Introduksjon
Papiret foran deg er ment å avklare om kvikksølvdamplamper som brukes i trykkindustrien for UV-herding av blekk, vil bli faset ut senest i 2020, og om det fortsatt er behov for å fortsette å herde blekk med denne gamle teknologi.
2020 er året for et verdensomspennende forbud mot kvikksølv. I mai 2014 startet Verdens helseforsamling (WHA), forumet der Verdens helseorganisasjon (WHO) styres av sine 194 medlemsland, implementeringen av Minamata-konvensjonen om kvikksølv (Hg) for å beskytte menneskers helse og miljøet. fra effekter av eksponering for kvikksølv og kvikksølvforbindelser. Siden da har 128 land sluttet seg til konvensjonen og 107 har ratifisert den.
Den europeiske unionen (EU) skrev sitt første direktiv om reduksjon av farlige stoffer (RoHS) i 2002. RoHS ble fulgt av RoHS 2 i 2011. RoHS 2 er en utvidet versjon av det opprinnelige direktivet når det gjelder antall stoffer, omfang og restriktiv anvendelse av unntak. Imidlertid er det fortsatt et sentralt prinsipp i EU-lovgivningen at anvendelsen av EU-regler ikke må undergrave vekst og utvikling, så RoHS 2-lovgivningen er aldri så grei som den ser ut.
Som et resultat er RoHS 2-unntak på plass for kvikksølvbuelamper med lavt, middels og høyt trykk som er under utfasing fra april 2015 etter hvert som passende erstatningsteknologi blir tilgjengelig. Unntak kan fornyes, og produksjonen av kvikksølvlamper har vellykket bedt om fornyelse av enheter i kategori 4 (f) - kategorien som inkluderer UV-herdelys for utskrift - i 2015, og de jobber allerede med en forespørsel for det kommende 5-året periode fornyelse.
EU abonnerte på reglene i Minamata-konvensjonen i 2016 da RoHS 2 og andre direktiver og forskrifter ble tilpasset traktaten. Derfor er EU bundet av det som nå har vært kjent som "2020 kvikksølvforbud".
Hvorfor et kvikksølvforbud er for lengst forsinket
Minamata sykdom er et nevrologisk syndrom forårsaket av alvorlig kvikksølvforgiftning. I ekstreme tilfeller følger galskap, lammelse, koma og død innen uker etter at de første symptomene dukket opp. Minamata-traktaten er oppkalt etter den japanske byen som var vitne til en av de verste hendelsene med industriell forgiftning av kvikksølv i 1956. Årsaken var frigjøring av metyl kvikksølv i det industrielle avløpsvannet fra Chisso Corporation sin kjemiske fabrikk, som fortsatte fra 1932 til 1968 (1).
Det er ikke kjent sikkert eksponeringsnivå for elementært kvikksølv hos mennesker. Effekter har blitt sett selv på svært lave nivåer. Sammen med de forskjellige forbindelsene har den en rekke alvorlige helseeffekter, inkludert skade på sentralnervesystemet, skjoldbruskkjertelen, nyrene, lungene, immunforsvaret, øynene, tannkjøttet og huden. Overlevende ofre kan lide hukommelsestap eller språkforstyrrelse, og hjerneskadene kan ikke reverseres.
I Minamata akkumulerte metyl kvikksølv i skalldyr og fisk i Minamata Bay og Shiranui Sea. Lokalbefolkningen, som i stor grad er avhengig av hva havet sørger for for deres daglige matinntak, ble utsatt for kvikksølvforgiftning i løpet av de 36 årene fabrikken fortsatte å frigjøre det giftige kjemikaliet.
I mars 2001 ble 2265 ofre offisielt anerkjent for å ha Minamata-sykdom (hvorav 1784 hadde dødd) og over 10 000 hadde mottatt økonomisk kompensasjon fra Chisso Corporation. I 2004 hadde selskapet betalt $ 86 millioner dollar i kompensasjon og ble pålagt samme år å rydde opp i forurensningen. 29. mars 2010 ble det inngått forlik for å kompensere for ennå ikke sertifiserte ofre.
