紙コップ 主にから作られています 薄いポリエチレン (PE) プラスチック コーティングが施された板紙 内側に。この層状構造は、再生可能な木材パルプ繊維と防水バリアを組み合わせており、カップが漏れたり崩壊したりすることなく液体を保持できるようになります。ほとんどの紙コップには、印刷用の食品グレードのインクなどの追加コンポーネントも含まれており、場合によっては外側に別の PE コーティングが施されています。
典型的な組成は次のようになります。 重量で95%の板紙と5%のポリエチレンコーティング 。この一見シンプルな構造には、食品安全基準を満たしながらカップが本来の機能を確実に発揮できるようにするための、慎重な材料選択と製造プロセスが含まれます。
板紙ベース層
紙コップの構造基盤は、木材パルプから得られる厚い紙ベースの材料である板紙です。メーカーは通常、食品や飲料と接触するカップに再生紙ではなくバージンウッドファイバーを使用し、一貫性を確保し、厳しい食品安全規制を満たしています。
使用される木材パルプの種類
紙コップメーカーは、次の 2 つの主要なカテゴリから木材パルプを調達しています。
- 針葉樹繊維 (松、トウヒ、モミの木から): これらの長い繊維は、カップ構造に強度と耐久性を与えます。
- 広葉樹繊維 (オーク、樺、ユーカリ由来): これらの短い繊維により、より滑らかな表面仕上げが実現され、印刷適性が向上します。
標準的な使い捨てカップの板紙重量の範囲は次のとおりです。 170 ～ 350 グラム/平方メートル (gsm) 、冷たい飲み物のカップには通常 210 ～ 280 gsm が使用され、温かい飲み物のカップには断熱性と構造的完全性を高めるために 250 ～ 350 gsm が必要です。
ポリエチレンコーティングシステム
防水バリアがなければ、板紙は数秒以内に液体を吸収し、カップが破損する原因となります。ここで、紙コップの機能にポリエチレンコーティングが不可欠となります。
内装塗装の目的
内部の PE コーティングは通常、 厚さ10～20ミクロン 、複数の重要な機能を果たします。
- 紙繊維からの浸透を防ぐ完全な液体バリアを形成します。
- 製造時に底部の縫い目をヒートシールすることが可能
- 飲料と紙の間の味や匂いの移行を防ぎます。
- 熱い液体または冷たい液体を保持する際に構造の完全性を維持します
外装塗装の施工
多くの紙コップは外側の PE 層も特徴としていますが、内側のコーティングよりも約 10% 薄いです。 5～10ミクロン 。この外層は、印刷されたグラフィックを保護し、環境湿度による湿気を防ぎ、カップを扱うときにより滑らかな感触を提供します。
追加の材料とコンポーネント
主要な板紙と PE コーティングを超えて、他のいくつかの材料が紙カップの最終製品に貢献します。
印刷インキと染料
食品グレードのフレキソ印刷またはオフセット印刷インクを使用して、紙カップにブランド、デザイン、情報を作成します。現代のメーカーは主に使用しています 水性または大豆ベースのインク FDA および EU の食品接触規制に適合するもの。これらのインクは飲料に移行してはならず、氷点下から 200°F (93°C) 以上の温度範囲にわたって安定性を保つ必要があります。
さまざまな用途向けの特殊コーティング
| カップタイプ | コーティング材 | 具体的なメリット |
|---|---|---|
| スタンダードカップ | PE(ポリエチレン) | 費用対効果の高い防水工事 |
| 環境に優しいカップ | PLA（ポリ乳酸） | 産業用堆肥化で生分解性 |
| プレミアムリサイクル可能 | 水性分散塗料 | リサイクル時の分別が容易 |
| 二重壁カップ | エアギャップ層付きPE | 強化された断熱性 |
製造プロセスと材料の統合
これらの材料が製造中にどのように組み合わされるかを理解すると、紙コップがそのように作られる理由が明らかになります。
コーティングの塗布方法
メーカーは、溶融ポリエチレンを移動する板紙上に最高速度で押し出す押出コーティングによって PE コーティングを適用します。 毎分300メートル 。熱いプラスチックは冷えるにつれて紙の繊維に直接結合し、単一の連続プロセスで積層構造を形成します。
カップ形成手順
- 事前に印刷されたPEコーティングされた板紙シートがカップブランクに打ち抜かれます。
- ブランクはサイドシームが重なる円筒形に成形されます。
- 熱と圧力によりPEコーティングが活性化され、サイドシームが密閉されます。
- 円形の底部ディスクはカップベースにヒートシールされています。
- カップの縁は外側にカールしており、構造の安定性と快適な飲み心地を実現しています。
このプロセス全体で生成できるのは、 最新の高速マシンでは毎分 100 ～ 150 カップ 、PEコーティングは防水バリアとカップコンポーネントを結合するための接着剤の両方として機能します。
紙コップ素材の環境配慮
紙コップの材料構成は、廃棄物管理と環境の持続可能性にとって重大な課題を引き起こします。
リサイクルへの挑戦
板紙は理論的にはリサイクル可能ですが、PE コーティングにより従来の紙コップのリサイクルが困難になります。標準的な紙リサイクル施設では、薄いプラスチック層を紙の繊維から簡単に分離することはできません。その結果、 世界で毎年使用される推定 6,000 億個の紙コップのうち、実際にリサイクルされるのは 1% 未満です .
