Управление качеством полимерных материалов при производстве полиграфической продукции

УДК 667.6:658.562

А. Х. Шагиахметова, К. С. Идиатуллина

УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПОЛИГРАФИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ

Ключевые слова: управление качеством, система менеджмента качеств, полимеризация, УФ-краски.

В данной статье описан опыт успешного практического внедрения инноваций в важнейшие направления производства на основе системы менеджмента качества. Описаны преимущества использования дорогостоящих, но высокотехнологичных лакокрасочных материалов. Изложены основные способы управления качеством продукции.

Key words: quality management, quality management system, polymerization, UV inks.

This article describes the experience of successful practical implementation of innovations in key areas of manufacturing-based quality management system. The advantages of using expensive, but high-tech coatings are described. The basic methods of quality control are presented.

Развитие рынков, на которых действуют современные предприятия, ставит новую управленческую проблему - качества отечественной продукции, кардинальное решение которой возможно только на пути инновационного развития предприятия [1]. Технологические инновации являются важнейшей составляющей общей политики предприятия, они во многом определяют «успешность» хозяйственного субъекта.

Внедрение стандартов качества требует пересмотра системы управления в целом, а не отдельных ее элементов, и является управленческой инновацией. Качество обеспечивается, таким образом, изменениями всех процессов, происходящих не только в производственных рамках, но и всей инфраструктуре предприятия.

Реальное повышение качества продукции происходит за счет масштабного технического и технологического обновления производства. Так, например, промышленное внедрение красок УФ (ультрафиолетового) закрепления в 1998 году ознаменовалось как мировой прорыв в узкорулонной флексографской печати.

С использованием флексографских УФ-красок можно запечатывать все имеющиеся подложки, начиная от бумаги и картонов и кончая пленками. В них используются связующие в виде ненасыщенных, функциональных акрилатов на основе полиэфиров, полиуретанов и полиэпоксидов.

В противоположность другим типам красок у УФ-красок при работе не испаряются растворители и не происходит впитывание красок в материал. Также не происходит изменение вязкости — она постоянна. Другими словами, изменение плотности плашки и толщины нанесения красочной пленки при необходимости производятся не за счет изменения вязкости, а с помощью растровых валиков. Машину в любой момент можно остановить и не заботиться о том, что краска в машине высохнет. При УФ-технологии в течение нескольких секунд красочная пленка переходит из квазижидкого полностью в твердое состояние. Этот переход происходит только под воздействием ультрафиолетовых лучей (250-460 нм), расщепляющих так называемый фотоинициатор на реактивные частицы, которые путем цепной реакции объединяют в цепь частицы связующего. При этом в конечном итоге образуется очень стабильная, стойкая к воздействиям полимерная цепь.

Если же рассмотреть общую рецептуру типичной флексографской УФ-краски, то там не найдется сырья, которое используется в красках на основе растворителей или в водорастворимых красках (табл. 1). Основу этих красок составляют так называемые преполимеры, компоненты связующих веществ, которые объединяются в цепи посредством фотоинициатора. Путем использования разбавителя, может регулироваться с одной стороны степень сшивки, а с другой — вязкость и текучесть УФ-красок [2].

Фталоцианиновый голубой 16%

Пигмент (например, для черной краски — сажа) 4%

Эпоксиакрилатная смола 30%

Эпоксиакрилат, модифицированный жирными кислотами 25%

Мономер (модификатор вязкости) 8%

Инициатор 11%

Фоточувствительный ароматический амин 4%

Стабилизатор, воск и др. 2%

Итого 100%

В целом состав красок УФ-отверждения (причем он не зависит от способа печати, а краски для разных способов различаются только конкретными типами веществ и различными добавками, отвечающими за специфику способов печати и за адгезию к различным запечатываемым материалам) таков:

1. Мономер — как правило, соединение сравнительно невысокого молекулярного веса и низкой вязкости, содержащее двойные связи и, следовательно, способное к полимеризации. Мономер является растворителем или разбавителем для остальных составляющих композиции. Изменяя содержание мономера, обычно регулируют вязкость системы.

2. Олигомер — способное к полимеризации и к сополимеризации с мономером ненасыщенное соединение большего, чем мономер, молекулярного веса. Это вязкие жидкости либо твердые вещества. Условием их совместимости с мономером является растворимость в последнем. Считается, что свойства получаемых при отверждении покрытий (например, фотополимерных печатных форм) определяются главным образом природой олигомера. В качестве олигомеров и мономеров наибольшее распространение находят олигоэфир- и олигоуретанакрилаты, а также различные ненасыщенные полиэфиры.

