Pappbecher bestehen hauptsächlich aus Karton mit einer dünnen Kunststoffbeschichtung aus Polyethylen (PE). auf der Innenseite. Diese Schichtkonstruktion kombiniert erneuerbare Holzzellstofffasern mit einer wasserdichten Barriere, sodass der Becher Flüssigkeiten aufnehmen kann, ohne auszulaufen oder sich aufzulösen. Die meisten Pappbecher enthalten außerdem zusätzliche Komponenten wie lebensmittelechte Tinten zum Bedrucken und in einigen Fällen eine separate PE-Beschichtung auf der Außenseite.
Die typische Zusammensetzung gliedert sich in etwa auf 95 % Karton und 5 % Polyethylenbeschichtung nach Gewicht . Diese scheinbar einfache Struktur erfordert eine sorgfältige Materialauswahl und Herstellungsprozesse, um sicherzustellen, dass die Becher ihre beabsichtigte Funktion erfüllen und gleichzeitig den Lebensmittelsicherheitsstandards entsprechen.
Die Basisschicht aus Pappe
Die strukturelle Grundlage jedes Pappbechers ist Pappe, ein dickes Material auf Papierbasis, das aus Zellstoff gewonnen wird. Für Becher, die mit Lebensmitteln und Getränken in Kontakt kommen, verwenden Hersteller in der Regel Frischholzfasern anstelle von Recyclingpapier, um Konsistenz zu gewährleisten und strenge Lebensmittelsicherheitsvorschriften einzuhalten.
Verwendete Holzzellstoffarten
Hersteller von Pappbechern beziehen Zellstoff aus zwei Hauptkategorien:
- Weichholzfasern (von Kiefern, Fichten, Tannen): Diese längeren Fasern verleihen der Becherstruktur Festigkeit und Haltbarkeit
- Hartholzfasern (aus Eiche, Birke, Eukalyptus): Diese kürzeren Fasern sorgen für eine glattere Oberfläche und verbessern die Bedruckbarkeit
Das Kartongewicht für Standard-Einwegbecher reicht von 170 bis 350 Gramm pro Quadratmeter (gsm) , wobei Kaltgetränkebecher typischerweise 210–280 g/m² verwenden und Heißgetränkebecher 250–350 g/m² benötigen, um eine bessere Isolierung und strukturelle Integrität zu gewährleisten.
Das Polyethylen-Beschichtungssystem
Ohne eine wasserfeste Barriere würde der Karton innerhalb von Sekunden Flüssigkeiten absorbieren, was zum Versagen des Bechers führen würde. Hier kommt der Polyethylenbeschichtung eine entscheidende Bedeutung für die Funktionalität von Pappbechern zu.
Zweck der Innenbeschichtung
Typischerweise die innere PE-Beschichtung 10-20 Mikrometer dick erfüllt mehrere wichtige Funktionen:
- Erzeugt eine vollständige Flüssigkeitsbarriere, die das Durchsickern von Papierfasern verhindert
- Ermöglicht das Heißsiegeln der Bodennaht während der Herstellung
- Verhindert die Geschmacks- oder Geruchsübertragung zwischen Getränk und Papier
- Bewahrt die strukturelle Integrität beim Halten heißer oder kalter Flüssigkeiten
Auftragen einer Außenbeschichtung
Viele Pappbecher verfügen außerdem über eine äußere PE-Schicht, die allerdings mit etwa 2,5 mm dünner als die Innenbeschichtung ist 5-10 Mikrometer . Diese äußere Schicht schützt gedruckte Grafiken, verhindert Feuchtigkeit aus der Umgebung und sorgt für ein angenehmeres Gefühl beim Umgang mit dem Becher.
Zusätzliche Materialien und Komponenten
Über den Primärkarton und die PE-Beschichtung hinaus tragen mehrere andere Materialien zum endgültigen Pappbecherprodukt bei.
Druckfarben und Farbstoffe
Lebensmitteltaugliche Flexo- oder Offsetdruckfarben sorgen für das Branding, die Designs und die Informationen auf Pappbechern. Moderne Hersteller verwenden überwiegend Tinten auf Wasser- oder Sojabasis die den Lebensmittelkontaktvorschriften der FDA und der EU entsprechen. Diese Tinten dürfen nicht in Getränke übergehen und bleiben über Temperaturbereiche vom Gefrierpunkt bis über 200 °F (93 °C) stabil.
Spezialbeschichtungen für verschiedene Anwendungen
| Tassentyp | Beschichtungsmaterial | Spezifischer Nutzen |
|---|---|---|
| Standardbecher | PE (Polyethylen) | Kostengünstige Abdichtung |
| Umweltfreundliche Tassen | PLA (Polymilchsäure) | Biologisch abbaubar bei industrieller Kompostierung |
| Erstklassig recycelbar | Dispersionsbeschichtung auf Wasserbasis | Einfachere Trennung beim Recycling |
| Doppelwandige Becher | PE mit Luftspaltschicht | Verbesserte Wärmedämmung |
Herstellungsprozess und Materialintegration
Wenn man versteht, wie sich diese Materialien während der Produktion verbinden, erkennt man, warum Pappbecher so konstruiert sind, wie sie sind.
Methoden zum Auftragen von Beschichtungen
Hersteller wenden die PE-Beschichtung durch Extrusionsbeschichtung an, bei der geschmolzenes Polyethylen mit hoher Geschwindigkeit auf sich bewegenden Karton extrudiert wird 300 Meter pro Minute . Der heiße Kunststoff verbindet sich beim Abkühlen direkt mit den Papierfasern und erzeugt in einem einzigen kontinuierlichen Prozess eine laminierte Struktur.
