Papierové poháre sú primárne vyrobené z lepenka s tenkým polyetylénovým (PE) plastovým povlakom na vnútornej strane. Táto vrstvená konštrukcia kombinuje vlákna z obnoviteľnej drevnej buničiny s vodotesnou bariérou, čo umožňuje, aby pohár udržal tekutiny bez úniku alebo rozpadu. Väčšina papierových kelímkov obsahuje aj ďalšie komponenty, ako sú potravinárske atramenty na tlač a v niektorých prípadoch aj samostatný PE povlak na vonkajšej strane.
Typické zloženie sa rozpadá na približne 95 % lepenky a 5 % polyetylénového poťahu podľa hmotnosti . Táto zdanlivo jednoduchá štruktúra zahŕňa starostlivý výber materiálu a výrobné procesy, aby sa zabezpečilo, že poháre budú plniť svoju zamýšľanú funkciu a zároveň budú spĺňať normy bezpečnosti potravín.
Základná vrstva lepenky
Štrukturálnym základom každého papierového pohára je lepenka, hrubý materiál na báze papiera získaný z drevnej buničiny. Výrobcovia zvyčajne používajú na poháre, ktoré prichádzajú do styku s potravinami a nápojmi, skôr pôvodné drevené vlákna ako recyklovaný papier, čím sa zabezpečuje konzistencia a spĺňajú prísne predpisy o bezpečnosti potravín.
Druhy použitej drevnej buničiny
Výrobcovia papierových pohárov získavajú drevnú buničinu z dvoch základných kategórií:
- Vlákna z mäkkého dreva (z borovice, smreka, jedle): Tieto dlhšie vlákna zaisťujú pevnosť a odolnosť štruktúry pohára
- Vlákna z tvrdého dreva (z dubu, brezy, eukalyptu): Tieto kratšie vlákna vytvárajú hladšiu povrchovú úpravu a zlepšujú tlač
Hmotnosť lepenky pre štandardné jednorazové poháre sa pohybuje od 170 až 350 gramov na meter štvorcový (gsm) , pričom poháre na studené nápoje zvyčajne používajú 210-280 gsm a poháre na horúce nápoje vyžadujúce 250-350 gsm pre lepšiu izoláciu a štrukturálnu integritu.
Polyetylénový náterový systém
Bez vodotesnej bariéry by lepenka absorbovala tekutiny v priebehu niekoľkých sekúnd, čo by spôsobilo zlyhanie pohára. Tu sa polyetylénový povlak stáva nevyhnutným pre funkčnosť papierového pohára.
Účel vnútorného náteru
Typicky vnútorný PE náter Hrúbka 10-20 mikrónov plní viacero kritických funkcií:
- Vytvára kompletnú kvapalinovú bariéru zabraňujúcu presakovaniu cez vlákna papiera
- Umožňuje tepelné zatavenie spodného švu počas výroby
- Zabraňuje prenosu chuti alebo zápachu medzi nápojom a papierom
- Zachováva štrukturálnu integritu pri uchovávaní horúcich alebo studených tekutín
Aplikácia vonkajšieho náteru
Mnoho papierových pohárov má tiež vonkajšiu vrstvu PE, aj keď je približne tenšia ako vnútorná vrstva 5-10 mikrónov . Táto vonkajšia vrstva chráni vytlačenú grafiku, zabraňuje vlhkosti z okolitej vlhkosti a poskytuje hladší pocit pri manipulácii s pohárom.
Ďalšie materiály a komponenty
Okrem primárnej lepenky a PE povlaku prispieva ku konečnému produktu papierového pohára niekoľko ďalších materiálov.
Tlačiarenské farby a farbivá
Potravinárske flexografické alebo ofsetové tlačové farby vytvárajú značku, dizajn a informácie na papierových pohároch. Používajú ho predovšetkým moderní výrobcovia atramenty na vodnej alebo sójovej báze ktoré spĺňajú predpisy FDA a EÚ pre styk s potravinami. Tieto atramenty nesmú migrovať do nápojov a zostať stabilné v teplotnom rozsahu od mrazenia až po viac ako 200 °F (93 °C).
Špeciálne nátery pre rôzne aplikácie
| Typ pohára | Náterový materiál | Špecifický prospech |
|---|---|---|
| Štandardné poháre | PE (polyetylén) | Cenovo výhodná hydroizolácia |
| Ekologické poháre | PLA (kyselina polymliečna) | Biologicky odbúrateľný v priemyselnom kompostovaní |
| Prémiovo recyklovateľné | Disperzný náter na vodnej báze | Jednoduchšie oddelenie počas recyklácie |
| Poháre s dvojitou stenou | PE s vrstvou vzduchovej medzery | Zvýšená tepelná izolácia |
Výrobný proces a integrácia materiálov
Pochopenie toho, ako sa tieto materiály kombinujú počas výroby, odhalí, prečo sú papierové poháre konštruované tak, ako sú.
Spôsoby nanášania náterov
Výrobcovia aplikujú PE povlak prostredníctvom vytláčacieho povlaku, kde sa roztavený polyetylén vytláča na pohyblivú lepenku rýchlosťou dosahujúcou 300 metrov za minútu . Horúci plast sa pri ochladzovaní spája priamo s vláknami papiera a vytvára laminovanú štruktúru v jedinom kontinuálnom procese.
