Без ниток и проволоки: клеи для бесшвейного скрепления
Основы технологии бесшвейного скрепления
Оборудование для бесшвейного скрепления
Бесшвейное скрепление и малые тиражи
На протяжении столетий для скрепления листов в книжных блоках использовались нитки. Однако сшивание блоков нитками — низкопроизводительный процесс, поэтому в 30-х годах ХХ века начали применять бесшвейное клеевое скрепление. Рассмотрим основы современной технологии бесшвейного скрепления полиграфических изделий, последние разработки в этой области и основные тенденции развития технологического процесса.
Основы технологии бесшвейного скрепления
В полиграфическом производстве бесшвейное скрепление применяется при изготовлении книг, брошюр и различных каталогов, в особенности таких массовых изданий, как карманные книги и каталоги для прямой рассылки товаров по почте.
Проблемы, возникающие при бесшвейном скреплении, вызваны в первую очередь сложностью обработки многостраничных изданий. При определении технологических режимов бесшвейного скрепления нужно также учитывать качество бумаги. В последнее время для изготовления издательской продукции начали использовать так называемые легкие и сверхлегкие мелованные бумаги массой менее 45 г/м2, которые, как оказалось, не так-то легко качественно склеить. Это же относится и к бумагам, содержащим вторичные волокна.
Для бесшвейного скрепления в настоящее время применяются дисперсионные клеи и термоплавкие полимерные клеи. Для качественного склеивания двух поверхностей клей должен обладать достаточной адгезией (прилипанием к склеиваемым материалам) и достаточной когезией (силами внутреннего сцепления частиц клея между собой). Если для повышения адгезии молекулы клея должны иметь минимальный размер, то хорошая когезия характерна для высокомолекулярных субстанций. Это следует учитывать при подготовке клея, чтобы его можно было успешно применять в производственных условиях.
 |
|
Дисперсионные клеи
Сначала подрезанные корешки скрепляли дисперсией синтетических смол. К дисперсионным клеям относится, например, хорошо известная переплетчикам поливинилацетатная эмульсия (ПВА).
Водные дисперсии имеют целый ряд недостатков: малая стойкость к низким температурам, высокий расход энергии в производственном процессе по причине необходимости сушки, возможность коробления бумаг с поперечным направлением волокон, трудности при обработке бумаг с полностью запечатанной поверхностью, низкая прочность скрепления при склеивании мелованных бумаг и пр.
К достоинствам дисперсионных клеев относится высокая эластичность клеевой пленки, что обусловливает хорошую раскрываемость книги. Кроме того, дисперсионнные клеи лучше, чем термоклеи, смачивают склеиваемые субстраты, что обеспечивает полное приклеивание всех свободных волокон бумаги, а также имеют лучшую по сравнению с термоклеями устойчивость к старению, пластификаторам и ультрафиолетовому излучению.
Дисперсионные клеи применяются при изготовлении продукции, предназначенной для длительного использования. При применении дисперсионных клеев производительность линии для бесшвейного скрепления может достигать 8 тыс. циклов в час.
|
|
Термоклеи
Около 40 лет тому назад на рынке появились первые клеи из расплавов (термоклеи). Поскольку при использовании термоклеев не требуется сушка, то они обеспечивают высокую скорость скрепления. Состоят термоклеи обычно из синтетических смол, например каучуков.
В 1988 году появились полиуретановые реактивные клеевые составы для бесшвейного скрепления. Полиуретан (PUR) является синтетическим полимером, содержащим в основной цепи микромолекулы уретановые группы -NH-CO-O-, которые синтезируются путем взаимодействия многоатомных спиртов с обладающими большой реакционной способностью диизоцианатами. Полиуретаны отличаются эластичностью и высокой механической прочностью на истирание; они стойки к воздействию масел и жиров, хорошо воспринимают и отдают жирную печатную краску. Эти их качества дали возможность использовать полиуретаны для изготовления накатных валиков красочных аппаратов офсетных машин. Исключительно высокие адгезионные свойства полиуретана позволили применять полиуретановые клеи и для бесшвейного скрепления.
