Introduktion
Papperet framför dig är avsett att klargöra om kvicksilverånglampor som används inom tryckindustrin för UV-härdning av bläck kommer att fasas ut senast 2020 och om det fortfarande finns ett behov av att fortsätta härda bläck med den här gamla teknologi.
2020 är året för ett globalt förbud mot kvicksilver. I maj 2014 startade Världshälsoförsamlingen (WHA), forumet genom vilket Världshälsoorganisationen (WHO) styrs av dess 194 medlemsländer, genomförandet av Minamata-konventionen om kvicksilver (Hg) för att skydda människors hälsa och miljön. från effekter av exponering för kvicksilver och kvicksilverföreningar. Sedan dess har 128 länder anslutit sig till konventionen och 107 har ratificerat den.
Europeiska unionen (EU) skrev sitt första direktiv om minskning av farliga ämnen (RoHS) 2002. RoHS följdes av RoHS 2 2011. RoHS 2 är en utökad version av det ursprungliga direktivet när det gäller antal ämnen, omfattning och begränsande tillämpning av undantag. En viktig princip i EU-lagstiftningen är dock att tillämpningen av EU-regler inte får undergräva tillväxt och utveckling, så RoHS 2-lagstiftningen är aldrig så enkel som den verkar.
Som ett resultat finns undantag från RoHS 2 för kvicksilverbågslampor med lågt, medium och högtryck som fasas ut från april 2015 när lämpliga ersättningstekniker blir tillgängliga. Undantag kan förnyas och tillverkningen av kvicksilverlampor har framgångsrikt begärt en förnyelse för kategori 4 (f) -enheter - kategorin som inkluderar UV-härdningslampor för utskrift - 2015 och de arbetar redan på en begäran för den kommande femårsperioden periodförnyelse.
EU undertecknade reglerna i Minamata-konventionen 2016 när RoHS 2 och andra direktiv och förordningar anpassades till fördraget. Därför är EU bunden av det som nu har kallats ”förbudet mot kvicksilver 2020”.
Varför ett kvicksilverförbud är för länge sedan
Minamata sjukdom är ett neurologiskt syndrom som orsakas av svår kvicksilverförgiftning. I extrema fall följer galenskap, förlamning, koma och död inom några veckor efter att de första symptomen uppträtt. Minamata-fördraget har fått sitt namn efter den japanska staden som bevittnade en av de värsta incidenterna av industriell förgiftning av kvicksilver 1956. Orsaken var utsläppet av metylkvicksilver i det industriella avloppsvattnet från Chisso Corporations kemiska fabrik, som fortsatte från 1932 till 1968 (1).
Det finns ingen känd säker exponeringsnivå för elementärt kvicksilver hos människor. Effekter har sett även på mycket låga nivåer. Tillsammans med dess olika föreningar har den en rad allvarliga hälsoeffekter, inklusive skador på centrala nervsystemet, sköldkörteln, njurarna, lungorna, immunsystemet, ögonen, tandköttet och huden. Överlevande offer kan drabbas av minnesförlust eller språkstörning och hjärnskadorna kan inte vändas.
I Minamata ackumulerades metylkvicksilver i skaldjur och fiskar i Minamata Bay och Shiranui Sea. Den lokala befolkningen, som till stor del är beroende av vad havet tillhandahåller för deras dagliga matintag, utsattes för kvicksilverförgiftning under de 36 år som fabriken fortsatte att släppa den giftiga kemikalien.
I mars 2001 hade 2265 offer officiellt erkänts ha Minamata-sjukdom (varav 1784 hade dött) och över 10 000 hade fått ekonomisk ersättning från Chisso Corporation. År 2004 hade företaget betalat 86 miljoner dollar i ersättning och samma år beordrades att rensa upp föroreningen. Den 29 mars 2010 nåddes en överenskommelse för att kompensera ännu ocertifierade offer.
