Wie funktionieren Maschinen zur Herstellung von Papierstrohhalmen?

Maschinen zur Herstellung von Trinkhalmen aus Papier funktionieren wesentlich komplexer als Löschmaschinen. Aber zu verstehen, wie a Maschine zur Herstellung von PapiertrinksaugernWerke können Gerätekäufern und Süßwareningenieuren helfen. Es hilft auch jedem Betriebsleiter, der sich für nachhaltige Verpackungslieferketten entscheidet. Daher bestimmen die technischen Details der Maschine die Stärke des Strohhalms, die Lebensmittelsicherheitsregeln und die Kosten jedes Strohhalms.

Warum diese Gerätekategorie jetzt wichtig ist

Regulatorische Veränderungen, die die Nachfrage nach Produktionsanlagen für Papierstroh beeinflussen, sind gut dokumentiert. Die EU-Richtlinie 2019/904 über Einweg-Kunststoffe, die im Juli 2021 in den Mitgliedstaaten in Kraft trat, zählt Trinkhalme ausdrücklich zu den verbotenen Einweg-Kunststoffartikeln. Die Richtlinie schränkt Papieralternativen nicht ein, und in den Jahren seit ihrer Umsetzung haben Kanada, das Vereinigte Königreich, Australien, Taiwan und mehrere südostasiatische Gerichtsbarkeiten entsprechende Beschränkungen eingeführt oder weiterentwickelt (EUR-Lex, 2021).

Infolgedessen weiten Hersteller von Papierstrohhalmen ihren Einsatz in traditionellen Verpackungsproduktionsbereichen und Produktionsstätten von Konsumgüterunternehmen, die zuvor die Beschaffung von Strohhalmen aus Kunststoffspritzgussbetrieben ausgelagert hatten, rasch aus. Also verstehen, wie aMaschine zur Herstellung von Papiertrinksaugern„works“ ist ein geschäftsbezogenes Thema und nicht nur eine technische Kuriosität.

Zutaten: Braunes Papier in Lebensmittelqualität-

Warum ist dieses Gerät jetzt wichtig?

Die Regeln für die Nachfrage nach Papierstrohhalmen sind klar. Die EU-Richtlinie 2019/904 über Einwegkunststoffe trat im Juli 2021 in Kraft. Sie verbietet Trinkhalme aus Kunststoff. Aber es verbietet Papier nicht. Ähnliche Regeln wurden seitdem in Kanada, Großbritannien, Australien, Taiwan und Teilen Südostasiens eingeführt (EUR-Lex, 2021).

Aus diesem Grund verwenden immer mehr Fabriken Papierstrohhalme. Die Fabriken befinden sich an neuen Standorten wie alten Verpackungsregionen und Konsumgüterunternehmen. Zuvor kauften die Unternehmen Plastikstrohhalme von anderen Fabriken. Daher ist es wichtig zu verstehen, wie aMaschine zur Herstellung von PapiertrinksaugernWerke können für Unternehmen sehr nützlich sein, nicht nur zur Unterhaltung.

Stufe 1: Papierschneiden und Bandvorbereitung

Die meisten Maschinen schneiden die Mutterrolle zunächst in schmale Streifen mit fester Breite. Die Breite des Papierstreifens und der Winkel der Spiralwicklung bestimmen die Dicke und Anzahl der Lagen des fertigen Schlauchs.

Dreischichtige Trinkhalme sind die gebräuchlichste Art von Standard-Trinkhalmen. Sie verwenden gleichzeitig drei unterschiedlich breite Papierstreifen. Dazu gehören eine schmale Auskleidung, eine breitere, stabile Zwischenlage sowie eine äußere und bedruckte Gestaltung der Umverpackung. Jeder Streifen kommt von einer eigenen Abwickelspule und erreicht den Formabschnitt über einen spannungskontrollierten Weg.

Der Zusammenhang zwischen Bandbreite, Wickelwinkel und Rohrform folgt der grundlegenden Helixgeometrie. Bei einem festen Dorndurchmesser, normalerweise 4 mm bis 8 mm, führt ein steilerer Wickelwinkel zu mehr Überlappung bei jeder Windung und dickeren Wänden entlang der gleichen Streifenbreite. Bei einem flacheren Winkel werden die Rohrwände dünner, aber für die gleiche Länge wird mehr Papier benötigt.

