhotina acionadas por servo-cortam o tubo contínuo em canudos individuais de comprimento uniforme. O design da lâmina e a frequência de afiação são importantes porque uma lâmina cega rasga o papel em vez de cortá-lo corretamente, deixando uma borda irregular que fica presa nos lábios e é desagradável.
Para aplicações que exigem pontas pontiagudas,-como canudos destinados a caixas de suco ou bebidas,-um módulo de corte chanfrado pode substituir ou complementar a estação de corte-reto. Isso adiciona complexidade, mas abre formatos de produtos adicionais.
Ejeção e Coleta
Os canudos cortados deslizam do mandril. Eles saem por gravidade, ou por ar comprimido, ou por empurradores mecânicos. Em seguida, eles caem em uma esteira. Ou eles caem em uma caixa de coleta. Ou vão direto para uma parte de embalagem mais tarde na fila. As linhas rápidas podem ter câmeras de inspeção óptica neste momento. As câmeras procuram falhas como cola que não aderiu bem, cortes que não estão alinhados corretamente ou sujeira na superfície.
Principais métricas de desempenho
Ao avaliar o que uma máquina para beber canudos de papel descartáveis é capaz, várias métricas são importantes:
Velocidade de produção. Máquinas-de nível básico produzem cerca de 60 a 100 metros de tubo enrolado por minuto, o que se traduz em várias centenas de canudos por minuto, dependendo do diâmetro e do comprimento do corte. Modelos-de alta velocidade excedem 150 metros por minuto. A velocidade, no entanto, só é significativa se a qualidade permanecer consistente.-taxas de sucata acima de alguns por cento desgastam rapidamente a vantagem econômica.
Faixa de diâmetro da palha. A maioria das máquinas acomoda diâmetros entre aproximadamente 6 mm e 12 mm. Canudos mais largos (para smoothies ou chás de bolhas) exigem mandris-mais pesados e componentes de{5}}diâmetro maior. Canudos estreitos (para coquetéis) exigem maior tolerância à tensão do enrolamento para evitar defeitos de ovalização.
Ajuste de comprimento. O comprimento de corte deve ser ajustável sem extensas alterações mecânicas. As estações de corte acionadas por servo-permitem que os operadores alterem o comprimento do corte por meio da interface do painel de controle. Máquinas mais antigas podem exigir ajuste manual dos cames de distribuição ou das relações de transmissão.
Tempo de mudança
Alternar entre diferentes tipos de canudos leva tempo. Por exemplo, você muda de um canudo de corte reto de 6 mm de largura e 200 mm de comprimento para um canudo de corte chanfrado de 8 mm de largura e 250 mm de comprimento. Isso significa que você precisa trocar o mandril. Você também precisa ajustar a tensão do enrolamento. Você move o ângulo do cortador para um novo local. E você atualiza o programa de controle. Máquinas feitas para produção flexível reduzem esse tempo perdido. Eles usam suportes de mandril de troca rápida. Eles também armazenam a receita no controlador IHM.
Segurança Alimentar e Considerações Regulatórias
Como a saída desta máquina entra em contato com bocas humanas, a conformidade com a segurança alimentar não é-negociável. Todas as superfícies que tocam o papel durante a produção-o mandril, os rolos-guia, as barras de tensão e os pontos de contato nas seções de corte e ejeção-devem ser feitas de materiais-de qualidade alimentar, normalmente aço inoxidável graus 304 ou 316L de acordo com as diretrizes do Título 21 CFR da FDA e o Regulamento Europeu (EC) No{8}}/2004 equivalente sobre materiais destinados ao contato com alimentos.
A seleção do adesivo é igualmente regulamentada. Nos Estados Unidos, os adesivos usados em aplicações-de contato com alimentos devem estar em conformidade com a FDA 21 CFR 175.105 (adesivos) ou com seções relevantes do programa de notificação de substâncias em contato com alimentos. Na Europa, os adesivos são abrangidos pelo Regulamento da UE n.º{5}}/2011 sobre materiais e artigos plásticos destinados a entrar em contacto com alimentos, mesmo quando o adesivo em si não é um plástico. Aplicam-se limites de migração para substâncias específicas, e os fabricantes geralmente exigem que os fornecedores forneçam documentação de declaração-de{9}}conformidade para cada lote de adesivo.