3. Фотоинициатор. Полимеризация мономеров под действием УФ-излучения в принципе может протекать без участия каких-либо других соединений. Такой процесс называется просто полимеризацией и протекает довольно медленно. Для ускорения реакции в композицию вводят небольшие количества веществ, способных под действием света генерировать свободные радикалы и/или ионы, инициирующие цепную реакцию полимеризации. Такой тип полимеризации называется фотоинициированной. Несмотря на незначительное содержание фотоинициатора в композиции, ему принадлежит исключительно важная роль, определяющая как многие характеристики процесса отверждения (скорость фотополимеризации, широту экспонирования), так и свойства полученных покрытий. В качестве фотоинициаторов находят применение производные бензофенона, антрахинона, тиоксантона, асцилфосфиноксиды, пероксипроизводные и т.д. Фотоинициатор играет роль сиккатива — вещества, ускоряющего процесс закрепления краски на оттиске. То есть в случае недостаточного отверждения его необходимо вводить в состав красок в определенной пропорции.

Полимеризация протекает в три стадии: инициирование, рост цепи и обрыв цепи. В стадии инициирования образуются первичные активные частицы — радикалы. В стадии роста цепи радикалы реагируют с молекулами, образуя новые радикалы. Эта стадия повторяется многократно. В стадии обрыва цепи свободные радикалы исчезают, превращаясь в обычные молекулы. Суммарный процесс, включающий эти стадии, протекает очень быстро, с образованием высокомолекулярного полимера.

Для полимеризации акриловых и метакриловых мономеров и олигомеров используются фотоинициаторы, образующие под действием УФ-облучения первичные свободные радикалы. Радикальная полимеризация замедляется кислородом, который, реагируя с радикалами, тормозит рост цепи. При сильном кислородном ингибировании покрытия остаются липкими и требуют «доотверждения». Проведение отверждения в атмосфере азота снимает проблему кислородного ингибирования. Правильно сконструированное оборудование требует минимального расхода азота.

Воспрепятствовать ингибированию можно путем добавления в краску веществ, легко реагирующих с кислородом, таких как амины. Высокая концентрация свободных радикалов на поверхности перекрывает отрицательное влияние кислорода.

На степень отверждения полимеризующихся компонентов, которую затруднительно измерить, влияют следующие факторы:

• продолжительность экспонирования;

• тип (то есть химическая природа) мономер-олигомерных компонентов;

• концентрация фотоинициатора;

• тип фотоинициатора;

• интенсивность и длина волны излучения;

• толщина красочной пленки;

• наличие кислорода;

• добавки;

• отражение излучения подложкой.

Мономер-олигомерная смесь должна полимеризоваться с большой скоростью и проявлять необходимые свойства в условиях офсетной печати, включая совместимость с водным увлажняющим раствором [3].

В настоящее время существуют две системы УФ-красок — радикальные и катионные (табл. 2). В чем же состоят особенности и различия между ними? Прежде всего это — твердотельные краски. Около 15% их состава — красящие вещества, или пигменты, 65% — не сшитые полимерные связующие и 20% — вспомогательные вещества, большую часть которых составляет фотоинициатор. Под действием УФ-излучения фотоинициатор вызывает химическую реакцию, связующее при этом полимеризуется, а УФ-краска затвердевает. Различия между двумя названными системами заключаются в составе связующего или в виде полимеризации.

Радикальные краски имеют химический состав на базе акрилатов. Они обладают невысоким эффектом последубления, имеют незначительный запах, хорошую устойчивость к механическим и термическим воздействиям. Без проблем ими можно печатать на впитывающих материалах, имеющих щелочную поверхность.

Обычные радикальные УФ-краски полимеризуются только при воздействии на них УФ-излучения. При радикальном задубливании фотоинициаторы под действием мощного УФ-излучения распадаются на два высокореактивных радикала. Эти радикалы присоединяются к двойным углеродным связям. Путем перемещения электронов возникает новый, более длинный радикал, который снова может вступать в реакцию. Это оказывает влияние на полимеризацию и, следовательно, на задубливание краски. Так как этот процесс происходит в течение долей секунды, то высыхание краски осуществляется также быстро. Но если продолжительность излучения слишком мала, то могут образоваться незадубленные остатки мономера и слой краски на оттиске окажется незакрепленным. Поэтому здесь длительность излучения должна соответствовать скорости работы машины.

