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Inline-Viskositätsmessung von Stärkeleim zur Herstellung von Wellpappe
  • Echtzeit-Inline-Viskositätsmessung in der Kartonproduktion ist für eine kontinuierliche Qualitätskontrolle, Vermeidung von Abfall und Optimierung des Energieverbrauchs unerlässlich.
  • Stärkeleim zeigt ein komplexes rheologisches Verhalten und seine Viskosität ist über verschiedene Chargen nicht sehr stabil. Ein Viskositätsmessgerät ist entscheidend, um den Stärkekleberauftrag zu messen und zu optimieren und gleichzeitig ein konsistentes pseudoplastisches und thixotropes Verhalten zu gewährleisten.
  • Die Viskosität ist ein wichtiger Indikator für PSD (Particle Size Distribution) – eine Eigenschaft, die Flexibilität, Festigkeit und Verwendbarkeit beeinflusst.
Nahaufnahmebild der gefalteten Pappreihe am Fabrikhintergrund.

Wellpappenmarkt – schnelles Wachstum durch eCommerce

Die Wellpappenindustrie wächst schnell mit einer CAGR von mehr als 4 % und einem Volumen von mehr als 115 Millionen Tonnen im Wert von über 176 Milliarden US-Dollar im Jahr 2019.

Verpackungen aus Wellpappe gelten als umweltfreundlich und nachhaltig. Es enthält ausschließlich natürliche Rohstoffe (Holzzellstoff, Stärkeleim und 80 % Altpapier) und ist daher zu 100 Prozent nachwachsend, recycelbar und biologisch abbaubar. Auch die Verarbeitung und Bedruckung von Wellpappe ist umweltschonend, da die Farben überwiegend wasserbasiert sind.

Es gibt viele Arten von Kartons, die von der Wellpappenindustrie hergestellt werden, von leichten Mikrowell- bis hin zu hochbelastbaren Hohlkammerkartons. Preisgünstige und leistungsstarke Kartons sind ein vielseitiges Mittel zum Verpacken verschiedenster Produkte wie Maschinen, Elektroartikel, Obst und Gemüse sowie als Informations- und Werbemittel für den Inhalt.

Wellpappenkartons müssen vielfache Anforderungen erfüllen, aber alles beginnt mit der Produktion einer starken, flachen Pappe auf der Wellpappenanlage.

So wichtig die Wahl der Papiere auch ist, der Klebstoff und sein Auftrag sind entscheidend, um am Ende der Wellpappenmaschine die beste Wellpappe zu erhalten. Um auf einer Vielzahl von Platten effektiv zu sein, müssen Klebstoffe vielseitig einsetzbar sein und gleichzeitig eine hochwertige Verklebung und hohe Produktivität gewährleisten. Die Adhäsion zwischen den Linern und dem Medium muss stark sein, um Festigkeit und Polsterung bereitzustellen, um den Inhalt vor der Außenwelt zu schützen und es der Box zu ermöglichen, ihre Integrität während ihres gesamten Lebenszyklus zu bewahren.

Alle Stärkeklebstoffe basieren auf einer besonderen Eigenschaft der Stärke: Stärkeslurry erfährt bei Hitzeeinwirkung einen extrem schnellen Viskositätsanstieg, da die Stärkekörner gelieren. Diese hohe Viskosität, die sich bei einer kritischen Temperatur entwickelt, führt zum Phänomen der Klebrigkeit.

Da die richtige Viskosität für die Funktionsfähigkeit der Stärke entscheidend ist, Viskositätskontrolle kann dazu beitragen, die Konsistenz und Leistung dieser Klebstoffe in vielen Wellpappenprodukten zu verbessern, wie zum Beispiel:

  • Versandkisten
  • Wellplatten
  • Einzelhandelsverkauf
  • Automobil- und Industrieverpackungen
  • Lebensmittelverpackung
  • Produktvitrinen

Produktpräsentationen (Quelle: BCI)

Wie hoch ist der Bedarf an Prozesskontrolle in der Wellpappenproduktion?

Wellpappe ist nach der Papierherstellung weltweit die zweitgrößte Anwendung von Non-Food-Stärken, wo sie als Klebstoff zwischen Wellung und Liner eingesetzt wird. Viele Stärkekleber enthalten unmodifizierte native Stärke sowie Zusatzstoffe wie Borax und Natronlauge. Verkleisterte Stärke trägt ungekochte Stärkeaufschlämmung und verhindert Sedimentation. Ein solcher Kleber wird als opaker SteinHall-Kleber bezeichnet.

