Papírové kelímky jsou primárně vyrobeny z lepenka s tenkým polyetylenovým (PE) plastovým povlakem na vnitřní straně. Tato vrstvená konstrukce kombinuje obnovitelná vlákna dřevité buničiny s voděodolnou bariérou, což umožňuje, aby kelímek pojal tekutiny, aniž by vytékal nebo se rozpadal. Většina papírových kelímků také obsahuje další komponenty, jako jsou potravinářské inkousty pro tisk a v některých případech samostatný PE povlak na vnější straně.
Typické složení se rozpadá na přibližně 95 % lepenky a 5 % polyetylenového potahu podle hmotnosti . Tato zdánlivě jednoduchá struktura zahrnuje pečlivý výběr materiálu a výrobní procesy, aby bylo zajištěno, že kelímky plní svou zamýšlenou funkci a zároveň splňují normy bezpečnosti potravin.
Základní vrstva lepenky
Konstrukčním základem každého papírového kelímku je lepenka, silný materiál na bázi papíru získaný z buničiny. Výrobci obvykle používají přírodní dřevěná vlákna spíše než recyklovaný papír pro kelímky, které přicházejí do styku s potravinami a nápoji, čímž zajišťují konzistenci a splňují přísné předpisy o bezpečnosti potravin.
Druhy používané dřevní buničiny
Výrobci papírových kelímků získávají dřevěnou buničinu ze dvou hlavních kategorií:
- Vlákna z měkkého dřeva (z borovice, smrku, jedle): Tato delší vlákna zajišťují pevnost a odolnost struktury poháru
- Vlákna z tvrdého dřeva (z dubu, břízy, eukalyptu): Tato kratší vlákna vytvářejí hladší povrch a zlepšují potiskovatelnost
Hmotnost lepenky pro standardní jednorázové kelímky se pohybuje od 170 až 350 gramů na metr čtvereční (gsm) , přičemž kelímky na studené nápoje obvykle používají 210-280 gsm a kelímky na horké nápoje vyžadují 250-350 gsm pro lepší izolaci a strukturální integritu.
Polyetylenový nátěrový systém
Bez vodotěsné bariéry by lepenka absorbovala tekutiny během několika sekund, což by způsobilo selhání kelímku. Zde se polyetylenový povlak stává nezbytným pro funkčnost papírových kelímků.
Účel vnitřního nátěru
Obvykle vnitřní PE povlak Tloušťka 10-20 mikronů plní několik důležitých funkcí:
- Vytváří kompletní kapalinovou bariéru zabraňující prosakování papírovými vlákny
- Umožňuje tepelné zatavení spodního švu během výroby
- Zabraňuje přenosu chuti nebo zápachu mezi nápojem a papírem
- Zachovává strukturální integritu při zadržování horkých nebo studených kapalin
Aplikace vnějšího nátěru
Mnoho papírových kelímků má také vnější vrstvu PE, i když přibližně tenčí než vnitřní povlak 5-10 mikronů . Tato vnější vrstva chrání tištěnou grafiku, zabraňuje vlhkosti z okolní vlhkosti a poskytuje hladší pocit při manipulaci s šálkem.
Další materiály a komponenty
Kromě primární lepenky a PE povlaku přispívá ke konečnému produktu papírového kelímku několik dalších materiálů.
Tiskařské inkousty a barviva
Potravinářské flexografické nebo ofsetové tiskové barvy vytvářejí značku, design a informace na papírových kelímcích. Moderní výrobci používají převážně inkousty na vodní nebo sójové bázi které splňují předpisy FDA a EU pro styk s potravinami. Tyto inkousty nesmí migrovat do nápojů a zůstat stabilní v rozmezí teplot od mrazu až po více než 200 °F (93 °C).
Speciální nátěry pro různé aplikace
| Typ pohárku | Nátěrový materiál | Specifický přínos |
|---|---|---|
| Standardní poháry | PE (polyethylen) | Cenově výhodná hydroizolace |
| Ekologické poháry | PLA (kyselina polymléčná) | Biologicky rozložitelný v průmyslovém kompostování |
| Prémiově recyklovatelné | Disperzní nátěr na vodní bázi | Snazší separace při recyklaci |
| Dvoustěnné šálky | PE s vrstvou vzduchové mezery | Zvýšená tepelná izolace |
Výrobní proces a integrace materiálů
Pochopení toho, jak se tyto materiály kombinují během výroby, odhalí, proč jsou papírové kelímky konstruovány tak, jak jsou.
Způsoby nanášení nátěrů
Výrobci aplikují PE povlak prostřednictvím vytlačování, kdy je roztavený polyetylen vytlačován na pohybující se lepenku rychlostí dosahující 300 metrů za minutu . Horký plast se při ochlazování spojuje přímo s vlákny papíru a vytváří laminovanou strukturu v jediném kontinuálním procesu.
