Gobelets en papier sont principalement constitués de carton avec une fine couche de plastique polyéthylène (PE) à l'intérieur. Cette construction en couches combine des fibres de pâte de bois renouvelables avec une barrière imperméable, permettant au gobelet de contenir des liquides sans fuite ni désintégration. La plupart des gobelets en papier contiennent également des composants supplémentaires tels que des encres de qualité alimentaire pour l'impression et, dans certains cas, un revêtement PE séparé sur l'extérieur.
La composition typique se décompose en environ 95% carton et 5% revêtement polyéthylène en poids . Cette structure apparemment simple implique une sélection minutieuse des matériaux et des processus de fabrication pour garantir que les tasses remplissent leur fonction prévue tout en répondant aux normes de sécurité alimentaire.
La couche de base en carton
La base structurelle de tout gobelet en papier est le carton, un matériau épais à base de papier dérivé de la pâte de bois. Les fabricants utilisent généralement des fibres de bois vierges plutôt que du papier recyclé pour les gobelets qui entrent en contact avec les aliments et les boissons, garantissant ainsi la cohérence et le respect de réglementations strictes en matière de sécurité alimentaire.
Types de pâte de bois utilisés
Les fabricants de gobelets en papier s’approvisionnent en pâte de bois dans deux catégories principales :
- Fibres de résineux (de pin, d'épicéa, de sapin) : Ces fibres plus longues confèrent résistance et durabilité à la structure de la coupelle.
- Fibres de bois dur (de chêne, bouleau, eucalyptus) : Ces fibres plus courtes créent une finition de surface plus lisse et améliorent l'imprimabilité
Le poids du carton pour les gobelets jetables standards varie de 170 à 350 grammes par mètre carré (gsm) , avec des gobelets pour boissons froides utilisant généralement 210 à 280 g/m² et des gobelets pour boissons chaudes nécessitant 250 à 350 g/m² pour une meilleure isolation et une meilleure intégrité structurelle.
Le système de revêtement en polyéthylène
Sans barrière étanche, le carton absorberait les liquides en quelques secondes, provoquant la défaillance du gobelet. C’est là que le revêtement en polyéthylène devient essentiel à la fonctionnalité des gobelets en papier.
Objectif du revêtement intérieur
Le revêtement intérieur PE, généralement 10-20 microns d'épaisseur , remplit plusieurs fonctions critiques :
- Crée une barrière complète contre les liquides empêchant les infiltrations à travers les fibres du papier
- Permet le thermoscellage de la couture inférieure lors de la fabrication
- Empêche le transfert de saveur ou d'odeur entre la boisson et le papier
- Maintient l'intégrité structurelle lors de la conservation de liquides chauds ou froids
Application de revêtement extérieur
De nombreux gobelets en papier comportent également une couche externe de PE, bien que plus fine que le revêtement intérieur à environ 5-10 microns . Cette couche extérieure protège les graphiques imprimés, empêche l'humidité de l'environnement et offre une sensation plus douce lors de la manipulation de la tasse.
Matériaux et composants supplémentaires
Au-delà du carton primaire et du revêtement PE, plusieurs autres matériaux contribuent au produit final des gobelets en papier.
Encres et colorants d'imprimerie
Les encres d'impression flexographiques ou offset de qualité alimentaire créent la marque, les designs et les informations sur les gobelets en papier. Les fabricants modernes utilisent principalement encres à base d'eau ou de soja qui répondent aux réglementations FDA et UE sur le contact alimentaire. Ces encres ne doivent pas migrer dans les boissons et rester stables dans des plages de températures allant du point de congélation à plus de 200°F (93°C).
Revêtements spécialisés pour différentes applications
| Type de tasse | Matériau de revêtement | Prestation spécifique |
|---|---|---|
| Gobelets standards | PE (polyéthylène) | Imperméabilisation économique |
| Gobelets écologiques | PLA (acide polylactique) | Biodégradable en compostage industriel |
| Recyclable haut de gamme | Revêtement en dispersion à base d'eau | Séparation plus facile lors du recyclage |
| Gobelets à double paroi | PE avec couche d'air | Isolation thermique améliorée |
Processus de fabrication et intégration des matériaux
Comprendre comment ces matériaux se combinent au cours de la production révèle pourquoi les gobelets en papier sont construits ainsi.
Méthodes d'application du revêtement
Les fabricants appliquent un revêtement PE par extrusion, où du polyéthylène fondu est extrudé sur du carton en mouvement à des vitesses atteignant 300 mètres par minute . Le plastique chaud se lie directement aux fibres du papier en refroidissant, créant ainsi une structure laminée en un seul processus continu.
Étapes de formation de la coupe
- Les feuilles de carton pré-imprimées et enduites de PE sont découpées en flans de gobelets.