専門のリサイクル施設では、プラスチックコーティングを分離しながら紙を分解するハイドラパルプ技術を使用して紙カップを処理できます。ただし、そのような施設は世界中で限られた数しか存在しないため、カップは標準的な紙リサイクルの流れとは別に収集する必要があります。
代替材料の開発
環境への懸念に応えて、メーカーはいくつかの代替材料を開発しました。
- PLAコーティングされたカップ : PEの代わりに植物由来のポリ乳酸を使用しますが、工業用堆肥化施設が必要です(通常、ほとんどの地域では利用できません)。
- 水性分散塗料 : 標準的なリサイクル施設で再パルプ化できますが、すべての用途で性能が PE に匹敵するわけではありません。
- ミネラルコート板紙 ：粘土または炭酸カルシウムのバリアを使用し、リサイクル性を向上させますが、温かい飲み物には制限があります
紙コップ材質の安全基準
紙カップの製造に使用されるすべての材料は、厳しい食品接触安全規制を満たさなければなりません。
規制要件
米国では、FDA が紙コップの材質を規制しています。 連邦規則集 (CFR) タイトル 21 、特に紙とポリマー物質を扱うセクション 176 と 177。欧州の規制は EU 枠組み規制 (EC) No 1935/2004 に従っており、プラスチックなどの材料に対する追加の具体的な措置が追加されています。
主要なテスト要件は次のとおりです。
- 化学物質が材料から飲料に移行しないことを確認する移行テスト
- インクおよびコーティングにおける重金属含有量の制限
- 板紙における蛍光増白剤の制限
- ホットドリンク用途の温度安定性試験
評判の良い製造業者は、自社の材料がこれらの規制に準拠していることを証明する文書を保管し、定期的に第三者によるテストを実施して安全性を検証しています。
飲み物の種類に応じたバリエーション
紙コップの材質仕様は、用途によって大きく異なります。
ホットドリンクカップ
コーヒー、紅茶、ホットチョコレート用に設計されたカップ より厚い板紙 (280-350 gsm) 二重壁構造を組み込むこともできます。 2 つの紙層間の空隙が断熱効果をもたらし、別のスリーブを必要とせずに温かい飲み物を快適に保持できます。メーカーによっては、壁の間に断熱段ボール層を追加している場合があります。
冷たい飲み物のカップ
冷たい飲み物のカップには、断熱材が必要ないため、通常、軽量の板紙 (210 ～ 280 gsm) が使用されます。ただし、結露によってカップ構造が弱くなったり、持ちやすくなったりするのを防ぐために、より堅牢な外側の PE コーティングが施されていることがよくあります。内側のコーティングは、冷たい飲み物を長時間保持する場合の吸湿を防ぐ必要があります。
特殊カップ材質
一部の用途では、独自の材料適応が必要です。アイスクリームカップは、伝統的な外観を実現するために、PEの代わりに食品グレードのワックスコーティングを使用する場合があります。スープカップには耐熱性を高めたPEを採用。スタジアム カップと大判容器は、より大きな液体重量をサポートするために、より厚いコーティング層を備えた強化板紙を使用しています。
