Introduktion
Papiret foran dig er beregnet til at afklare, om kviksølvdamplamper, der anvendes i trykningsindustrien til UV-hærdning af blæk, skal udfases senest i 2020, og om der stadig er behov for at blive ved med at hærde blæk med denne gamle teknologi.
2020 er året for et verdensomspændende forbud mod kviksølv. I maj 2014 startede Verdenssundhedsforsamlingen (WHA), det forum, gennem hvilket Verdenssundhedsorganisationen (WHO) styres af sine 194 medlemslande, implementeringen af Minamata-konventionen om kviksølv (Hg) for at beskytte menneskers sundhed og miljøet. fra virkningerne af eksponering for kviksølv og kviksølvforbindelser. Siden da har 128 lande tilsluttet sig konventionen og 107 har ratificeret den.
Den Europæiske Union (EU) skrev sit første direktiv om reduktion af farlige stoffer (RoHS) i 2002. RoHS blev efterfulgt af RoHS 2 i 2011. RoHS 2 er en udvidet version af det oprindelige direktiv med hensyn til antal stoffer, anvendelsesområde og restriktiv anvendelse af undtagelser. Et nøgleprincip i EU-lovgivningen er dog fortsat, at anvendelsen af EU-regler ikke må underminere vækst og udvikling, så RoHS 2-lovgivning er aldrig så ligetil som det ser ud til.
Som et resultat findes RoHS 2-undtagelser for kviksølvbue-lamper med lav, medium og højtryk, som er ved at blive udfaset fra april 2015, når passende erstatningsteknologier bliver tilgængelige. Undtagelser kan fornyes, og kviksølvlamperindustrien har med succes anmodet om en fornyelse af kategori 4 (f) -enheder - den kategori, der inkluderer UV-hærdningslamper til udskrivning - i 2015, og de arbejder allerede på en anmodning om det kommende 5-år periode fornyelse.
EU tilsluttede sig reglerne i Minamata-konventionen i 2016, da RoHS 2 og andre direktiver og regler blev tilpasset traktaten. Derfor er EU bundet af det, der nu er kendt som "2020-kviksølvforbudet".
Hvorfor et forbud mod kviksølv er længe forsinket
Minamata sygdom er et neurologisk syndrom forårsaget af svær kviksølvforgiftning. I ekstreme tilfælde følger sindssyge, lammelse, koma og død inden for få uger efter udseendet af de første symptomer. Minamata-traktaten er opkaldt efter den japanske by, der var vidne til en af de værste hændelser med industriel forgiftning med kviksølv i 1956. Årsagen var frigivelsen af methylkviksølv i det industrielle spildevand fra Chisso Corporations kemiske fabrik, som fortsatte fra 1932 til 1968 (1).
Der er intet kendt sikkert eksponeringsniveau for elementært kviksølv hos mennesker. Effekter er set selv på meget lave niveauer. Sammen med dets forskellige forbindelser har det en række alvorlige sundhedsmæssige påvirkninger, herunder skader på centralnervesystemet, skjoldbruskkirtlen, nyrerne, lungerne, immunsystemet, øjnene, tandkødet og huden. Overlevende ofre kan lide hukommelsestab eller sprogforringelse, og hjerneskaderne kan ikke vendes.
I Minamata bioakkumuleres methylkviksølv i skaldyr og fisk i Minamata Bay og Shiranui Sea. Den lokale befolkning, der i vid udstrækning er afhængig af, hvad havet leverer til deres daglige fødeindtag, blev udsat for kviksølvforgiftning i løbet af de 36 år, fabrikken frigav det giftige kemikalie.
I marts 2001 blev 2265 ofre officielt anerkendt for at have Minamata-sygdom (hvoraf 1.784 var døde), og over 10.000 havde modtaget økonomisk kompensation fra Chisso Corporation. I 2004 havde virksomheden betalt $ 86 millioner i erstatning og blev det samme år beordret til at rydde op i forureningen. Den 29. marts 2010 blev der indgået en løsning for at kompensere for endnu ikke-certificerede ofre.
