Технология клеевого бесшвейного скрепления изданий и ее применение

Автор в своей статье рассматривает технологию клеевого бесшвейного скрепления изданий и ее применение. Детально разбираются основные технологические процессы изготовления изданий при клеевом бесшвейном скреплении, сущность склеивания, адгезии, оборудования для бесшвейного скрепления изданий при использовании клеев. Также рассматриваются основные виды клеев, используемых в клеевом бесшвейном скреплении изданий, и их свойства и компоненты, входящие в их состав.

Адгезия. Термоклеи. КБС изданий. 

В полиграфическом производстве бесшвейное скрепление применяется при изготовлении книг, брошюр, журналов и различных каталогов, в особенности таких массовых изданий, как кар­манные книги, каталоги для рассылки товаров по почте, и все больший интерес проявляют пе­риодические журнальные издания.

Наибольшее распространение в мировой полиграфической промышленности получил способ бесшвейного скрепления с фрезерованием корешковых фальцев тетрадей без роспуска листов с дополнительным торшонированием корешка блока. 

Технологический процесс этого способа скрепления включает следующие основные операции:

1)               фрезерование корешка, подобранных те­традей в блок;

2)               заклейка корешка;

3)               крытье блока обложкой;

4)               сушка корешка или его охлаждение (при использовании термоклея) [1].

Последовательность обработки следующая: фрезерование корешка — удаление пыли — торшонирование — промазка корешка — присоеди­нение к блоку обложки — обжим корешка или прессование.

При работе на автоматических линиях из сфальцованных тетрадей на листоподборном конвейере комплектуется блок, затем блок тетрадей поступает в машину КБС. Перед фрезерованием на сталкивающем столе блок сталкивается по голове, затем захватывается зажимными каретками и транспортируется в секцию фрезерования. Благодаря фрезерованию и торшониро-ванию листам придается большая площадь для склейки, т.е. клей качественнее скрепляет листами друг с другом. Глубина среза определяется объемом тетрадей, входящих в состав блока, и видом бумаги. Срез должен быть достаточным для удаления внутренних корешковых фальцев тетрадей (в среднем 3 - 6 мм).

На поточных линиях предусмотрено двойное фрезерование. Первый раз производится глубокое фрезерование - срезаются все корешковые фальцы. Вторичный срез служит для сглаживания поверхности корешка и удаления, крупных вырывов бумаги. Здесь глубина среза в 5-10 раз меньше, чем при первичном фрезеровании. В этом случае вместо фрезы на некоторых машинах используются специальные инструменты.

Следующая операция - удаление бумажной пыли для проникновения клея в поры бумаги и скрепления листов наилучшим образом. Клей наносится специальными валиками. Первый, наносящий клей, ролик устанавливается почти вплотную к корешку для лучшего смачивания поверхности. Второй помещается на некотором расстоянии, его функция -выровнять клеевой слой и снять излишки. Блок проклеивается сначала со стороны корешка, затем следует боковая проклейка.

Далее происходит вставка блока в обложку. Чтобы издание легко раскрывалось и им было удобно пользоваться, обложка предварительно подготавливается, завершающие этапы обработки блока - сушка (остывание клея) и трехсторонняя обрезка.

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. 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 15 тыс. циклов в час. Современное оборудование для бесшвейного скрепления успешно интегрируется в цифровой рабочий процесс полиграфического предприятия. Среди производителей такого оборудования - компании Kolbus GmbH, Muller Martini AG, Heidelberg Druckmaschinen AG, Wohenberg Buchbindesysteme GmbH и ряд других.

Склеивание - метод создания неразъемного соединения элементов конструкции при помощи клея. Прочность клеевого срепления обусловлена адгезионным взаимодействием склеиваемых поверхностей с клеевым слоем, а также когези-онной прочностью этой прослойки и самих скле­иваемых материалов. Процесс склеивания включает три основные стадии:

1)               образование поверхности контакта между клеевым веществом (адгезивом) и склеиваемым материалом (субстратом);

2)               возникновение сил адгезионного взаимо­действия;

3)            формирование когезионной прочности клеевого слоя.