Stufe 2: Klebstoffauftrag

Bevor jeder Papierstreifen in den Formdorn gelangt, durchläuft er eine Beschichtungsstation, in der auf einer Seite ein Klebstoff auf Wasserbasis- aufgetragen wird. Dies ist die empfindlichste chemische Phase des Prozesses, da der Klebstoff beide Anforderungen erfüllen muss. Es muss für den Kontakt mit Lebensmitteln geeignet sein und eine ausreichende Haftfestigkeit bieten, um zu verhindern, dass sich die Spiralschicht löst, wenn Strohhalme in heißen oder kalten Getränken verwendet werden.

Herkömmliche Papiertuben verwenden üblicherweise Polyvinylacetat (PVAc) oder Klebstoff auf Stärkebasis. Auch bei Papiertrinkhalmen kann der Klebstoff die Nassfestigkeit beeinträchtigen. Unter Nassfestigkeit versteht man die Fähigkeit von Strohhalmen, einem Erweichen und Formverlust bei längerem Kontakt mit Flüssigkeit zu widerstehen. Einige Hersteller verwenden Beschichtungen aus Polyamid-Epichlorhydrinharz oder Fluorpolymer, um die Nassfestigkeit zu verbessern. Dies hat jedoch wissenschaftliche Bedenken hervorgerufen.

In einer Studie veröffentlicht inChemosphäreim Jahr 2021 haben Groffen et al. testete 43 Strohprodukte, darunter 29 Papierstroharten, und fand in den meisten Papierstrohproben Perfluoralkylsubstanzen (PFAS). PFAS sind vom Menschen hergestellte Chemikalien, die über lange Zeiträume in der Umwelt verbleiben und die menschliche Gesundheit beeinträchtigen können. Den Forschern zufolge stammten PFAS aus fluorierten Nassfestigkeitsadditiven oder fluorierten Oberflächenbehandlungen, die bei der Papierherstellung verwendet werden. Studien haben gezeigt, dass Papierstrohhalme aus Sicht der chemischen Sicherheit nicht automatisch sicherer sind als Kunststoffstrohhalme, es sei denn, alle Materialien und Klebstoffe werden sorgfältig getestet und zugelassen. Viele zuverlässige Hersteller verwenden mittlerweile PFAS-{10}freie Klebstoffe und verlangen von ihren Lieferanten die Bestätigung, dass in den Rohstoffen keine fluorierten Chemikalien verwendet werden.

Der Kleberapplikator verwendet im Allgemeinen ein Präzisionswalzen- oder Schlitzformsystem. Die Maschine steuert die Dicke und Viskosität des Klebstoffs und ermöglicht so die gleichmäßige Verteilung einer dünnen Schicht über die gesamte Streifenbreite, ohne dass beim Formen zu viel Klebstoff aus den spiralförmigen Überlappungskanten austritt.

Stufe 3: Spiralwicklung auf Formdornen

Der Hauptteil der Papiertrinkhalm-Herstellungsmaschine ist die Spiralwickelstation. In diesem Abschnitt werden die mit Klebstoff-beschichteten Papierstreifen spiralförmig um einen feststehenden Formdorn aus Edelstahl gewickelt. Der Außendurchmesser des Dorns bestimmt den Innendurchmesser des Strohhalms. Die Präzisionstoleranz des Dorns beträgt ±0,05 mm, sodass die Größe des Strohlochs gleich bleibt.

Das Wickelsystem verwendet mehrere Formrollen, die in einem festen Wickelwinkel um den Dorn angeordnet sind. Wenn sich der mit Klebstoff-beschichtete Papierstreifen vorwärts bewegt, wird er von der Walze Schritt für Schritt in Richtung des Dorns und der oberen Schicht gedrückt. Durch diesen Prozess werden Spiralen gebildet und Papierschichten miteinander verbunden. Durch den Druck der Walze wird außerdem der Klebstoff in die Papierfasern gedrückt, wodurch die Schichten fest zusammenkleben.

Der Dorn dreht sich nicht. Der Papierschlauch bewegt sich entlang des Dorns vorwärts, während sich weiterhin neues Papier um die Rückseite wickelt. Diese kontinuierliche Bewegung hält die Maschine am Laufen. Das fertige Rohr verlässt das Ende des Dorns und gelangt in den Schneidbereich.

Die Wickelgeschwindigkeit wird in kontinuierlichen Rohrmetern pro Minute gemessen. Industriemaschinen arbeiten typischerweise mit einer Geschwindigkeit von 60–150 m/min. Die endgültige Strohausbeute hängt von der Schnittlänge ab. Wenn die Maschine beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 100 m/min arbeitet und Strohhalme mit einer Länge von 210 mm schneidet, kann die Maschine etwa 476 Strohhalme pro Minute produzieren, ohne Schnittgrenzen und Ausschussprodukte zu berechnen.