Die Herstellung moderner Wellpappenverpackungen | Fefco

Der Klebstoff wird auf die mittleren Wellenspitzen aufgetragen, danach wird die andere Papierkomponente, der Liner, in Kontakt gebracht und verklebt. Diese wird dann bei hoher Hitze getrocknet, wodurch der Rest der ungekochten Stärke im Leim aufquillt/gelatiniert. Diese Verkleisterung sorgt für die abschließende Abbindereaktion und macht den Leim zu einem schnellen und starken Klebstoff für die Wellpappenherstellung.

Whitepaper – Wellpappe und Stärke (tuthillpump.com)

 

Die Qualität und Integrität des Produkts in der Schachtel hängt von der Stabilität der Verpackung ab. Und die Fähigkeit einer Schachtel, den Inhalt zu schützen, hängt oft von der Stärke und dem richtigen Auftragen des Klebstoffs ab.

Viskositätskontrolllösungen beim Stärkeauftrag tragen dazu bei, dass jede Klebstoffcharge die richtige Konsistenz hat und während des Klebens der Rillen auf die Liner in den richtigen Mengen und Positionen aufgetragen wird. Ein Inline-Viskosimeter wird verwendet, um die richtige Stärkedicke für die Klebstoffschicht zu optimieren und konstant zu halten.

Die folgenden Probleme können in Ihrem Kartonherstellungsprozess auftreten, wenn Sie manuelle Viskositätsmessmethoden oder andere Ansätze verwenden, die die Viskosität nicht ausreichend kontrollieren:

  • Weiches Brett
  • Streifen von schwerem Kleber
  • Waschbrett-Optik
  • Schiefe Wellen
  • Fleckige Haftung
  • Lose Kanten
  • Blistern
  • Nicht verklebte Komponenten
  • Schleudern oder Dribbeln

Manuelle Viskositätsmessung mit einem Becher in der Produktionshalle

Bedeutung der Überwachung und Kontrolle von Viskosität und Dichte, um eine qualitativ hochwertige Stärkeadhäsion zu gewährleisten

Die Produktion von Wellpappe hängt stark von der Haftung ab, die den größten Einfluss auf die Qualität hat. Es ist die Qualität des Stärkeklebers, die letztendlich die Qualität der Verklebung bestimmt. Die Viskosität ist eine wichtige Kennzahl von Stärkeleim und die Viskositätsmenge beeinflusst direkt die Haftung von Wellpappe. Nur durch eine stabile Viskosität können die guten Hafteigenschaften des Stärkeleims gewährleistet werden.

Komponenten und Herstellung von Stärkeklebstoffen

Wenn die Viskosität von Stärke/Klebstoff außerhalb des optimalen Bereichs liegt, führt dies zu Unvollkommenheiten und verringert die Qualität der Zwischen- und Endprodukte. Ein Klebstoff mit ausreichender Viskosität verhindert das Imprägnieren von Gummitüchern und Papieren und verbessert so deren Qualität.

Die meisten Rezepte für Stärkekleber für Wellpappenpflanzen bestehen aus:

  • Stärken
  • Borax
  • Ätzend
  • Wasser

Diese Bestandteile werden gemischt und erhitzt, um eine Zielviskosität zu erreichen. Faktoren, die die Stärkeviskosität beeinflussen, sind Art und Qualität der Stärke, Oxidationsmitteldosierung und Oxidationszeit, Oxidationstemperatur, Dosierung des Geliermittels NaOH (Natriumhydrooxid), Boraxdosierung, Wasserverhältnis und Lagertemperatur, Zeit und Umgebung. Bei so vielen Parametern und Inhaltsstoffen, die während der Stärkeherstellung/Formulierung richtig eingestellt werden müssen, zahlt es sich schnell aus, das Endprodukt (Stärke) zu überwachen, um die Chargenkonsistenz sicherzustellen.

Die Viskosität ist ein wichtiger Indikator für die Partikelgrößenverteilung. Änderungen der Partikelgrößenverteilung können Eigenschaften wie Dichte, Rheologie und Schichtdicke beeinflussen. Eigenschaften bezüglich der Partikelgrößenverteilung in Stärke sind zum Beispiel die Flexibilität, Festigkeit und Verwendbarkeit der (Well-)Karton.

