Medición de la viscosidad en línea de la cola de almidón para la producción de cartón ondulado

La industria del cartón ondulado está creciendo rápidamente a una tasa compuesta anual de más del 4% con volúmenes de más de 115 millones de toneladas valoradas en más de $ 176 mil millones en 2019.

Los envases de cartón ondulado se consideran ecológicos y sostenibles. Contiene solo materias primas naturales (pulpa de madera, pegamento de almidón y 80% de papel reciclado) y, por lo tanto, es 100% renovable, reciclable y biodegradable. Incluso el proceso de procesamiento e impresión de cartón ondulado es respetuoso con el medio ambiente porque las tintas son principalmente a base de agua.

Hay muchos tipos de cajas fabricadas por la industria del corrugado, que van desde cajas de micro-flauta livianas hasta cajas multipared de alta resistencia. Las cajas de cartón de bajo costo y alto rendimiento son un medio versátil para envasar muchos tipos diferentes de productos, incluida maquinaria, artículos eléctricos, frutas y verduras, así como un medio para proporcionar información y publicidad sobre el contenido.

Las cajas de cartón ondulado deben satisfacer múltiples demandas, pero todo comienza con la producción de una placa plana y resistente en la onduladora.

Por importante que sea la elección de los papeles, el adhesivo y su aplicación son cruciales para obtener el mejor cartón ondulado al final de la máquina onduladora. Para ser eficaces en una amplia variedad de tablas, las colas deben ser versátiles y, al mismo tiempo, mantener una unión de calidad y una alta productividad. La adherencia entre los revestimientos y el medio debe ser fuerte para proporcionar resistencia y amortiguación para proteger el contenido del mundo exterior y permitir que la caja mantenga la integridad a lo largo de su ciclo de vida.

Todos los adhesivos de almidón se basan en una propiedad especial del almidón: cuando se somete a calor, la suspensión de almidón experimenta un aumento extremadamente rápido de viscosidad a medida que los gránulos de almidón se gelifican. Esta alta viscosidad, desarrollada a una temperatura crítica, conduce al fenómeno de la pegajosidad.

Dado que la viscosidad correcta es crucial para el buen funcionamiento del almidón, control de viscosidad puede ayudar a mejorar la consistencia y el desempeño de estos adhesivos en muchos productos de cartón corrugado como:

• Estuches de envío
• Láminas onduladas
• Merchandising minorista
• Paquetes automotrices e industriales
• Envasado de alimentos
• Vitrinas de productos

Vitrinas de productos (Fuente: BCI)

Después de la producción de papel, el cartón ondulado es la segunda aplicación más importante de almidones no alimentarios a nivel mundial, donde se utiliza como adhesivo entre el acanalado y los revestimientos. Muchas colas de almidón contienen almidón nativo sin modificar, junto con aditivos como bórax y sosa cáustica. El almidón gelatinizado transporta una suspensión de almidón crudo y evita la sedimentación. Este tipo de pegamento se denomina adhesivo SteinHall opaco.

La producción de envases ondulados modernos | Fefco

El pegamento se aplica en las puntas de las ranuras medianas, después de lo cual el otro componente de papel conocido como revestimiento se pone en contacto y se adhiere. Esto luego se seca a fuego alto, lo que hace que el resto del almidón crudo en el pegamento se hinche / gelatinice. Esta gelatinización proporciona la reacción de fraguado final, lo que convierte al pegamento en un adhesivo rápido y fuerte para la producción de cartón ondulado.

Libro blanco: caja de cartón ondulado y almidón (tuthillpump.com)

La calidad e integridad del producto dentro de la caja depende de la estabilidad del empaque. Y la capacidad de una caja para proteger el contenido del interior depende a menudo de la fuerza y ​​la aplicación adecuada del adhesivo.

