STRESZCZENIE: Problem dotyczący funkcjonalności materiałów opakowaniowych dotyka wielu przedsiębiorstw produkcyjnych. Zmiany parametrów opakowań z papieru czy tektury wynikają głównie z przechowywania materiałów w niestabilnych warunkach. W artykule przedstawiono, jaki wpływ wywiera zmiana wilgotności względnej powietrza i tym samym zmiana wilgotności samego materiału opakowaniowego na zmianę siły formowania opakowania jednostkowego tekturowego. ABSTRACT: The problem concerning functionality of packaging materials affects many manufacturing companies. Changes in paper or cardboard packaging parameters are caused mainly because of storage under unstable conditions. The article presents the effect of changing the relative humidity of the air and the same changing the humidity of packaging material on change forming force of the cardboard unit.
Problem dotyczący funkcjonalności materiałów opakowaniowych dotyka wielu przedsiębiorstw produkcyjnych. Zmiany parametrów opakowań z papieru czy tektury wynikają głównie z przechowywania materiałów w niestabilnych warunkach. W artykule przedstawiono, jaki wpływ wywiera zmiana wilgotności względnej powietrza i tym samym zmiana wilgotności samego materiału opakowaniowego na zmianę siły formowania opakowania jednostkowego tekturowego.
Pogoda i dwa jej kluczowe czynniki: temperatura oraz wilgotność znane są wszystkim przedsiębiorstwom produkcyjnym, które wykorzystują w swoich procesach opakowania z papieru i tektury bądź same są ich producentami. Mogą one powodować problemy jakościowe podczas tychże procesów. Dochodzić może do sytuacji, w których duże wahania wilgotności uniemożliwiają poprawną produkcję generując tym samym liczne straty [1]. Związane jest to bowiem z higroskopijną naturą papieru mającego zdolność do absorpcji bądź desorpcji wilgotności z otoczenia. Problem ten stał się w związku z tym obiektem zainteresowań wielu badaczy. Jak wykazały przeprowadzone analizy, gwałtowny wzrost wilgotności do ok. 95% powoduje spadek wytrzymałości materiałów opakowaniowych z papieru i tektury o 30-40% [2]. Zmiana ta może być wywołana w zaledwie kilka godzin, a obserwowana jest głównie w naszym klimacie w okresie letnim. W środowisku o wysokiej wilgotności następuje znaczne osłabienie wiązań znajdujących się pomiędzy włóknami, co prowadzi do zmniejszenia wytrzymałości mechanicznej papieru czy tektury [6]. Także spadek wilgotności nie pozostaje obojętny dla tego rodzaju materiału opakowaniowego. Niska temperatura oraz niska wilgotność rejestrowane w okresie zimowym nie dają możliwości zaabsorbowania wilgoci przez papier, co prowadzi do utraty przez niego elastyczności i stawania się coraz bardziej kruchym [3]. Zakłada się, iż zmiana wilgotności względnej powietrza o 10% wpływa na zmianę wilgotności papieru lub tektury o 1%, prowadząc do zmiany parametrów wytrzymałościowych o około 8% [1]. Zmiany zachodzące w papierze związane są głównie z procesem utleniania, hydrolizy czy zmian w klejeniu włókien. Dlatego też wielkość zmian zachodzących w danym materiale mierzy się wykorzystując parametry wytrzymałościowe, testy optyczne bądź badania chemiczne takie jak pH czy rozpuszczalność alkaliczna [7].
Nie bez powodu zatem określa się optymalne warunki magazynowania materiałów opakowaniowych, mające minimalizować trudności związane z rozkładaniem opakowań na liniach pakujących. Tego typu materiały powinny być magazynowane w następujących warunkach:
– Temperatura około 20°C
– Wilgotność względna 45-55%
– Brak bezpośredniego kontaktu ze światłem słonecznym lub z zimnym powietrzem [5]
Wilgotność względna powietrza, która wskazuje na stopień nasycenia powietrza parą wodną, określa procentowy stosunek rzeczywistej masy pary wodnej w 1 m3 powietrza do masy pary wodnej w 1 m3 powietrza nasyconego w tej temperaturze. Parametr ten determinuje prawidłowe przechowywanie wyrobów, w szczególności tych o właściwościach higroskopijnych, wpływając na możliwość zaadsorbowania bądź zaabsorbowania wody przez dany wyrób [4].