Такие системы УФ-красок с энергетическим закреплением могут быть предложены там, где в офсетной и флексографской печати требуется немедленная последующая обработка. Благодаря высокой скорости реакции высыхания красок возможны скорости печати до 300 м/мин. Радикальные красочные системы могут высушиваться с применением азота, что приводит к дальнейшему ослаблению запаха при высоких скоростях обработки.

Радикальные УФ-краски Катионные УФ-краски

Быстрое высыхание (до 300 м/мин) Для 100-го задубливания требуется соответствующая мощность излучателей Практически отсутствует последующее задубливание ^огород замедляет задубливание Очень действенно кислородное ингибирование (продувание кислородом) Проблемы сцепления с полиэфирными, а также с некоторыми другими материалами Хрупкая, малоэластичная пленка Сморщивание печатного изображения при задубливании до 5% Относительно недорогие краски Масочные слои ламинируются ограниченно ^аски могут иметь собственный запах Средняя степень миграции Более высокая вязкость, чем у катионных красок Более медленное высыхание (до 200 м/мин) Требуется более длительное время реакции Автономное последующее задубливание после первого контакта с УФ-излучением Влага и холод могут заблокировать задубливание Kислородное ингибирование оказывает незначительное воздействие Никаких проблем с пленками Щелочи в печатном материале могут блокировать задубливание Масочная пленка остается гибкой и эластичной Сморщивание печатного изображения при задубливании на 1-2% Более дорогие, чем радикальные, краски Масочные слои ламинируются хорошо ^аски не имеют собственного запаха Высокая гарантия отсутствия миграции дает возможность использования для упаковок продовольственных товаров Более низкая вязкость, чем у радикальных красок

Следует отметить еще одно важное достоинство этих красок — их способность в течение нескольких дней и даже недель оставаться в машине и не высыхать.

Что представляют собой катионные краски? Их химической основой являются эпоксидные смолы. Они обладают слабым запахом, хорошим сцеплением с замкнутыми поверхностями запечатываемых материалов; имеют высокую механическую и химическую устойчивость.

Однако они непригодны к использованию на впитывающих запечатываемых материалах со щелочным меловальным слоем или высокой остаточной влажностью. В то же время возможно их применение для первичных упаковок пищевых продуктов, что достигается путем соответствующего выбора сырья.

При катионном задубливании фотоинициаторы распадаются не на радикалы, а на положительно и отрицательно заряженные частицы — на катион и анион. Возникает очень активный катион, который присоединяется к отрицательному концу полярного соединения. В результате положительный заряд перемещается и начинается цепная реакция.

В отличие от радикальных красок катионные системы для своего задубливания нуждаются в определенной дозе инициирования УФ-излучения. Процесс сшивки

продолжается дольше (после действия излучения еще в течение 1-2 с) и через определенное время достигает 100-процентной величины, закрепляя красочную пленку на оттиске. Кроме того, здесь происходит и «темновая реакция», так что окончательные свойства красочной пленки формируются только через 1-2 дня.

Их достоинство здесь состоит в том, что, в отличие от радикальных красок, в красочной пленке не остается никаких остаточных мономеров.

Катионные УФ-краски являются универсальными и используются в таких областях, как печать упаковки на бумаге, полимерах и алюминиевых пленках (для косметики, моющих средств и т.п.), на крышках для йогурта, фармацевтических пленках, пленках для продовольственных упаковок. Хороший эффект может быть достигнут при работе на печатных материалах с очень трудным красочным сцеплением [4].

Расход энергии при печати УФ-красками на порядок меньше, чем при термосушке. Не требуется дорогостоящая регенерация растворителя, так как его роль выполняет мономер (или низкомолекулярный олигомер), полимеризущийся в процессе отверждения, а не испаряющийся в воздух, как это происходит при сушке классических красок.

Энергия УФ-излучения достаточна для возбуждения электронных уровней в молекулах органических веществ, в результате чего образуются свободные радикалы. Последние реагируют с мономерами, вызывая реакцию полимеризации. УФ-полимеризация — это цепная реакция роста макромолекул. Она сопровождается образованием перекрестных связей между макромолекулами, что упрочняет структуру твердого полимера [5].

Одними из первых в России технологию промышленного внедрения красок УФ (ультрафиолетового) закрепления применили на ЗАО «ТАФЛЕКС» с использованием 6-красочной печатной машины с УФ-сушками АЯБОМА ЕМ 280. Сегодня ЗАО «ТАФЛЕКС» -крупнейший производитель рулонной самоклеющейся этикетки в ТАТАРСТАНЕ и один из самых крупных в России.