Las soluciones de control de viscosidad para la aplicación de almidón ayudan a garantizar que cada lote de adhesivo tenga la consistencia adecuada y que se aplique en las cantidades y posiciones correctas durante el pegado de las ranuras a los revestimientos. Se usa un viscosímetro en línea para optimizar y mantener consistentemente el grosor de almidón correcto para la capa adhesiva.

Los siguientes problemas pueden surgir en su proceso de fabricación de cartón si utiliza métodos manuales de medición de viscosidad u otros enfoques que no controlan la viscosidad de manera adecuada:

• Tablero suave
• Rayo de pegamento pesado
• Aspecto de la tabla de lavar
• Corrugaciones inclinadas
• Adherencia irregular
• Bordes sueltos
• Las ampollas
• Componentes despegados
• Eslingar o regatear

Mediciones manuales de viscosidad usando una taza en el piso de producción.

La producción de cartón ondulado depende en gran medida de la adherencia, que tiene el mayor impacto en su calidad. Es la calidad del pegamento de almidón lo que determina en última instancia la calidad de la adhesión. La viscosidad es una métrica importante del pegamento de almidón y la cantidad de viscosidad afecta directamente la adhesión de los cartones corrugados. La viscosidad estable es la única forma de garantizar buenas propiedades de adhesión del pegamento de almidón.

Componentes y producción de adhesivos de almidón.

Cuando la viscosidad del almidón / adhesivo está fuera del rango óptimo, crea imperfecciones y reduce la calidad de los productos intermedios y finales. Un adhesivo con suficiente viscosidad evitará que se impregnen mantas y papeles, mejorando así su calidad.

La mayoría de las recetas de pegamento de almidón para plantas de cartón ondulado consisten en:

• Almidón
• bórax
• Cáustico
• Agua

Estos ingredientes se mezclan y calientan para lograr una viscosidad objetivo. Los factores que afectan la viscosidad del almidón son el tipo y la calidad del almidón, la dosis de oxidante y el tiempo de oxidación, la temperatura de oxidación, la dosis de gelatinizador NaOH (hidróxido de sodio), la dosis de bórax, la proporción del agua y la temperatura de almacenamiento, el tiempo y el medio ambiente. Con tantos parámetros y componentes que se deben corregir durante la producción / formulación del almidón, resulta rentable controlar rápidamente el producto final (almidón) para garantizar la consistencia del lote.

La viscosidad es un indicador importante de la distribución de tamaño de partícula. Los cambios en la distribución del tamaño de las partículas pueden afectar propiedades como la densidad, la reología y el espesor de la capa. Las propiedades relacionadas con la distribución del tamaño de partícula en el almidón son, por ejemplo, la flexibilidad, resistencia y facilidad de uso del cartón (ondulado).

El pegamento de almidón pertenece a la familia de productos poliméricos. Existen dos tipos de polímeros de glucosa en el almidón: amilosa lineal y helicoidal, y amilopectina ramificada. Dependiendo de la planta, el almidón contiene entre un 20 % y un 25 % de amilosa y entre un 75 % y un 80 % de amilopectina. Dado que las fracciones de amilosa no son completamente solubles en agua, eventualmente forman agregados cristalinos mediante enlaces de hidrógeno, un proceso llamado retrogradación o retroceso, que hace que la viscosidad sea inestable. Presenta un comportamiento reológico complejo. El monitoreo de la viscosidad en línea puede detectar cuándo la formulación del almidón se ha deteriorado o no es óptima para su aplicación.

El gráfico 1 ilustra la evolución de la viscosidad de un pegamento a base de almidón después de haber sido aplicado sobre las puntas de las ranuras y puesto en contacto con el revestimiento. (Fuente: Roquette)

Hay muchos tipos diferentes de adhesivos, incluidos líquidos viscosos, pastas, sólidos cristalinos y amorfos. Además, los adhesivos se envasan típicamente en cartuchos, cubos, tambores, bolsas, gránulos y bloques. Es fundamental para un proceso de producción tener un flujo constante de adhesivo desde el contenedor de adhesivo hacia el equipo de dispensación para mantenerlo funcionando continuamente. Los adhesivos termofusibles son sólidos a temperatura ambiente, por lo que generalmente se retiran manualmente de las cajas con una pala y luego se agregan al equipo de fusión para que se dispersen durante el proceso de fusión.

