ถ้วยกระดาษ จะทำมาจาก กระดาษแข็งเคลือบพลาสติกโพลีเอทิลีน (PE) แบบบาง ด้านใน โครงสร้างหลายชั้นนี้ผสมผสานเส้นใยเยื่อไม้หมุนเวียนเข้ากับแผงกั้นน้ำ ช่วยให้ถ้วยเก็บของเหลวได้โดยไม่รั่วหรือแตกตัว ถ้วยกระดาษส่วนใหญ่ยังมีส่วนประกอบเพิ่มเติม เช่น หมึกเกรดอาหารสำหรับการพิมพ์ และในบางกรณี ก็มีการเคลือบ PE แยกต่างหากที่ด้านนอก
องค์ประกอบทั่วไปแบ่งได้ประมาณ กระดาษแข็ง 95% และเคลือบโพลีเอทิลีน 5% โดยน้ำหนัก . โครงสร้างที่ดูเรียบง่ายนี้เกี่ยวข้องกับการเลือกวัสดุและกระบวนการผลิตอย่างระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่าถ้วยทำงานได้ตามที่ตั้งใจไว้โดยเป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัยของอาหาร
ชั้นฐานกระดาษแข็ง
รากฐานโครงสร้างของถ้วยกระดาษคือกระดาษแข็ง ซึ่งเป็นวัสดุที่ทำจากกระดาษหนาซึ่งได้มาจากเยื่อไม้ โดยทั่วไปแล้วผู้ผลิตจะใช้เส้นใยไม้บริสุทธิ์แทนกระดาษรีไซเคิลสำหรับถ้วยที่สัมผัสกับอาหารและเครื่องดื่ม เพื่อให้มั่นใจถึงความสม่ำเสมอและเป็นไปตามกฎระเบียบด้านความปลอดภัยของอาหารที่เข้มงวด
ประเภทของเยื่อไม้ที่ใช้
ผู้ผลิตถ้วยกระดาษจัดหาเยื่อไม้จากสองประเภทหลัก:
- เส้นใยไม้เนื้ออ่อน (จากต้นสน ต้นสปรูซ ต้นเฟอร์): เส้นใยที่ยาวเหล่านี้ให้ความแข็งแรงและความทนทานแก่โครงสร้างคัพ
- เส้นใยไม้เนื้อแข็ง (จากไม้โอ๊ค ไม้เบิร์ช ยูคาลิปตัส): เส้นใยที่สั้นกว่าเหล่านี้จะสร้างพื้นผิวที่เรียบเนียนยิ่งขึ้นและปรับปรุงความสามารถในการพิมพ์
น้ำหนักกระดาษแข็งสำหรับถ้วยแบบใช้แล้วทิ้งมาตรฐานมีตั้งแต่ 170 ถึง 350 กรัมต่อตารางเมตร (แกรม) โดยถ้วยเครื่องดื่มเย็นโดยทั่วไปจะใช้ 210-280 แกรม และถ้วยเครื่องดื่มร้อนต้องใช้ 250-350 แกรม เพื่อเป็นฉนวนและความสมบูรณ์ของโครงสร้างที่ดีขึ้น
ระบบเคลือบโพลีเอทิลีน
หากไม่มีสิ่งกีดขวางกันน้ำ กระดาษแข็งจะดูดซับของเหลวภายในไม่กี่วินาที ส่งผลให้ถ้วยเสียหาย นี่คือจุดที่การเคลือบโพลีเอทิลีนกลายเป็นสิ่งจำเป็นต่อการทำงานของถ้วยกระดาษ
วัตถุประสงค์ในการเคลือบภายใน
โดยทั่วไปแล้วการเคลือบ PE ภายใน หนา 10-20 ไมครอน ทำหน้าที่สำคัญหลายประการ:
- สร้างกำแพงกั้นของเหลวที่สมบูรณ์ป้องกันการซึมผ่านเส้นใยกระดาษ