- Les flans sont façonnés en formes cylindriques avec des coutures latérales qui se chevauchent
- La chaleur et la pression activent le revêtement PE pour sceller la couture latérale
- Les disques inférieurs circulaires sont thermoscellés à la base de la tasse
- Les bords des gobelets sont recourbés vers l'extérieur pour une stabilité structurelle et une consommation confortable
L'ensemble de ce processus peut produire 100 à 150 tasses par minute sur les machines modernes à grande vitesse , le revêtement PE servant à la fois de barrière imperméable et d'adhésif pour assembler les composants du gobelet.
Considérations environnementales liées aux matériaux des gobelets en papier
La composition matérielle des gobelets en papier crée des défis importants en matière de gestion des déchets et de durabilité environnementale.
Le défi du recyclage
Bien que le carton soit théoriquement recyclable, le revêtement PE rend difficile le recyclage conventionnel des gobelets en papier. Les installations de recyclage du papier standard ne peuvent pas facilement séparer la fine couche de plastique des fibres du papier. En conséquence, moins de 1 % des 600 milliards de gobelets en papier utilisés chaque année dans le monde sont réellement recyclés. .
Les installations de recyclage spécialisées peuvent traiter les gobelets en papier en utilisant une technologie d'hydrapulpage qui décompose le papier tout en séparant le revêtement plastique. Cependant, il n’existe qu’un nombre limité de telles installations dans le monde et les gobelets doivent être collectés séparément des flux de recyclage standard du papier.
Développements de matériaux alternatifs
En réponse aux préoccupations environnementales, les fabricants ont développé plusieurs matériaux alternatifs :
- Gobelets recouverts de PLA : Utilisez de l'acide polylactique d'origine végétale au lieu du PE, mais nécessitez des installations de compostage industriel (généralement indisponibles dans la plupart des régions)
- Revêtements en dispersion à base d'eau : Peut être repulpé dans des installations de recyclage standard, bien que les performances puissent ne pas correspondre au PE pour toutes les applications
- Carton à revêtement minéral : Utilise des barrières d'argile ou de carbonate de calcium, améliorant la recyclabilité mais avec des limites pour les boissons chaudes
Normes de sécurité pour les matériaux des gobelets en papier
Tous les matériaux utilisés dans la production de gobelets en papier doivent répondre à des réglementations strictes en matière de sécurité au contact des aliments.
Exigences réglementaires
Aux États-Unis, la FDA réglemente les matériaux des gobelets en papier sous Titre 21 du Code des Réglementations Fédérales (CFR) , en particulier les articles 176 et 177 concernant le papier et les substances polymères. La réglementation européenne suit le règlement-cadre de l'UE (CE) n° 1935/2004 avec des mesures spécifiques supplémentaires pour les matériaux comme les plastiques.
Les principales exigences en matière de tests comprennent :
- Tests de migration pour garantir que les produits chimiques ne sont pas transférés des matériaux vers les boissons
- Limites de teneur en métaux lourds dans les encres et les revêtements
- Restrictions relatives aux agents blanchissants fluorescents dans le carton
- Tests de stabilité de température pour les applications de boissons chaudes
Les fabricants réputés conservent une documentation prouvant que leurs matériaux sont conformes à ces réglementations et effectuent régulièrement des tests tiers pour vérifier la sécurité.
Variations pour différents types de boissons
Les spécifications des matériaux des gobelets en papier varient considérablement en fonction de leur utilisation prévue.
Gobelets de boissons chaudes
Tasses conçues pour le café, le thé et le chocolat chaud carton plus épais (280-350 g/m²) et peut incorporer une construction à double paroi. L'espace d'air entre deux couches de papier assure une isolation, permettant aux clients de conserver confortablement des boissons chaudes sans avoir besoin d'un manchon séparé. Certains fabricants ajoutent des couches isolantes de papier ondulé entre les murs.
Gobelets de boissons froides
Les gobelets pour boissons froides utilisent généralement du carton plus léger (210 à 280 g/m²) car aucune isolation thermique n'est requise. Cependant, ils comportent souvent un revêtement extérieur en PE plus robuste pour empêcher la condensation d'affaiblir la structure de la coupelle ou de la rendre glissante à tenir. Le revêtement intérieur doit empêcher l’absorption d’humidité lors de la conservation de boissons glacées pendant de longues périodes.
Matériaux pour gobelets spécialisés
Certaines applications nécessitent des adaptations matérielles uniques. Les coupes de crème glacée peuvent utiliser un revêtement de cire de qualité alimentaire au lieu du PE pour un aspect traditionnel. Les tasses à soupe intègrent du PE avec une résistance améliorée à la chaleur. Les gobelets de stade et les récipients grand format utilisent du carton renforcé avec des couches de revêtement plus épaisses pour supporter un poids de liquide plus important.
