Клеящие вещества.

В брошюровочно-переплетных процессах широко применяется склеивание, от которого в значительной степени зависит качество, прочность и длительность срока службы книг, журналов, брошюр и т.д.

Клеи - это композиция на основе химических соединений, способных склеивать различные материалы благодаря образованию между их поверхностями клеевой прослойки прочной адгезионной связи.

Схема 1. Классификация клеящих веществ

В брошюровочно-переплетных процессах широко применяется склеивание, от которого в значительной степени зависит качество, прочность и длительность срока службы книг, журналов, брошюр и т.д.

Клеи - это композиция на основе химических соединений, способных склеивать различные материалы благодаря образованию между их поверхностями клеевой прослойки прочной адгезионной связи.

Большинство клеящих веществ представляют собой олигомеры или полимеры со средней оптимальной степенью полимеризации, т.е. такой, при которой обладают лучшей адгезией и прочностью. Основное назначение клея - соединение с достаточной прочностью отдельных деталей при изготовлении полиграфической продукции.

В зависимости от характера клеящего вещества, образование прочной пленки может происходить в результате следующих процессов:

• испарение растворителя;

• впитывание и испарение дисперсионной среды;

• затвердевание при охлаждении расплава у термоклеев или в результате перехода из жидкого состояния в твердое в результате химических реакций.

Для получения прочной склейки при соединении различных материалов и в зависимости от характера операции, клеящие вещества должны удовлетворять следующим требованиям:

1. хорошо смачивать материал и обладать достаточно высокой адгезией;

2. клеевая пленка после высыхания должна быть достаточно прочной;

3. вязкость клея должна согласовываться с характером или видом склеиваемого материала или видом работы;

4. клей не должен проникать очень глубоко в материал и проходить на оборотную сторону;

В прямой зависимости от вязкости клея находится его способность легко, тонким ровным слоем наносится на поверхность материала.

5. клей в сыром виде должен обладать высокой липкостью, чтоб соединенные детали оставались в зафиксированном положении до высыхания пленки. Особенно это важно в поточном производстве;

6. образовывать эластичную пленку особенно в тех случаях, когда продукция при эксплуатации подвергается многократному сгибу, при высыхании пленка должна иметь максимальную усадку;

7. клей должен легко и равномерным слоем распределятся на поверхности материала без образования тяжей, нитей и т.д., иначе прочность склейки понизится;

8. время закрепления должно быть достаточным для соединения склеиваемых деталей вручную или на машинке;

9. иметь по возможности нейтральную реакцию (рН 5-9), чтоб не происходило пожелтение бумаги, изменение цвета переплетных материалов, обесцвечивание красок на оттиске;

10. при нанесении клея в машинах не должно возникать пены, клей должен быть светлым, чтоб не возникали пятна на материале;

11. не иметь неприятного запаха и не выделять вредных испарений;

12. должны обладать стабильностью свойств;

13. обладать морозо - и теплостойкостью.

Основой почти всех клеящих веществ являются полимеры или олигомеры, природные или синтетические (см. схему 1).

Типичные синтетические клеящие вещества – это ПВА, поливинилбутиральные, на основе производных целлюлозы, синтетических каучуков, сополимеров.

Клеи природного происхождения бывают растительные (крахмальный) и животные (костный, казеиновый).

Природные клеи применялись еще во времена фараонов: папирус изготавливался из тростниковых волокон, соединенных составом, приготовленным из муки, своего рода тестом. Белковая часть муки не зря называется клейковиной. Изобретенная позже папируса бумага также нуждалась в проклейке и подвергается этой операции до сих пор. Хорошими клеящими свойствами обладает не только мука, но и яичный белок, которым веками пользовались для приклеивания сусального золота на на иконы, священные книги, резьбу и купола. И только недавно (70-80 лет тому назад) появились первые синтетические клеи. Природный каучук добывают из густого сока бразильской гевеи – каучукового дерева. Каучук, как и крахмал, коллаген, альбумин, - природный полимер.

Для брошюровочно-переплетных процессов чаще применяют синтетические клеи. Они по сравнению с природными обладают следующими преимуществами:

1. более стабильные при хранении;

2. более стойкие к климатическим воздействиями микроорганизмам;

3. для их закрепления требуется меньше времени, благодаря чему сокращается цикл изготовления продукции;

4. обеспечивает более высокую прочность склейки и качество продукции.

Все клеящие вещества, используемые в брошюровочно-переплетных работах по физико-химическому состоянию и технологии применения подразделяются следующим образом:

- водные дисперсии, где частицы нерастворимого полимера или олигомера находятся в воде; При склеивании пористых материалов дисперсная вода (Н2О) быстро отделяется при впитывании и в результате образуется пленка.