Schritte zur Becherbildung
- Vorbedruckte, PE-beschichtete Pappbögen werden zu Becherrohlingen gestanzt
- Zuschnitte werden zu zylindrischen Formen mit überlappenden Seitennähten geformt
- Hitze und Druck aktivieren die PE-Beschichtung, um die Seitennaht abzudichten
- Kreisförmige Bodenscheiben sind mit dem Becherboden heißversiegelt
- Für strukturelle Stabilität und angenehmes Trinken sind die Becherränder nach außen gewölbt
Dieser gesamte Prozess kann produzieren 100-150 Tassen pro Minute auf modernen Hochgeschwindigkeitsmaschinen , wobei die PE-Beschichtung sowohl als wasserdichte Barriere als auch als Klebstoff für die Verbindung der Becherkomponenten dient.
Umweltaspekte von Pappbechermaterialien
Die Materialzusammensetzung von Pappbechern stellt erhebliche Herausforderungen für die Abfallwirtschaft und die ökologische Nachhaltigkeit dar.
Die Recycling-Herausforderung
Während Pappe theoretisch recycelbar ist, erschwert die PE-Beschichtung das herkömmliche Recycling von Pappbechern. Standardmäßige Papierrecyclinganlagen können die dünne Kunststoffschicht nicht einfach von den Papierfasern trennen. Als Ergebnis, Weniger als 1 % der geschätzten 600 Milliarden Pappbecher, die jedes Jahr weltweit verwendet werden, werden tatsächlich recycelt .
Spezialisierte Recyclinganlagen können Pappbecher mithilfe der Hydrapulping-Technologie verarbeiten, bei der das Papier zerkleinert und gleichzeitig die Kunststoffbeschichtung abgetrennt wird. Allerdings gibt es weltweit nur eine begrenzte Anzahl solcher Einrichtungen und Becher müssen getrennt von den üblichen Papierrecyclingströmen gesammelt werden.
Alternative Materialentwicklungen
Als Reaktion auf Umweltbedenken haben Hersteller mehrere alternative Materialien entwickelt:
- PLA-beschichtete Becher : Verwenden Sie pflanzliche Polymilchsäure anstelle von PE, erfordern jedoch industrielle Kompostierungsanlagen (in den meisten Gebieten normalerweise nicht verfügbar).
- Dispersionsbeschichtungen auf Wasserbasis : Kann in Standard-Recyclinganlagen erneut aufbereitet werden, allerdings kann es sein, dass die Leistung nicht bei allen Anwendungen mit der von PE übereinstimmt
- Mineralbeschichteter Karton : Verwendet Ton- oder Kalziumkarbonat-Barrieren, was die Recyclingfähigkeit verbessert, jedoch mit Einschränkungen für Heißgetränke
Sicherheitsstandards für Pappbechermaterialien
Alle bei der Herstellung von Pappbechern verwendeten Materialien müssen strenge Sicherheitsbestimmungen für den Lebensmittelkontakt erfüllen.
Regulatorische Anforderungen
In den Vereinigten Staaten regelt die FDA die Materialien für Pappbecher Titel 21 des Code of Federal Regulations (CFR) , insbesondere die Abschnitte 176 und 177, die sich auf Papier und Polymerstoffe beziehen. Die europäischen Vorschriften folgen der EU-Rahmenverordnung (EG) Nr. 1935/2004 mit zusätzlichen spezifischen Maßnahmen für Materialien wie Kunststoffe.
Zu den wichtigsten Testanforderungen gehören:
- Migrationstests, um sicherzustellen, dass Chemikalien nicht von Materialien auf Getränke übertragen werden
- Grenzwerte für den Schwermetallgehalt in Tinten und Beschichtungen
- Beschränkungen für fluoreszierende Weißmacher in Karton
- Temperaturstabilitätsprüfung für Heißgetränkeanwendungen
Seriöse Hersteller führen Dokumentationen, die belegen, dass ihre Materialien diesen Vorschriften entsprechen, und führen regelmäßig Tests durch Dritte durch, um die Sicherheit zu überprüfen.
Variationen für verschiedene Getränkearten
Die Materialspezifikationen für Pappbecher variieren je nach Verwendungszweck erheblich.
Heißgetränkebecher
Tassen für Kaffee, Tee und heiße Schokolade dickerer Karton (280–350 g/m²) und kann eine doppelwandige Konstruktion umfassen. Der Luftspalt zwischen zwei Papierschichten sorgt für Isolierung und ermöglicht es Kunden, heiße Getränke bequem zu halten, ohne dass eine separate Hülle erforderlich ist. Einige Hersteller fügen zwischen den Wänden isolierende Wellpapierschichten ein.
Kaltgetränkebecher
Für Kaltgetränkebecher wird in der Regel leichterer Karton (210–280 g/m²) verwendet, da keine Wärmeisolierung erforderlich ist. Allerdings verfügen sie oft über eine robustere PE-Außenbeschichtung, um zu verhindern, dass Kondenswasser die Becherstruktur schwächt oder sie rutschig macht. Die Innenbeschichtung muss die Aufnahme von Feuchtigkeit verhindern, wenn gekühlte Getränke über einen längeren Zeitraum aufbewahrt werden.
Materialien für Spezialbecher
Einige Anwendungen erfordern einzigartige Materialanpassungen. Für ein traditionelles Aussehen können Eisbecher anstelle von PE mit einer lebensmittelechten Wachsbeschichtung versehen sein. Suppenbecher bestehen aus PE mit erhöhter Hitzebeständigkeit. Stadionbecher und großformatige Behälter verwenden verstärkten Karton mit dickeren Beschichtungsschichten, um ein höheres Flüssigkeitsgewicht zu tragen.