Der Stärkekleber gehört zur Produktfamilie der Polymere. Es gibt zwei Arten von Glucosepolymeren in Stärke: lineare und helikale Amylose und verzweigtes Amylopektin. Stärke enthält je nach Pflanze 20 bis 25 % Amylose und 75 bis 80 % Amylopektin. Da Amylosefraktionen nicht wirklich in Wasser löslich sind, bilden sie schließlich durch Wasserstoffbrückenbindungen kristalline Aggregate – ein Vorgang, der als Retrogradation oder Rückschlag bezeichnet wird und die Viskosität instabil macht. Es zeigt ein komplexes rheologisches Verhalten. Die Inline-Viskositätsüberwachung kann auffangen, wenn die Stärkeformulierung schlecht geworden ist oder für die Anwendung nicht optimal ist.

Grafik 1 veranschaulicht die Viskositätsentwicklung eines Klebstoffs auf Stärkebasis, nachdem er auf die Wellenspitzen aufgetragen und mit der Auskleidung in Kontakt gebracht wurde. (Quelle: Roquette)

Warum die Wareneingangskontrolle und das Auftragen von Klebstoffen, Leimen, Pasten und Schmelzklebstoffen automatisieren?

Es gibt viele verschiedene Arten von Klebstoffen, darunter viskose Flüssigkeiten, Pasten, kristalline und amorphe Feststoffe. Darüber hinaus werden Klebstoffe typischerweise in Kartuschen, Eimern, Fässern, Behältern, Pellets und Blöcken verpackt. Es ist für einen Produktionsprozess entscheidend, dass ein stetiger Klebstofffluss vom Klebstoffbehälter in die Dosieranlage erfolgt, um diesen kontinuierlich am Laufen zu halten. Schmelzklebstoffe sind bei Raumtemperatur Feststoffe, daher werden sie in der Regel manuell durch Schöpfen aus Kartons entfernt und dann der Schmelzausrüstung hinzugefügt, um während des Schmelzprozesses dispergiert zu werden.

Wenn die manuelle Handhabung nicht sorgfältig überwacht wird, verursacht sie zusätzliche Aufgaben für das Bedienpersonal, birgt das Risiko einer Kontamination während der Handhabung und lässt die Möglichkeit von Verschüttungen oder sogar Prozessstillständen offen. Ein stetiger Verbrauch an Hotmelts minimiert zudem die Wärmeentwicklung des Klebstoffs, was maximale Leistung und Qualität im Produktionsprozess ermöglicht.

Vorteile der Viskositätsautomatisierung im Wellpappenprozess

Lösungen, die die Klebstoffabgabe automatisieren, werden immer beliebter, da immer mehr Hersteller die Vorteile und den schnellen ROI erkennen, darunter:

  1. Effizienz: Die hochpräzise Art der automatisierten Ausrüstung stellt sicher, dass die richtige Klebstoffmenge geliefert wird, um die Prozessanforderungen zu erfüllen.
  2. Zuverlässigkeit: Automatisierte Zuführungen sorgen für einen konstanten Fluss des richtigen Klebstoffs an die Produktionslinie, unabhängig von Schichtmustern, Stillstandzeiten und Produktionsgeschwindigkeiten. Ein von Natur aus geschlossenes System vermeidet auch Verunreinigungen, reduziert Abfall und minimiert die Wartung der Ausrüstung.
  3. Sicherheit: Durch die Verwendung von automatischen Zufuhrsystemen und den Wegfall der manuellen Handhabung von Schmelzklebstoffen reduzieren Sie die potenzielle Exposition gegenüber Hochtemperaturmaterialien und -geräten.
  4. Reduzierte Betriebskosten: Weniger Zeit für den Bediener mit Überwachung und Befüllung von Klebstofftanks mit geringerer Wahrscheinlichkeit von Fehlern oder Ausfallzeiten.
  5. Digitalisierung: Sensoren zur Anlagenüberwachung liefern zusätzliche Prozessdaten, die eine Optimierung und Problemerkennung ermöglichen, um die Effizienz zu verbessern.

Lösungen von Rheonics für die Qualitätskontrolle und Sicherung von Stärkekleber in Verpackungen

Die automatisierte Inline-Viskositätsmessung und -steuerung ist entscheidend, um die Viskosität während des Herstellungsprozesses zu kontrollieren und sicherzustellen, dass kritische Eigenschaften die Anforderungen über mehrere Chargen hinweg vollständig erfüllen, ohne auf Offline-Messmethoden und Probennahmetechniken angewiesen zu sein. Rheonics bietet folgende Lösungen zur Prozesssteuerung und -optimierung,

Viskositäts- und Dichtemessgeräte

  1. In-line Viskosität Messungen: Rheonics SRV ist ein weit verbreitetes Inline-Viskositätsmessgerät, das Viskositätsänderungen in jedem Prozessstrom in Echtzeit erfassen kann.
  2. In-line Viskosität und Dichte Messungen: Rheonics SRD ist ein Inline-Instrument zur simultanen Dichte- und Viskositätsmessung. Wenn die Dichtemessung für Ihren Betrieb wichtig ist, ist SRD der beste Sensor für Ihre Anforderungen. Er verfügt über ähnliche Betriebsfunktionen wie das SRV und genaue Dichtemessungen.