Ett andra utbrott av Minamata-sjukdomen inträffade i Niigata Prefecture 1965. Dessa fall är vilseledande genom att de verkar antyda att förgiftning är livshotande endast om den har en chans att invadera kroppen under lång tid. Men Karen Wetterhahn-fallet berättar en ännu mer hemsk historia.
Karen Wetterhahn, en amerikansk professor i kemi vid Dartmouth College, New Hampshire, specialiserade sig på exponering av giftig metall. Hon dog 1997 vid 48 års ålder som ett resultat av oavsiktlig exponering för den organiska kvicksilverföreningen dimetylkvicksilver. Skyddshandskar skyddade henne inte och bara några få droppar av kemikalien som absorberades genom handskarna visade sig vara dödlig efter mindre än ett år (2).
Minamata-konventionen
Minamata-konventionen är det fördrag som bevisar att världen har beaktat riskerna och är medveten om att eftersom kvicksilver transporteras runt om i världen genom miljön kan dess utsläpp och utsläpp påverka människors hälsa och miljön även på avlägsna platser.
På grund av kvicksilvers gränsöverskridande effekter måste länder samarbeta för att minska kvicksilverutsläpp och utsläpp. Målet med fördraget är att skydda oss från antropogena utsläpp och utsläpp av kvicksilver och kvicksilverföreningar. Den innehåller bestämmelser som hänför sig till kvicksilvers hela livscykel, inklusive kontroller och minskningar över en rad produkter, processer och industrier där kvicksilver används, släpps ut eller släpps ut. Fördraget behandlar också direkt brytning av kvicksilver, dess export och import, dess säkra lagring och dess bortskaffande som avfall.
Konventionen trädde i kraft den 16 augusti 2017. 128 länder undertecknade faktiskt konventionen medan 107 ratificerade. Förbudet kommer särskilt att påverka hantverksmässig guldbrytning, som har blivit en lukrativ inkomstkälla i länder som Thailand, Peru och Senegal de senaste åren. Från och med 2020 kommer konventionen att förbjuda produktion, import och export av produkter som innehåller kvicksilver, inklusive blodtrycksmätare, kliniska termometrar och andra produkter3.
Minamata kvicksilverförbud listar ”högtryckskvicksilverånglampor (HPMV) för allmänna belysningsändamål”, men ratificerande parter kan tolka alla fördrags definitioner restriktivt, så det är upp till dessa parter att inkludera speciallampor i sin planering för att fasa ut kvicksilver.
RoHS 2 och miljön kontra UV-härdande kvicksilverlampa
RoHS 2 är EU: s svar på problemet med farligt avfall, men direktivet medger undantag och undantag för att inte undergräva tillväxt och utveckling. Dessa beviljas efter att ha gått igenom en granskningsprocess som tar allt från ett par månader till ett par år, med input (fördelar och nackdelar) från alla parter som har intresse och en efterföljande analys av ett av de certifierade instituten.
Ett annat hinder som ett totalt kvicksilverförbud står inför är tolkningen av termerna ”storskaligt stationärt industriellt verktyg” och ”storskalig fast installation”. Dessa termer är relaterade till omfattningen av RoHS 2. "Omfattning" avser huruvida en enhet påverkas av RoHS 2-begränsningar eller inte. Om en enhet inte är inom ramen är den automatiskt undantagen.
Utanför RoHS 2: s räckvidd skulle till exempel en tryckpress som säljaren behöver en lastbil för att leverera den vid kundens tröskel, måste montera och installera och kan inte röra sig utan att ta isär den och upprepa processen. Detta innebär att sådana stora kvicksilverdrivna UV-enheter kan fortsätta att fungera som de var. Reservdistribution är naturligtvis också garanterad.
Stora industrianläggningar är helt undantagna, så industriella tryckmaskiner berörs inte av förbudet och kommer inte att vara om inte direktivet uppdateras efter en runda av lagstiftningskonsultationer och med EU-kommissionens välsignelser. Resonemanget är att mängden kvicksilver är mycket låg och lamporna återvinns helt. Det finns ingen begränsning att lagra dem (4).
