لیوان های کاغذی در درجه اول از ساخته شده اند مقوا با روکش پلاستیکی نازک پلی اتیلن (PE). در داخل این ساختار لایه لایه الیاف خمیر چوب تجدید پذیر را با یک مانع ضد آب ترکیب می کند و به فنجان اجازه می دهد تا مایعات را بدون نشت یا متلاشی شدن نگه دارد. اکثر لیوان های کاغذی همچنین حاوی اجزای اضافی مانند جوهرهای درجه مواد غذایی برای چاپ و در برخی موارد، یک پوشش پلی اتیلن جداگانه در قسمت بیرونی هستند.
ترکیب معمولی تقریباً تجزیه می شود 95% مقوا و 5% پوشش پلی اتیلن وزنی . این ساختار به ظاهر ساده شامل انتخاب دقیق مواد و فرآیندهای ساخت است تا اطمینان حاصل شود که فنجان ها عملکرد مورد نظر خود را در عین رعایت استانداردهای ایمنی مواد غذایی انجام می دهند.
لایه پایه مقوایی
شالوده ساختاری هر لیوان کاغذی مقوا است، یک ماده ضخیم مبتنی بر کاغذ که از خمیر چوب به دست می آید. تولیدکنندگان معمولاً از الیاف چوب بکر به جای کاغذ بازیافتی برای فنجان هایی که با مواد غذایی و نوشیدنی ها تماس دارند، استفاده می کنند و از سازگاری و رعایت مقررات سختگیرانه ایمنی مواد غذایی اطمینان حاصل می کنند.
انواع خمیر چوب مورد استفاده
تولید کنندگان لیوان کاغذی خمیر چوب را از دو دسته اصلی تهیه می کنند:
- الیاف چوب نرم (از درختان کاج، صنوبر، صنوبر): این الیاف بلندتر استحکام و دوام ساختار فنجان را فراهم می کند.
- الیاف چوب سخت (از بلوط، توس، اکالیپتوس): این الیاف کوتاه تر سطح صاف تری ایجاد کرده و قابلیت چاپ را بهبود می بخشد.
وزن مقوایی برای لیوان های یکبار مصرف استاندارد متغیر است 170 تا 350 گرم در متر مربع (gsm) با فنجان های نوشیدنی سرد معمولاً از 210-280 گرم در متر و فنجان های نوشیدنی گرم که برای عایق و یکپارچگی ساختاری بهتر به 250-350 گرم در متر نیاز دارند.
سیستم پوشش پلی اتیلن
بدون مانع ضد آب، مقوا در عرض چند ثانیه مایعات را جذب می کند و باعث از بین رفتن فنجان می شود. اینجاست که پوشش پلی اتیلن برای عملکرد لیوان کاغذی ضروری می شود.
هدف پوشش داخلی
پوشش PE داخلی، به طور معمول ضخامت 10-20 میکرون ، چندین عملکرد حیاتی را انجام می دهد:
- یک سد مایع کامل ایجاد می کند که از نشت از طریق الیاف کاغذ جلوگیری می کند
- اجازه می دهد تا درز پایینی در حین ساخت با حرارت آب بندی شود
- از انتقال طعم یا بو بین نوشیدنی و کاغذ جلوگیری می کند
- یکپارچگی ساختاری را هنگام نگهداری مایعات گرم یا سرد حفظ می کند
کاربرد پوشش خارجی
بسیاری از لیوان های کاغذی همچنین دارای یک لایه پلی اتیلن خارجی هستند، اگرچه تقریباً نازک تر از پوشش داخلی هستند 5-10 میکرون . این لایه بیرونی از گرافیک های چاپ شده محافظت می کند، از رطوبت ناشی از رطوبت محیط جلوگیری می کند و هنگام دست زدن به فنجان احساس نرم تری ایجاد می کند.
مواد و اجزای اضافی
فراتر از مقوای اولیه و پوشش پلی اتیلن، چندین ماده دیگر به محصول نهایی لیوان کاغذی کمک می کنند.