Podkreśla się także istotność procesu aklimatyzacji, unikania gwałtownej zmiany temperatury czy wilgotności dla tego typu opakowań. W przypadku braku możliwości zapewnienia kontrolowanej atmosfery w magazynie, czego przyczyną mogą być niejednokrotnie względy ekonomiczne, konieczne jest zachowanie 48-godzinnego okresu kondycjonowania materiałów przed ich użyciem. Czas ten pozwala na dostosowanie się danych materiałów do warunków, w jakich zostaną następnie wykorzystane, w celu zminimalizowania ryzyka wystąpienia problemów związanych z ich zużyciem [5]. Istotne jest także prawidłowe zabezpieczanie palet folią chroniące przed utratą wilgotności, która powinna zostać usunięta z materiału bezpośrednio przed kolejnym etapem produkcyjnym.
Cel badań
Celem przeprowadzonych badań było określenie zmian zachodzących w sile formowania pudełka jako opakowania jednostkowego tekturowego, spowodowanych zmianami wilgotności względnej powietrza podczas jego magazynowania.
Materiały i metody
Pomiar siły formowania dla opakowania jednostkowego został przeprowadzony w odstępach comiesięcznych z wykorzystaniem urządzenia Multitest wyposażonego w czujnik o zakresie siły do 50 N i dokładności pracy do 0,001 N. Badane pudełka stanowią materiał opakowaniowy wykorzystywany w zautomatyzowanych procesach produkcyjnych na kartoniarkach pracujących z prędkością sięgającą 100 szt./min.
Pudełko zostało wyprodukowane z tektury o gramaturze 325 g/m2 charakteryzującej się grubością 0,535 mm, o wymiarach zewnętrznych 53 mm x 53 mm x 98 mm z tolerancją producenta 0,3 mm dla każdego z wymiarów, pokryte jednostronnie drukiem offsetowym oraz matowym lakierem.
Próby do badań zostały pobrane zgodnie z PN-EN ISO 186:2004 Papier i tektura. Pobieranie próbek do oznaczania średniej jakości. Z dostawy liczącej 6000 sztuk spakowanych w 40 kartonów zbiorczych, zawierających po 150 sztuk każdy, pobranych zostało po 15 sztuk opakowań jednostkowych tekturowych przeznaczonych do badań z 8 kartonów zbiorczych. Zostały one zlokalizowane w magazynie przedsiębiorstwa produkcyjnego, wykorzystującego ten typ materiału opakowaniowego w produkcji seryjnej, który nie posiada systemu regulacji temperatury oraz wilgotności względnej powietrza.
Przed przystąpieniem do pomiarów każdorazowo sprawdzana była względna wilgotność opakowań jednostkowych z użyciem wilgotnościomierza papieru kalibrowanego przez Urząd Miar i Wag. Każdorazowo w cyklu badań przeprowadzono pomiary w dziesięciu powtórzeniach.
Siła formowania pudełka jest to siła potrzebna do uformowania ze złożonego materiału opakowaniowego, jakim jest pudełko tekturowe, postaci zawierającej kąty o mierze 90° (rys. 1).
Wyniki
Zależności pomiędzy uzyskaną siłą formowania pudełka tekturowego a jego wilgotnością względną zostały przedstawione w tab. 1 oraz na rys. 2.