Et andet udbrud af Minamata-sygdommen opstod i Niigata-præfekturet i 1965. Disse tilfælde er vildledende, fordi de tilsyneladende antyder, at forgiftning kun er livstruende, hvis den har mulighed for at invadere kroppen i lang tid. Imidlertid fortæller Karen Wetterhahn-sagen en endnu mere forfærdelig historie.
Karen Wetterhahn, en amerikansk professor i kemi ved Dartmouth College, New Hampshire, var specialiseret i eksponering af giftigt metal. Hun døde i 1997 i en alder af 48 år som følge af utilsigtet eksponering for den organiske kviksølvforbindelse dimethylkviksølv. Beskyttelseshandsker beskyttede hende ikke, og kun få dråber af det kemikalie, der blev absorberet gennem handskerne, viste sig at være dødelige efter mindre end et år (2).
Minamata-konventionen
Minamata-konventionen er den traktat, der beviser, at verden har taget hensyn til risiciene og er opmærksom på, at kviksølv transporteres verden rundt gennem miljøet, og dets emissioner og udslip kan påvirke menneskers sundhed og miljøet selv på fjerntliggende steder.
På grund af kviksølvs grænseoverskridende virkninger skal lande samarbejde for at mindske kviksølvemissioner og -udslip. Målet med traktaten er at beskytte os mod menneskeskabte emissioner og udslip af kviksølv og kviksølvforbindelser. Det indeholder bestemmelser, der vedrører hele kviksølvets livscyklus, herunder kontroller og reduktioner på tværs af en række produkter, processer og industrier, hvor kviksølv anvendes, frigives eller udsendes. Traktaten vedrører også direkte udvinding af kviksølv, dets eksport og import, dets sikre opbevaring og dets bortskaffelse som affald.
Konventionen trådte i kraft den 16. august 2017. 128 lande undertegnede faktisk konventionen, mens 107 ratificerede den. Forbudet vil især påvirke håndværksmæssig guldminedrift, som er blevet en lukrativ indtægtskilde i lande som Thailand, Peru og Senegal gennem de seneste år. Fra 2020 forbyder konventionen produktion, import og eksport af produkter, der indeholder kviksølv, herunder blodtryksmålere, kliniske termometre og andre produkter3.
Minamata-kviksølvforbuddet viser "højtrykskviksølvdamplamper (HPMV) til generelle belysningsformål", men ratificerende parter kan fortolke enhver traktats definition begrænset, så det er op til disse parter at medtage specialiserede lamper i deres planlægning om at udfase kviksølv.
RoHS 2 og miljøet kontra UV-hærdende kviksølvlampe
RoHS 2 er EU's svar på problemet med farligt affald, men direktivet tillader undtagelser og undtagelser for ikke at underminere vækst og udvikling. Disse tildeles efter at have gennemgået en gennemgangsproces, der tager alt fra et par måneder til et par år med input (fordele og ulemper) fra alle parter, der har interesse og en efterfølgende analyse af et af de certificerede institutter.
En anden hindring, som et totalt kviksølvforbud står over for, er fortolkningen af begreberne "storstilet stationært industrielt værktøj" og "storstilet fast installation". Disse vilkår er relateret til omfanget af RoHS 2. "Omfang" henviser til, om en enhed er påvirket af RoHS 2-begrænsninger eller ej. Hvis en enhed ikke er inden for omfanget, fritages den automatisk.
Uden for RoHS 2's anvendelsesområde vil f.eks. Være en trykpresse, som sælgeren har brug for en lastbil til at levere den ved kundens dørtrin, skal samles og installeres og kan ikke bevæge sig uden at tage den fra hinanden og gentage processen. Dette betyder, at sådanne store kviksølvdrevne UV-enheder fortsat kan drives, som de var. Reservedelsdistribution er naturligvis også garanteret.
Store industrielle installationer er fuldstændigt undtaget, så industrielle trykmaskiner er ikke berørt af forbuddet og vil ikke være, medmindre direktivet opdateres efter en runde af lovgivningsmæssige konsultationer og med velsignelserne fra EU-Kommissionen. Begrundelsen er, at mængden af kviksølv er meget lav, og lamperne genbruges fuldstændigt. Der er ingen begrænsninger for at gemme dem (4).