جوهر و رنگ چاپ
جوهرهای چاپ افست یا فلکسوگرافی درجه مواد غذایی، نام تجاری، طرح ها و اطلاعات را روی لیوان های کاغذی ایجاد می کنند. تولید کنندگان مدرن عمدتا استفاده می کنند جوهرهای مبتنی بر آب یا سویا که مطابق با مقررات FDA و اتحادیه اروپا در تماس با غذا هستند. این جوهرها نباید به نوشیدنی ها مهاجرت کنند و در محدوده دمایی از انجماد تا بیش از 200 درجه فارنهایت (93 درجه سانتیگراد) پایدار بمانند.
پوشش های تخصصی برای کاربردهای مختلف
| نوع فنجان | مواد پوشش | سود خاص |
|---|---|---|
| فنجان های استاندارد | PE (پلی اتیلن) | عایق رطوبتی مقرون به صرفه |
| فنجان های سازگار با محیط زیست | PLA (پلی لاکتیک اسید) | زیست تخریب پذیر در کمپوست سازی صنعتی |
| قابل بازیافت ممتاز | پوشش پراکندگی مبتنی بر آب | جداسازی آسان تر در حین بازیافت |
| لیوان های دو جداره | پلی اتیلن با لایه شکاف هوا | عایق حرارتی پیشرفته |
فرآیند تولید و یکپارچه سازی مواد
درک چگونگی ترکیب این مواد در طول تولید نشان میدهد که چرا لیوانهای کاغذی به شکلی که هستند ساخته میشوند.
روش های اعمال پوشش
تولید کنندگان پوشش پلی اتیلن را از طریق پوشش اکستروژن اعمال می کنند، جایی که پلی اتیلن مذاب با سرعت های بالا بر روی مقوای متحرک اکسترود می شود. 300 متر در دقیقه . پلاستیک داغ با سرد شدن مستقیماً به الیاف کاغذ می چسبد و در یک فرآیند پیوسته یک ساختار چند لایه ایجاد می کند.
مراحل تشکیل فنجان
- ورق های مقوایی از پیش چاپ شده با پوشش پلی اتیلن به صورت قالب های خالی برش داده می شوند
- قسمت های خالی به شکل های استوانه ای با درزهای جانبی روی هم قرار می گیرند
- گرما و فشار پوشش پلی اتیلن را فعال می کند تا درز جانبی را آب بندی کند
- دیسک های پایین دایره ای به پایه فنجان با حرارت آب بندی می شوند
- رینگ های فنجان برای ثبات ساختاری و نوشیدن راحت به سمت بیرون خمیده شده اند
کل این فرآیند می تواند تولید کند 100-150 فنجان در دقیقه در ماشین های مدرن پرسرعت ، با پوشش پلی اتیلن هم به عنوان مانع ضد آب و هم به عنوان چسب برای اتصال اجزای فنجان عمل می کند.
ملاحظات زیست محیطی مواد لیوان کاغذی
ترکیب مواد لیوان های کاغذی چالش های مهمی را برای مدیریت زباله و پایداری زیست محیطی ایجاد می کند.
چالش بازیافت
در حالی که مقوا از نظر تئوری قابل بازیافت است، پوشش پلی اتیلن بازیافت لیوان کاغذی معمولی را دشوار می کند. تجهیزات استاندارد بازیافت کاغذ نمی توانند به راحتی لایه پلاستیکی نازک را از الیاف کاغذ جدا کنند. در نتیجه، کمتر از 1 درصد از 600 میلیارد لیوان کاغذی تخمین زده شده در جهان که هر سال استفاده می شود، در واقع بازیافت می شوند .
تاسیسات تخصصی بازیافت می توانند لیوان های کاغذی را با استفاده از فناوری هیدروپالپینگ که کاغذ را در حین جداسازی پوشش پلاستیکی تجزیه می کند، پردازش کنند. با این حال، تنها تعداد محدودی از چنین امکاناتی در سرتاسر جهان وجود دارد و فنجان ها باید جدا از جریان های استاندارد بازیافت کاغذ جمع آوری شوند.
