PUR *

Краткая история набирающего популярность клея для горячего бесшвейного скрепления

Впервые химически активный полиуретановый термоклей (polyurethane reactive, PUR) для бесшвейного скрепления блоков анонсировали на Drupa в 1988 г. Его появление стало несомненным шагом вперёд в области адгезионных составов и обещало вывести клеевое скрепление за рамки традиционных заказов к головокружительным высотам действительно сложных работ.

Сегодня PUR широко используют для скрепления бумаги с УФ-лакированием и материалов с высоким содержанием наполнителей. Клей походит для книг с высокой нагрузкой (компьютерных инструкций) и изданий, подвергающихся резким колебаниям температуры — автомобильных справочников и дорожных карт (табл. 1).

Таблица 1. PUR против других клеёв для бесшвейного скрепления

К такому признанию PUR пришёл не сразу. В статье рассмотрена история применения PUR в переплётных процессах и последние достижения в этой области.

Что такое PUR?

Производящийся в больших количествах форполимер полиуретана с активными оконечными группами. Под воздействием влажности воздуха и/или влаги, содержащейся в бумаге, в группах происходит реакция с образованием межмолекулярных связей. Форполимеры активно проникают в бумагу, результат — качественная адгезия с высоким усилием отрыва листа.

После сшивания полимеров полиуретановая плёнка характеризуется высокой силой сцепления (когезией), а клеевое скрепление — исключительной прочностью. Плёнка нечувствительна к маслам и растворителям в печатных красках, отличается высоким сопротивлением старению.

В переплётных процессах PUR позволяет достичь максимальной устойчивости к высоким и низким температурам. Полиуретановое скрепление выдерживает нагрев до 120 °C без потерь в качестве и остаётся эластичным даже при -40 °C.

Склей сам

Рис. 1. Барабанные устройства расплава препятствуют доступу влаги к PUR и позволяют работать с клеем в режиме «по требованию»

Несмотря на все преимущества, к концу 1988 г. только два переплётных предприятия Германии применяли для брошюрования PUR. Дело было отнюдь не в качестве — клей прекрасно зарекомендовал себя во многих сегментах рынка. Камнем преткновения стала необходимость модификации оборудования и, в особенности, реакционных систем.

Клеевые ванны нуждались в специальном покрытии — только так при очистке можно было удалить максимально клейкий состав. Чтобы ограничить термическое воздействие на клей, надо было откорректировать рабочую температуру.

(Вышеупомянутые переплётные предприятия из Германии, первыми использовавшие PUR, пошли по пути «сделай сам» и самостоятельно модернизировали оборудование.)

Загвоздка в барабане

Рис. 2. Барабанное устройство расплава

Препятствовала широкому распространению PUR и потребность в новых устройствах предварительного расплава. Поскольку PUR отверждаются влажностью, при производстве, транспортировке и нанесении их необходимо защищать от влаги. PUR перевозят в бочках и перекачивают в т. н. «барабанные устройства расплава» (рис. 1 и 2), препятствующие доступу влаги к клею и позволяющие работать с PUR в режиме «по требованию». При этом сокращается термическое напряжение в системе, поскольку плавится только необходимое количество состава.

Почти безупречно

На термоклей PUR перешли уже 150 переплётных мастерских в Германии и несколько сот по всему миру. Новое брошюровальное оборудование в комбинации с последним поколением PUR-составов обеспечивает беспроблемное бесшвейное скрепление.

PUR не обязательно наносить только классическим способом — роликами, к услугам полиграфистов новые экструзионные системы (рис. 3а). Сопла позволяют сократить толщину клеевого слоя до 0,3 мм; книга будет сохранять плоский вид в открытом состоянии. Меньшая толщина клеевой плёнки (минимум вдвое по сравнению с традиционным полиэтиленвинилацетатным термоклеем) практически компенсирует затраты на дорогостоящий PUR.

Для заклейки корешка в два этапа разработаны специальные экструзионные системы, где PUR наносится на обложку в момент, когда она транспортируется из подачи в секцию приклейки к книжному блоку (рис. 3б).