Et annet utbrudd av Minamata sykdom skjedde i Niigata Prefecture i 1965. Disse tilfellene er misvisende ved at de ser ut til å antyde at forgiftning bare er livstruende hvis den har en sjanse til å invadere kroppen i lang tid. Karen Wetterhahn-saken forteller imidlertid en enda mer forferdelig historie.
Karen Wetterhahn, en amerikansk professor i kjemi ved Dartmouth College, New Hampshire, var spesialisert i eksponering av giftig metall. Hun døde i 1997 i en alder av 48 år som et resultat av utilsiktet eksponering for den organiske kvikksølvforbindelsen dimetylkvikksølv. Vernehansker beskyttet henne ikke, og bare noen få dråper av kjemikaliet som ble absorbert gjennom hanskene viste seg å være dødelig etter mindre enn ett år (2).
Minamata-konvensjonen
Minamata-konvensjonen er traktaten som beviser at verden har tatt hensyn til risikoen og er klar over at fordi kvikksølv transporteres verden rundt gjennom miljøet, kan dets utslipp og utslipp påvirke menneskers helse og miljøet selv på avsidesliggende steder.
På grunn av kvikksølvs grenseoverskridende effekter, må land samarbeide for å redusere utslipp av kvikksølv og utslipp. Målet med traktaten er å beskytte oss mot menneskeskapte utslipp og utslipp av kvikksølv og kvikksølvforbindelser. Den inneholder bestemmelser som er relatert til hele kvikksølvets livssyklus, inkludert kontroller og reduksjoner over en rekke produkter, prosesser og industrier der kvikksølv brukes, frigjøres eller slippes ut. Traktaten tar også opp direkte gruvedrift av kvikksølv, eksport og import, sikker lagring og deponering av avfall.
Konvensjonen trådte i kraft 16. august 2017. 128 land signerte faktisk konvensjonen, mens 107 ratifiserte den. Forbudet vil særlig ramme håndverksmessig gullgraving, som har blitt en lukrativ inntektskilde i land som Thailand, Peru og Senegal de siste årene. Fra 2020 vil konvensjonen forby produksjon, import og eksport av produkter som inneholder kvikksølv, inkludert blodtrykksmålere, kliniske termometre og andre produkter3.
Minamata kvikksølvforbud lister opp "høytrykks kvikksølvdamplamper (HPMV) for generelle belysningsformål", men ratifiserende parter kan tolke definisjoner av enhver traktat begrensende, så det er opp til disse partene å inkludere spesialiserte lamper i planleggingen om å fase ut kvikksølv.
RoHS 2 og miljøet mot UV-herdende kvikksølvlampe
RoHS 2 er EUs svar på problemet med farlig avfall, men direktivet tillater unntak og unntak for ikke å undergrave vekst og utvikling. Disse gis etter å ha gått gjennom en gjennomgangsprosess som tar alt fra et par måneder til et par år, med innspill (fordeler og ulemper) fra alle partene som har interesse og en påfølgende analyse av et av de sertifiserte instituttene.
Et annet hinder for et totalt kvikksølvforbud er tolkningen av begrepene "storskala stasjonært industrielt verktøy" og "storskala fast installasjon". Disse vilkårene er relatert til omfanget av RoHS 2. "Omfang" refererer til om en enhet påvirkes av RoHS 2-begrensninger eller ikke. Hvis en enhet ikke er innenfor omfanget, blir den automatisk unntatt.
Utenfor RoHS 2s omfang vil for eksempel være en trykkpresse som leverandøren trenger lastebil for å levere den til kundens dørstokk, må montere og installere, og kan ikke bevege seg uten å ta den fra hverandre og gjenta prosessen. Dette betyr at så store kvikksølvdrevne UV-enheter kan fortsette å brukes som de var. Distribusjon av reservedeler er naturlig nok også garantert.
Store industrielle installasjoner er helt unntatt, så industrielle trykkemaskiner er ikke bekymret for forbudet og vil ikke være med mindre direktivet er oppdatert etter en runde med lovgivningsmessige konsultasjoner og med EU-kommisjonens velsignelser. Begrunnelsen er at mengden kvikksølv er veldig lav og lampene resirkuleres fullstendig. Det er ingen begrensninger for å lagre dem (4).