For mindre trykpresser - dem, du (selv teoretisk) kan installere selv og er mere eller mindre nemme at flytte rundt - ville kviksølvlamper være blevet forbudt nu, hvis det ikke var for fritagelsessystemet. For at skabe investeringssikkerhed blev der i 2015 anmodet Europa-Kommissionen om en klar regulering af en række brancheorganisationer, der 'forsvarer' deres medlemmers interesser. Målet var at forny den gældende fritagelse for alle UV-lamper til kviksølvbuer, der anvendes til ethvert UV-hærdningsformål, herunder trykning (5).
En af underskriverne, der var involveret i anmodningen om fornyelse, var RadTech, den europæiske sammenslutning, der fremmer brugen af UV / EB-hærdningsteknologi til blæk, belægninger og klæbemidler. Med hensyn til udvidelsen sagde generalsekretæren for RadTech Europe: ”Utroligt som det kan synes, den formelle beslutning er stadig afventende, selv om fritagelsen skulle have trådt i kraft for mange år siden. Det institut, der er ansvarligt for gennemgangen, har anbefalet Kommissionen at forlænge undtagelsen, men beslutningen hænger ved siden af Kommissionen, da Kommissionen havde andre prioriteter. Branchen er faktisk allerede i gang med forberedelserne til at indgive ansøgningen om forlængelse af fritagelsen til den næste frist. ”
Hvis en undtagelse udløber, mens den stadig er under gennemgang, udvides den til at give tid til at gennemgå anmodningen og ajourføre lovgivningen. For de undtagelser, der er planlagt til at udløbe den 22. juli 2016, blev der modtaget et stort antal anmodninger, hvilket medførte et efterslæb i gennemgangsprocessen, og udløbsdatoen for dem blev skubbet tilbage for at der kunne træffes en officiel beslutning. Beslutninger er truffet løbende. I betragtning af antallet af forlængelsesanmodninger, der er fremsat, kan det tage et stykke tid, før alle er officielt frigivet.
Et RadTech-medlem, da han blev spurgt om, hvorfor kviksølvlamper stadig kræver undtagelser, sagde: ”Store industrielle installationer er fuldstændig fritaget. Derfor påvirker forbuddet ikke industrielle trykmaskiner. Mængden af kviksølv er meget lav sammenlignet med masseprodukter som kviksølvpærer. Disse lamper genbruges generelt fuldstændigt. Der er ingen begrænsninger for at gemme dem. ” Men hvis alt industrielt trykningsudstyr alligevel er uden for RoHS 2's anvendelsesområde, er det ikke umiddelbart tydeligt, hvorfor RadTech bør støtte undtagelsesfornyelser. I virkeligheden er mange UV-hærdende trykpresser små nok til at være i omfang.
For fuldstændighedens skyld bør vi overveje, at andre lande også har et RoHS 2 'direktiv'. Disse inkluderer Kina, Taiwan, Japan, Korea, og der er også Californien med sin lov om genbrug af elektronisk affald fra 2003. Bortset fra sidstnævnte følger de alle EU RoHS 2-formatet og undtagelsesordningen (6).
Kviksølvlamper: dårligt for vækst og udvikling
Fra et forretningsmæssigt synspunkt er det forståeligt, at producenter af kviksølvlamper forsvarer status quo. Det er sandsynligvis derfor, de giver instituttets konsulenter svært ved at rådgive om udryddelse af en undtagelse. De forsøger at være så ekspansive som muligt med anvendelsen af de målrettede kviksølvdamplamper for at få en maksimal fornyelsesperiode.