Три поколения PUR

Рис. 4. Клеи PUR горячего нанесения разработаны для линий по производству книг бесшвейного скрепления со скруглёнными корешками – как на рисунке

I поколение (кон. 80-х—нач. 90-х гг.) в процессе работы загустевало в резервуаре и отличалось низкой начальной прочностью. Химическая реакция застывания, после которой книжный блок приобретал соответствующие характеристики, занимала 3–6 дней, в зависимости от влажности. Естественно, продукцию нельзя было транспортировать до полного застывания клея.

II поколение появилось в конце 90-х и застывало значительно быстрее. Требуемая прочность (соответственно, использование продукции) гарантировалась менее чем за 3 дня.

III поколение отличается коротким периодом застывания — продукцией можно пользоваться через 6–16 часов (рис. 5). Новые системы характеризуются стабильно низкой рабочей вязкостью (обязательное условие для клеевых ванн), хорошей начальной прочностью.

Рис. 5 Влияние времени застывания на усилие отрыва страницы

Хотя производители значительно модернизировали оборудование и технологии, термоклеи PUR требуют более внимательного отношения по сравнению с обычными, особенно в том, что касается техобслуживания. Для них нужны PUR-совместимые средства очистки, эффективно удаляющие остатки состава из клеевых резервуаров, насосов, труб, сопел и других участков. Удаляются даже потрескавшиеся и обуглившиеся отложения.

Экология

Как и в случае с любой новой технологией, при переходе на PUR надо принять во внимание экологические аспекты. Хотя в современном переплётном процессе при правильном обращении с PUR риск практически исключён, многие предприятия в США и Европе столкнулись с требованиями ограничить выбросы изоцианата. В «экологическом» PUR содержание мономера изоцианата гораздо меньше, чем в традиционных системах — менее 0,1%. Это ниже ограничений, предусмотренных законодательством Евросоюза, в котором PUR отнесён к разряду опасных веществ. При плавлении такие клеи выделяют на 90% меньше паров изоцианата, чем стандартный PUR.

Заключение

С конца 1980-х PUR проделал путь от интересной новинки, которую взяли на вооружение всего несколько предприятий, до современной технологии, завоевавшей признание сотен специалистов по послепечатной обработке во всём мире.

Активный термоклей PUR соответствует всем требованиям к составам для бесшвейного скрепления блока; боковой проклейки; проклейки блоков, прошитых обычной или термонитью. Он отличается исключительной прочностью, быстротой отверждения и высокой начальной липкостью.

Автор благодарит за помощь в подготовке статьи Билла Лича (Henkel Adhesives).

Об авторе: внештатный редактор д-р Херманн Онуссайт (hermann.onusseithenkel.com) в 1984 г. начал работать в компании Henkel (Дюссельдорф, Германия) менеджером лаборатории клеев для бумаги и упаковки. Сейчас сотрудник научно-исследовательского отдела.

Популярность полиуретана

В переплётных процессах применяется несколько сортов клея — химически активный полиуретановый (polyurethane reactive, PUR), этиленвинилацетатный термический (ethylene vinyl acetate, EVA) и поливинилацетатная «холодная» эмульсия (ПВА). PUR известен в переплётном деле с 1989 г., когда впервые начал применяться в Северной Америке для ручных переплётных процессов. Предприятия быстро оценили его преимущества при производстве высококачественной книжной и журнальной продукции, каталогов и годовых отчётов.

Почему PUR?

Популярность PUR неуклонно растёт. В 1995 г. его применяли 28 предприятий, а к концу 2002 г. их число превысило 50 только в США. Причин для перехода с обычного термоклея на PUR много, но главные — его превосходная адгезия и то, что книги сохраняют плоский вид в открытом состоянии.

Адгезия

PUR характерен одинаково хорошим прилипанием к лаковым и УФ-отверждаемым покрытиям, полиэфирным плёнкам (таким как Mylar от DuPont) и бумаге. Благодаря полярной структуре молекул полиуретана, имеет хорошую адгезию к мелованной бумаге.

Считается, что изменения в бумаге, покрытиях и красках за последнее время не представляют проблемы для PUR. Усилие отрыва листа, по сравнению с традиционными термическими клеями, больше на 40–60%.

PUR практически не реагирует на попадание печатной краски на корешок, что у других сортов клея может вызвать немалые проблемы при скреплении.

Источник: «PUR и бесшвейное скрепление», Publish ? 6, 2003.

* Журнал «Американский Печатник», октябрь 2004 г. © 2004, American Printer Magazine, a PRIMEDIA publication. All Rights Reserved.