Kubki papierowe są wykonane głównie z tektura pokryta cienką powłoką z tworzywa sztucznego polietylenowego (PE). wewnątrz. Ta warstwowa konstrukcja łączy odnawialne włókna celulozy drzewnej z wodoodporną barierą, dzięki czemu kubek może przechowywać płyny bez wyciekania i rozpadu. Większość kubków papierowych zawiera również dodatkowe komponenty, takie jak atramenty dopuszczone do kontaktu z żywnością do drukowania, a w niektórych przypadkach oddzielną powłokę PE na zewnątrz.
Typowy skład rozkłada się na ok 95% masy tektury i 5% powłoki polietylenowej . Ta pozornie prosta konstrukcja wymaga starannego doboru materiałów i procesów produkcyjnych, aby zapewnić, że kubki spełniają swoją zamierzoną funkcję, spełniając jednocześnie standardy bezpieczeństwa żywności.
Warstwa bazowa tektury
Podstawą konstrukcyjną każdego kubka papierowego jest tektura, gruby materiał na bazie papieru otrzymywany z miazgi drzewnej. Do produkcji kubków mających kontakt z żywnością i napojami producenci zazwyczaj używają dziewiczych włókien drzewnych zamiast papieru makulaturowego, co zapewnia spójność i spełnia rygorystyczne przepisy dotyczące bezpieczeństwa żywności.
Rodzaje użytej pulpy drzewnej
Producenci kubków papierowych pozyskują celulozę drzewną z dwóch głównych kategorii:
- Włókna drewna iglastego (z sosny, świerku, jodły): Te dłuższe włókna zapewniają wytrzymałość i trwałość konstrukcji miseczki
- Włókna z twardego drewna (z dębu, brzozy, eukaliptusa): Te krótsze włókna zapewniają gładsze wykończenie powierzchni i poprawiają drukowność
Gramatura tektury standardowych kubków jednorazowych waha się od 170 do 350 gramów na metr kwadratowy (gsm) , przy czym kubki na zimne napoje zwykle mają gramaturę 210–280 g/m², a kubki na napoje gorące wymagają 250–350 g/m2 dla lepszej izolacji i integralności strukturalnej.
System powłok polietylenowych
Bez wodoodpornej bariery tektura wchłonęłaby płyny w ciągu kilku sekund, powodując uszkodzenie kubka. W tym miejscu powłoka polietylenowa staje się niezbędna dla funkcjonalności kubków papierowych.
Cel powłoki wewnętrznej
Zazwyczaj wewnętrzna powłoka PE Grubość 10-20 mikronów , pełni wiele krytycznych funkcji:
- Tworzy kompletną barierę dla cieczy, zapobiegając przedostawaniu się cieczy przez włókna papieru
- Umożliwia zgrzewanie dolnego szwu podczas produkcji
- Zapobiega przenoszeniu smaku i zapachu pomiędzy napojem a papierem
- Zachowuje integralność strukturalną podczas przechowywania gorących lub zimnych płynów
Aplikacja powłoki zewnętrznej
Wiele kubków papierowych ma również zewnętrzną warstwę PE, chociaż jest ona w przybliżeniu cieńsza niż powłoka wewnętrzna 5-10 mikronów . Ta zewnętrzna warstwa chroni wydrukowaną grafikę, zapobiega wilgoci z otoczenia i zapewnia gładszą atmosferę podczas trzymania kubka.
Dodatkowe materiały i komponenty
Oprócz pierwotnej tektury i powłoki PE, na końcowy produkt w postaci kubków papierowych składa się kilka innych materiałów.
Farby i barwniki drukarskie
Farby fleksograficzne lub offsetowe dopuszczone do kontaktu z żywnością tworzą branding, projekty i informacje na kubkach papierowych. Współcześni producenci głównie używają tusze na bazie wody lub soi spełniające przepisy FDA i UE dotyczące kontaktu z żywnością. Atramenty te nie mogą migrować do napojów i pozostawać stabilne w zakresie temperatur od zamarzania do ponad 200°F (93°C).
Powłoki specjalne do różnych zastosowań
| Typ kubka | Materiał powłokowy | Konkretna korzyść |
|---|---|---|
| Kubki standardowe | PE (polietylen) | Ekonomiczna hydroizolacja |
| Ekologiczne kubki | PLA (kwas polimlekowy) | Biodegradowalny w kompostowaniu przemysłowym |
| Wysokiej jakości, nadający się do recyklingu | Wodna powłoka dyspersyjna | Łatwiejsza separacja podczas recyklingu |
| Kubki z podwójną ścianką | PE z warstwą szczeliny powietrznej | Zwiększona izolacja termiczna |
Integracja procesów produkcyjnych i materiałów
Zrozumienie, w jaki sposób te materiały łączą się podczas produkcji, pozwala odkryć, dlaczego kubki papierowe są skonstruowane w taki, a nie inny sposób.
Metody nakładania powłok
Producenci nakładają powłokę PE poprzez powlekanie przez wytłaczanie, podczas którego stopiony polietylen jest wytłaczany na poruszającą się tekturę z prędkością sięgającą 300 metrów na minutę . Gorące tworzywo sztuczne łączy się bezpośrednio z włóknami papieru podczas stygnięcia, tworząc laminowaną strukturę w jednym, ciągłym procesie.