Stufe 4: Trocknen und Aushärten des Klebstoffs

Spiralförmige Papierschläuche verlassen nach dem Formen den Dorn und durchlaufen den Trockentunnel. Tunnel können Infrarotheizung (IR) oder ein Warmluftkonvektionssystem verwenden. Ihre Aufgabe besteht darin, die Verfestigung des Klebstoffs zu beschleunigen und überschüssige Feuchtigkeit aus dem wasserbasierten Klebstoff zu entfernen, bevor der Schlauch in den Schneidabschnitt eintritt.

Wenn der Kleber vor dem Schneiden nicht vollständig aushärtet, treten zwei häufige Probleme auf. Ein Problem ist die Delaminierung an der Schnittkante, wo die Schnittkraft die nassen Papierschichten trennt. Ein weiteres Problem ist die Schichttrennung der Strohhalme, wenn diese längere Zeit im Getränk verbleiben.

Bei Hochgeschwindigkeitsmaschinen sind Länge und Temperatureinstellung des Trockentunnels sehr wichtig. Bei zu niedriger Temperatur oder zu kurzer Aufheizzeit wird der Kleber nicht richtig aushärten. Bei zu hoher Erhitzungstemperatur oder zu langer Erhitzungszeit werden die Papierfasern beschädigt und der fertige Strohhalm verliert seine Festigkeit.

Stufe 5: Servo-Raupenschneiden

Der Endlospapierschlauch aus dem Trockentunnel muss mit hoher Präzision in einzelne Strohhalme geschnitten werden. Moderne Maschinen verwenden im Schneidbereich einen servo-Tracking-Flying-Cutter. Das Schneidsystem bewegt sich im Moment des Schneidens mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Rohr. Nach dem Schneiden fährt das Messer in die Startposition des nächsten Zyklus. Mit dieser Methode kann die Maschine sauber und geradlinig schneiden, ohne die Rohrbewegung anzuhalten.

Die Schnittlänge wird durch eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) gesteuert, die alle Maschinenbewegungen verwaltet. Unter SPS-Steuerung kann der Bediener die Länge des Strohhalms ändern, indem er die Softwareeinstellungen anpasst. Ein Austausch mechanischer Teile oder Nocken ist nicht erforderlich. Während der Produktion hält ein gut gewartetes Servoschneidsystem die Schnittgenauigkeit normalerweise innerhalb von ±0,5 mm.

Nach dem Schneiden sammelt das Fördersystem die fertigen Strohhalme ein und leitet sie an die Zähl-, Binde- und Verpackungsabteilung weiter. Sensoren können in dieser Phase prüfen, ob Länge und Durchmesser des Strohhalms falsch sind oder ob auffällige Oberflächenfehler vorliegen. Defekte Strohhalme werden vor der Endverpackung entfernt.

Stufe 6: Qualitätsüberprüfung und Einhaltung der Lebensmittelsicherheit

Eine Maschine zur Herstellung von Papiertrinkhalmen arbeitet in einer Lebensmittelverpackungsfabrik. Allein geht es nicht. Es muss im Rahmen eines Lebensmittelsicherheitsmanagementsystems funktionieren. ISO 22000:2018 stellt grundlegende Regeln und Voraussetzungen für die Gefahrenanalyse für Unternehmen bereit, die Lebensmittelkontaktmaterialien wie Papierstrohhalme herstellen (ISO, 2018).

In der Praxis bedeutet das:

Alle Teile, die mit den Papierstreifen in Berührung kommen, bestehen aus Edelstahl oder lebensmittelechtem Kunststoff.

Schmierstoffe für mechanische Teile in der Nähe des Papierwegs sind lebensmittelecht und erfüllen die NSF/ANSI 61 H1-Standards oder ähnliche Standards.

Reinigungsmethoden entfernen Schmutz und Rückstände vollständig, ohne dass Edelstahlteile korrodieren und die zukünftige Produktion beeinträchtigt wird.

Rückverfolgbarkeitsaufzeichnungen verknüpfen fertige Strohchargen mit den entsprechenden Papierrollen-Chargennummern und Klebstoff-Chargencodes.