For mindre trykkpresser - de du kan (til og med teoretisk sett) installere selv og som er mer eller mindre lette å flytte rundt - ville kvikksølvlamper vært utestengt nå, hvis ikke det var for fritakssystemet. For å generere investeringssikkerhet ble det i 2015 søkt EU-kommisjonen om en klar regulering av en rekke bransjeforeninger som 'forsvarer' sine medlemmers interesser. Målet var å fornye fritaket for alle kvikksølvbuer-UV-lamper som brukes til UV-herdingsformål, inkludert utskrift (5).
En av signatærene som var involvert i å be om fornyelse var RadTech, European Association som fremmer bruken av UV / EB-herdeteknologi for blekk, belegg og lim. Om forlengelsen sa generalsekretæren i RadTech Europe: ”Utrolig som det kan se ut, er den formelle avgjørelsen fortsatt i behandling, selv om fritaket burde ha trådt i kraft for mange år siden. Instituttet som er ansvarlig for gjennomgangen har anbefalt kommisjonen å utvide unntaket, men beslutningen henger ved siden av kommisjonen, ettersom kommisjonen hadde andre prioriteringer. Bransjen er faktisk allerede i gang med forberedelsene til å sende inn søknaden om utvidelse av fritaket for neste frist. ”
Hvis et unntak utløper mens det fremdeles er under evaluering, utvides det for å gi tid til forespørsel å bli vurdert og lovgivning kan oppdateres. For unntakene som var planlagt å utløpe 22. juli 2016, ble det mottatt et stort antall forespørsler som forårsaket et forsinkelse i gjennomgangsprosessen, og utløpsdatoen for dem ble presset tilbake for at en offisiell beslutning skulle bli tatt. Beslutninger er tatt på rullerende basis. Gitt antall forlengelsesforespørsler som er kommet, kan det ta litt tid før alle er offisielt utgitt.
Et RadTech-medlem spurte om hvorfor kvikksølvlamper fremdeles krever unntak: ”Store industrielle installasjoner er helt unntatt. Derfor berører ikke forbudet industrielle trykkmaskiner. Mengden kvikksølv er veldig lav sammenlignet med masseprodukter som kvikksølvpærer. Disse lampene er generelt resirkulert. Det er ingen begrensninger for å lagre dem. ” Imidlertid, hvis alt industrielt trykkutstyr uansett er utenfor RoHS 2s omfang, er det ikke tydelig hvorfor RadTech bør støtte unntak fornyelser. I virkeligheten er mange UV-herdende trykkpresser små nok til å være i omfang.
For fullstendighets skyld bør vi vurdere at andre land også har et RoHS 2 'direktiv'. Disse inkluderer Kina, Taiwan, Japan, Korea, og det er også California med sin lov om gjenvinning av elektronisk avfall fra 2003. Med unntak av sistnevnte følger alle EUs RoHS 2-format og dispensasjonsordning (6).
Kvikksølvlamper: dårlig for vekst og utvikling
Fra et forretningsmessig synspunkt er det forståelig at produsenter av kvikksølvlamper forsvarer status quo. Det er sannsynligvis grunnen til at de gir råd til instituttene vanskelig å gi råd om utryddelse av unntak. De prøver å være så ekspansive som mulig med påføringen av de målrettede kvikksølvdamplampene, for å få en maksimal fornyelsesperiode.