- ช่วยให้สามารถปิดผนึกตะเข็บด้านล่างด้วยความร้อนระหว่างการผลิต
- ป้องกันกลิ่นหรือกลิ่นถ่ายโอนระหว่างเครื่องดื่มกับกระดาษ
- รักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างเมื่อถือของเหลวร้อนหรือเย็น
การประยุกต์ใช้การเคลือบภายนอก
ถ้วยกระดาษจำนวนมากมีชั้น PE ภายนอก แม้ว่าจะบางกว่าการเคลือบภายในประมาณก็ตาม 5-10 ไมครอน . ชั้นนอกนี้ช่วยปกป้องกราฟิกที่พิมพ์ ป้องกันความชื้นจากความชื้นในสิ่งแวดล้อม และให้ความรู้สึกนุ่มนวลมากขึ้นเมื่อถือถ้วย
วัสดุและส่วนประกอบเพิ่มเติม
นอกเหนือจากกระดาษแข็งหลักและการเคลือบ PE แล้ว ยังมีวัสดุอื่นๆ อีกหลายชนิดที่มีส่วนร่วมในผลิตภัณฑ์ถ้วยกระดาษขั้นสุดท้าย
หมึกพิมพ์และสีย้อม
หมึกพิมพ์เฟล็กโซกราฟีหรือออฟเซ็ตเกรดอาหารจะสร้างแบรนด์ การออกแบบ และข้อมูลบนถ้วยกระดาษ ผู้ผลิตสมัยใหม่นิยมใช้กันเป็นส่วนใหญ่ หมึกสูตรน้ำหรือจากถั่วเหลือง ที่เป็นไปตามข้อกำหนดการสัมผัสอาหารของ FDA และ EU หมึกเหล่านี้จะต้องไม่ไหลเข้าสู่เครื่องดื่มและคงความเสถียรในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่เยือกแข็งไปจนถึงมากกว่า 200°F (93°C)
การเคลือบพิเศษสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน
| ประเภทคัพ | วัสดุเคลือบ | ผลประโยชน์เฉพาะ |
|---|---|---|
| ถ้วยมาตรฐาน | PE (โพลีเอทิลีน) | กันซึมราคาประหยัด |
| ถ้วยเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม | PLA (กรดโพลีแลกติก) | ย่อยสลายได้ทางชีวภาพในการทำปุ๋ยหมักทางอุตสาหกรรม |
| พรีเมี่ยมรีไซเคิลได้ | การเคลือบกระจายตัวแบบน้ำ | แยกได้ง่ายขึ้นระหว่างการรีไซเคิล |
| ถ้วยผนังสองชั้น | PE พร้อมชั้นช่องว่างอากาศ | ฉนวนกันความร้อนที่เพิ่มขึ้น |
กระบวนการผลิตและการบูรณาการวัสดุ
การทำความเข้าใจว่าวัสดุเหล่านี้รวมกันอย่างไรในระหว่างการผลิตเผยให้เห็นว่าเหตุใดถ้วยกระดาษจึงถูกสร้างขึ้นในลักษณะที่เป็นอยู่
วิธีการเคลือบ
ผู้ผลิตใช้การเคลือบ PE ผ่านการเคลือบผิวแบบอัดขึ้นรูป โดยที่โพลีเอทิลีนหลอมเหลวจะถูกอัดลงบนกระดาษแข็งที่กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วถึง 300 เมตรต่อนาที . พลาสติกร้อนจะเกาะติดโดยตรงกับเส้นใยกระดาษในขณะที่เย็นตัวลง ทำให้เกิดโครงสร้างเคลือบในกระบวนการต่อเนื่องเพียงครั้งเดียว