Contexto Ambiental e Implicações do Ciclo de Vida
Os canudos de papel existem principalmente por causa das preocupações ambientais com os resíduos plásticos. Mas o benefício líquido para o ambiente depende de mais do que apenas a composição da palha. A avaliação do ciclo de vida (ACV) é um método que segue as regras ISO 14040 e ISO 14044. Este método analisa os impactos decorrentes da obtenção da matéria-prima, da fabricação do produto, do envio, do uso e, então, do que acontece com ele no final de sua vida útil.
Estudos compararam os perfis de ACV de canudos de papel com bioplásticos PLA e canudos regulares de polipropileno. Esses estudos deram resultados mistos. Os canudos de papel geralmente apresentam menores emissões de carbono fóssil quando você obtém a matéria-prima. Isso ocorre porque o papel vem de celulose renovável. Mas os canudos de papel consomem mais energia durante a fabricação devido às etapas de enrolamento, secagem e corte. Um canudo de papel só pode ser chamado de “compostável” se realmente for para um local de compostagem industrial que siga as normas EN 13432 ou ASTM D6400. Se um canudo de papel vai para um aterro sanitário, as condições lá não têm ar. Então a palha se decompõe muito lentamente. Então, seu benefício ambiental em relação a um canudo de plástico leve diminui bastante.
Do ponto de vista da maquinaria, isso significa que uma máquina para beber canudos de papel descartáveis é melhor entendida como uma tecnologia que permite a produção de um formato que pode proporcionar benefícios ambientais se o sistema circundante (infraestrutura de compostagem, comportamento de descarte do consumidor, logística da cadeia de fornecimento) apoiar esses benefícios.
Aplicações em todos os setores
Embora o serviço de alimentação seja a aplicação mais visível, os canudos de papel descartáveis atendem a mercados adicionais:
Bebidas embaladas: caixas de suco, caixas de leite e bebidas embaladas geralmente incluem um canudo de papel pré-anexado ou incluído. Esses canudos frequentemente requerem corte chanfrado ou seções de articulação flexíveis.
Ambientes médicos e laboratoriais: canudos-de amostragem de uso único para kits de diagnóstico, especialmente onde a compostabilidade ou o conteúdo reduzido de plástico são exigidos por políticas de compras institucionais.
Hospitalidade e eventos: locais de grande-escala (estádios, festivais, aeroportos) que enfrentam pressão regulatória ou compromissos de sustentabilidade corporativa especificam cada vez mais canudos de papel para estandes de concessão.
Embalagem de varejo: canudos vendidos em-embalagens múltiplas para uso doméstico, geralmente com impressão decorativa na camada externa.
Cada aplicação pode impor requisitos ligeiramente diferentes à máquina -diferentes faixas de diâmetro, comprimentos de corte, geometrias de ponta ou volumes de produção. A maioria das máquinas modernas oferece configurabilidade suficiente para atender mais de um desses segmentos sem grandes alterações de hardware.
Referências
- Imprensa TAPPI. TAPPI T559: Absorção de água em papel dimensionado (Cobb). Padrões TAPPI, Atlanta, GA.
- Comité Europeu de Normalização. EN 13432: Requisitos para embalagens recuperáveis através de compostagem e biodegradação. CEN, Bruxelas, 2000.
- ASTM Internacional. ASTM D6400: Especificação Padrão para Rotulagem de Plásticos Projetados para Compostagem Aerobicamente em Instalações Municipais ou Industriais. ASTM, West Conshohocken, PA.
- Comitê Técnico ISO 207. ISO 14040: Gestão Ambiental - Avaliação do Ciclo de Vida - Princípios e Estrutura. ISO, Genebra, 2006.
- Comitê Técnico ISO 207. ISO 14044: Gestão Ambiental - Avaliação do Ciclo de Vida - Requisitos e Diretrizes. ISO, Genebra, 2006.
- Mangalam, AS, et al. "Efeitos de orientação de fibra em tubos compósitos enrolados sob compressão axial." Compósitos Parte A: Ciência Aplicada e Fabricação, Vol. 40, Edição 7, 2009, pp. 1142–1152.
- Chidambarapandian, S., et al. "Influência dos álcoois polivinílicos nos adesivos de palha de papel e efeito na resiliência da palha." Journal of Polymers and the Environment, Vol. 31, 2023. (Acesso ao texto completo-do ResearchGate.)
- Administração de Alimentos e Medicamentos dos EUA. 21 CFR Parte 175: Aditivos Alimentares Indiretos: Adesivos e Componentes de Revestimentos. FDA, Washington, DC.
- Comissão Europeia. Regulamento (CE) No{1}}/2004 sobre materiais e artigos destinados a entrar em contato com alimentos. JO L 338 de 2004.