Det er ikke i alles interesse og absolutt ikke i miljøets interesse, eller som European Environmental Bureau uttrykker det: ”Vi favoriserer ikke lengden på mange av de etterspurte kvikksølvfritakene, i stor grad på utsagnet om at ekvivalente LED-lamper ikke er en praktisk erstatning i dag for hver applikasjon. I stedet ber vi om bestemte kortvarige utløpsdatoer i visse kategorier av lamper på grunnlag av at lysdioder er miljøvennlige og praktiske for de fleste applikasjoner. ”
Selv fra et strengt forretningsmessig synspunkt er ikke kvikksølvlamper alltid det beste valget. Lampetypen som brukes i trykkapplikasjoner er vanligvis en lineær kvikksølvdampbue-lampe med middels trykk. UV-lamper med middels trykk kurerer blekk og belegg umiddelbart, slik at utstyret kan kjøre med høye hastigheter i lengre perioder, men de fungerer ved veldig høye temperaturer (850 til 950 Celsius eller 1550 til 1750 Fahrenheit). Og her har vi den første ulempen fra et kostnadsperspektiv. Hvis lampene går for kule, kan de ikke kurere blekket eller belegget, så skriverne må ha dem på hele tiden, og kaste bort mye energi - dyrt både når det gjelder penger og miljøkostnader.
Da jeg spurte Durst Phototechnik AG om hvorfor de fremdeles tilbyr kvikksølv ved siden av LED-maskinene, sa deres talsmann: “Konvensjonelle kvikksølv- og / eller galliumdamplamper er en veletablert teknologi for industriell herding av UV-blekk. Maskinvarekostnadene, spesielt for store industrielle produksjonsmaskiner, er mye lavere - med en faktor to til tre - enn for eksempel UV-LED-systemer. ”
Imidlertid er maskinvarekostnaden bare en faktor, og det er ikke engang den viktigste. Kostnaden for bortkastet energi på grunn av "alltid på" nødvendigheten når den måles over hele trykkpressens levetid, bør også telles med. Til det skal legges at disse lampene også genererer mye varme og ozon. Begge må tvinges ut av produksjonsområdet - igjen koster mye ellers unyttig energi.
Det er også risikoen for forurensninger som spraypulver fra andre presser eller støvpartikler som kan bake på lampene, noe som skaper en tåke og redusert lampeytelse, og den høye temperaturen disse lampene kjører på, forhindrer utskrift på delikate materialer som bobleplast eller veldig tynn underlag.
Durst nevnte også at herdingsmaterialer for kvikksølv, fotoinitiatorkonsentrasjoner og fotoinitiatorkostnader er lavere enn de som brukes med LED-teknologi, men på den annen side kaster brukerne noen ganger avkastning på grunn av ujevn herding eller fargeskift som ofte skyldes nedbrytning av kvikksølvpærer eller fra operatører. prøver å finne den rette blandingen av herdenergi for blekk på et bestemt underlag.
I følge Durst er UV LED heller ikke helt på nivå for alle UV-herdingsformål i bransjen. Talsmannen sa: ”Det er foreløpig ikke noe praktisk alternativ enn konvensjonelle gassutladningslamper for å generere UV-C- og UV-B-bølgelengder som vil være nødvendig for å oppnå spesifikke egenskaper ved UV-herding, slik som den høyeste overflatehardheten og god ripebestandighet. ”
Jennifer Heathcote, Eminence UV, sa imidlertid: "De ønskede fysiske og estetiske egenskapene til den endelige herdingen samt den tiltenkte bruken av produktet bør spesifiseres og er medvirkende til å drive (blekk) formuleringskjemien og til slutt om en UV-LED herdet løsning er til og med mulig i dag. For eksempel herder blekk, lakk og lim generelt godt med LED og oppfyller de fleste krav til grafisk trykk. Silikonfrigjøring og industrielle harde strøk er imidlertid fortsatt veldig i utvikling og er minst tre til fem år unna bred kommersiell tilgjengelighet. " (7)
Til slutt kommer kvikksølvlamper med skjulte kostnader: resirkulering. Det europeiske WEEE-direktivet (8) krever at selskaper resirkulerer kvikksølv i disse lampene, og hvert EU-medlemsland pålegger sine egne bøter for å sikre at kravet er oppfylt (9).
Gjenvinningsbehovet er fullt regulert, noe som betyr at skrivere ikke bare kan kaste disse lampene i en bøtte. I stedet definerer hvert lands gjeldende lover hele prosessen fra begynnelse til slutt, og byrden for resirkuleringsprosessen er på lampeleverandøren (merkevareeieren faktisk) som kan belaste sluttbrukeren en ekstra kostnad per lampe og gjøre det obligatorisk for skriveren for å leie en spesialdesignet container (10).