Компания была основана 26 июля 1999 года в г. Казани. Сегодня, благодаря многолетнему опыту, предприятие обладает достаточным техническим арсеналом для изготовления этикеток любой сложности, и занимает одно из лидирущих мест среди российских производителей самоклеящейся узкорулонной этикетки. В отличие от многих аналогичных компаний ЗАО «Тафлекс» осуществляет полный производственный цикл, начиная от разработки оригинал - макета до отгрузки готовой продукции заказчику.

Статус высокотехнологичной производственной компании, ее актуальность на современном рынке формируется посредством внедрения инноваций в важнейшие направления производства. Максимально высокое качество продукции поддерживается за счет контроля качества на всех этапах прохождения каждого заказа. Система менеджмента качества сертифицированная в 2005 году по стандартам КО 9001:2008 обеспечивает стабильность процессов производства и прохождения заказа, повторяемость этикетки от тиража к тиражу, высокий уровень качества.

Проблемы менеджмента качества в последние годы приобрели общепризнанную актуальность. Когда говорят о качестве, то обычно выделяют качество результатов деятельности (процесса), качество самих процессов и качество системы или организации деятельности. Мерой качества таких процессов обычно является степень гарантии того, что оказанная услуга или произведенный организацией продукт будет в точности соответствовать требованиям потребителя [6]. Обеспечение же таких гарантий во всем мире связывают с наличием в организации некоторой системы менеджмента качества.

Система менеджмента качества является частью системы менеджмента организации, которая направлена на достижение результатов, в соответствии с целями в области качества для удовлетворения потребностей, ожиданий и требований заинтересованных сторон. Цели в области качества дополняют другие цели организации, связанные с развитием, финансированием, рентабельностью, охраной окружающей среды, а также условий труда и безопасности персонала. Различные части системы менеджмента организации могут быть

интегрированы вместе с системой менеджмента качества в единую систему менеджмента, использующую общие элементы. Это может облегчить планирование, выделение ресурсов, определение дополнительных целей и оценку общей результативности организации [7].

Принципы менеджмента качества. Успешное руководство организацией и ее функционирование обеспечивается путем ее систематического и прозрачного управления. Успех может быть достигнут в результате внедрения и поддержания в рабочем состоянии системы менеджмента качества, разработанной для постоянного улучшения деятельности с учетом потребностей всех заинтересованных сторон. Управление организацией помимо менеджмента качества включает в себя также и другие аспекты менеджмента.

Следующие восемь принципов менеджмента качества были определены для того, чтобы высшее руководство могло руководствоваться ими с целью улучшения деятельности организации [8] .

a) Ориентация на потребителя

Организации зависят от своих потребителей и поэтому должны понимать их текущие и будущие потребности, выполнять их требования и стремиться превзойти их ожидания.

b) Лидерство руководителя

Руководители обеспечивают единство цели и направления деятельности организации. Им следует создавать и поддерживать внутреннюю среду, в которой работники могут быть полностью вовлечены в решение задач организации.

c) Вовлечение работников

Работники всех уровней составляют основу организации, поэтому их полное вовлечение в решение задач дает возможность организации с выгодой использовать их способности.

ё) Процессный подход

Желаемый результат достигается эффективнее, когда деятельностью и соответствующими ресурсами управляют как процессом.

е) Системный подход к менеджменту

Выявление, понимание и менеджмент взаимосвязанных процессов как системы содействуют повышению результативности и эффективности организации при достижении ее целей.

1} Постоянное улучшение

Постоянное улучшение деятельности организации в целом следует рассматривать как ее неизменную цель.

§) Принятие решений, основанное на фактах

Эффективные решения должны основываться на анализе данных и информации.

И) Взаимовыгодные отношения с поставщиками

Организация и ее поставщики взаимозависимы, поэтому отношения взаимной выгоды повышают способность обеих сторон создавать ценности.

Эти восемь принципов менеджмента качества были взяты за основу при разработке стандартов на системы менеджмента качества, входящих в семейство ИСО 9000. Важную роль в общей системе менеджмента качества имеет документация, которая дает возможность передать смысл и последовательность действий и способствует [9]:

a) достижению соответствия требованиям потребителя и улучшению качества;

b) обеспечению соответствующей подготовки кадров;

c) повторяемости и прослеживаемости;

ё) обеспечению объективных свидетельств;

е) оцениванию результативности и постоянной пригодности системы менеджмента качества.