Integriert, schlüsselfertig qualitativ hochwertiges Management

Rheonics bietet eine integrierte schlüsselfertige Lösung für das Qualitätsmanagement aus:

  1. In-line Viskosität Messungen: Rheonics SRV - ein Inline-Viskositätsmessgerät mit großer Reichweite und integrierter Flüssigkeitstemperaturmessung
  2. Rheonics-Prozessmonitor: ein fortgeschrittener Predictive Tracking Controller Überwachung und Steuerung von Prozessbedingungen in Echtzeit
  3. Rheonics RheoPulse mit maschinell dosing: Ein autonomes System der Stufe 4, das keine Kompromisse mit festgelegten Viskositätsgrenzen eingeht und automatisch Bypassventile oder Pumpen aktiviert, um Mischungskomponenten adaptiv zu dosieren

Der SRV-Sensor befindet sich in einer Linie und misst kontinuierlich die Viskosität (und Dichte bei SRD). Warnungen können so konfiguriert werden, dass der Bediener über erforderliche Maßnahmen informiert wird, oder der gesamte Verwaltungsprozess kann vollständig automatisiert werden RPTC (Rheonics Predictive Tracking Controller). Die Verwendung eines SRV in einer Fertigungslinie führt zu verbesserter Produktivität, Gewinnspannen und erreicht die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften. Rheonics-Sensoren haben einen kompakten Formfaktor für eine einfache OEM- und Retrofit-Installation. Sie erfordern keine Wartung oder Neukonfiguration. Die Sensoren liefern genaue, reproduzierbare Ergebnisse, egal wie oder wo sie montiert sind, ohne dass spezielle Kammern, Gummidichtungen oder mechanischer Schutz erforderlich sind. Ohne Verbrauchsmaterialien und ohne Neukalibrierung sind SRV und SRD extrem einfach zu bedienen, was zu extrem niedrigen Betriebskosten während der gesamten Lebensdauer führt.

Sobald die Prozessumgebung eingerichtet ist, ist in der Regel wenig Aufwand erforderlich, um die Integrität der Systeme aufrechtzuerhalten – Bediener können sich auf die strenge Kontrolle mit der Rheonics-Lösung für das Qualitätsmanagement für die Produktion verlassen.

Beobachten Sie Rheonics SRV in Aktion auf einem Laminator mit Klebstoff auf Wasserbasis

Überlegenes Sensordesign und Technologie

Anspruchsvolle, patentierte Elektronik ist das Gehirn dieser Sensoren. SRV und SRD sind mit branchenüblichen Prozessanschlüssen wie ¾ ”NPT, DIN 11851, Flansch und Tri-Clamp erhältlich, mit denen der Bediener einen vorhandenen Temperatursensor in seiner Prozesslinie durch SRV / SRD ersetzen kann, der wertvolle und umsetzbare Informationen zu Prozessflüssigkeiten wie Viskosität liefert eine genaue Temperaturmessung mit einem eingebauten Pt1000 (DIN EN 60751 Klasse AA, A, B erhältlich).

Elektronik, die auf Ihre Bedürfnisse zugeschnitten ist

Die Sensorelektronik ist sowohl in einem Sendergehäuse als auch in einer DIN-Schienenhalterung mit kleinem Formfaktor erhältlich und ermöglicht eine einfache Integration in Prozesslinien und in Geräteschränke von Maschinen.

KMU-DRM
KMU_TRD
Entdecken Sie Elektronik- und Kommunikationsoptionen

Einfache Integration

Mehrere in der Sensorelektronik implementierte analoge und digitale Kommunikationsmethoden machen den Anschluss an industrielle SPS- und Steuerungssysteme einfach und unkompliziert.

Analoge und digitale Kommunikationsoptionen

Analoge und digitale Kommunikationsoptionen

Optionale digitale Kommunikationsoptionen

Optionale digitale Kommunikationsoptionen

ATEX & IECEx Compliance

Rheonics bietet eigensichere Sensoren an, die von ATEX und IECEx für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen zertifiziert sind. Diese Sensoren erfüllen die grundlegenden Gesundheits- und Sicherheitsanforderungen in Bezug auf die Konstruktion und den Bau von Geräten und Schutzsystemen, die für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen vorgesehen sind.