- водно- клеевой раствор, получен растворением исходных продуктов;

Образование пленки происходит медленно за счет испарения воды и частичного впитывания клея в поры бумаги.

- раствор полимеров или олигомеров органических растворителях;

Образование клеящей пленки происходит достаточно быстро в результате испарения летучего растворителя.

- твердый полимер (гранулы, термонити, порошок);

Образование пленки происходит быстро в результате полимеризации.

- термореактивный клей – жидкая композиция, состоящая из реакционно-способного олигомера и отвердителя;

Образование пленки происходит быстро в результате химических реакций.

Водная дисперсия ПВА

В брошюровочно-переплетных процессах используют водную дисперсию на основе синтетических полимеров. Их получают методом полимеризации в водной среде. В результате образуется система, где дисперсионной средой является вода, а дисперсионной фазой клеящее вещество – полимер. Со временем при удалении жидкости из дисперсии происходит уменьшение их объема, т.е. усадка клеевой пленки. В результате возникают напряжения, и происходит расслаивание и растрескивание клеевой пленки. Для снижения внутренних напряжений в клеевой пленке клей изготавливают на основе полимеров с гибким строением макромолекул, а также в состав вводят пластификатор для придания эластичности пленки.

ПВАД.

ПВАД представляет собой водную дисперсию белого цвета, полученную при эмульсионной полимеризации винилацетата (СН2 = СНОСОСН3). В зависимости от степени полимеризации и концентрации полимера вязкость дисперсии колеблется в широких пределах. Для получения твердой эластичной пленки вводят пластификатор – дибутилфталат до 15%.

Пластифицирующая дисперсия может быть 3-х видов:

• низковязкая (10-15 сек.);

• средневязкая (15-40 сек.);

• высоковязкая (не < 40 сек.);

Вязкость дисперсии уменьшают, добавляя теплую воду или более жидкую дисперсию. Для повышения вязкости вводят 14 %-й раствор клея на основе Na – КМЦ.

ПВАД обладает хорошей клеящей способностью, высокой липкостью и стабильностью. Он сравнительно быстро высыхает и образует бесцветную , эластичную при наличии пластификаторов пленку.

Недостаток – низкая морозостойкость. При температуре равной -5°С пленка становится хрупкой и растрескивается в корешке книги. Гарантийный срок хранения при температуре 5 - 45°С – 6 месяцев.

ПВАД применяется для заклейки корешка сшитого книжного блока, вязкость клея должна составлять 2-3 секунды. Для крытья брошюр обложкой вязкость клея должна составлять 40- 80 секунд. Применяется в качестве добавок в другие клеящие вещества, используется для безшвейного скрепления блока, вязкость клея должна составлять 20-30

секунд.

Клея ПВА без разбавления водой (вязкость 45-80 секунд) используются для работы при изготовлении крышек, приклейки каптала и т.д.

Латексно- костный клей.

Латексно-водная дисперсия синтетического бутадиен-стирольного каучука получается при полимеризации бутадиена и стирола. В полиграфической промышленности для изготовления клеев используют латекс со следующей пропорцией: 70%/30%. Он образует прочную прозрачную пленку устойчивую к механическим воздействиям. Латекс белого цвета стабилен и может храниться при обычных условиях до 2-х месяцев, но при сдвиге рН в сторону кислой среды быстро коагулирует. При высыхании он образует пленку в результате отделения воды. Так как латекс сам по себе не обладает достаточно высокой липкостью, при изготовлении клея в него вводят костный клей, может добавляться ПВА или казеин. Так как при работе на машинах клей пенится в результате чего понижается его клеящая способность, добавляется пеногаситель – терпинеол. Вследствие большого содержания костного клея его применяют нагретым до 28 – 35°С.

Клеи на основе латекса различного состава применяются для приклейки марли и бумаги к корешку книжного блока, для крытья сторонок.

Водно-клеевые растворы.

а) Водный раствор на основе крахмала.

Крахмал представляет собой полисахарид (- С6 Н10 О5- )n, где n – степень полимеризации от 60 до 1000. В промышленности крахмал выделяют из картофеля, реже из кукурузы и риса. Картофельный крахмал вырабатывается 3-х сортов:

1. высший сорт, белый с блеском;

2. первый сорт белый порошок;

3. второй и третий сорт, сероватый порошок;

Крахмал плохо растворяется в холодной воде, но при нагревании его зерна набухают и при температуре 60°С зерна лопаются, в результате образуется клейкая, липкая масса. Правильно приготовленный клей представляет собой беловатую полупрозрачную массу. Он обладает невысокой липкостью и клеящей силой, сохнет длительное время из- за большого содержания воды.