Сшивание молекул в клеях на основе полиуретановых форполимеров с реактивными конечными группами начинается под воздействием влаги, содержащейся в воздухе и в бумаге. Полиуретановые форполимеры обладают хорошей адгезией к бумаге, что ведет к высокому качеству скрепления краев листов. Полиуретановая клеевая пленка после закрепления имеет высокую прочность, отличается высокой устойчивостью к жирам, содержащимся в печатных красках, а также устойчивостью к старению. Клеевое скрепление выдерживает температуру от –40 до +120 0С без потери эластичности. Полиуретановые клеи технологичны с точки зрения утилизации макулатуры, так как высокая прочность клеевой пленки позволяет легко отделять ее от бумаги в процессе переработки.
Емкость для плавки полиуретана фирмы Henkel. br 11/2002, c. 25
Полиуретановые термоклеи широко используются в промышленности: в настоящее время на их долю приходится примерно 10% мирового потребления клеев. Возникает резонный вопрос: если реактивные полиуретановые термоклеи обладают столькими достоинствами, что мешает их широкому применению в брошюровочно-переплетных процессах? Дело в том, что существует ряд факторов, замедляющих внедрение таких термоклеев. Прежде всего, для их использования требуется переоснащение технологического оборудования: необходима установка новых клеевых аппаратов с клеевыми емкостями со специальным покрытием, облегчающим чистку, а также поддержание строго определенных температурных условий. И наконец, поскольку полиуретановые клеи закрепляются под воздействием влаги, в производственных помещениях необходимо поддерживать строго определенную влажность воздуха. Для выполнения всех этих условий нужны достаточно большие инвестиции.
Полиуретановые термоклеи поставляются в специальных емкостях, опорожняемых с помощью так называемых барабанных расплавителей (drum-melter). Барабанные расплавители, во-первых, обеспечивают длительную защиту клеев от влаги воздуха, а во-вторых, позволяют выполнять расплавление «по требованию», то есть плавить только то количество клея, которое необходимо для выполнения определенной работы. Поэтому и расход энергии относительно мал.
В настоящее время полиуретановые термоклеи успешно применяются для склеивания бумаги с высокой степенью мелования, отпечатков со значительной степенью запечатки поверхности, а также при изготовлении печатных изданий, предназначенных для интенсивного использования (например, руководств по эксплуатации оборудования) или подвергающихся значительным перепадам температур (например, туристских атласов). При применении полиуретановых термоклеев производительность линии для бесшвейного скрепления может достигать 10 тыс. экз./ч.
Первое поколение реактивных термоклеевых систем появилось на рынке в конце 80-х — начале 90-х годов. Такие клеи имели относительно высокую вязкость, а время их окончательного закрепления составляло от 3 до 6 дней. В конце 90-х годов было создано второе поколение подобных систем, которое характеризовалось более высокой скоростью реакции: для достижения окончательной прочности требовалось уже менее 3 дней. В 2000 году были выпущены клеи третьего поколения, характеризующиеся еще более высокой скоростью химической реакции (от 6 до 16 часов). Эти клеи имеют низкую вязкость и отличаются очень высокой стабильностью. На выставке DRUPA-2000 полиуретановые клеи для бесшвейного скрепления представляли уже около двух десятков фирм. Несомненно, на предстоящей DRUPA-2004 тоже будет демонстрироваться немало разработок в данной области.
|
|
Комбинирование клеев
Для повышения качества склеивания различные клеи могут комбинироваться друг с другом (two-shot), при этом один из клеевых составов играет роль грунта (праймера), а другой — основного клея (top-coat). На практике используются сочетания двух дисперсионных клеев, двух термоклеев, а также комбинация дисперсионного клея как праймера и расплава как основного клея. Для комбинирования клеев необходимо иметь машину для клеевого скрепления, оснащенную двумя устройствами для нанесения клея.