Адгезия - связь между приведенными в контакт разнородными поверхностями. Она может осуществляться в результате механических факторов - затекания клея в поры и неровности субстрата и последующего отверждения клея. Однако для создания высокопрочного соединения необходимо присутствие в клее и на склеиваемых поверхностях полярных групп. То есть адгезия в значительной степени обусловлена действием Ван-дер-ваальсовых сил.

Для обеспечения адгезионного взаимодействия необходим непосредственный молекулярный контакт между молекулами адгезива и субстрата, поэтому необходима достаточная подвижность адгезива. Она зависит от вязкости клея в момент контактирования. В связи с этим клеевые вещества применяются в виде растворов, дисперсий, расплавов.

Образование клеевой пленки в зависимости от характера клеящего вещества может происходить в результате испарения растворителя, впитывания и испарения дисперсионной среды, затвердевания при охлаждении расплава или в результате перехода из жидкого состояния в твердое под действием химических реакций [3].

Известно, что наиболее прочно склеиваются материалы с развитой шероховатой поверхностью, так как они имеют большую площадь контакта для склейки    с    адгезивом,   а    острые вершины макронеровностей, обладающие повышенным запасом свободной энергии, являются активными центрами притяжения молекул адге-зива [2]. Фрезерование корешка направлено на увеличение площади склейки торцевой поверхности листов с клеевой пленкой и листов друг с другом за счет проникновения клея на некоторую глубину между листами. Общая площадь склейки листов блока при соблюдении режимов фрезерования возрастает в 4-7 раз [2]. Качество обработанной поверхности корешка характеризуется макро- и микрогеометрией поверхности бумаги корешка блока, полученной после фрезерования. Средняя глубина макронеровностей по рекомендациям технологических инструкций должна составлять 0,25-0,4 мм [1].

Качество блоков изданий после фрезерования корешка зависит от толщины блока и толщины составляющих его листов бумаги, ее композиции, объемной массы, степени проклейки, толщины и направлении раскроя. Другая группа факторов -концентрация, вязкость, температура и толщина клеевого слоя и расход клея на единицу поверхности корешка. Влияние состава бумаги по волокну на подготовку поверхности корешка и прочность КБС не однозначно. Как правило, все виды бумаги с относительно малой объемной массой (машинной гладкости), по сравнению с каландрированной и высокока-ландрированной, обеспечивают более высокую прочность КБС. Высокая степень проклейки офсетной бумаги оказывает положительное влияние на прочность, наибольшую прочность и стабильность результатов при КБС обеспечивает мелованная бумага.

Наилучшие показатели прочности и долго­вечности обеспечивают тонкие виды бумаги тол­щиной до 90 мкм и поверхностной плотностью до 70 г/м2. Использование бумаг с поверхностной плотностью 100 г/м2 и выше рекомендуется только при условии долевого раскроя бумаги для изданий большого формата, рассчитанных на малый и средний срок службы и малую интенсивность использования. Такие бумаги вследствие их высокой жесткости оказывают силовое воздействие на клеевое соединение листов в корешке при пользовании изданием, что приводит к ее быстрому разрушению.

Долевой раскрой бумаги блока обеспечивает наименьшее силовое воздействие на клеевое со­единение листов, но при подборе концентрации, вязкости и расхода клея следует учитывать, что в этом случае средняя глубина макронеровностей и их число по высоте блока всегда меньше, чем при поперечном раскрое. Поперечный раскрой бумаги допустим и рекомендуется технологическими инструкциями при применении тонких и малопрочных видов бумаги [4], [5].

Из водно-дисперсионных клеев для КБС используется поливинилацетатная дисперсия (ПВАД), которая получается при полимеризации винилацетата в водной среде в присутствии поверхностно-активного вещества (мыло, поли­виниловый спирт и др.) и инициатора эмульси­онного процесса (перекись водорода и др.). Водные дисперсии имеют целый ряд недостатков: малая стойкость к низким температурам, высокий расход энергии в производственном процессе по причине необходимости сушки, низкая прочность скрепления при склеивании мелованных бумаг.

К достоинствам дисперсионных клеев относится высокая эластичность клеевой пленки, что обусловливает хорошую раскрываемость издания. 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. Дисперсионные клеи применяются при изготовлении продукции, предназначенной для длительного использования.