Основные достоинства:

• простота и скорость приготовления;

• способность легко и равномерно наноситься на поверхность материала;

• применяется без подогрева;

• не высокая стоимость;

Основные недостатки:

• подвержен действию микроорганизмов;

• обладает низкой клеящей способностью;

Принята следующая схема нумерации клеев:

1-9 – ПВА;

10-29 – Na – КМЦ;

30-39 – на основе крахмала;

40-59 – на основе костного клея;

60-69 – костно-латексный клей;

70-79 – термоклей;

80-90 – на основе синтетических соединений в органических растворителях;

Допустим, клей №30 с вязкостью 40-50 секунд включает следующие компоненты:

1. картофельный крахмал - 10%;

2. декстрин - 2%;

3. буран в качестве антисептика против старения пленки – 0,4%;

4. вода - 87%;

Его применяют для вставки книжных блоков на книговставочных машинах в переплетные крышки.

б) Крахмальный клей щелочной обработки №39.

Так как обычный крахмальный клей имеет высокую липкость и низкую прочность склейки, то может быть использован крахмальный клей без щелочной обработки. При действии щелочи на крахмал в нем происходят химические реакции, в результате чего повышается растворимость в воде и липкость. Клей с высоким содержанием крахмала становится более липким, повышается прочность склейки пор сравнению с обычным крахмальным клеем и его рабочие свойства сохраняются в течение 5 суток.

Клей щелочной обработки №39 имеет невысокую вязкость – 5-7 секунд, используется при заклеивании корешка сшитого блока, при ручной приклейке форзаца и т.д.

Клей готовят путем механического перемешивания в холодной воде картофельного крахмала и едкого натрия в течение 4-5 часов.

в) Декстрин на основе крахмала.

Декстрин на основе крахмала – это продукт гидролиза крахмала, который протекает и образуется при нагревании. При нагревании крахмала до 150°С его молекулы расщепляются на более мелкие части и в результате получаются продукты – декстрины. Процесс превращения крахмала в декстрин происходит быстрее при добавлении кислот. Декстрины в отличие от крахмала хорошо растворяются не только в горячей, но и в холодной воде, образуя растворы любой концентрации. Высохшая пленка – хрупкая и имеет невысокую адгезию. Декстрин используют в качестве добавки к крахмальному или костному клею, а также декстрином покрывают печатную форму для защиты от механических воздействий.

г) Клеевые растворы на основе костного клея.

Глютин – это белковое высокомолекулярное вещество, представляющее собой сочетание различных белков.

Костный клей получают в результате длительного процесса варки в воде обезжиренных костей или кожи с последующим выпариванием воды и образованием студня. При содержании в клее влаги до 50-51% его называют галерта. При дальнейшем высушивании получают костный клей.

В зависимости от чистоты исходного сырья и технической обработки он может быть:

• высшего сорта;

• первого сорта;

• второго сорта;

• третьего сорта;

Лучшие из них содержат меньшее количество жира. Рабочий раствор меньше пенится и следовательно лучше использовать клей высших сортов. В цехах применяют только липкий и густой клей.

Достоинства глютина:

• высокая липкость;

• хорошая текучесть при нагревании;

• хорошая способность закрепляться при комнатной температуре, благодаря чему клей хорошо схватывает поверхности не смачивая их;

Недостатки глютина:

• низкая стабильность свойств (подвержен действию бактерий);

• клей требует непрерывного подогрева и при вращении валиков вспенивается;

С целью предотвращения этих недостатков в клей вводят добавки:

1. антисептик (буран) до 1% - для повышения стабильности клея;

2. Пластификатор (глицерин) до 9% - для получения эластичной пленки;

3. пеногаситель (терпинеол) 0,5%- при работе на машинах;

Для выполнения брошюровочно-переплетных работ рекомендуют около 15 костных клеев, которые отличаются по составу и свойствам. Девять из них изготавливаются на основе костного клея, и пять с прибавлением других клеев.

Костные клеи на основе глютина без добавления других клеев имеют высокую прочность склейки и используются при изготовлении переплетных крышек.

Состав клея зависит от упругости покровного переплетного материала вида операций и других факторов.

д) Водный раствор на основе Na – КМЦ.

Натриевые соли карбоксиметил целлюлозы – продукт химического взаимодействия щелочей целлюлозы и кислоты. В сухом виде – это мелкозернистый или волокнистый продукт белого или кремового цвета, который набухает в воде и образует клейкие растворы со щелочной реакцией.