Разработка документации не должна быть самоцелью, а должна добавлять ценность для ее пользователей. В системах менеджмента качества применяют следующие виды документов:

a) документы, предоставляющие согласованную информацию о системе менеджмента качества организации, предназначенную как для внутреннего, так и внешнего пользования (к таким документам относятся руководства по качеству);

b) документы, описывающие, как система менеджмента качества применяется к конкретной продукции, проекту или контракту (к таким документам относятся планы качества);

c) документы, устанавливающие требования (к таким документам относятся спецификации);

ё) документы, содержащие рекомендации или предложения (к таким документам относятся методики);

е) документы, содержащие информацию о том, как последовательно выполнять действия и процессы (такие документы могут включать в себя документированные процедуры, рабочие инструкции и чертежи);

1) документы, содержащие объективные свидетельства выполненных действий или достигнутых результатов (к таким документам относятся записи).

Практическую реализацию в ЗАО «Тафлекс» описанные выше положения СМК находят в оптимально организованной организационной структуре, где важную роль играет отдел технического контроля. В рамках данного подразделения применяются, разрабатываются и внедряются разнообразные формы контроля за качеством продукции (например, чек лист-контроль приёмки содержит следующие контролируемые показатели: требования к упаковке, внешний вид, формы, размеры, требования чертежа, физические показатели). Специалистами отдела разработаны и новые формы контроля, например, карта контроля качества, где важную роль занимает тщательный контроль перед запуском тиража. В целом контроль качества продукции предполагает контроль на стадии запуска, контроль на стадии печати и отделки, контроль готовой продукции, контроль упаковки, маркировки. На готовую продукцию выдается паспорт качества.

В целом управление продукцией, в частности, несоответствующей продукцией находит свое выражение в следующей схеме (см. рисунок 1):

Политика повышения уровня качества на данном предприятии носит комплексный характер и регулируется по всей технологической цепочке. Современная разработка проблемы качества привела к идее комплексности, системности ее разрешения, при этом расширяются организационные структуры управления качеством, повышается их статус.

Осмысление современной ситуации привело к разработке систем управления качеством, а также к развитию методов комплексной стандартизации. В связи с необходимостью в координации работ по специальным функциям и задачам различных подразделений, были созданы подразделения, которые выполняют общие задачи по улучшению качества и координации их реализации - отделы управления качеством, внедряются новые и совершенствуются существующие системы технического и лабораторного контроля.

В целом система менеджмента качества на данном предприятии включает в себя не только контроль качества продукции, но и управление закупками, управление технологическим оборудованием, развитие и анализ системы менеджмента качества со стороны руководства.

Итак, использование принципов системы менеджмента качества при производстве полиграфической продукции способствует тому, что качество выпускаемой продукции на предприятии обеспечивается и поддерживается за счет использования современного оборудования, высококачественного сырья и материалов, профессионализма сотрудников, эффективных управленческих действий. Основным условием работы предприятия становится не ожидание проблем и их устранение, а постоянное развитие и улучшение технологических и управленческих процессов.

Рис. 1 - Процедура управления несоответствующей продукцией

Литература

1. Тузиков, А.Р. Перспективы инновационного развития сквозь призму оценок населения (на примере Республики Татарстан) / А.Р. Тузиков // Вестник Казан.технол. ун-та. - 2010. - №4. -С.267-276

2. Валадов, Д. УФ-краски для офсетной печати: характеристики, состав, применение, поставщики / Д. Валадов // КомпьюАрт. - 2008. - № 4

3. Этикетка. Флексографские печатные краски

4. Филин, Вл. Флексографские печатные краски для печати упаковочной и этикеточной продукции / Вл. Филин // Мир Этикетки - 2001. - №2

5. Валадов, Д. УФ-сушки для закрепления красок и лаков / Д.Валадов // Мир Этикетки - 2008. - №6

6. Бакеева, Р.Ф. Генезис системы качества / Р.Ф.Бакеева, Г.У.Матушанский // Вестник Казан. технол. унта. - 2008. - №6. -С.253-258

7. Системы менеджмента качества. Требования ГОСТ Р ИСО 9001-2008. - Москва: Стандартинформ, 2009. - С. V

8. Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь ГОСТ Р ИСО 9000-2008 . -Москва: Стандартинформ, 2009. - С. IV

© А. Х. Шагиахметова - д-р полит. наук, проф. каф. ГМУС КГТУ, idklara@yandex.ru;

К. С. Идиатуллина - канд. социол. наук, асс. той же кафедры, al82@bk.ru.