Si no se monitorea cuidadosamente, la manipulación manual crea tareas adicionales para los operadores, corre el riesgo de contaminación durante la manipulación y deja abierta la posibilidad de derrames o incluso tiempo de inactividad del proceso. Un consumo constante de termofusibles también minimiza el historial de calor del adhesivo, lo que permite el máximo rendimiento y calidad en el proceso de producción.

Las soluciones que automatizan la entrega de adhesivo están ganando popularidad a medida que más fabricantes se dan cuenta de los beneficios y el rápido retorno de la inversión, que incluyen:

1. Eficiencia: La naturaleza altamente precisa de los equipos automatizados garantiza que se entregue la cantidad correcta de adhesivo para satisfacer la demanda del proceso.
2. Fiabilidad: Los alimentadores automatizados garantizan un flujo constante del adhesivo correcto a la línea de producción, independientemente de los patrones de cambio, el tiempo de inactividad y las velocidades de producción. Un sistema inherentemente cerrado también evita contaminantes, reduce el desperdicio y minimiza el mantenimiento del equipo.
3. Seguridad: Mediante el uso de sistemas de alimentación automática y la eliminación de la manipulación manual de adhesivos termofusibles, reduce la posible exposición a materiales y equipos de alta temperatura.
4. Disminución de los costos operativos: Menos tiempo del operador dedicado a supervisar y llenar tanques de adhesivo con menos posibilidades de errores o tiempos de inactividad.
5. Digitalización: Los sensores de monitoreo de equipos proporcionan datos de proceso adicionales que permiten la optimización y la identificación de problemas para mejorar la eficiencia.

La medición y el control automatizados de la viscosidad en línea son cruciales para controlar la viscosidad durante el proceso de fabricación y garantizar que las características críticas cumplan plenamente con los requisitos en múltiples lotes, sin tener que depender de métodos de medición fuera de línea ni técnicas de toma de muestras. Rheonics ofrece las siguientes soluciones para el control y optimización de procesos,

Medidores de viscosidad y densidad

1. En línea Viscosidad mediciones: Rheonics' SRV es un dispositivo de medición de viscosidad en línea de amplio rango capaz de detectar cambios de viscosidad dentro de cualquier flujo de proceso en tiempo real.
2. En línea Viscosidad y Densidad mediciones: Rheonics' SRD es un instrumento de medición de densidad y viscosidad simultánea en línea. Si la medición de la densidad es importante para sus operaciones, SRD es el mejor sensor para satisfacer sus necesidades, con capacidades operativas similares a las del SRV junto con mediciones de densidad precisas.

Integrado, llave en mano calidad management

Rheonics ofrece una solución integrada llave en mano para la gestión de la calidad compuesta por:

1. En línea Viscosidad mediciones: Rheonics' SRV - un dispositivo de medición de viscosidad en línea de amplio rango con medición de temperatura de fluido incorporada
2. Rheonics Monitor de proceso: un avanzado controlador de seguimiento predictivo para monitorear y controlar en tiempo real las variaciones de las condiciones del proceso
3. Rheonics RheoPulso con y automática dosear: Un sistema autónomo de nivel 4 que garantiza que no se comprometa con los límites de viscosidad establecidos y activa automáticamente válvulas de derivación o bombas para dosificar de forma adaptativa los componentes de la mezcla.

