Александр Амангельдыев, главный редактор, журнал «Курсив»

Два года назад мы упоминали о новой технологии скрепления книжных блоков, которая решает большинство проблем бесшвейного скрепления (см. «Курсив» № 4-01, А. Амангельдыев, «Как попасть в переплет», с. 10). И тогда же обещали, что в одном из следующих номеров опубликуем более подробное описание этой технологии. Номер, правда, получился не совсем ближайший, но все же обещание мы сдержали.

Но прежде чем перейти к описанию новой технологии, вспомним проблемы и причины их возникновения, которые существуют у современного способа бесшвейного скрепления.

Проблемы бесшвейного скрепления

• Невысокая прочность блоков, особенно из мелованной бумаги. Связано это с плохой впитываемостью клея мелованной бумагой, особенно, если клей вязкий. Снижение же вязкости клея за счет повышения его температуры приводит к его ускоренному окислению и ослаблению из-за этого прочности молекулярных связей, что, в свою очередь, приводит к снижению прочности клеевого слоя. Он легче разрушается, и блок «рассыпается». Фактически, сегодняшняя технология бесшвейного скрепления - компромисс между вязкостью клея и его окислением.
  
  
• Подверженность температурным перепадам. Блоки, изготовленные с помощью бесшвейного скрепления, можно использовать только в небольшом диапазоне температур. Дело в том, что физико-химические свойства современных термоклеев сильно зависят от температуры. К примеру, при низких температурах (минус 20–25°С) некоторые клеи переходят из пластичного в твердое состояние, и резкое раскрытие блока в мороз может привести к его раскалыванию. Эта ситуация осложняется и в случае, если клей в процессе нанесения сильно окислился. И наоборот, при повышении температуры клей становится излишне пластичным, и в жару блок также может легко развалиться. Причина всего - в рецептурах клеев, основанных на высокомолекулярных полимерах.
  
  
• Плохая раскрываемость блока. Блок, скрепленный способом бесшвейного скрепления, раскрывается гораздо хуже, чем блок, сшитый нитками или скрепленный проволокой внакидку. Причина этого понятна - наличие толстой клеевой пленки на корешке не позволяет ему деформироваться, и как следствие, блок раскрывается только за счет изгиба листов бумаги. А если таких листов много, то разгибать уже приходится с усилием. Более того, бумага достаточно упруга, и если такую книгу положить на стол и перестать удерживать открытой, она закроется.

Рис. 1. Обработка волокон бумаги pre- primer’ом освобо- ждает их от мелова- льного покрытия

Иногда читатели, чтобы оставить книгу лежать в открытом состоянии, прикладывают излишние усилия, тогда клеевая пленка деформируется и блок рассыпается на отдельные листы.

Все эти особенности бесшвейного скрепления широко известны, и поэтому его применяют в основном для недорогой продукции «короткого жизненного цикла». Однако у разработчиков оборудования и материалов для бесшвейного способа всегда было желание его усовершенствовать, чтобы по прочности и удобству использования склеенный блок на равных конкурировал с блоком, сшитым нитками. И вот сравнительно недавно английская компания National Starch & Chemical предложила новую технологию бесшвейного скрепления, позволяющую полностью избавиться от всех недостатков традиционной. Технология получила название Twinflex 2000.

Выход есть!

Рис. 2. Обработка освобо- жденных волокон грунтом (primer)

Компания исследовала процессы нанесения клея на мелованную бумагу и его впитывания. В сильно мелованных бумагах (например, бумаги двойного или тройного мелования) волокна надежно покрыты меловальными материалами, содержащими полимерные составляющие, удерживающие мел. Эти полимеры являются по природе гидрофобными, что сильно осложняет закрепление на них клея и препятствует проникновению клея на поверхность волокон бумаги.

Идея новой технологии состоит в том, чтобы «приоткрыть» волокна бумаги и обеспечить их непосредственный контакт с клеем. Фактически получается, что бумага в корешке становится немелованной, а это значительно повышает прочность скрепления.

Рис. 3. Нанесение клея. Он хорошо «прилипает» к областям, обработан- ным грунтом

Был специально разработан трехэтапный процесс нанесения клея на корешок. На первом этапе на корешок воздействуют специальным химическим соединением (называемым pre-primer), которое подготавливает волокна бумаги к восприятию клея. По сути, это вещество освобождает волокна бумаги от различных покрытий, присутствующих в мелованных бумагах (рис. 1). Затем на корешок наносится специальный грунтующий слой (primer). Он хорошо пропитывает волокна бумаги и образует на их поверхности слой, способствующий хорошей адгезии термоклея (рис. 2). Далее на корешок традиционным образом наносится термоклей (рис. 3). В результате обеспечивается непосредственный контакт клея с волокнами бумаги и, как следствие, более высокая прочность скрепления. Для быстрого и качественного закрепления грунта на корешке используется мощная инфракрасная сушка - за доли секунды грунт частично полимеризуется. Таким образом, корешок подготовлен для нанесения собственно клея.