Клеевые растворы на основе Na – КМЦ (10-12%) – бесцветны, не имеют запаха, равномерно и легко распределяются по поверхности склеиваемых материалов, применяются без подогрева. Их свойства стабильны т.к. они не подвержены действию микроорганизмов, но клеящая способность клея, содержащего Na – КМЦ - невысокая. Для ее повышения вводят 3-20% синтетический полимер клеящих веществ, напр.: ПВА или ПВС (спирт). Клеящая способность при этом возрастает т.к. клей на основе Na – КМЦ содержит большое количество воды и его высыхание происходит медленно.

Клей при работе на машинах не пенится, не плесневеет и легко смывается с деталей машины водой.

Термопластические клеящие вещества.

а) Термоклей.

Основа термоклея – термопластичная аморфная структура – сополимер, свойства которого зависят от исходных мономеров, их соотношений и вводимых в него добавок. Термоклей при обычной температуре – твердый, эластичный материал, который при нагревании размягчается и переходит в вязко – текучее состояние. В этом состоянии клей наносится на склеиваемую поверхность. При охлаждении при комнатной температуре клей быстро затвердевает и образует прочную, твердую, эластичную пленку.

Термоклей в основном применяется для заклейки корешков книжных блоков и для безшвейного скрепления книжных блоков.

Основные достоинства:

• почти мгновенное затвердевание клеевой пленки, что позволяет выполнять последующую обработку книжных блоков, минуя сушку;

• высокая эластичность клеевой пленки высокая прочность клеевого скрепления даже различных по качеству материалов;

• повышение производительность оборудования;

• улучшение условий труда из-за отсутствия в клее растворителей;

• возможность проведения комплексной механизации и автоматизации брошюровочно-переплетного процесса;

Термоклей состоит из следующих композиций:

1. основы сополимера;

2. 15-30% смолы (модифицированная канифоль для увеличения липкости);

3. 10-30% воска или парафина, который понижает температуру размягчения клея;

4. около 2% антиоксидантов для замедления процесса старения пленки;

Для изготовления термоклея чаще всего используется эльвакс – сополимер винилацетата. Для изготовления термоклея также могут использоваться сополимеры на основе полиамида, полиэфиров и др. полимеров.

Термоклей выпускают в виде гранул, порошка, термонитей, которые расплавляются в аппаратах с термоустановками.

Термоклеи в виде термонитей используются для сшивания тетрадей при фальцовке, а термоклеи в виде гранул используются при безшвейном скреплении книг, журналов с толщиной корешка 4-20 мм.

Пленка термоклея при раскрытии книги хорошо растягивается и после снятия нагрузки принимает первоначальные размеры. Эти свойства мало изменяются с течением времени, пленка остается достаточно долго прочной и эластичной.

Один из недостатков термоклея на основе эльвакса - низкая морозостойкость (при температуре 5-7°С), в результате пленка становится хрупкой.

Термоклеи можно использовать при вставке блока в переплетную крышку на книговставочных машинах, для крытья брошюр, приклейки форзаца и др.

Расход термоклея превышают расход др. клеев, и дисперсий, так термоклей при высоких температуре имеет более высокую вязкость.

б) Термореактивный клей.

Термореактивные клеящие вещества образуют пленку в результате химической реакции, протекающей на поверхности склеиваемых материалов при обработке температурой. Для получения клея используют линейные полимеры, олигомеры, мономеры, которые, взаимодействуя с отвердителем, образует пространственные соединения. В результате клей переходит в неплавкое нерастворимое состояние. При отверждении клея происходит его усадка и чтобы ее уменьшить добавляют минеральные наполнители. Для повышения эластичности пленки в клей вводят термопластичные полимеры. Для изготовления клея могут использовать различные виды смол.

Клеи в виде растворов в органических растворителях.

Эти клеи представляют собой растворы полимеров или сополимеров в органических летучих растворителях. Склеивание происходит быстро в результате испарения растворителя. Клеи имеют достаточно высокую прочность склейки, но они более дорогостоящие, чем водные дисперсии и растворы. Клеи применяют для приклеивания прозрачной пленки.

Основой для клеев является сополимер, полученный при полимеризации бутилацетата с винилацетатом. Клей № 80 предназначен для преприссовки лавсановой пленки. Клей № 82 изготовлен на той же основе, что и № 80, но с добавками дибутилфталат, уксусной кислоты и др. добавок, применяется для преприссовки триацетатной пленки к оттискам.