El sensor SRV está ubicado en línea, por lo que mide continuamente la viscosidad (y la densidad en el caso de SRD). Las alertas se pueden configurar para notificar al operador de la acción necesaria o todo el proceso de gestión se puede automatizar completamente con RPTC (Rheonics Controlador de seguimiento predictivo). El uso de un SRV en una línea de proceso de fabricación mejora la productividad y los márgenes de beneficio y logra el cumplimiento normativo. Rheonics Los sensores tienen un factor de forma compacto para una sencilla instalación OEM y de actualización. No requieren mantenimiento ni reconfiguraciones. Los sensores ofrecen resultados precisos y repetibles sin importar cómo o dónde se monten, sin necesidad de cámaras especiales, sellos de goma o protección mecánica. Al no utilizar consumibles y no requerir recalibración, SRV y SRD son extremadamente fáciles de operar, lo que resulta en costos de funcionamiento de por vida extremadamente bajos.

Una vez que se establece el entorno del proceso, generalmente se requiere poco esfuerzo para mantener la coherencia de la integridad de los sistemas; los operadores pueden confiar en el estricto control con Rheonics Solución de gestión de calidad de producción.

Diseño y tecnología de sensores superiores.

La electrónica sofisticada y patentada es el cerebro de estos sensores. SRV y SRD están disponibles con conexiones de proceso estándar de la industria como ¾” NPT, DIN 11851, brida y Tri-clamp permitiendo a los operadores reemplazar un sensor de temperatura existente en su línea de proceso con SRV/SRD, brindando información de fluido de proceso altamente valiosa y procesable, como la viscosidad, además de una medición precisa de la temperatura utilizando un Pt1000 incorporado (DIN EN 60751 Clase AA, A, B disponible) .

Electrónica construida para satisfacer sus necesidades.

Disponible tanto en una carcasa de transmisor como en un montaje en riel DIN de factor de forma pequeño, la electrónica del sensor permite una fácil integración en las líneas de proceso y dentro de los gabinetes de equipos de las máquinas.

Fácil de integrar

Múltiples métodos de comunicación analógica y digital implementados en la electrónica del sensor hacen que la conexión a PLC industriales y sistemas de control sea sencilla y sencilla.

Opciones de comunicación analógica y digital

Opciones de comunicación digital opcionales

Rheonics ofrece sensores intrínsecamente seguros certificados por ATEX e IECEx para uso en entornos peligrosos. Estos sensores cumplen con los requisitos esenciales de salud y seguridad relacionados con el diseño y construcción de equipos y sistemas de protección destinados a su uso en atmósferas potencialmente explosivas.

Las certificaciones intrínsecamente seguras y a prueba de explosiones detenidas por Rheonics También permite la personalización de un sensor existente, lo que permite a nuestros clientes evitar el tiempo y los costos asociados con la identificación y prueba de una alternativa. Se pueden proporcionar sensores personalizados para aplicaciones que requieren desde una unidad hasta miles de unidades; con plazos de entrega de semanas versus meses.

Rheonics SRV & SRD están certificados por ATEX e IECEx.

Instale directamente el sensor en su flujo de proceso para realizar mediciones de viscosidad y densidad en tiempo real. No se requiere línea de derivación: el sensor se puede sumergir en línea; el caudal y las vibraciones no afectan la estabilidad y precisión de la medición. Optimice el rendimiento de la mezcla proporcionando pruebas repetidas, consecutivas y consistentes en el fluido.

Rheonics SRV y RPS Controlador implementado en una prensa laminadora

Rheonics Diseña, fabrica y comercializa sistemas innovadores de detección y monitorización de fluidos. Fabricados con precisión en Suiza. RheonicsLos viscosímetros y densímetros en línea tienen la sensibilidad que exige la aplicación y la confiabilidad necesaria para sobrevivir en un entorno operativo hostil. Resultados estables, incluso en condiciones de flujo adversas. No hay efecto de caída de presión o caudal. Es igualmente adecuado para mediciones de control de calidad en el laboratorio. No es necesario cambiar ningún componente o parámetro para medir en todo el rango.