För mindre tryckpressar - de som du (även teoretiskt) kan installera själv och som är mer eller mindre lätta att flytta - skulle kvicksilverlampor ha varit förbjudna nu, om det inte var för undantagssystemet. För att skapa investeringssäkerhet ansökte man 2015 till Europeiska kommissionen om en tydlig reglering av ett antal branschorganisationer som "försvarar" sina medlemmars intressen. Målet var att förnya befrielsen för alla UV-lampor för kvicksilverbågar som används för alla UV-härdningsändamål, inklusive tryckning (5).
En av undertecknarna som deltog i att begära förnyelse var RadTech, European Association som främjar användningen av UV / EB-härdningsteknik för bläck, beläggningar och lim. När det gäller förlängningen sade RadTech Europes generalsekreterare: ”Otroligt som det kan tyckas, det formella beslutet är fortfarande kvar, även om undantaget borde ha trätt i kraft för flera år sedan. Det institut som ansvarar för granskningen har rekommenderat kommissionen att förlänga undantaget, men beslutet ligger på kommissionens sida, eftersom kommissionen hade andra prioriteringar. Branschen har faktiskt redan påbörjat förberedelser för att lämna in ansökan om förlängning av undantaget för nästa tidsfrist. ”
Om ett undantag upphör att gälla medan det fortfarande är under granskning förlängs det så att det går att granska begäran och uppdatera lagstiftningen. För de undantag som planeras att löpa ut den 22 juli 2016 mottogs ett stort antal förfrågningar, vilket orsakade en eftersläpning i granskningsprocessen, och utgångsdatumet för dem sköts tillbaka för att ett officiellt beslut skulle kunna fattas. Beslut har tagits löpande. Med tanke på antalet förlängningsförfrågningar som har gjorts kan det ta lite tid innan alla officiellt har släppts.
En RadTech-medlem frågade varför kvicksilverlampor fortfarande kräver undantag: ”Stora industriella installationer är helt undantagna. Därför påverkar förbudet inte industriella tryckmaskiner. Mängden kvicksilver är mycket låg jämfört med massprodukter som kvicksilverlökar. Dessa lampor återvinns vanligtvis helt. Det finns ingen begränsning att lagra dem. ” Men om all industriell tryckutrustning ändå ligger utanför RoHS 2: s räckvidd, är det dock inte uppenbart varför RadTech bör stödja undantag för förnyelse. I själva verket är många UV-härdande tryckpressar tillräckligt små för att vara i omfång.
För fullständighetens skull bör vi överväga att andra länder också har ett RoHS 2-direktiv. Dessa inkluderar Kina, Taiwan, Japan, Korea, och det finns också Kalifornien med sin lag om återvinning av elektroniskt avfall från 2003. Med undantag för det senare följer alla EU: s RoHS 2-format och undantag (6).
Kvicksilverlampor: dåligt för tillväxt och utveckling
Ur affärssynpunkt är det förståeligt att producenter av kvicksilverlampor försvarar status quo. Det är förmodligen varför de ger institutens konsulter svårt att ge råd om utrotning av ett undantag. De försöker vara så expansiva som möjligt med appliceringen av riktade kvicksilverånglampor för att få en maximal förnyelseperiod.
Det är inte i allas bästa och absolut inte i miljöns intresse, eller som Europeiska miljöbyrån uttrycker det: ”Vi föredrar inte längden på många av de begärda kvicksilverundantagen i stor utsträckning på uttalandet att motsvarande LED-lampor inte är en praktisk ersättning idag för varje applikation. Istället begär vi bestämda, kortvariga utgångsdatum i vissa kategorier av lampor utifrån att lysdioder är miljövänliga och praktiska för de flesta applikationer. ”
Även ur strikt affärssynpunkt är kvicksilverlampor inte alltid det bästa valet. Den typ av lampa som används i tryckapplikationer är vanligtvis en linjär kvicksilverångbågslampa med mediumtryck. UV-lampor med medelhögt tryck härdar bläck och beläggningar direkt, vilket gör att utrustningen kan köras i mycket höga hastigheter under längre perioder, men de arbetar vid mycket höga temperaturer (850 till 950 Celsius eller 1550 till 1750 Fahrenheit). Och här har vi den första nackdelen ur ett kostnadsperspektiv. Om lamporna går för svala kan de inte bota bläcket eller beläggningen, så skrivare måste hålla dem på hela tiden och slösa mycket energi - dyra både när det gäller pengar och miljökostnader.