Путем комбинирования двух дисперсионных клеев, во-первых, оптимизируется адгезия клея к краю листа, а во-вторых, обеспечивается надежное соединение тяжелых обложек с блоком.
При комбинировании дисперсионного клея и термоклея в качестве праймера обычно применяют дисперсионный клей низкой вязкости, обеспечивающий прочное приклеивание краев листов. Дисперсионный клей накладывается очень тонким слоем, после его сушки в качестве основного слоя наносится термоклей, стабилизирующий скрепление корешка и служащий для прочного приклеивания обложки.
Клеевой аппарат для полиуретана фирмы Henkel. br 11/2002, c. 24
Некоторые фирмы предлагают комбинировать дисперсионный клей с реактивным полиуретановым термоклеем. Такие системы могут использоваться с применением ИК-сушки. Клеи наносятся посредством валиков или инжекторным способом. Низкая вязкость и хорошие реологические свойства дисперсионных клеев позволяют наносить их тонкими слоями, что улучшает раскрываемость книг, а также обеспечивает высокую экономичность процесса. Термоклей на основе полиуретана гарантирует высокую прочность скрепления книги уже через несколько часов после нанесения.
Сопловое устройство нанесения клея фирмы Nordson Deutschland GmbH. br 6/2001, c. 24
При правильном выборе комбинации клеев можно повысить качество продукции по сравнению со скреплением обычным термоклеем и увеличить скорость обработки по сравнению со скреплением дисперсионным клеем. При этом следует помнить, что в связи с использованием двух различных клеев неизбежны дополнительные затраты.
|
|
Гибридные клеевые системы
Гибридные клеи (Dual-Cure) представляют собой системы, в которых начальная сшивка молекул происходит в первые же секунды под действием УФ-излучения, после чего прочность соединения увеличивается благодаря дополнительной сшивке. Ранее эти системы не удавалось создать, так как фотополимеры относительно низкой вязкости после их нанесения на материал не обладали достаточной когезией. Теперь эта проблема решена.
Новые клеи позволяют выполнять в линию прессование блоков и кругление корешков, что существенно повышает производительность изготовления книг и брошюр. Стало возможным хранить книжные блоки в течение нескольких дней перед вставкой их в крышку, не опасаясь, что изменится приобретенная блоком в процессе кругления и прессования форма.
|
|
Оборудование для бесшвейного скрепления
Ведущие производители машин и линий для бесшвейного скрепления изданий предлагают высокоавтоматизированные устройства и системы для обработки больших, средних и малых тиражей, в том числе минимальных тиражей, вплоть до единичных «по требованию». Среди них есть и универсальные устройства, на которых можно изготавливать разнообразную печатную продукцию (брошюры всех видов, книги, каталоги, журналы и пр.) с использованием различных клеев. Производительность некоторых моделей достигает 20 тыс. циклов в час. Современное оборудование для бесшвейного скрепления успешно интегрируется в цифровой рабочий процесс полиграфического предприятия. Среди производителей такого оборудования — компании Heidelberger Druckmaschinen AG, Kolbus GmbH, Muller Martini AG, Wohlenberg Buchbindesysteme GmbH и ряд других.
Линия для клеевого скрепления в одной из немецких типографий br 6/2001, c. 47
|
|
Бесшвейное скрепление и малые тиражи
Бурное развитие цифровой печати обусловлено появлением в последнее время все большего числа устройств клеевого скрепления для малых тиражей. В связи с этим возник спрос на термоклеи низкой вязкости, обрабатываемые при низких температурах (порядка 130 0С) и не имеющие сильного запаха, — так называемые Coolbind-Hotmelts.
Мы кратко рассмотрели современное состояние и основные направления развития технологии бесшвейного скрепления полиграфической продукции. Совершенно очевидно, что клеевое скрепление за последние десятилетия превратилось из второстепенной в ведущую технологию изготовления издательской продукции и ее развитие успешно продолжается.
По материалам фирм H. B. Fuller Deutschland GmbH, Henkel KGaA, National Starch & Chemical, Planatol Klebetechnik GmbH.
|
|