Бумажные стаканчики в основном состоят из картон с тонким полиэтиленовым (PE) пластиковым покрытием внутри. Эта многослойная конструкция сочетает в себе возобновляемые волокна древесной массы с водонепроницаемым барьером, что позволяет чашке удерживать жидкости, не протекая и не распадаясь. Большинство бумажных стаканчиков также содержат дополнительные компоненты, такие как пищевые чернила для печати и, в некоторых случаях, отдельное полиэтиленовое покрытие снаружи.
Типичный состав распадается примерно на 95% картона и 5% полиэтиленового покрытия по весу. . Эта, казалось бы, простая конструкция требует тщательного выбора материалов и производственных процессов, чтобы гарантировать, что чашки выполняют свою функцию и соответствуют стандартам безопасности пищевых продуктов.
Базовый слой картона
Структурной основой любого бумажного стаканчика является картон — толстый материал на основе бумаги, полученный из древесной массы. Производители обычно используют волокна первичной древесины, а не переработанную бумагу для изготовления стаканчиков, контактирующих с пищевыми продуктами и напитками, обеспечивая единообразие и соблюдение строгих правил безопасности пищевых продуктов.
Типы используемой древесной массы
Производители бумажных стаканчиков получают древесную массу из двух основных категорий:
- Волокна хвойных пород (из сосны, ели, ели): эти более длинные волокна обеспечивают прочность и долговечность структуры чашки.
- Волокна лиственных пород (из дуба, березы, эвкалипта): эти более короткие волокна создают более гладкую поверхность и улучшают качество печати.
Вес картона для стандартных одноразовых стаканчиков составляет от От 170 до 350 грамм на квадратный метр (г/м²) Для чашек для холодных напитков обычно требуется плотность 210–280 г/м², а для чашек для горячих напитков требуется 250–350 г/м² для лучшей изоляции и структурной целостности.
Система полиэтиленового покрытия
Без водонепроницаемого барьера картон впитает жидкость за считанные секунды, что приведет к выходу чашки из строя. Именно здесь полиэтиленовое покрытие становится важным для функциональности бумажных стаканчиков.
Назначение внутреннего покрытия
Внутреннее полиэтиленовое покрытие, обычно Толщина 10-20 микрон , выполняет несколько важных функций:
- Создает полный барьер для жидкости, предотвращая просачивание через волокна бумаги.
- Позволяет термосваривать нижний шов во время производства.
- Предотвращает передачу вкуса или запаха между напитком и бумагой.
- Сохраняет структурную целостность при хранении горячих или холодных жидкостей.
Нанесение наружного покрытия
Многие бумажные стаканчики также имеют внешний полиэтиленовый слой, хотя он примерно тоньше внутреннего покрытия. 5-10 микрон . Этот внешний слой защищает печатную графику, предотвращает попадание влаги из окружающей среды и обеспечивает более гладкое ощущение при обращении с чашкой.
Дополнительные материалы и компоненты
Помимо основного картона и полиэтиленового покрытия, в конечный продукт бумажных стаканчиков входят несколько других материалов.
Печатные краски и красители
Пищевые флексографские или офсетные печатные краски создают фирменный стиль, дизайн и информацию на бумажных стаканчиках. Современные производители преимущественно используют чернила на водной или соевой основе которые соответствуют правилам FDA и ЕС о контакте с пищевыми продуктами. Эти чернила не должны проникать в напитки и оставаться стабильными в диапазоне температур от замерзания до более 200°F (93°C).
Специальные покрытия для различных применений
| Тип чашки | Материал покрытия | Конкретная выгода |
|---|---|---|
| Стандартные чашки | ПЭ (полиэтилен) | Экономичная гидроизоляция |
| Экологичные чашки | PLA (полимолочная кислота) | Биоразлагаемый при промышленном компостировании. |
| Премиум, пригодный для вторичной переработки | Дисперсионное покрытие на водной основе | Более простое разделение во время переработки |
| Чашки с двойными стенками | ПЭ с воздушным зазором | Улучшенная теплоизоляция |
Производственный процесс и интеграция материалов
Понимание того, как эти материалы сочетаются в процессе производства, позволяет понять, почему бумажные стаканчики изготавливаются именно так, как они есть.
Методы нанесения покрытия
Производители наносят полиэтиленовое покрытие посредством экструзионного покрытия, при котором расплавленный полиэтилен выдавливается на движущийся картон со скоростью, достигающей 300 метров в минуту . Горячий пластик при охлаждении приклеивается непосредственно к бумажным волокнам, создавая ламинированную структуру за один непрерывный процесс.
Этапы формирования чашки
- Листы картона с полиэтиленовым покрытием с предварительно нанесенной печатью вырезаются на заготовки чашек.