Etapy formowania filiżanki
- Wstępnie zadrukowane arkusze tektury powlekanej PE są wycinane w formie półfabrykatów kubków
- Półfabrykaty formowane są w cylindryczne kształty z zachodzącymi na siebie szwami bocznymi
- Ciepło i ciśnienie aktywują powłokę PE, aby uszczelnić szew boczny
- Okrągłe dyski dolne są zgrzane z podstawą kubka
- Obrzeża kubków są wygięte na zewnątrz, co zapewnia stabilność strukturalną i wygodę picia
Cały ten proces może wytworzyć 100-150 filiżanek na minutę na nowoczesnych maszynach o dużej prędkości , przy czym powłoka PE pełni zarówno funkcję wodoodpornej bariery, jak i kleju do łączenia elementów misy.
Względy środowiskowe materiałów na kubki papierowe
Skład materiału kubków papierowych stwarza poważne wyzwania w zakresie gospodarki odpadami i zrównoważonego rozwoju środowiska.
Wyzwanie Recyklingowe
Chociaż teoretycznie tektura nadaje się do recyklingu, powłoka PE utrudnia recykling konwencjonalnych kubków papierowych. Standardowe zakłady zajmujące się recyklingiem papieru nie są w stanie łatwo oddzielić cienkiej warstwy tworzywa sztucznego od włókien papieru. W rezultacie mniej niż 1% z szacunkowych 600 miliardów kubków papierowych wykorzystywanych każdego roku na całym świecie jest faktycznie poddawanych recyklingowi .
Wyspecjalizowane zakłady zajmujące się recyklingiem mogą przetwarzać kubki papierowe przy użyciu technologii hydropulpingu, która rozkłada papier podczas oddzielania plastikowej powłoki. Jednak na całym świecie istnieje tylko ograniczona liczba takich obiektów, a kubki należy zbierać oddzielnie od standardowych strumieni recyklingu papieru.
Alternatywne rozwiązania materiałowe
W odpowiedzi na obawy związane z ochroną środowiska producenci opracowali kilka alternatywnych materiałów:
- Kubki pokryte PLA : Używaj roślinnego kwasu polimlekowego zamiast PE, ale wymagaj przemysłowych kompostowni (zwykle niedostępnych w większości obszarów)
- Wodne powłoki dyspersyjne : Można go ponownie rozwłóknić w standardowych zakładach recyklingu, chociaż wydajność może nie dorównywać PE we wszystkich zastosowaniach
- Tektura powlekana mineralnie : Wykorzystuje bariery z gliny lub węglanu wapnia, poprawiając możliwość recyklingu, ale z ograniczeniami w przypadku gorących napojów
Normy bezpieczeństwa dotyczące materiałów na kubki papierowe
Wszystkie materiały użyte do produkcji kubków papierowych muszą spełniać rygorystyczne przepisy dotyczące bezpieczeństwa w kontakcie z żywnością.
Wymagania regulacyjne
W Stanach Zjednoczonych FDA reguluje materiały, z których wykonane są kubki papierowe Tytuł 21 Kodeksu przepisów federalnych (CFR) , w szczególności sekcje 176 i 177 dotyczące papieru i substancji polimerowych. Przepisy europejskie są zgodne z rozporządzeniem ramowym UE (WE) nr 1935/2004 zawierającym dodatkowe szczególne środki dotyczące materiałów takich jak tworzywa sztuczne.
Kluczowe wymagania testowe obejmują:
- Testy migracji w celu sprawdzenia, czy chemikalia nie przedostają się z materiałów do napojów
- Limity zawartości metali ciężkich w farbach i powłokach
- Ograniczenia fluorescencyjnego środka wybielającego w tekturze
- Testowanie stabilności temperaturowej w zastosowaniach z gorącymi napojami
Renomowani producenci prowadzą dokumentację potwierdzającą, że ich materiały są zgodne z tymi przepisami i przeprowadzają regularne testy stron trzecich w celu sprawdzenia bezpieczeństwa.
Wariacje dla różnych rodzajów napojów
Specyfikacje materiału kubków papierowych różnią się znacznie w zależności od ich przeznaczenia.
Kubki na gorące napoje
Filiżanki przeznaczone do kawy, herbaty i gorącej czekolady grubsza tektura (280-350 g/m²) i może zawierać konstrukcję z podwójnymi ściankami. Szczelina powietrzna pomiędzy dwiema warstwami papieru zapewnia izolację, dzięki czemu klienci mogą wygodnie trzymać gorące napoje bez konieczności zakładania osobnego rękawa. Niektórzy producenci dodają izolacyjne warstwy tektury falistej pomiędzy ścianami.
Kubki na zimne napoje
W kubkach na zimne napoje zwykle stosuje się lżejszy karton (210–280 g/m2), ponieważ izolacja termiczna nie jest wymagana. Często jednak są one wyposażone w bardziej wytrzymałą zewnętrzną powłokę PE, która zapobiega osłabianiu konstrukcji miseczki przez kondensację lub sprawianiu, że będzie ona śliska w trzymaniu. Powłoka wewnętrzna musi zapobiegać wchłanianiu wilgoci podczas przechowywania mrożonych napojów przez dłuższy czas.
Specjalne materiały na kubki
Niektóre zastosowania wymagają unikalnych adaptacji materiałowych. Kubki do lodów mogą mieć powłokę woskową dopuszczoną do kontaktu z żywnością zamiast PE, aby uzyskać tradycyjny wygląd. Kubki do zupy zawierają PE o zwiększonej odporności na ciepło. Kubki stadionowe i pojemniki wielkoformatowe wykorzystują wzmocnioną tekturę z grubszymi warstwami powłoki, aby utrzymać większą masę cieczy.