Det er ikke i alles interesse og bestemt ikke i miljøets interesse, eller som Det Europæiske Miljøbureau udtrykker det: ”Vi foretrækker ikke længden af mange af de anmodede kviksølvundtagelser i vid udstrækning på udsagnet om, at ækvivalente LED-lamper ikke er en praktisk erstatning i dag for enhver applikation. I stedet for anmoder vi om bestemte kortvarige udløbsdatoer i visse kategorier af lamper på baggrund af, at LED'er er miljøvenlige og praktiske til de fleste applikationer. ”
Selv fra et strengt forretningsmæssigt synspunkt er kviksølvlamper ikke altid det bedste valg. Den type lampe, der anvendes til udskrivning, er normalt en lineær kviksølvdampbue-lampe med medium tryk. UV-lamper med medium tryk hærder blæk og belægning med det samme, så udstyret kan køre ved meget høje hastigheder i længere perioder, men de fungerer ved meget høje temperaturer (850 til 950 Celsius eller 1550 til 1750 Fahrenheit). Og her har vi den første ulempe set fra et omkostningsperspektiv. Hvis lamperne kører for kølige, hærder de muligvis ikke blækket eller belægningen, så printere skal til enhver tid holde dem tændt og spilder meget energi - dyre både med hensyn til penge og miljøomkostninger.
Da jeg spurgte Durst Phototechnik AG om, hvorfor de stadig tilbyder kviksølv ved siden af deres LED-maskiner, sagde deres talsmand: ”Konventionelle kviksølv- og / eller gallium-damplamper er en veletableret teknologi til industriel hærdning af UV-blæk. Hardwareomkostningerne, især for store industrielle produktionsmaskiner, er meget lavere - med en faktor to til tre - end for eksempel UV-LED-systemer. ”
Imidlertid er hardwareomkostningerne kun en faktor, og det er ikke engang den vigtigste. Omkostningerne ved spildt energi på grund af ”altid tændt” nødvendigheden målt over hele trykpressens levetid bør også tælles med. Dertil skal tilføjes, at disse lamper også genererer meget varme og ozon. Begge skal tvinges ud af produktionsområdet - igen koster en masse ellers ubrugelig energi.
Der er også risikoen for forurenende stoffer som sprøjtepulver fra andre presser eller støvpartikler, der kan bage på lamperne, hvilket skaber en tåge og nedsætter lampens ydeevne, og den høje temperatur, disse lamper kører på, forhindrer udskrivning på sarte materialer som bobleplast eller meget tynd underlag.
Durst nævnte også, at kviksølvhærdningsmaterialer, fotoinitiatorkoncentrationer og fotoinitiatoromkostninger er lavere end dem, der anvendes med LED-teknologi, men på den anden side spilder brugerne undertiden output på grund af ujævn hærdning eller farveskift, der ofte skyldes nedbrydning af kviksølvpærer eller fra operatører forsøger at finde den rigtige blanding af hærdningsenergi til blæk på et bestemt substrat.
Ifølge Durst er UV LED heller ikke helt på niveau til alle UV-hærdningsformål i branchen. Talsmanden sagde: ”Der er i øjeblikket intet praktisk alternativ end konventionelle gasudladningslamper til at generere UV-C- og UV-B-bølgelængder, som er nødvendige for at opnå specifikke egenskaber ved UV-hærdning, såsom den højeste overfladehårdhed og god ridsefasthed. ”
Jennifer Heathcote, Eminence UV, sagde dog: ”De ønskede fysiske og æstetiske egenskaber ved den endelige hærdning samt den tilsigtede produktanvendelse bør specificeres og er medvirkende til at drive (blæk) formuleringskemi og i sidste ende om en UV-LED helbredt løsning er endda mulig i dag. For eksempel hærder blæk, lak og klæbemiddel generelt godt med LED og opfylder de fleste grafiske printkrav. Frigivelse af silicone og industrielle hårfrakker er dog stadig meget under udvikling og er mindst tre til fem år væk fra kommerciel tilgængelighed i bred skala. ” (7)
Endelig kommer kviksølvlamper med skjulte omkostninger: genbrug. Det europæiske WEEE-direktiv (8) kræver, at virksomheder genbruger kviksølv i disse lamper, og hvert EU-medlemsland pålægger sine egne bøder for at sikre, at kravet er opfyldt (9).
Genbrugsbehovet er fuldt reguleret, hvilket betyder, at printere ikke bare kan smide disse lamper i en spand. I stedet definerer hvert lands gældende love hele processen fra start til slut, og byrden for genbrugsprocessen er på lampeleverandøren (mærkeejeren faktisk), der kan opkræve slutbrugeren en ekstra pris pr. Lampe og gøre det obligatorisk for printeren til at leje en specielt designet container (10).