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.

Около 50 лет тому назад на рынке появились первые клеи из расплавов (термоклеи). Поскольку при использовании термоклеев практически не требуется сушка, то они обеспечивают высокую скорость скрепления [6].

Различают 2 вида клеев-расплавов: на основе термопластичных полимеров и на основе тер­мореактивных полимеров. К первой группе от­носится этиленвинилацетатный клей (ЕУА) на основе сополимера винилацетата с этиленом. Ко второй группе относится полиуретановый клей (PUR) и двухкомпонентные клеи.

Термоклеи на основе сополимера винилаце-тата с этиленом при обычной температуре - твердоэластичный материал. При нагревании он по­степенно размягчается [температура текучести Т = (55 ± 5)°С] и переходит в вязкотекучее состояние, а при температуре 150-170°С наносится на склеиваемые поверхности. При охлаждении до комнатной температуры быстро затвердевает и образует пленку. Содержание винилацетата в по­лимере должно составлять 30%, этилена - 70%.

Для изданий в обложке термоклей практически вытеснил ПВАД на быстроходных поточных линиях благодаря отсутствию в его составе растворителей и быстрому формированию клеевой пленки. Достоинством термоклеев является также высокая липкость расплава, что обеспечивает скрепление различных видов бумаги и приклейку обложек, которые не могут быть приклеены ПВАД. Однако издания, скрепленные с использованием таких клеев, проявляют худшие потребительские свойства, чем при использовании ПВАД. А именно: ниже прочность скрепления, хуже раскрываемость, ограничена толщина блоков из-за повышенной жесткости пленки, пленки подвержены старению. Эти обстоятельства ограничивают применение термоклея для скрепления изданий, рассчитанных на длительное и интенсивное использование, в том числе для книг в переплетной крышке [3].

В 1988 году появились полиуретановые реак­тивные клеевые составы для бесшвейного скре­пления. Полиуретан (PUR) является синтетическим полимером, содержащим в основной цепи микромолекулы уретановые группы -NH-СО-О-, которые синтезируются путем взаимодействия многоатомных спиртов с обладающими большой реакционной способностью диизоцианата-ми. Полиуретаны отличаются эластичностью и высокой механической прочностью на истирание; они стойки к воздействию масел и жиров, хорошо воспринимают и отдают жирную печатную краску. Исключительно высокие адгезионные свойства полиуретана позволили применять полиуретановые клеи для бесшвейного скрепления.

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.

Сшивание молекул в клеях на основе полиу-ретановых форполимеров с реактивными конечными группами начинается под воздействием влаги, содержащейся в воздухе и в бумаге. По-лиуретановые форполимеры обладают хорошей адгезией к бумаге, что ведет к высокому качеству скрепления краев листов. 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 С без потери эластичности. Такие клеи технологичны с точки зрения утилизации макулатуры, так как высокая прочность клеевой пленки позволяет легко отделять ее от бумаги в процессе переработки.

Полиуретановые термоклеи поставляются в специальных емкостях, опорожняемых с помощью так называемых барабанных расплавителей (drummelter). 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, высоким содержанием наполнителей, отпечатков со значительной степенью запечатки поверхности и УФ-лакированием, 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.

Полиуретановые термоклеи широко исполь­зуются в промышленности: в настоящее время на их долю приходится примерно 10% мирового потребления клеев. Однако существует ряд фак­торов, замедляющих внедрение таких термоклеев в нашей стране. 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. Стоимость клея в три раза выше термоклея на основе сополимера винилацетата с этиленом. При плавлении таких клеев выделяются пары изоцианата, что требует обеспечения безопасности для рабочих и окружающей среды. 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 [7], [8].

Основными компонентами клеев, применяемых для клеевого бесшвейного скрепления, являются полимеры. Поэтому свойства характерные для полимеров должны быть свойственны и клеям на их основе.