- Заготовкам придают цилиндрическую форму с перекрывающимися боковыми швами.
- Тепло и давление активируют полиэтиленовое покрытие для герметизации бокового шва.
- Диски с круглым дном приварены к основанию чашки термосваркой.
- Края чашек загнуты наружу, что обеспечивает структурную стабильность и удобство питья.
Весь этот процесс может привести к 100-150 чашек в минуту на современных высокоскоростных машинах. , при этом полиэтиленовое покрытие служит одновременно водонепроницаемым барьером и клеем для соединения компонентов чашки.
Экологические аспекты использования материалов бумажных стаканчиков
Состав материала бумажных стаканчиков создает серьезные проблемы для управления отходами и экологической устойчивости.
Проблема переработки
Хотя картон теоретически пригоден для вторичной переработки, полиэтиленовое покрытие затрудняет переработку обычных бумажных стаканов. Стандартные предприятия по переработке бумаги не могут легко отделить тонкий пластиковый слой от бумажных волокон. В результате менее 1% из примерно 600 миллиардов бумажных стаканчиков, используемых во всем мире ежегодно, фактически перерабатывается. .
Специализированные предприятия по переработке бумаги могут перерабатывать бумажные стаканы с помощью технологии гидроцеллюлозы, которая разрушает бумагу и отделяет пластиковое покрытие. Однако во всем мире существует лишь ограниченное количество таких предприятий, и стаканчики необходимо собирать отдельно от стандартных потоков переработки бумаги.
Альтернативные разработки материалов
В ответ на экологические проблемы производители разработали несколько альтернативных материалов:
- Чашки с PLA-покрытием : вместо полиэтилена используйте полимолочную кислоту растительного происхождения, но требуются промышленные установки для компостирования (обычно недоступные в большинстве регионов).
- Дисперсионные покрытия на водной основе : Может быть переработан на стандартных предприятиях по переработке отходов, однако производительность может не соответствовать PE для всех применений.
- Картон с минеральным покрытием : Использует барьеры из глины или карбоната кальция, что улучшает возможность вторичной переработки, но с ограничениями для горячих напитков.
Стандарты безопасности для материалов бумажных стаканчиков
Все материалы, используемые в производстве бумажных стаканов, должны соответствовать строгим правилам безопасности при контакте с пищевыми продуктами.
Нормативные требования
В Соединенных Штатах FDA регулирует материалы бумажных стаканов в соответствии с Раздел 21 Свода федеральных правил (CFR) , особенно разделы 176 и 177, посвященные бумаге и полимерным материалам. Европейские правила следуют Рамочному регламенту ЕС (ЕС) № 1935/2004 с дополнительными специальными мерами для таких материалов, как пластмассы.
Основные требования к тестированию включают в себя:
- Миграционные испытания, гарантирующие, что химические вещества не переходят из материалов в напитки.
- Пределы содержания тяжелых металлов в красках и покрытиях
- Ограничения на использование флуоресцентных отбеливателей в картоне
- Испытание температурной стабильности для приготовления горячих напитков
Авторитетные производители ведут документацию, подтверждающую, что их материалы соответствуют этим правилам, и проводят регулярные сторонние испытания для проверки безопасности.
Вариации для разных типов напитков
Характеристики материала бумажных стаканчиков значительно различаются в зависимости от их предполагаемого использования.
Чашки для горячих напитков
Чашки, предназначенные для кофе, чая и горячего шоколада. более толстый картон (280-350 г/м²) и может иметь конструкцию с двойными стенками. Воздушный зазор между двумя слоями бумаги обеспечивает изоляцию, позволяя клиентам удобно хранить горячие напитки без необходимости использования отдельного рукава. Некоторые производители между стенками добавляют изолирующие слои гофрированной бумаги.
Чашки для холодных напитков
В стаканчиках для холодных напитков обычно используется более легкий картон (210–280 г/м²), поскольку теплоизоляция не требуется. Однако они часто имеют более прочное внешнее полиэтиленовое покрытие, которое предотвращает ослабление конструкции чашки конденсатом или делает ее скользкой. Внутреннее покрытие должно предотвращать поглощение влаги при хранении замороженных напитков в течение длительного времени.
Специальные материалы для чашек
Некоторые приложения требуют уникальной адаптации материала. Чашки для мороженого могут иметь покрытие из пищевого воска вместо полиэтилена для придания традиционного внешнего вида. Чашки для супа изготовлены из полиэтилена с повышенной термостойкостью. Стадионные стаканы и контейнеры большого формата изготовлены из армированного картона с более толстыми слоями покрытия для выдерживания большего веса жидкости.