Die eigensicheren und explosionsgeschützten Zertifizierungen von Rheonics ermöglichen auch die Anpassung eines vorhandenen Sensors, sodass unsere Kunden Zeit und Kosten sparen können, die mit der Identifizierung und Prüfung einer Alternative verbunden sind. Benutzerdefinierte Sensoren können für Anwendungen bereitgestellt werden, für die eine Einheit bis zu Tausenden von Einheiten erforderlich sind. mit Vorlaufzeiten von Wochen gegenüber Monaten.

Rheonics SRV & SRD sind sowohl ATEX als auch IECEx zertifiziert.

ATEX (2014 / 34 / EU) zertifiziert

Die ATEX-zertifizierten eigensicheren Sensoren von Rheonics entsprechen der ATEX-Richtlinie 2014/34 / EU und sind für die innere Sicherheit nach Ex ia zertifiziert. Die ATEX-Richtlinie legt Mindest- und Grundanforderungen in Bezug auf Gesundheit und Sicherheit zum Schutz von Arbeitnehmern fest, die in gefährlichen Atmosphären beschäftigt sind.

Die ATEX-zertifizierten Sensoren von Rheonics sind für den Einsatz in Europa und international anerkannt. Alle ATEX-zertifizierten Teile sind mit „CE“ gekennzeichnet, um die Konformität anzuzeigen.

IECEx-zertifiziert

Die eigensicheren Sensoren von Rheonics sind von IECEx, der International Electrotechnical Commission, für die Zertifizierung nach Standards für Geräte zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen zertifiziert.

Dies ist eine internationale Zertifizierung, die die Einhaltung der Sicherheitsbestimmungen für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen gewährleistet. Rheonics-Sensoren sind für die Eigensicherheit nach Ex i zertifiziert.

Implementierung

Installieren Sie den Sensor direkt in Ihrem Prozessstrom, um Viskositäts- und Dichtemessungen in Echtzeit durchzuführen. Es ist keine Bypassleitung erforderlich: Der Sensor kann in Reihe eingetaucht werden. Durchfluss und Vibrationen beeinträchtigen die Messstabilität und -genauigkeit nicht. Optimieren Sie die Mischleistung, indem Sie wiederholte, aufeinanderfolgende und konsistente Tests an der Flüssigkeit durchführen.

Rheonics SRV- und RPS-Controller im Einsatz in einer Laminatorpresse

Rheonics Instrumentenauswahl

Rheonics entwickelt, fertigt und vertreibt innovative Systeme zur Flüssigkeitsmessung und -überwachung. In der Schweiz gefertigte Präzisionsviskosimeter und Dichtemessgeräte von Rheonics zeichnen sich durch die von der Anwendung geforderte Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit aus, die erforderlich sind, um in rauen Betriebsumgebungen zu bestehen. Stabile Ergebnisse - auch unter ungünstigen Strömungsbedingungen. Keine Auswirkung von Druckabfall oder Durchfluss. Es ist gleichermaßen gut für Qualitätskontrollmessungen im Labor geeignet. Es müssen keine Komponenten oder Parameter geändert werden, um über den gesamten Bereich zu messen.

Vorgeschlagene Produkte für die Anwendung

  • Breiter Viskositätsbereich - Überwachen Sie den gesamten Prozess
  • Wiederholbare Messungen in Newtonschen und Nicht-Newtonschen Flüssigkeiten, einphasigen und mehrphasigen Flüssigkeiten
  • Alle 316L-medienberührten Teile aus Edelstahl sind hermetisch abgedichtet
  • Eingebauter Sensor zur Messung der Temperatur der Flüssigkeit
  • Kompakter Formfaktor für den einfachen Einbau in bestehende Prozesslinien
  • Einfach zu reinigen, keine Wartung oder Neukonfiguration erforderlich
  • Einzelnes Instrument zur Messung von Prozessdichte, Viskosität und Temperatur
  • Wiederholbare Messungen in newtonschen und nicht-newtonschen Flüssigkeiten, einphasigen und mehrphasigen Flüssigkeiten
  • Ganzmetallkonstruktion (316L Edelstahl)
  • Eingebauter Sensor zur Messung der Temperatur der Flüssigkeit
  • Kompakter Formfaktor für den einfachen Einbau in bestehende Rohre
  • Einfach zu reinigen, keine Wartung oder Neukonfiguration erforderlich
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