ขั้นตอนการสร้างถ้วย
- แผ่นกระดาษแข็งเคลือบ PE ที่พิมพ์ไว้ล่วงหน้าจะถูกไดคัทลงในช่องว่างถ้วย
- ช่องว่างจะถูกสร้างขึ้นเป็นรูปทรงกระบอกโดยมีตะเข็บด้านข้างทับซ้อนกัน
- ความร้อนและแรงดันจะกระตุ้นการเคลือบ PE เพื่อปิดผนึกตะเข็บด้านข้าง
- แผ่นก้นกลมปิดผนึกด้วยความร้อนที่ฐานถ้วย
- ขอบคัพโค้งงอออกไปด้านนอกเพื่อความมั่นคงของโครงสร้างและการดื่มที่สะดวกสบาย
กระบวนการทั้งหมดนี้สามารถผลิตได้ 100-150 ถ้วยต่อนาทีด้วยเครื่องความเร็วสูงที่ทันสมัย โดยมีการเคลือบ PE ทำหน้าที่เป็นทั้งกั้นน้ำและเป็นกาวสำหรับเชื่อมส่วนประกอบของถ้วย
ข้อพิจารณาด้านสิ่งแวดล้อมของวัสดุถ้วยกระดาษ
องค์ประกอบของวัสดุของถ้วยกระดาษสร้างความท้าทายที่สำคัญสำหรับการจัดการขยะและความยั่งยืนด้านสิ่งแวดล้อม
ความท้าทายในการรีไซเคิล
แม้ว่ากระดาษแข็งสามารถรีไซเคิลได้ตามทฤษฎี แต่การเคลือบ PE ทำให้การรีไซเคิลถ้วยกระดาษแบบเดิมๆ เป็นเรื่องยาก โรงงานรีไซเคิลกระดาษมาตรฐานไม่สามารถแยกชั้นพลาสติกบางๆ ออกจากเส้นใยกระดาษได้อย่างง่ายดาย เป็นผลให้ น้อยกว่า 1% ของถ้วยกระดาษประมาณ 600 พันล้านชิ้นที่ใช้ทั่วโลกในแต่ละปีได้รับการรีไซเคิลจริงๆ .
โรงงานรีไซเคิลเฉพาะทางสามารถแปรรูปถ้วยกระดาษโดยใช้เทคโนโลยี hydrapulping ที่จะทำลายกระดาษขณะแยกสารเคลือบพลาสติก อย่างไรก็ตาม มีสถานที่ดังกล่าวจำนวนจำกัดทั่วโลก และถ้วยจะต้องรวบรวมแยกต่างหากจากกระแสการรีไซเคิลกระดาษมาตรฐาน
การพัฒนาวัสดุทดแทน
เพื่อตอบสนองต่อข้อกังวลด้านสิ่งแวดล้อม ผู้ผลิตได้พัฒนาวัสดุทางเลือกหลายอย่าง:
- ถ้วยเคลือบ PLA : ใช้กรดโพลิแลกติกจากพืชแทน PE แต่ต้องใช้โรงงานทำปุ๋ยหมักทางอุตสาหกรรม (โดยทั่วไปไม่มีในพื้นที่ส่วนใหญ่)
- สารเคลือบกระจายตัวสูตรน้ำ : สามารถรีไซเคิลได้ในโรงงานรีไซเคิลมาตรฐาน แม้ว่าประสิทธิภาพอาจไม่ตรงกับ PE สำหรับการใช้งานทั้งหมดก็ตาม
- กระดาษแข็งเคลือบมิเนอรัล : ใช้ดินเหนียวหรือแคลเซียมคาร์บอเนต ช่วยเพิ่มความสามารถในการรีไซเคิล แต่มีข้อจำกัดสำหรับเครื่องดื่มร้อน
มาตรฐานความปลอดภัยสำหรับวัสดุถ้วยกระดาษ