UV-LED-teknologiens fordele
Til UV-hærdning af blæk bør RoHS 2-undtagelser virkelig nægtes, fordi der er et perfekt levedygtigt alternativ, der - i løbet af udstyrets levetid - ikke har en negativ indvirkning på økonomisk vækst og udvikling, mens den har en meget mindre indvirkning på miljøet.
Dette alternativ er UV-LED-teknologi, og det er modnet i løbet af det sidste årti til et punkt, hvor det begynder at være bedre end kviksølv på en række områder.
Den mest åbenlyse fordel ved LED er, at det er et array i modsætning til en lampe. Fordelen ved en matrix er, at hvis en diode fejler, påvirkes overfladelysets lysintensitet kun minimalt. Men vigtigst af alt når LED-lamper maksimalt 40 grader Celsius, mens kviksølvlamper varmer op til mere end 60 grader. I modsætning til kviksølvlamper, selv med lavenergi, er LED-lamper langt mere energieffektive. De bruger ca. 20% af UV-strålingen til hærdning, og kun 80% omdannes til varme.
En undersøgelse foretaget af Fogra Graphic Technology Research Association (11) viste, at LED-hærdning reducerer energiforbruget med op til 82% sammenlignet med enheder, der bruger konventionelle kviksølvbuer.
Selvom det er rigtigt, at UV-LED-systemer har brug for specielt formulerede blæk for at få mest muligt ud af teknologien, med UV-blæk formuleret til at matche bølgelængden af LED-dioderne, er systemer, der hærder med LED-lamper lige så hurtige som kviksølvhærdede systemer. For et par år siden begyndte LED-systemer at matche hastigheden på højhastigheds-produktionspresser. En af grundene til dette er, at LED-hærdet kunstværk tørres straks efter udskrivning, hvilket har en positiv effekt på den samlede produktionshastighed.
LED-teknologi som helhed bruger mindre blæk, hvilket minimerer spild, en anden miljøvenlig funktion. Blæk udviklet til UV-LED-teknologi er mere lydhør, og hvis trykpressen har digital front-end-software, der er optimeret til LED, vil den være i stand til at anvende et tyndere lag blæk for at opnå de samme resultater som ved konventionel hærdning. Under LED-hærdning absorberes blækket ikke i substratet - 100% af pigmentet størkner.
Alt dette kræver, at printeren og blækkene nøje matches med hinanden. Ken Hanulec, EFI VP for Marketing Inkjet Solutions, sagde: ”EFI overvejer alle parametre, når de bringer et nyt produkt på markedet. Disse inkluderer printeren, printhovederne, hærdningssystemet, blæk og alle de andre tekniske komponenter. ”
For at gøre deres systemer til den valgte printer til 3M ™ MCS ™ -certificeringer, formulerede EFI sine blæk i samarbejde med 3M. 3M-garantien sikrer, at grafikken, der produceres med EFI inkjet-teknologier i kombination med 3M-medier, fungerer som forventet i grafikkens levetid. For at gøre dette muligt bruger EFI pigmenter i bilkvalitet, slibning og kontrol af dem for at opretholde en tæt distribution.
Derudover er LED-lamper sikre, mens kviksølvlamper er en risiko på arbejdspladsen. Hvis det ydre skjold på et LED-array er beskadiget, er der ingen skadelige virkninger. Hvis den ydre pære af en kviksølvlampe går i stykker, udsendes der intens UV-stråling. UV-eksponering kan forårsage øjen- og hudforbrændinger og anden ubehag.
UV-LED giver dig også mulighed for at udskrive på usædvanlige underlag, herunder stærkt reflekterende metalliske overflader, stærkt strukturerede overflader, spaltetynde, varmefølsomme film og mere. Polyester og andre specielle tekstiler kan også trykkes på, da LED'er er seje sammenlignet med kviksølvlamper. Faktisk giver UV-LED-printere dig mulighed for at udskrive på PVC så tyndt som 0,2 til 0,5 mm.