Zgodnie z wykresem zauważyć można, iż względna wilgotność pudełka oraz parametr, jakim jest siła formowania opakowania jednostkowego, charakteryzują się niewątpliwie zależnością odwrotnie proporcjonalną. Im wyższa wartość wilgotności rejestrowana w okresach letnich – tym niższa siła konieczna do rozłożenia pudełka. Zmiany w wilgotności badanego materiału opakowaniowego były podyktowane zmianami wilgotności względnej powietrza w pomieszczeniu magazynowym, czego potwierdzenie stanowi wykres zmian wilgotności powietrza rejestrowany przez kalibrowany czujnik znajdujący się w tym pomieszczeniu (rys. 3).
Jak widać, zgodnie z wykresem zimą, gdy powietrze jest bardzo suche, wilgotność w magazynie spada znacząco, co przekłada się także na spadek wilgotności materiałów opakowaniowych oraz istotny wzrost siły formowania pudełek. Może to tym samym rzutować na problem z wykorzystaniem tego typu materiałów w zautomatyzowanym procesie produkcyjnym, stających się w okresie zimowym kruchymi i przesuszonymi. Siła potrzebna do otwarcia takiego pudełka staje się bowiem wyższa, przez co konieczne mogą być także dodatkowe regulacje w przypadku maszyn wykorzystujących przesuszone opakowanie, co przekładać się może także na efektywność całego procesu produkcyjnego. Natomiast latem, co potwierdza wykres, następuje znaczący wzrost wilgotności powietrza przekładający się także na wzrost wilgotności względnej materiału opakowaniowego, a w związku z tym parametry wytrzymałościowe pudełka ulegają osłabieniu. Może to wówczas skutkować zaburzeniem spełniania podstawowych funkcji przypisanych opakowaniu, a więc ochrony produktu wewnątrz.
Wnioski
Warunki przechowywania surowców do produkcji opakowań bądź gotowych już materiałów opakowaniowych z papieru i tektury wykorzystywanych w zautomatyzowanych procesach produkcyjnych niejednokrotnie wpływają na wydajność całego procesu produkcyjnego. Jak przedstawiono w badaniach, zmiany warunków przechowywania powodują zmiany we właściwościach tektury, mogąc tym samym rzutować na łatwość wykorzystania tychże materiałów. Istnieje także ryzyko wystąpienia wad jakościowych, które mogą nie dopuścić do wprowadzenia danego produktu na rynek bądź narazić przedsiębiorstwo na ryzyko reklamacji. Dlatego też tak niezmiernie istotne jest zadbanie o stabilne warunki magazynowania tego typu materiałów skierowanych do produkcji, uwzględnienie wymagań obejmujących zakres wilgotności i temperatury oraz unikanie gwałtownych zmian tychże warunków. Dodatkowo spełnienie założeń odnośnie do wymaganego czasu kondycjonowania materiałów opakowaniowych przed samym procesem umożliwi zminimalizowanie ryzyka wystąpienia problemów w przypadku ich wykorzystania.
Literatura:
[1] Motylewski M., Wpływ warunków pogodowych – i nie tylko – na jakość tektury, Opakowanie, nr 6, s. 323-326, 2007
[2] Motylewski M., Wpływ warunków pogodowych na jakość papieru i tektury. Cz. 2., Opakowanie, nr 10, s. 549-596, 2008
[3] Korzeniowski A., Magazynowanie towarów niebezpiecznych, przemysłowych i spożywczych, Biblioteka Logistyka, Poznań, 2006
[4] Korzeniowski A., Bigońska M., Kuraczewski A., Warunki przechowywania wyrobów w magazynach, Państwowe Wydawnictwo Ekonomiczne, Warszawa, 1978
[5] Emblem A, Emblem H., Technika opakowań: podstawy, materiały, procesy wytwarzania, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2014
[6] Szewczyk W., Głowacki K., Wpływ wilgotności na wybrane właściwości mechaniczne papierów i tektury, Opakowanie, 42-44, 2010
[7] Willson W., 1995, Environmental Guidelines for the storage of paper records, the National Information Standards Organization
Anna Mikołajczak
Alfa-Print Sp. z o.o.
ul. Świętokrzyska 14A
00-050 Warszawa