Необходимо отметить, что трехстадийная технология нанесения клея в настоящее время плохо «поддается» автоматизации - специальных машин с тремя ваннами и тремя валами не выпускают. Однако некоторое распространение уже получили двухкомпонентные клеи (primer плюс собственно клей). Но в существующих технологиях грунт используется для того, чтобы не допустить затекания клея между страницами издания. Для работы с двухкомпонентными клеями разработаны специальные машины бесшвейного скрепления с двумя ваннами и двумя валами для нанесения клея.

Рис. 5. Скорость испарения клея в процессе работы

В новой технологии задачи primer’а шире. Однако одна из уникальных особенностей технологии Twinflex в том, что и primer, и pre-primer могут наноситься из одной ванны, то есть смешиваться между собой. Правда, для лучшего результата желательно наносить их по отдельности, но, к сожалению, оборудования для бесшвейного скрепления с тремя ваннами пока никто из машиностроительных компаний не производит. Вот и приходится смешивать primer и pre-primer и пользоваться оборудованием с двумя ваннами. Но даже такие отклонения от технологии не мешают значительно улучшить показатели прочности скрепления - по уверениям производителя, она возрастает в несколько раз.

Рис. 4. Окисление клея при длительном нагревании (слева - традиционный клей, справа - Cool-bind)

Однако новая технология решает только проблему прочности склейки корешка, но не проблемы его раскрываемости и устойчивости к перепаду температур. Для их решения компания National Starch & Chemical предлагает еще одну свою новую разработку - термоклей Cool-bind. Клей этот уникален и наилучшим образом подходит для использования с технологией Twinflex 2000. Он, по сравнению с традиционным, обладает целой серией усовершенствований. Во-первых, он разработан для работы при существенно более низких температурах. Традиционный полиуретановый клей работает при температуре около +175°С, что влечет за собой его заметное окисление и подгорание в процессе работы. Новый клей работает при температуре +130°С (при этом обладает большей текучестью, чем традиционный), что позволяет ему намного дольше сопротивляться окислению и подгоранию. А это, как было сказано выше, очень влияет на прочность клеевого слоя и, как следствие, на качество скрепления блока. На рис. 4 показано, как различаются два вида клея, проработавшие одно и то же время в аппарате бесшвейного скрепления.

Более того, работая при меньшей температуре, клей во многом меньше испаряется (рис. 5), что, с одной стороны, уменьшает его расход, а с другой - благоприятно сказывается на экологической обстановке в цехе.

Новый клей можно (и нужно) наносить более меньшим слоем, чем традиционный. Таким образом, одновременно решаются две задачи. За счет большей эластичности и тонкого слоя новый клей позволяет блоку легко раскрываться и удерживаться в раскрытом состоянии очень долгое время (рис. 6, 7). Более того, значительно сокращается и количество используемого в работе клея.

Рис. 6 . Новый клей позволяет блоку легко удерживаться в раскрытом состоянии очень долгое время

Низкая температура работы клея позволяет заметно сократить время, необходимое для остывания блока, и соответственно, быстрее передавать его на дальнейшие операции. Например, нельзя передавать нагретый блок на упаковку в термоусадочную или полиэтиленовую пленку, ему необходимо сначала остыть. Это создает проблемы для работы на высокоскоростных автоматизированных линиях. С новым клеем задача решается.

Применение специального модифицированного полиуретана для изготовления нового клея позволило расширить температурные границы использования книг, сшитых таким образом. Клей сохраняет стабильные физические характеристики в большом диапазоне температур (от –40 до +75). Скорее всего, вряд ли кому-то придет в голову читать книги в сауне, но тем не менее, это достижение.

Будущее

В заключение можно отметить, что новая технология позволит избавиться от существующих проблем бесшвейного скрепления и выведет этот способ на новые рынки, то есть его можно будет использовать при производстве изданий, которые раньше можно было скреплять только шитьем нитками. Однако надо отметить, что новая технология намного дороже традиционной и требует переделки существующего оборудования (или ожидания разработки нового). Как минимум, машину для бесшвейного скрепления необходимо оснастить мощной инфракрасной сушкой, установив ее после секции нанесения грунта. Однако игра стоит свеч - качество скрепления, а также возможность выхода на новые рынки, скорее всего, позволит это удорожание скомпенсировать.

Рис. 7. Клеевой слой надежно удерживает листы, и блок не раскалывается

Отдельно следует отметить, что наилучшим образом данный клей используется на машинах щелевого типа. Правда, они пока меньше распространены, чем более привычные барабанные (в которых клей наносится вращающимся барабаном). Однако машины щелевого типа обладают рядом преимуществ, из которых главными можно считать два: подачу клея под небольшим давлением, что позволяет полностью заполнить клеем все мельчайшие поры в корешке, и точную дозировку клея для каждого конкретного блока. Последнее препятствует затеканию клея между страницами или страницами и обложкой, а также дает возможность очень точно дозировать его количество, что позволяет получить слой заданной толщины.

Применяя все в комплексе: технологию Twinflex 2000, клей Cool-bind и машину бесшвейного скрепления щелевого типа - можно изготовить блок с принципиально новыми прочностными характеристиками и удобный для пользователя.