วัสดุทั้งหมดที่ใช้ในการผลิตถ้วยกระดาษต้องเป็นไปตามกฎระเบียบด้านความปลอดภัยในการสัมผัสกับอาหารที่เข้มงวด
ข้อกำหนดด้านกฎระเบียบ
ในสหรัฐอเมริกา FDA ควบคุมวัสดุถ้วยกระดาษภายใต้ หัวข้อ 21 ของประมวลกฎหมายรัฐบาลกลาง (CFR) โดยเฉพาะมาตรา 176 และ 177 ที่ครอบคลุมถึงกระดาษและสารโพลีเมอร์ กฎระเบียบของยุโรปเป็นไปตามระเบียบ EU Framework (EC) หมายเลข 1935/2004 โดยมีมาตรการเฉพาะเพิ่มเติมสำหรับวัสดุ เช่น พลาสติก
ข้อกำหนดการทดสอบที่สำคัญ ได้แก่ :
- การทดสอบการโยกย้ายเพื่อให้แน่ใจว่าสารเคมีจะไม่ถ่ายโอนจากวัสดุไปยังเครื่องดื่ม
- ปริมาณโลหะหนักมีขีดจำกัดในหมึกและสารเคลือบ
- ข้อจำกัดของสารฟอกสีฟันฟลูออเรสเซนต์ในกระดาษแข็ง
- การทดสอบความคงตัวของอุณหภูมิสำหรับการใช้งานเครื่องดื่มร้อน
ผู้ผลิตที่มีชื่อเสียงจะเก็บรักษาเอกสารที่พิสูจน์ว่าวัสดุของตนเป็นไปตามข้อบังคับเหล่านี้ และดำเนินการทดสอบโดยบุคคลที่สามเป็นประจำเพื่อตรวจสอบความปลอดภัย
รูปแบบต่างๆ สำหรับเครื่องดื่มประเภทต่างๆ
ข้อมูลจำเพาะของวัสดุถ้วยกระดาษจะแตกต่างกันไปตามวัตถุประสงค์การใช้งาน
ถ้วยเครื่องดื่มร้อน
ถ้วยที่ออกแบบมาเพื่อใช้สำหรับดื่มกาแฟ ชา และช็อคโกแลตร้อน กระดาษแข็งหนาขึ้น (280-350 แกรม) และอาจรวมการก่อสร้างผนังสองชั้น ช่องว่างอากาศระหว่างชั้นกระดาษสองชั้นเป็นฉนวน ช่วยให้ลูกค้าสามารถเก็บเครื่องดื่มร้อนได้สบายโดยไม่ต้องมีปลอกแยก ผู้ผลิตบางรายเพิ่มชั้นกระดาษลูกฟูกที่เป็นฉนวนระหว่างผนัง
ถ้วยเครื่องดื่มเย็น
โดยทั่วไปแล้วถ้วยเครื่องดื่มเย็นจะใช้กระดาษแข็งที่มีน้ำหนักเบา (210-280 แกรม) เนื่องจากไม่จำเป็นต้องมีฉนวนกันความร้อน อย่างไรก็ตาม มักมีการเคลือบ PE ภายนอกที่แข็งแกร่งกว่า เพื่อป้องกันการควบแน่นไม่ให้โครงสร้างถ้วยอ่อนลงหรือทำให้ถือลื่น การเคลือบภายในจะต้องป้องกันการดูดซับความชื้นเมื่อถือเครื่องดื่มเย็นเป็นเวลานาน
วัสดุถ้วยพิเศษ
การใช้งานบางประเภทจำเป็นต้องมีการดัดแปลงวัสดุที่เป็นเอกลักษณ์ ถ้วยไอศกรีมอาจใช้การเคลือบแวกซ์เกรดอาหารแทน PE เพื่อให้มีรูปลักษณ์แบบดั้งเดิม ถ้วยซุปรวม PE ที่มีคุณสมบัติต้านทานความร้อนได้ดียิ่งขึ้น ถ้วยสนามกีฬาและภาชนะรูปแบบขนาดใหญ่ใช้กระดาษแข็งเสริมแรงที่มีชั้นเคลือบหนาขึ้นเพื่อรองรับน้ำหนักของเหลวที่มากขึ้น