Die physikalische Prüfung fertiger Papierstrohhalme erfolgt üblicherweise mit Methoden, die von Gutiérrez et al. entwickelt wurden. (BioResources Institute, NC State University, 2019). In der Studie wurde die Leistung von Papierstrohhalmen unter Trinkbedingungen getestet. Zu den Tests gehörten Druckfestigkeit, Zugfestigkeit am Schneidende und langes Einweichen in Flüssigkeit.

Studien haben gezeigt, dass Papierstrohhalme in kaltem Wasser etwa 60 Minuten lang ihre normale Festigkeit behalten. Bei heißen Getränken und kohlensäurehaltigen Getränken werden die Trinkhalme schneller schwächer. Diese Ergebnisse wirken sich direkt auf die Einrichtung der Maschine aus. Unternehmen, die Trinkhalme für Cafés oder Heißgetränke herstellen, entscheiden sich in der Regel für dickeres Papier und mehr Wickelschichten. Unternehmen, die Trinkhalme für Kaltgetränke herstellen, verwenden in der Regel ein geringeres Papiergewicht und weniger Verpackungsschichten.

Umweltkontext: Die tatsächliche Position von Papierstrohhalmen

Die Umweltvorteile von Papierstrohhalmen und den Maschinen, die sie herstellen, sind nicht einfach. In einer Prozesslebenszyklusstudie (LCA) (MDPI, 2021) wurden Papierstrohhalme, PLA-Kunststoffstrohhalme und herkömmliche Plastikstrohhalme verglichen. Papierstrohhalme zersetzen sich im Meer leichter, aber ihre Herstellung verbraucht mehr Energie, so die Studie. Dies liegt daran, dass Papier mithilfe von Wasserkraft zerkleinert und getrocknet werden muss. Eine Studie aus dem Jahr 2023 in der ZeitschriftSauberere Produktionhabe das gleiche gefunden. Die Umweltbelastung durch Papierstrohhalme wird entweder verringert oder erhöht, sodass „je besser“ nicht verallgemeinert werden kann.

Studien haben auch gezeigt, dass sich Papierstrohhalme im Industriekompost zersetzen. Dies dauert nach Kriterien wie EN 13432 oder ASTM D6400 in der Regel zwischen 60 und 90 Tagen. Sie bleiben nicht wie Plastikstrohhalme im Meer.

Zusammenfassung: Acht Schritte, ein kontinuierlicher Prozess

Der gesamte Betriebsprozess einer Papiertrinkhalmmaschine ist in acht integrierte Phasen unterteilt:

Jede Stufe wird von einer SPS gesteuert. Es verbindet Papiervorschubgeschwindigkeit, Leimmenge, Aufwickelgeschwindigkeit, Trocknungstemperatur und Schneidezeit als System zur Verbindung und Steuerung.

Es ist wichtig, das System zu verstehen. Es hilft dem Bediener, mit normaler Geschwindigkeit zu arbeiten und eine gute Leistung zu erzielen. Außerdem hilft es den Bedienern, Probleme frühzeitig zu erkennen, wie z. B. temperaturbedingte Änderungen der Papierspannung, der Leimdicke, des Klingenverschleißes usw., bevor sie sich auf die Qualität des Produkts auswirken.

Referenzen

1. Europäische Kommission. (2021). *Richtlinie (EU) 2019/904 zur Verringerung der Umweltauswirkungen bestimmter Kunststoffe*. EUR-Lex.
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3. Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA). (2024). *Lebensmittelkontaktmaterialien: Rahmenverordnung (EG) Nr.. 1935/2004*. Parma: EFSA.
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5. Gutiérrez, TJ et al. (2019). Bewertung von Papier- und Plastikstrohhalmen: Eigenschaften und Testherausforderungen.Bioressourcen, 14(4), 
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9. Hydraulische Stabilität, mechanische Elastizität und biologischer Abbau von Papierstrohhalmen. (2024).Kohlenhydratpolymere, ScienceDirect.
10. NSF International / ANSI. (2022). *NSF/ANSI 61: Komponenten des Trinkwassersystems -- Auswirkungen auf die Gesundheit*. Ann Arbor, MI: NSF. (Bezogen auf den H1-Klassifizierungsrahmen für lebensmitteltaugliche Schmierstoffe)
11. ASTM International. (2019).ASTM D6400: Standardspezifikation für die Kennzeichnung von Kunststoffen, die für die aerobe Kompostierung in kommunalen oder industriellen Anlagen bestimmt sind. West Conshohocken, PA: ASTM.