Kroky formování poháru
- Předtištěné archy lepenky potažené PE jsou vysekány na polotovary pohárů
- Přířezy jsou tvarovány do válcových tvarů s překrývajícími se bočními švy
- Teplo a tlak aktivují PE povlak k utěsnění bočního švu
- Kotouče s kruhovým dnem jsou tepelně utěsněny k základně šálku
- Okraje šálků jsou stočené směrem ven pro strukturální stabilitu a pohodlné pití
Celý tento proces může produkovat 100-150 šálků za minutu na moderních vysokorychlostních strojích , přičemž PE povlak slouží jak jako vodotěsná bariéra, tak jako lepidlo pro spojování součástí pohárků.
Ekologické aspekty materiálů papírových kelímků
Materiálové složení papírových kelímků představuje významné výzvy pro nakládání s odpady a udržitelnost životního prostředí.
Recyklační výzva
Zatímco lepenka je teoreticky recyklovatelná, PE povlak ztěžuje recyklaci konvenčních papírových kelímků. Standardní zařízení na recyklaci papíru nemohou snadno oddělit tenkou plastovou vrstvu od papírových vláken. v důsledku toho méně než 1 % z odhadovaných 600 miliard papírových kelímků používaných na celém světě každý rok je skutečně recyklováno .
Specializovaná recyklační zařízení mohou zpracovávat papírové kelímky pomocí technologie hydrapulping, která rozkládá papír a zároveň odděluje plastový povlak. Na celém světě však existuje pouze omezený počet takových zařízení a kelímky musí být sbírány odděleně od standardních toků recyklace papíru.
Vývoj alternativních materiálů
V reakci na obavy o životní prostředí vyvinuli výrobci několik alternativních materiálů:
- Poháry potažené PLA : Používejte rostlinnou polymléčnou kyselinu místo PE, ale vyžadují průmyslové kompostovací zařízení (obvykle nedostupné ve většině oblastí)
- Vodou ředitelné disperzní nátěry : Lze jej rozdrtit ve standardních recyklačních zařízeních, ačkoli výkon nemusí odpovídat PE pro všechny aplikace
- Karton s minerálním povlakem : Používá bariéry z jílu nebo uhličitanu vápenatého, zlepšuje recyklovatelnost, ale s omezeními pro horké nápoje
Bezpečnostní normy pro materiály papírových kelímků
Všechny materiály používané při výrobě papírových kelímků musí splňovat přísné bezpečnostní předpisy pro styk s potravinami.
Regulační požadavky
Ve Spojených státech FDA reguluje materiály papírových kelímků pod Hlava 21 Kodexu federálních předpisů (CFR) , zejména oddíly 176 a 177 týkající se papíru a polymerních látek. Evropské předpisy se řídí rámcovým nařízením EU (ES) č. 1935/2004 s dalšími specifickými opatřeními pro materiály, jako jsou plasty.
Mezi klíčové požadavky na testování patří:
- Testování migrace, aby se zajistilo, že se chemikálie nepřenesou z materiálů do nápojů
- Limity obsahu těžkých kovů v inkoustech a nátěrech
- Omezení fluorescenčních bělicích činidel v kartonu
- Testování teplotní stability pro aplikace s horkými nápoji
Renomovaní výrobci uchovávají dokumentaci prokazující, že jejich materiály splňují tyto předpisy, a provádějí pravidelné testování třetí stranou, aby ověřili bezpečnost.
Variace pro různé typy nápojů
Specifikace materiálu papírových kelímků se výrazně liší v závislosti na jejich zamýšleném použití.
Hrnky na horké nápoje
Šálky určené na kávu, čaj a horkou čokoládu silnější lepenka (280-350 gsm) a může zahrnovat konstrukci s dvojitou stěnou. Vzduchová mezera mezi dvěma vrstvami papíru poskytuje izolaci a umožňuje zákazníkům pohodlně držet horké nápoje, aniž by potřebovali samostatný rukáv. Někteří výrobci přidávají mezi stěny izolační vrstvy z vlnitého papíru.
Studené poháry na nápoje
Kelímky na studené nápoje obvykle používají lehčí lepenku (210-280 g/m2), protože tepelná izolace není nutná. Často se však vyznačují robustnějším vnějším PE povlakem, aby se zabránilo kondenzaci oslabující strukturu pohárku nebo jeho kluzkosti při držení. Vnitřní povlak musí zabránit absorpci vlhkosti při dlouhodobém držení ledových nápojů.
Speciální materiály pohárů
Některé aplikace vyžadují jedinečné materiálové úpravy. Zmrzlinové poháry mohou používat potravinářský voskový povlak namísto PE pro tradiční vzhled. Polévkové šálky obsahují PE se zvýšenou tepelnou odolností. Stadionové kelímky a velkoformátové nádoby používají vyztuženou lepenku se silnějšími potahovými vrstvami pro podporu větší hmotnosti kapaliny.
