Ly giấy chủ yếu được làm bằng bìa có lớp phủ nhựa polyetylen (PE) mỏng ở bên trong. Cấu trúc nhiều lớp này kết hợp sợi bột gỗ tái tạo với lớp chống thấm nước, cho phép cốc chứa chất lỏng mà không bị rò rỉ hoặc phân hủy. Hầu hết các cốc giấy cũng chứa các thành phần bổ sung như mực in dùng cho thực phẩm và trong một số trường hợp có lớp phủ PE riêng biệt ở bên ngoài.
Thành phần điển hình bị phá vỡ thành khoảng 95% bìa giấy và 5% lớp phủ polyetylen theo trọng lượng . Cấu trúc tưởng chừng đơn giản này bao gồm quá trình lựa chọn vật liệu và sản xuất cẩn thận để đảm bảo những chiếc cốc thực hiện chức năng dự định đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn thực phẩm.
Lớp nền bìa giấy
Nền tảng cấu trúc của bất kỳ cốc giấy nào đều là bìa giấy, một loại vật liệu làm từ giấy dày có nguồn gốc từ bột gỗ. Các nhà sản xuất thường sử dụng sợi gỗ nguyên chất thay vì giấy tái chế cho những chiếc cốc tiếp xúc với thực phẩm và đồ uống, đảm bảo tính đồng nhất và đáp ứng các quy định nghiêm ngặt về an toàn thực phẩm.
Các loại bột gỗ được sử dụng
Các nhà sản xuất cốc giấy lấy bột gỗ từ hai loại chính:
- Sợi gỗ mềm (từ cây thông, cây vân sam, cây linh sam): Những sợi dài hơn này mang lại sức bền và độ bền cho cấu trúc cốc
- Sợi gỗ cứng (từ gỗ sồi, bạch dương, bạch đàn): Những sợi ngắn hơn này tạo ra bề mặt mịn hơn và cải thiện khả năng in
Trọng lượng bìa giấy cho cốc dùng một lần tiêu chuẩn dao động từ 170 đến 350 gam trên mét vuông (gsm) , với cốc đựng đồ uống lạnh thường sử dụng định lượng 210-280 gsm và cốc đựng đồ uống nóng cần 250-350 gsm để cách nhiệt tốt hơn và đảm bảo tính toàn vẹn về cấu trúc.
Hệ thống phủ Polyethylene
Nếu không có lớp chống thấm nước, bìa giấy sẽ hấp thụ chất lỏng trong vòng vài giây, khiến chiếc cốc bị hỏng. Đây là lúc lớp phủ polyethylene trở nên cần thiết cho chức năng của cốc giấy.
Mục đích sơn nội thất
Lớp phủ PE bên trong, thường dày 10-20 micron , phục vụ nhiều chức năng quan trọng:
- Tạo ra một rào cản chất lỏng hoàn chỉnh ngăn chặn sự thấm qua sợi giấy
- Cho phép hàn nhiệt đường may phía dưới trong quá trình sản xuất
- Ngăn chặn sự chuyển hương vị hoặc mùi giữa đồ uống và giấy
- Duy trì tính toàn vẹn cấu trúc khi giữ chất lỏng nóng hoặc lạnh
Ứng dụng sơn ngoại thất
Nhiều cốc giấy cũng có lớp PE bên ngoài, mặc dù mỏng hơn lớp phủ bên trong khoảng 5-10 micron . Lớp ngoài này bảo vệ đồ họa in, ngăn độ ẩm từ độ ẩm môi trường và mang lại cảm giác mượt mà hơn khi cầm cốc.
Vật liệu và thành phần bổ sung
Ngoài bìa giấy chính và lớp phủ PE, một số vật liệu khác cũng góp phần tạo nên sản phẩm cốc giấy cuối cùng.
Mực in và thuốc nhuộm
Mực in flexo hoặc offset cấp thực phẩm tạo ra thương hiệu, thiết kế và thông tin trên cốc giấy. Các nhà sản xuất hiện đại chủ yếu sử dụng mực gốc nước hoặc mực gốc đậu nành đáp ứng các quy định về tiếp xúc thực phẩm của FDA và EU. Những loại mực này không được di chuyển vào đồ uống và duy trì ổn định trong phạm vi nhiệt độ từ đóng băng đến hơn 200°F (93°C).
Lớp phủ đặc biệt cho các ứng dụng khác nhau
| Loại cốc | Vật liệu phủ | Lợi ích cụ thể |
|---|---|---|
| Cốc tiêu chuẩn | PE (polyetylen) | Chống thấm tiết kiệm chi phí |
| Cốc thân thiện với môi trường | PLA (axit polylactic) | Phân hủy sinh học trong quá trình ủ phân công nghiệp |
| Tái chế cao cấp | Lớp phủ phân tán gốc nước | Phân tách dễ dàng hơn trong quá trình tái chế |
| Cốc hai vách | PE có lớp khe hở không khí | Tăng cường cách nhiệt |
Quy trình sản xuất và tích hợp vật liệu
Hiểu cách các vật liệu này kết hợp trong quá trình sản xuất sẽ tiết lộ lý do tại sao cốc giấy được chế tạo như vậy.
Phương pháp ứng dụng lớp phủ
Các nhà sản xuất áp dụng lớp phủ PE thông qua lớp phủ ép đùn, trong đó polyetylen nóng chảy được ép đùn lên bìa giấy chuyển động với tốc độ đạt tới 300 mét mỗi phút . Nhựa nóng liên kết trực tiếp với các sợi giấy khi nó nguội đi, tạo ra cấu trúc nhiều lớp trong một quy trình liên tục.