UV-LED-teknologiens fordeler
For UV-herding av blekk, bør RoHS 2-unntak virkelig nektes fordi det er et perfekt levedyktig alternativ som - i løpet av utstyrets levetid - ikke har en negativ innvirkning på økonomisk vekst og utvikling mens den har en mye lavere innvirkning på miljøet.
Det alternativet er UV-LED-teknologi, og det har modnet seg det siste tiåret til et punkt der det begynner å bli bedre enn kvikksølv på en rekke områder.
Den mest åpenbare fordelen med LED er at den er en matrise i motsetning til en lampe. Fordelen med en matrise er at hvis en diode svikter, blir lysintensiteten til overflatelyset bare minimalt påvirket. Men viktigst av alt, når LED-lamper maksimalt 40 grader Celsius, mens kvikksølvlamper varmer opp til mer enn 60 grader. I motsetning til kvikksølvlamper, til og med lavenergilamper, er LED-lamper langt mer energieffektive. De bruker omtrent 20% av UV-strålingen til herding, og bare 80% omdannes til varme.
En studie av Fogra Graphic Technology Research Association (11) viste at LED-herding reduserer energiforbruket med opptil 82% sammenlignet med enheter som bruker konvensjonelle kvikksølvbuer.
Selv om det er sant at UV-LED-systemer trenger spesielt formulert blekk for å få mest mulig ut av teknologien, med UV-blekk formulert for å matche bølgelengden til LED-dioder, er systemer som herdes med LED-lamper like raske som kvikksølvherdede systemer. For noen år siden begynte LED-systemer å matche hastigheten på høyhastighets produksjonspresser. En grunn til dette er at LED-herdet kunstverk tørkes umiddelbart etter utskrift, noe som har en positiv effekt på den totale produksjonshastigheten.
LED-teknologi som helhet bruker mindre blekk, noe som minimerer avfall, en annen miljøvennlig funksjon. Blekk utviklet for UV-LED-teknologi er mer responsive, og hvis trykkpressen har digital front-end-programvare som er optimalisert for LED, vil den kunne bruke et tynnere lag med blekk for å oppnå de samme resultatene som ved konvensjonell herding. Under LED-herding absorberes ikke blekket i underlaget - 100% av pigmentet stivner.
Alt dette krever at skriveren og blekket må være nøye tilpasset hverandre. Ken Hanulec, EFI VP of Marketing Inkjet Solutions, sa: “EFI vurderer alle parametere når vi bringer et nytt produkt på markedet. Disse inkluderer skriveren, skrivehodene, herdesystemet, blekk og alle de andre tekniske komponentene. ”
For å gjøre systemene deres til den valgte skriveren for 3M ™ MCS ™ -sertifiseringer, formulerte EFI blekk i samarbeid med 3M. 3M-garantien forsikrer at grafikken produsert med EFI-blekkskriverteknologi i kombinasjon med 3M-medier vil fungere som forventet i grafikkens levetid. For å gjøre dette mulig bruker EFI pigmenter i bilindustrien, sliper og kontrollerer dem for å opprettholde tett distribusjon.
I tillegg er LED-lamper trygge, mens kvikksølvlamper er en risiko på arbeidsplassen. Hvis det ytre skjoldet til et LED-array er skadet, er det ingen skadelige effekter. Hvis den ytre pæren til en kvikksølvlampe går i stykker, avgis intens UV-stråling. UV-eksponering kan forårsake brannskader i øynene og huden og andre ubehag.
UV-LED lar deg også skrive ut på uvanlige underlag, inkludert høyreflekterende metall, overflater med høy struktur, glatt tynne, varmefølsomme filmer og mer. Polyester og andre spesielle tekstiler kan også skrives ut ettersom lysdioder er kule sammenlignet med kvikksølvlamper. Faktisk lar UV-LED-skrivere deg skrive ut på PVC så tynne som 0,2 til 0,5 mm.