Полимерными, или высокомолекулярными, называют вещества, состоящие из молекул с большой молекулярной массой (от нескольких тысяч до миллионов). Гибкость цепи неодинакова в макромолекулах разной природы. Мерой гибкости цепи является величина сегмента. Если сравнить два полимера с одинаковой молекулярной массой, но с разной длиной сегмента, то наибольшей гибкостью будут обладать макромолекулы полимера с малой длиной сегментов. В таких макромолекулах число сегментов достаточно велико, что и обусловливает высокую эластичность типичных высокополимеров. Может оказаться, что в другом полимере с той же молекулярной массой, но с меньшим числом сег­ментов, гибкость макромолекул будет так мала, что он вовсе не будет обладать высокоэластич-ностью и из стеклообразного состояния сразу перейдет в вязкотекучее. Недопустимо использование такого полимера в качестве компонента для КБС изданий, так как клеевая пленка должна обладать эластичностью [7].

Изменение формы молекул под влиянием те­плового движения или под действием внешнего поля, не сопровождающееся разрывом химических связей, называется конформационным пре­вращением. Формы молекул, переходящие друг в друга без разрыва химических связей, называются конформациями, или поворотными изомерам.

Способность макромолекулы к изменению формы зависит от внутримолекулярного взаи­модействия и от взаимодействия ее с соседними молекулами, поэтому гибкость не характеризует полностью поведение молекулы в массе полимера. В реальных системах молекулы полимеров окружены другими себе подобными молекулами, поэтому между ними всегда существует тот или иной вид межмолекулярного взаимодействия, которое оказывает влияние на степень заторможенности вращения [7].

Выбор соответствующих видов клеев зависит от технологической направленности клеевого бесшвейного скрепления изданий.

Обобщая, можно сказать, что прочность и долговечность изданий, изготовленных способом КБС, зависит от физико-химических свойств бумаги; расположения машинного направления бумаги по отношению к корешку блока, качества подготовки корешка; формата издания, размера корешкового поля, физико-химических свойств клея; режимов его нанесения и формирования клеевой пленки, а также условий эксплуатации издания. Причиной низкой прочности клеевого скрепления часто является несоблюдение технологических режимов процесса скрепления. Однако даже в идеальных условиях невозможно обеспечение высокой прочности и долговечности изданий, если клей не отвечает эксплуатационным требованиям.

 

Литература:

1    Борисова В.И. Основы технологии брошю-ровочно-переплетных процессов. Свойства клеев для клеевого бесшвейного скрепления: учебное пособие / В.И. Борисова, А.Н. Ефремова, Л.П. Зименкова. -М.: Из-во МГ АП «Мир книги», 1994. - 32 с.

2    Борисова В. И. Клеи для брошюровочно-пере-плетенных   процессов:    Конспект   лекций для студентов ФТП / В.И. Борисова, И.В. Черная; М-во образования и науки РФ; Федеральное агенство по образованию, МГУП. - М.: МГУП, 2001. - 28 с.

3    Борисова В. И. Особенности технологии бро-шюровочно-переплетных процессов с учетом специфики материалов и техники развивающихся и социалистических стран: учебное пособие для вузов / В.И. Борисова, А.И. Дуба-сов. - М.: МПИ, 1988. - 52 с.

4    Гуль В.Е. Структура и механические свойства полимеров/ В.И. Кулезнев, В.Е. Гуль. - М.: Из-во «Высшая школа», 1979. - 352 с.

5    Воробьев Д.В. Технология брошюровочно-переплетных процессов: учебник для вузов / Д.В. Воробьев, А.И. Дубасов, Ю.М. Лебедев. - М.: Из-во Книга, 1989. - 392 с.

6    Либау Д., Хайнце И. Промышленное брошю-ровочно-переплетное производство. - М.: МГУП, 2007. - 422 с.

7    Воробьев Д.В. Технология послепечатных про­цессов: учебник для вузов / Д.В. Воробьев; М-во образования и науки РФ; Федеральное агентство по образованию, МГУП. - М.:МГУП, 2000. - 392 с.

8   Тагер А.А. Физико-химия полимеров / А.А, Та-гер. - М.: Из-во «Химия», 1968. - 544 с.

Фамилия автора: И. Тургунбаев
Год: 2012
Город: Алматы
Категория: Журналистика
Яндекс.Метрика