Các bước hình thành cốc
- Các tấm bìa tráng PE in sẵn được cắt khuôn thành các khuôn cốc
- Các phôi được tạo thành hình trụ với các đường nối chồng lên nhau
- Nhiệt và áp suất kích hoạt lớp phủ PE để bịt kín đường may bên
- Đĩa đáy tròn được ép nhiệt vào đế cốc
- Vành cốc được uốn cong ra ngoài để ổn định cấu trúc và uống thoải mái
Toàn bộ quá trình này có thể tạo ra 100-150 cốc/phút trên máy tốc độ cao hiện đại , với lớp phủ PE đóng vai trò vừa là lớp chắn chống thấm nước vừa là chất kết dính để nối các bộ phận của cốc.
Những cân nhắc về môi trường của vật liệu cốc giấy
Thành phần vật liệu của cốc giấy tạo ra những thách thức đáng kể cho việc quản lý chất thải và tính bền vững của môi trường.
Thử thách tái chế
Mặc dù về mặt lý thuyết giấy bìa có thể tái chế được nhưng lớp phủ PE khiến việc tái chế cốc giấy thông thường trở nên khó khăn. Các cơ sở tái chế giấy tiêu chuẩn không thể dễ dàng tách lớp nhựa mỏng ra khỏi sợi giấy. Kết quả là, chưa đến 1% trong số 600 tỷ cốc giấy ước tính được sử dụng trên toàn cầu mỗi năm thực sự được tái chế .
Các cơ sở tái chế chuyên dụng có thể xử lý cốc giấy bằng cách sử dụng công nghệ nghiền nhỏ giấy đồng thời tách lớp phủ nhựa. Tuy nhiên, chỉ có một số lượng hạn chế các cơ sở như vậy tồn tại trên toàn thế giới và cốc phải được thu gom riêng biệt với các luồng tái chế giấy tiêu chuẩn.
Phát triển vật liệu thay thế
Để giải quyết những lo ngại về môi trường, các nhà sản xuất đã phát triển một số vật liệu thay thế:
- Cốc tráng PLA : Sử dụng axit polylactic có nguồn gốc từ thực vật thay vì PE, nhưng cần có cơ sở sản xuất phân bón công nghiệp (thường không có sẵn ở hầu hết các khu vực)
- Lớp phủ phân tán gốc nước : Có thể bị đẩy lùi tại các cơ sở tái chế tiêu chuẩn, mặc dù hiệu suất có thể không phù hợp với PE cho tất cả các ứng dụng
- Giấy tráng khoáng : Sử dụng các rào cản bằng đất sét hoặc canxi cacbonat, cải thiện khả năng tái chế nhưng có những hạn chế đối với đồ uống nóng
Tiêu chuẩn an toàn cho vật liệu cốc giấy
Tất cả các nguyên liệu dùng trong sản xuất cốc giấy đều phải đáp ứng các quy định nghiêm ngặt về an toàn tiếp xúc với thực phẩm.
Yêu cầu quy định
Tại Hoa Kỳ, FDA quản lý vật liệu cốc giấy theo Tiêu đề 21 của Bộ luật Quy định Liên bang (CFR) , đặc biệt là mục 176 và 177 bao gồm giấy và các chất polyme. Các quy định của Châu Âu tuân theo Quy định khung của EU (EC) số 1935/2004 với các biện pháp cụ thể bổ sung dành cho các vật liệu như nhựa.
Các yêu cầu kiểm tra chính bao gồm:
- Thử nghiệm di chuyển để đảm bảo hóa chất không chuyển từ nguyên liệu sang đồ uống
- Giới hạn hàm lượng kim loại nặng trong mực và chất phủ
- Hạn chế chất tẩy trắng huỳnh quang trong bìa giấy
- Kiểm tra độ ổn định nhiệt độ cho các ứng dụng đồ uống nóng
Các nhà sản xuất có uy tín lưu giữ tài liệu chứng minh vật liệu của họ tuân thủ các quy định này và tiến hành kiểm tra thường xuyên của bên thứ ba để xác minh độ an toàn.
Các biến thể cho các loại đồ uống khác nhau
Thông số kỹ thuật của vật liệu cốc giấy thay đổi đáng kể dựa trên mục đích sử dụng của chúng.
Ly đồ uống nóng
Cốc được thiết kế để sử dụng cà phê, trà và sôcôla nóng bìa dày hơn (280-350 gsm) và có thể kết hợp xây dựng tường đôi. Khe hở không khí giữa hai lớp giấy giúp cách nhiệt, cho phép khách hàng cầm đồ uống nóng một cách thoải mái mà không cần có ống bọc riêng. Một số nhà sản xuất thêm các lớp giấy gợn sóng cách nhiệt giữa các bức tường.
Ly đựng đồ uống lạnh
Cốc đựng đồ uống lạnh thường sử dụng loại giấy nhẹ hơn (210-280 gsm) vì không cần cách nhiệt. Tuy nhiên, chúng thường có lớp phủ PE bên ngoài chắc chắn hơn để ngăn chặn sự ngưng tụ hơi nước làm suy yếu cấu trúc cốc hoặc khiến cốc bị trơn khi cầm. Lớp phủ bên trong phải ngăn chặn sự hấp thụ độ ẩm khi đựng đồ uống có đá trong thời gian dài.
Vật liệu làm cốc đặc biệt
Một số ứng dụng yêu cầu sự thích ứng vật liệu độc đáo. Cốc đựng kem có thể sử dụng lớp phủ sáp cấp thực phẩm thay vì PE để có hình thức truyền thống. Cốc súp kết hợp PE với khả năng chịu nhiệt tăng cường. Cốc sân vận động và hộp đựng khổ lớn sử dụng bìa gia cố với các lớp phủ dày hơn để hỗ trợ trọng lượng chất lỏng lớn hơn.