Mens kvikksølv-lobbyen antyder at alt LED-drevet kommer til å koste deg mer, har jeg personlig intervjuet mange EU-baserte skrivere som sa at det faktisk fikk virksomheten til å vokse av to grunner:
De kan trykke på billige og eksotiske underlag som speil, tynt glass og andre delikate materialer.
Kunder elsker å kunne si at de bare bruker miljøvennlige produkter og tjenester - det lønner seg å være "grønn".
Og lysdioder er mer kostnadseffektive på andre måter også. Produsent Agfa Graphics uttaler: ”Da mindre varme ledes ut fra en LED-lampe, er det lettere å holde mediet flatt under skytten. Dette eliminerer hodekrasj og dermed mindre behov for omarbeid som vil kaste bort media og blekk. I tillegg inneholder et LED-system færre deler som kan kreve utskifting, som skodder og speil. ” Videre, ettersom UV LED-lamper ikke inneholder kvikksølv, er det ikke behov for deponering av kvikksølv eller relaterte kostnader. Lysdioder produserer heller ikke ozongass som må ekstraheres med ventilasjon (12).
Selv trykkpresser som en 5-fargespresse Heidelberg konvertert til LED har fordeler, som UK-baserte Opal Prints administrerende direktør Keith Lunt forklarer i en casestudievideo på BluPrint UKs nettsted (13). Han nevner mer levende farger og en skarpere prikk, og han er ikke alene. I en 2018-funksjonshistorie rapporterte FESPA-ansatte at skrivere som allerede bruker UV-LED rapporterer energiforbruk så mye som 70% lavere enn konvensjonelle systemer og økt fargeblansering, som skyldes høyere pigmentinnhold (14).
UV-LED-er har en levetid på 10.000 til 20.000 timer. Kvikksølvbuer har en levetid på omtrent 1500 timer. Dette betyr at du må bytte ut den farlige kvikksølvlampen omtrent åtte til ti ganger oftere enn LED-motstykket. På slutten av levetiden resirkuleres LED-er ideelt for å få mest mulig ut av de sjeldne mineralene i dem og passe dem i en sirkulær økonomi, ikke fordi de inneholder så mange giftige materialer som kan slippes ut i luften eller sive gjennom i vannreservene , men på grunn av de dyre sjeldne jordartsmineraler de inneholder. Et altomfattende resirkuleringsprogram er diskutert av Fraunhofer Project Group Material Recycling and Resource Strategies IWKS og Technische Universität Darmstadt Institute for Materials Science (15).
Konklusjon
Minamata-konvensjonen i seg selv vil ha liten eller ingen direkte innvirkning på trykkeribransjen. Ettersom konvensjonen konsentrerer seg om gruvedrift på den ene siden og mer bruk av kvikksølv på den andre siden, og RoHS 2 arbeider med unntak av omfang og fornyelser av unntak, har forbrenningen av kvikksølv i 2020 pålagt av Minamata-traktatens produktdefinisjoner absolutt ingen umiddelbar innvirkning på den konvensjonelle UV-herdede trykkindustrien.
Når det gjelder RoHS 2, prøver produsenter av kvikksølvlamper å utvide og fornye hele kategori 4 (f) kvikksølvlamper. De ser dermed ut til å ha nytte av forvirringen forårsaket av det brede spekteret av produkter som faller inn under denne kategorien, noe som gjør konsulentenes oppgave å gi råd til kommisjonen om en fornyelse av unntaket nesten umulig.
Det er merkelig i strid med målet med direktivet om å forby kvikksølv innen 2020, absolutt tatt i betraktning fremgangen UV-LED-teknologi har gjort det siste tiåret rent teknologisk og totalt fravær av kvikksølv (16).
De mange positive brukerrapportene jeg personlig har hørt fra flere intervjuer med skrivere i Storbritannia og på det europeiske kontinentet, ser ut til å indikere at trykkerier som holder fast ved de konvensjonelle UV-herdemetodene, gjør det mindre bra når det gjelder å utvide virksomheten enn deres kolleger / konkurrenter som omfavner UV-LED-teknologi, sistnevnte som blir sett på som ren og miljøvennlig.