När jag frågade Durst Phototechnik AG om varför de fortfarande erbjuder kvicksilver bredvid sina LED-maskiner, sa deras talesman: ”Konventionella kvicksilver- och / eller galliumånglampor är en väletablerad teknik för industriell härdning av UV-bläck. Maskinvarukostnaderna, särskilt för stora industriproduktionsmaskiner, är mycket lägre - med en faktor två till tre - än till exempel UV-LED-system. ”
Hårdvarukostnaden är dock bara en faktor och det är inte ens den viktigaste. Kostnaden för slösad energi på grund av "alltid på" -nödet vid mätning över hela tryckpressens livslängd bör också räknas in. Till det bör läggas att dessa lampor genererar mycket värme och ozon också. Båda måste tvingas ut ur produktionsområdet - kostar igen mycket annars värdelös energi.
Det finns också risk för föroreningar som spraypulver från andra pressar eller dammpartiklar som kan baka på lamporna, vilket skapar en dimmighet och minskar lampans prestanda och den höga temperaturen som dessa lampor kör på förhindrar utskrift på känsliga material som bubbelplast eller mycket tunn substrat.
Durst nämnde också att härdningsmaterial för kvicksilver, fotoinitiatorkoncentrationer och fotoinitiatorkostnader är lägre än de som används med LED-teknik, men å andra sidan slösar användare ibland ut produktionen på grund av ojämn härdning eller färgförskjutningar som ofta beror på nedbrytning av kvicksilverlampor eller från operatörer. försöker hitta rätt blandning av härdningsenergi för bläck på ett visst substrat.
Enligt Durst är UV-LED inte heller helt i nivå för alla UV-härdningsändamål i branschen. Talsmannen sade: ”Det finns för närvarande inget praktiskt alternativ än konventionella gasurladdningslampor för att generera UV-C- och UV-B-våglängder som kommer att behövas för att uppnå specifika egenskaper vid UV-härdning, såsom hög ythårdhet och god reptålighet. ”
Jennifer Heathcote, Eminence UV, sa emellertid: ”De önskade fysiska och estetiska egenskaperna för den slutliga härdningen samt den avsedda produktanvändningen bör specificeras och är avgörande för att driva (bläck) formuleringskemi och i slutändan om en UV-LED härdad lösning är till och med möjlig idag. Till exempel härdar bläck, lack och lim i allmänhet bra med LED och uppfyller de flesta krav på grafiskt tryck. Silikonfrisättning och industriella hårrockar är dock fortfarande mycket under utveckling och är minst tre till fem år från kommersiell tillgänglighet i stor skala. ” (7)
Slutligen kommer kvicksilverlampor med en dold kostnad: återvinning. Det europeiska WEEE-direktivet (8) kräver att företag återvinner kvicksilver i dessa lampor och varje EU-medlemsland ålägger sina egna böter för att säkerställa att kravet uppfylls (9).
Återvinningsbehovet är helt reglerat, vilket innebär att skrivare inte bara kan kasta lamporna i en hink. Istället definierar varje lands tillämpliga lagar hela processen från början till slut och bördan för återvinningsprocessen ligger på lampleverantören (faktiskt varumärkesägaren) som kan debitera slutanvändaren en extra kostnad per lampa och göra det obligatoriskt för för att hyra en specialdesignad behållare (10).