Kroky formovania pohára
- Predtlačené, PE potiahnuté lepenkové listy sú vyrezané na polotovary pohárov
- Prírezy sú tvarované do valcových tvarov s prekrývajúcimi sa bočnými švami
- Teplo a tlak aktivujú PE povlak na utesnenie bočného švu
- Disky s kruhovým dnom sú tepelne utesnené k základni pohára
- Okraje pohárov sú stočené smerom von pre štrukturálnu stabilitu a pohodlné pitie
Celý tento proces môže produkovať 100-150 šálok za minútu na moderných vysokorýchlostných strojoch , pričom PE povlak slúži ako vodotesná bariéra aj ako lepidlo na spájanie komponentov pohára.
Environmentálne aspekty materiálov papierových pohárov
Materiálové zloženie papierových pohárov predstavuje významné výzvy pre odpadové hospodárstvo a udržateľnosť životného prostredia.
Recyklačná výzva
Zatiaľ čo lepenka je teoreticky recyklovateľná, PE povlak sťažuje recykláciu konvenčných papierových pohárov. Štandardné zariadenia na recykláciu papiera nedokážu ľahko oddeliť tenkú plastovú vrstvu od papierových vlákien. v dôsledku toho Menej ako 1 % z odhadovaných 600 miliárd papierových pohárov, ktoré sa každoročne celosvetovo používajú, sa skutočne recykluje .
Špecializované recyklačné zariadenia dokážu spracovať papierové poháre pomocou technológie hydrapulping, ktorá rozbije papier a súčasne oddelí plastový povlak. Na celom svete však existuje len obmedzený počet takýchto zariadení a poháre sa musia zbierať oddelene od štandardných tokov recyklácie papiera.
Vývoj alternatívnych materiálov
V reakcii na environmentálne obavy výrobcovia vyvinuli niekoľko alternatívnych materiálov:
- Poháre potiahnuté PLA : Namiesto PE používajte kyselinu polymliečnu na rastlinnej báze, ale vyžadujú si priemyselné kompostovacie zariadenia (vo väčšine oblastí zvyčajne nedostupné)
- Vodou riediteľné disperzné nátery : Dá sa rozdrviť v štandardných recyklačných zariadeniach, hoci výkon nemusí zodpovedať PE pre všetky aplikácie
- Kartón s minerálnou povrchovou úpravou : Používa ílové alebo vápenaté bariéry, čím zlepšuje recyklovateľnosť, ale s obmedzeniami pre horúce nápoje
Bezpečnostné normy pre materiály papierových pohárov
Všetky materiály používané pri výrobe papierových pohárov musia spĺňať prísne bezpečnostné predpisy pre styk s potravinami.
Regulačné požiadavky
V Spojených štátoch FDA reguluje materiály papierových pohárov pod Hlava 21 Kódexu federálnych nariadení (CFR) najmä oddiely 176 a 177 týkajúce sa papiera a polymérnych látok. Európske nariadenia sa riadia rámcovým nariadením EÚ (ES) č. 1935/2004 s ďalšími špecifickými opatreniami pre materiály, ako sú plasty.
Kľúčové požiadavky na testovanie zahŕňajú:
- Testovanie migrácie, aby sa zabezpečilo, že chemikálie neprechádzajú z materiálov do nápojov
- Limity obsahu ťažkých kovov v atramentoch a náteroch
- Obmedzenia fluorescenčných bieliacich činidiel v lepenke
- Testovanie teplotnej stability pre aplikácie s horúcimi nápojmi
Renomovaní výrobcovia vedú dokumentáciu, ktorá dokazuje, že ich materiály sú v súlade s týmito predpismi, a vykonávajú pravidelné testovanie treťou stranou na overenie bezpečnosti.
Variácie pre rôzne typy nápojov
Špecifikácie materiálu papierových pohárov sa výrazne líšia v závislosti od ich zamýšľaného použitia.
Poháre na horúce nápoje
Šálky určené na kávu, čaj a horúcu čokoládu hrubšia lepenka (280-350 g/m2) a môže mať konštrukciu s dvojitou stenou. Vzduchová medzera medzi dvoma vrstvami papiera poskytuje izoláciu a umožňuje zákazníkom pohodlne držať horúce nápoje bez potreby samostatného puzdra. Niektorí výrobcovia pridávajú medzi steny izolačné vrstvy vlnitého papiera.
Studené poháre na nápoje
Poháre na studené nápoje zvyčajne používajú ľahšiu lepenku (210 – 280 g/m2), pretože tepelná izolácia nie je potrebná. Často sa však vyznačujú robustnejším vonkajším PE povlakom, aby sa zabránilo kondenzácii oslabiť štruktúru pohára alebo spôsobiť, že bude klzký pri držaní. Vnútorný povlak musí zabrániť absorpcii vlhkosti pri držaní ľadových nápojov na dlhší čas.
Špeciálne materiály pohárov
Niektoré aplikácie vyžadujú jedinečné materiálové úpravy. Zmrzlinové poháre môžu používať potravinársky voskový náter namiesto PE pre tradičný vzhľad. Polievkové šálky obsahujú PE so zvýšenou tepelnou odolnosťou. Štadiónové poháre a veľkoformátové kontajnery používajú vystuženú lepenku s hrubšími poťahovými vrstvami na podporu väčšej hmotnosti tekutiny.
