Полиуретановые термоклеи для бесшвейного скрепления

Состав и механизм отверждения

Достоинства

Четыре поколения полиуретановых клеев

Проблемы и решения

История внедрения

Полиуретановые термоклеи для бесшвейного скрепления характеризуются хорошей адгезией к широкому спектру запечатываемых и переплетных материалов,
а также высочайшей прочностью и отличными упругоэластичными свойствами клеевой пленки.

Состав и механизм отверждения

Полиуретановый термоклей состоит из полиуретановых форполимеров с реактивными группами. Клей расплавляется до рабочей вязкости и наносится на книжный блок или на обложку. При этом в результате взаимодействия реактивных групп с влагой, содержащейся в воздухе или в бумаге, инициируется реакция полимеризации.

Достоинства

Основные достоинства полиуретановых термоклеев:

• хорошая адгезия к бумаге, картону, полимерам, краске и лакам;
• высокая прочность клеевой пленки;
• высокая химическая и температурная стойкость клеевой пленки;
• отличные упругоэластичные свойства клеевой пленки, обусловливающие хорошую раскрываемость книги.

Полиуретановые форполимеры имеют полярную природу и хорошо смачивают бумагу, а также другие применяющиеся в полиграфии запечатываемые материалы, включая такие пленки, как майлар (Mylar). Не составляет проблемы и склеивание лакированных оттисков, в том числе покрытых УФ­лаком. Хорошая адгезия клея к широкому спектру материалов обеспечивает надежное соединение листов книжного блока.

Благодаря высокой когезии отвержденного полиуретана достигается отличная прочность клеевого соединения. Рабочая температура полиуретанового термоклея ниже, чем температура нанесения этиленвинил­ацетатных термоклеев, благодаря чему минимизируются негативные эффекты (скручивание страниц и т.п.), вызванные резким изменением влажности листов. Постепенное отверждение клея дает возможность волокнам бумаги вернуться в свое первоначальное положение, препятствуя, таким образом, накоплению механических напряжений в месте склейки. Прочность скрепления полиуретановым термоклеем в среднем на 40­60% выше, чем при использовании обычных термоклеев. При этом прочность полиуретановой клеевой пленки не уменьшается в результате миграции частиц краски к месту скрепления.

Полиуретановый термоклей характеризуется высокой стойкостью к маслам, к органическим растворителям (включая метилэтилкетон и этиловый спирт), а также к температурным воздействиям — клеевая пленка не теряет своих упругоэластичных свойств и прочно связывает бумажные листы как при нагреве до 120 °С, так и при охлаждении до –40 °С.

При оптимальной толщине нанесения клея (0,25­0,30 мм) клеевая пленка характеризуется высокой эластичностью, обусловливающей хорошую раскрываемость книги. Кроме того, скрепленный полиуретановым термоклеем блок гораздо более технологичен для последующих операций, предполагающих деформационные нагрузки (например, для кругления корешка), чем блок, склеенный этиленвинилацетатным термоклеем.

Четыре поколения полиуретановых клеев

Полиуретановые термоклеи первого поколения, производившиеся в конце 80­х — первой половине 90­х годов, имели два существенных недостатка:

• сложность поддержания постоянной вязкости — в процессе работы вязкость клея обычно быстро росла;
• низкая начальная прочность и большое время закрепления клеевой пленки — реакция полимеризации могла идти от трех до шести дней в зависимости от количества инициировавшей ее влажности, при этом готовая продукция должна была выдерживаться на складе не менее суток.

Полиуретановые термоклеи второго поколения, разработанные в середине 90­х годов, характеризовались более быстрым высыханием — клеевая пленка приобретала окончательную прочность менее чем за три дня. При этом появилась возможность обработки книг после бесшвейного скрепления в линию, а время выдержки книг на складе теперь составляло не более четырех часов. Однако по­прежнему исключительно важным для быстроты отверждения клея фактором оставалась величина влажности воздуха, что создавало особенно большие проблемы в холодное время года.

Полиуретановые термоклеи третьего поколения отверждались еще быстрее — за 6­16 часов (время выдержки готовой продукции на складе — не более часа), при этом для инициации закрепления этих клеев было достаточно содержащейся в бумаге влаги, однако начальная прочность клеевой пленки все еще была недостаточной.

Полиуретановые термоклеи четвертого, и последнего, поколения характеризуются стабильной рабочей вязкостью и повышенной, по сравнению с клеями третьего поколения, начальной прочностью клеевой пленки. Также созданы разновидности полиуретанового термоклея с минимальным воздействием на окружающую среду, содержащие менее 0,1% изоцианата.

В настоящее время разработаны и эффективные чистящие средства, позволяющие удалять даже засохшие остатки клея.

Проблемы и решения

Типографии, первыми внедрившие полиуретановые клеи, столкнулись с необходимостью модификации оборудования для бесшвейного скрепления, а также систем хранения и транспортировки клеев. В частности, необходимо было решить следующие проблемы:

• для облегчения процесса чистки клеевые резервуары должны иметь специальное антиадгезионное покрытие;
• для минимизации внутренних механических напряжений, возникающих в клеевой пленке, необходим эффективный контроль температуры клея;
• до нанесения на корешок блока, то есть при хранении, транспортировке и после помещения в машину бесшвейного скрепления, клей должен быть защищен от воздействия влаги (в том числе атмосферной).

Чтобы защитить полиуретановый клей от воздействия влаги, были разработаны специальные термокартриджи, из которых подается строго дозированное количество расплавленного адгезива. Это позволяет решить и проблему минимизации напряжений в клеевой пленке, поскольку клей расплавляется небольшими партиями.

Для нанесения полиуретановых термоклеев используются как открытые, так и закрытые клеевые системы. Более надежную защиту клея от влаги обеспечивают закрытые экструзионные (также струйные или инжекторные) системы. Благодаря бесконтактному принципу работы, экструзионные системы позволили добиться равномерного нанесения клея при уменьшении толщины клеевой пленки до упоминавшихся выше 0,25­0,30 мм. Отметим, что при применении классических валковых клеевых аппаратов и обычных этиленвинил­ацетатных термоклеев клеевая пленка толще в два и более раз. Таким образом, появилась возможность снизить расход дорогого полиуретанового термоклея (в настоящее время полиуретановый термоклей примерно в три раза дороже этиленвинилацетатного термоклея) при сохранении всех преимуществ его использования. Кроме того, уменьшение количества наносимого клея значительно упрощает и ускоряет обслуживание оборудования.

* * *

В настоящее время применение полиуретановых клеев отработано и является зрелой технологией, обеспечивающей значительные преимущества по сравнению с применением этиленвинилацетатных термоклеев и холодных поливинилацетатных эмульсий. Более высокая стоимость полиуретановых клеев компенсируется их меньшим расходом и более высоким качеством получаемой продукции. При этом скрепление полиуретановым термоклеем практически не уступает по качеству швейному скреплению, снижая затраты, по сравнению с последним, на 30­40%. Перечисленные факторы позволяют предприятиям, внедрившим полиуретановые термоклеи, утвердиться в сегменте рынка изданий, традиционно скрепляемых бесшвейным способом, а также получать заказы на издания, до последнего времени скреплявшиеся нитками.

КомпьюАрт 4'2007