UV-LED-teknikens fördelar
För UV-härdning av bläck bör RoHS 2-undantag verkligen nekas eftersom det finns ett perfekt livskraftigt alternativ som - under utrustningens livslängd - inte har en negativ inverkan på ekonomisk tillväxt och utveckling samtidigt som den har en mycket lägre inverkan på miljön.
Det alternativet är UV-LED-teknik och det har mognat under det senaste decenniet till en punkt där det börjar bli bättre än kvicksilver inom ett antal områden.
Den mest uppenbara fördelen med LED är att den är en array i kontrast till en lampa. Fördelen med en grupp är att om en diod misslyckas påverkas ytljusets ljusintensitet bara minimalt. Men viktigast av allt når LED-lampor maximalt 40 grader, medan kvicksilverlampor värms upp till mer än 60 grader. Till skillnad från kvicksilverlampor, även lågenergilampor, är LED-lampor mycket mer energieffektiva. De använder cirka 20% av UV-strålningen för härdning och endast 80% omvandlas till värme.
En studie av Fogra Graphic Technology Research Association (11) visade att LED-härdning minskar energiförbrukningen med upp till 82% jämfört med enheter som använder konventionella kvicksilverbågslampor.
Även om det är sant att UV-LED-system behöver specialformulerade bläck för att dra nytta av tekniken, med UV-bläck som är utformade för att matcha våglängden hos LED-dioderna, är system som härdar med LED-lampor lika snabba som kvicksilverhärdade system. För några år sedan började LED-system matcha hastigheten för höghastighetsproduktionspressar. En anledning till detta är att LED-härdade konstverk torkas omedelbart efter utskrift, vilket har en positiv effekt på den totala produktionshastigheten.
LED-teknik som helhet förbrukar mindre bläck, vilket minimerar avfall, en annan miljövänlig funktion. Bläck som utvecklats för UV-LED-teknik är mer responsiva och om tryckpressen har digital front-end-programvara som är optimerad för LED kommer den att kunna applicera ett tunnare lager bläck för att få samma resultat som med konventionell härdning. Under LED-härdning absorberas inte bläcket i substratet - 100% av pigmentet stelnar.
Allt detta kräver att skrivaren och bläcket är noggrant matchade med varandra. Ken Hanulec, EFI VP för Marketing Inkjet Solutions, sa: ”EFI beaktar alla parametrar när en ny produkt släpps ut på marknaden. Dessa inkluderar skrivare, skrivhuvuden, härdningssystem, bläck och alla andra tekniska komponenter. ”
För att göra sina system till valfri skrivare för 3M ™ MCS ™ -certifieringar formulerade EFI sina bläck i samarbete med 3M. 3M-garantin säkerställer att grafiken som produceras med EFI-bläckstråle-teknik i kombination med 3M-media kommer att fungera som förväntat under grafikens livstid. För att göra detta möjligt använder EFI pigment av fordonsindustrin, slipar och kontrollerar dem för att upprätthålla en tät distribution.
Dessutom är LED-lampor säkra medan kvicksilverlampor är en risk på arbetsplatsen. Om den yttre skärmen på en LED-array är skadad finns det inga skadliga effekter. Om den yttre glödlampan på en kvicksilverlampa går sönder, avges intensiv UV-strålning. UV-exponering kan orsaka brännskador på ögon och hud och andra obehag.
UV-LED låter dig också skriva ut på ovanliga underlag, inklusive mycket reflekterande metalliska ytor, mycket strukturerade ytor, flint tunna, värmekänsliga filmer och mer. Polyester och andra specialtextilier kan också skrivas ut eftersom lysdioder är coola jämfört med kvicksilverlampor. Faktum är att UV-LED-skrivare låter dig skriva ut på PVC så tunn som 0,2 till 0,5 mm.