توسعه مواد جایگزین
در پاسخ به نگرانی های زیست محیطی، تولید کنندگان چندین ماده جایگزین را توسعه داده اند:
- لیوان های با روکش PLA : از پلی لاکتیک اسید گیاهی به جای پلی اتیلن استفاده کنید، اما به امکانات کمپوست صنعتی نیاز دارید (معمولاً در بیشتر مناطق در دسترس نیست)
- پوشش های پراکندگی مبتنی بر آب : می توان در تاسیسات بازیافت استاندارد دوباره خمیر کرد، اگرچه ممکن است عملکرد برای همه کاربردها با PE مطابقت نداشته باشد
- مقوا با پوشش معدنی : از سدهای خاک رس یا کربنات کلسیم استفاده می کند که قابلیت بازیافت را بهبود می بخشد اما با محدودیت هایی برای نوشیدنی های گرم
استانداردهای ایمنی برای مواد لیوان کاغذی
تمام مواد مورد استفاده در تولید لیوان کاغذی باید با مقررات ایمنی تماس با مواد غذایی دقیق مطابقت داشته باشد.
الزامات نظارتی
در ایالات متحده، FDA مواد لیوان کاغذی را تحت نظارت قرار می دهد عنوان 21 قانون مقررات فدرال (CFR) ، به ویژه بخش های 176 و 177 که کاغذ و مواد پلیمری را پوشش می دهد. مقررات اروپایی از مقررات چارچوب اتحادیه اروپا (EC) شماره 1935/2004 با اقدامات خاص اضافی برای موادی مانند پلاستیک پیروی می کند.
الزامات کلیدی تست عبارتند از:
- آزمایش مهاجرت برای اطمینان از عدم انتقال مواد شیمیایی از مواد به نوشیدنی
- محدودیت محتوای فلزات سنگین در جوهرها و پوشش ها
- محدودیت های عامل سفید کننده فلورسنت در مقوا
- تست پایداری دما برای کاربردهای نوشیدنی گرم
سازندگان معتبر اسنادی را حفظ می کنند که ثابت کند مواد آنها با این مقررات مطابقت دارد و آزمایشات شخص ثالث را برای تأیید ایمنی انجام می دهند.
تغییرات برای انواع مختلف نوشیدنی
مشخصات مواد لیوان کاغذی بسته به کاربرد مورد نظر آنها به طور قابل توجهی متفاوت است.
فنجان های نوشیدنی داغ
فنجان هایی که برای استفاده از قهوه، چای و شکلات داغ طراحی شده اند مقوا ضخیم تر (280-350 گرم در متر) و ممکن است دارای ساختار دوجداره باشد. شکاف هوا بین دو لایه کاغذ عایق را فراهم می کند و به مشتریان این امکان را می دهد که نوشیدنی های گرم را به راحتی و بدون نیاز به یک آستین جداگانه نگه دارند. برخی از تولید کنندگان لایه های کاغذ راه راه عایق را بین دیوارها اضافه می کنند.
لیوان های نوشیدنی سرد
فنجان های نوشیدنی سرد معمولاً از مقوای سبک تر (210-280 گرم در متر) استفاده می کنند زیرا عایق حرارتی مورد نیاز نیست. با این حال، آنها اغلب دارای یک پوشش پلی اتیلن خارجی قوی تر هستند تا از تضعیف ساختار فنجان یا لغزنده شدن آن جلوگیری کند. پوشش داخلی باید هنگام نگهداری نوشیدنی های یخی برای مدت طولانی از جذب رطوبت جلوگیری کند.
مواد تخصصی فنجان
برخی از برنامه ها به سازگاری مواد منحصر به فرد نیاز دارند. فنجان های بستنی ممکن است از روکش موم مخصوص مواد غذایی به جای پلی اتیلن برای ظاهر سنتی استفاده کنند. فنجان های سوپ دارای پلی اتیلن با مقاومت حرارتی بالا هستند. فنجان های استادیوم و ظروف با فرمت بزرگ از مقوای تقویت شده با لایه های پوشش ضخیم تر برای تحمل وزن مایع بیشتر استفاده می کنند.