Mens kviksølv-lobbyen antyder, at alt, hvad LED-drevet vil koste dig mere, har jeg personligt interviewet mange en EU-baseret printer, der sagde, at det faktisk fik deres forretning til at vokse af to grunde:
De kan udskrive på billige og eksotiske underlag som spejle, tyndt glas og andre sarte materialer.
Kunder elsker at kunne sige, at de kun bruger miljøvenlige produkter og tjenester - det lønner sig at være ”grøn”.
Og LED'er er også mere omkostningseffektive på andre måder. Producent Agfa Graphics siger: ”Da mindre varme ledes fra en LED-lampe, er det lettere at holde mediet fladt under rumfærgen. Dette eliminerer hovedkrascher og dermed mindre behov for omarbejdning, der spilder medier og blæk. Derudover indeholder et LED-system færre dele, der muligvis skal udskiftes, såsom skodder og spejle. ” Da UV LED-lamper ikke indeholder kviksølv, er der desuden ikke behov for bortskaffelse af kviksølv eller relaterede omkostninger. LED'er producerer heller ikke ozongas, der skal ekstraheres med ventilation (12).
Selv trykpresser som en Heidelberg 5-farvet presse konverteret til LED har fordele, som Opal Print's administrerende direktør Keith Lunt, UK-baserede, forklarer i en casestudievideo på BluPrint UKs hjemmeside (13). Han nævner mere levende farver og en skarpere prik, og han er ikke alene. I en 2018-funktionshistorie rapporterede FESPA-medarbejdere, at printere, der allerede bruger UV-LED, rapporterer energiforbrug så meget som 70% lavere end konventionelle systemer og øget farveglans, der stammer fra højere pigmentindhold (14).
UV-LED'er har en levetid på 10.000 til 20.000 timer. Kviksølvbuelamper har en levetid på ca. 1.500 timer. Dette betyder, at du er nødt til at udskifte den farlige kviksølvlampe ca. otte til ti gange oftere end dens LED-modstykke. I slutningen af deres levetid genbruges lysdioder ideelt for at få mest muligt ud af de sjældne mineraler inde i dem og passe dem i en cirkulær økonomi, ikke fordi de indeholder så mange giftige materialer, der kan frigives i luften eller sive igennem i vandreserverne , men på grund af de dyre sjældne jordarter, de indeholder. Et altomfattende recirkulationsprogram er blevet diskuteret af Fraunhofer-projektgruppen Material Genbrug og ressourcestrategier IWKS og Technische Universität Darmstadt Institute for Materials Science (15).
Konklusion
Minamata-konventionen i sig selv vil have ringe eller ingen direkte indflydelse på trykkeribranchen. Da konventionen koncentrerer indsatsen omkring minedrift på den ene side og mere generel anvendelse af kviksølv på den anden side, og RoHS 2 fungerer med undtagelser og undtagelsesfornyelser, har kviksølvforbudet fra 2020, der er indført ved Minamata-traktatens produktdefinitioner, bestemt ingen umiddelbar indvirkning på den konventionelle UV-hærdede trykindustri.
Hvad RoHS 2 angår, forsøger producenter af kviksølvlamper at udvide og forny hele kategori 4 (f) kviksølvlamper. De ser således ud til at drage fordel af den forvirring, der er forårsaget af den brede vifte af produkter, der falder ind under denne kategori, hvilket gør konsulentenes opgave at rådgive Kommissionen om en fornyelse af undtagelsen næsten umulig.
Det er underligt i strid med formålet med direktivet om at forbyde kviksølv inden 2020, bestemt taget i betragtning den fremgang, UV-LED-teknologi har gjort i løbet af det sidste årti rent teknologisk set og det samlede fravær af kviksølv (16).
De mange positive brugerrapporter, jeg personligt har hørt fra flere interviews med printere i Storbritannien og på det europæiske kontinent, ser ud til at indikere, at trykkerier, der holder fast ved de konventionelle UV-hærdningsmetoder, klarer sig mindre godt med hensyn til at udvide deres forretning end deres kolleger / konkurrenter, der omfavner UV-LED-teknologi, sidstnævnte, der ses som ren og økologisk sund.