Medan kvicksilverlobbyn föreslår att allt LED-driven kommer att kosta dig mer, har jag personligen intervjuat många EU-baserade skrivare som sa att det faktiskt fick sin verksamhet att växa av två skäl:
De kan skriva ut på billiga och exotiska underlag som speglar, tunt glas och andra känsliga material.
Kunder älskar att kunna säga att de bara använder miljövänliga produkter och tjänster - det lönar sig att vara ”grön”.
Och lysdioder är också mer kostnadseffektiva på andra sätt. Tillverkaren Agfa Graphics säger: ”Eftersom mindre värme släpps ut från en LED-lampa är det lättare att hålla mediet platt under skytteln. Detta eliminerar huvudkrascher och därmed mindre behov av omarbetning som skulle slösa media och bläck. Dessutom innehåller ett LED-system färre delar som kan behöva bytas ut, till exempel fönsterluckor och speglar. ” Eftersom UV-LED-lampor inte innehåller kvicksilver finns det inget behov av bortskaffande av kvicksilver eller några relaterade kostnader. LED-lampor producerar inte heller ozongas som behöver extraheras med ventilation (12).
Även tryckpressar som en Heidelberg 5-färgspress konverterad till LED har fördelar, som Opal Print VD Keith Lunt i Storbritannien förklarar i en fallstudievideo på BluPrint UKs webbplats (13). Han nämner mer livfulla färger och en skarpare prick och han är inte ensam. I en 2018-berättelse rapporterade FESPA-personal att skrivare som redan använder UV-LED rapporterar energiförbrukning så mycket som 70% lägre än konventionella system och ökad färgbriljans som härrör från högre pigmentinnehåll (14).
UV-lysdioder har en livslängd på 10.000 till 20.000 timmar. Kvicksilverbågslampor har en livslängd på cirka 1500 timmar. Det betyder att du måste byta ut den farliga kvicksilverlampan ungefär åtta till tio gånger oftare än dess LED-motsvarighet. I slutet av sin livslängd återvinns lysdioder helst för att få ut det mesta av de sällsynta mineralerna i dem och passa in dem i en cirkulär ekonomi, inte för att de innehåller så många giftiga material som kan släppas ut i luften eller sippra igenom i vattenreserver , men på grund av de dyra sällsynta jordartsmetaller som de innehåller. Ett omfattande återcirkulationsprogram har diskuterats av Fraunhofer-projektgruppen Materialåtervinning och resursstrategier IWKS och Technische Universität Darmstadt Institute for Material Science (15).
Slutsats
Minamatakonventionen i sig kommer att ha liten eller ingen direkt inverkan på tryckeribranschen. Eftersom konventionen koncentrerar sig på gruvdrift å ena sidan och mer allmänt bruk av kvicksilver å andra sidan, och RoHS 2 fungerar med undantag från räckvidden och undantag från undantag, har 2020-kvicksilverförbudet infört genom Minamatafördragets produktdefinitioner verkligen ingen omedelbar effekt på den konventionella UV-härdade tryckindustrin.
När det gäller RoHS 2 försöker tillverkare av kvicksilverlampor fortsätta att förlänga och förnya hela kategori 4 (f) kvicksilverlampor. De verkar därmed dra nytta av den förvirring som orsakas av det breda utbudet av produkter som faller inom denna kategori, vilket gör konsulternas uppgift att ge kommissionen råd om en förnyelse av undantaget nästan omöjligt.
Det är konstigt i strid med målet med direktivet att förbjuda kvicksilver senast 2020, helt klart med hänsyn till den förskott UV-LED-teknik har gjort under det senaste decenniet rent tekniskt och den totala frånvaron av kvicksilver (16).
De många positiva användarrapporter som jag personligen har hört från flera intervjuer med skrivare i Storbritannien och på den europeiska kontinenten verkar tyda på att tryckerier som håller fast vid de konventionella UV-härdningsmetoderna klarar sig mindre bra när det gäller att utvidga sin verksamhet än deras kollegor / konkurrenter som anammar UV-LED-teknik, den senare som ses som ren och ekologiskt sund.
