Úvod
Papír před vámi má objasnit, zda budou rtuťové výbojky používané v polygrafickém průmyslu k UV vytvrzování inkoustů vyřazeny nejpozději v roce 2020 a zda je stále potřeba pokračovat v vytvrzování inkoustu tímto starým technologie.
Rok 2020 je rokem celosvětového zákazu rtuti. V květnu 2014 zahájilo Světové zdravotnické shromáždění (WHA), fórum, jehož prostřednictvím řídí Světová zdravotnická organizace (WHO) svých 194 členských států, provádění Minamatské úmluvy o rtuti (Hg) na ochranu lidského zdraví a životního prostředí účinkům expozice rtuti a sloučeninám rtuti. Od té doby se k úmluvě připojilo 128 zemí a 107 ji ratifikovalo.
Evropská unie (EU) napsala svoji první směrnici o snižování nebezpečných látek (RoHS) v roce 2002. Po RoHS následoval RoHS 2 v roce 2011. RoHS 2 je rozšířená verze původní směrnice, pokud jde o počet látek, rozsah a restriktivní uplatňování výjimek. Klíčovou zásadou v právních předpisech EU však zůstává, že používání pravidel EU nesmí narušit růst a vývoj, takže právní předpisy RoHS 2 nikdy nejsou tak přímé, jak se zdá.
Ve výsledku jsou zavedeny výjimky RoHS 2 pro nízkotlaké, středotlaké a vysokotlaké rtuťové výbojky, které se od dubna 2015 postupně ukončují, jakmile budou k dispozici vhodné náhradní technologie. Výjimky lze obnovit a průmysl vyrábějící rtuťové lampy úspěšně požádal o obnovení u zařízení kategorie 4 (f) - kategorie, která zahrnuje UV vytvrzovací lampy pro tisk - v roce 2015 a již pracují na požadavku na nadcházející 5leté období obnovení období.
EU se v roce 2016 přihlásila k pravidlům Minamatské úmluvy, když byla směrnice RoHS 2 a další směrnice a nařízení v souladu se smlouvou. EU je proto vázána takzvaným „zákazem rtuti do roku 2020“.
Proč je zákaz rtuti už dávno splatný
Minamata nemoc je neurologický syndrom způsobený těžkou otravou rtutí. V extrémních případech následuje šílenství, paralýza, kóma a smrt během několika týdnů od objevení se prvních příznaků. Smlouva o Minamata byla pojmenována po japonském městě, které bylo svědkem jednoho z nejhorších případů průmyslové otravy rtutí v roce 1956. Příčinou bylo uvolňování metylortuti v průmyslových odpadních vodách z chemické továrny společnosti Chisso Corporation, které pokračovalo v letech 1932 až 1968 (1).
Není známa bezpečná úroveň expozice elementární rtuti u lidí. Účinky byly pozorovány i na velmi nízkých úrovních. Spolu s různými sloučeninami má řadu závažných zdravotních dopadů, včetně poškození centrálního nervového systému, štítné žlázy, ledvin, plic, imunitního systému, očí, dásní a kůže. Přežívající oběti mohou utrpět ztrátu paměti nebo poškození jazyka a poškození mozku nelze zvrátit.
V Minamata se metylortuť bioakumulovala v měkkýši a rybách v zátoce Minamata a v moři Shiranui. Místní obyvatelstvo, které do značné míry závisí na tom, co moře poskytuje pro jejich každodenní příjem potravy, bylo během 36 let, kdy továrna stále uvolňovala toxickou chemikálii, vystaveno otravě rtutí.
V březnu 2001 bylo 2265 obětí oficiálně uznáno jako osoby trpící chorobou Minamata (1784 z nich zemřelo) a více než 10 000 obdrželo finanční odškodnění od společnosti Chisso Corporation. Do roku 2004 společnost vyplatila odškodnění ve výši 86 milionů $ a ve stejném roce bylo nařízeno vyčistit její kontaminaci. 29. března 2010 bylo dosaženo dohody o vyrovnání dosud necertifikovaných obětí.
Druhé vypuknutí choroby Minamata došlo v prefektuře Niigata v roce 1965. Tyto případy jsou zavádějící, protože podle všeho naznačují, že otrava je život ohrožující, pouze pokud má šanci na dlouhou dobu napadnout tělo. Případ Karen Wetterhahn však vypráví ještě děsivější příběh.
Karen Wetterhahn, americká profesorka chemie na Dartmouth College v New Hampshire, se specializovala na expozici toxickým kovům. Zemřela v roce 1997 ve věku 48 let v důsledku náhodné expozice organické sloučenině rtuti dimethylrtuti. Ochranné rukavice ji nechránily a pouze několik kapek chemikálie absorbované rukavicemi se ukázalo jako smrtelné po méně než roce (2).
Minamatská úmluva
Minamatská úmluva je smlouvou, která dokazuje, že svět vzal na vědomí rizika a je si vědom toho, že protože rtuť je přepravována po celém světě prostředím, mohou její emise a uvolňování ovlivňovat lidské zdraví a životní prostředí i ve vzdálených lokalitách.
Vzhledem k přeshraničním účinkům rtuti musí země spolupracovat, aby snížily emise a uvolňování rtuti. Cílem smlouvy je chránit nás před antropogenními emisemi a úniky rtuti a sloučenin rtuti. Obsahuje ustanovení, která se vztahují na celý životní cyklus rtuti, včetně kontrol a redukcí u řady produktů, procesů a průmyslových odvětví, kde se rtuť používá, uvolňuje nebo emituje. Smlouva se rovněž zabývá přímou těžbou rtuti, jejím vývozem a dovozem, bezpečným skladováním a likvidací jako odpad.
Úmluva vstoupila v platnost 16. srpna 2017. Úmluvu skutečně podepsalo 128 zemí, zatímco 107 ji ratifikovalo. Zákaz se dotkne zejména řemeslné těžby zlata, která se v posledních letech stala lukrativním zdrojem příjmů v zemích, jako je Thajsko, Peru a Senegal. Od roku 2020 bude úmluva zakazovat výrobu, dovoz a vývoz výrobků obsahujících rtuť, včetně tlakoměrů, klinických teploměrů a dalších výrobků3.
Zákaz rtuti Minamata uvádí „vysokotlaké rtuťové výbojky (HPMV) pro obecné osvětlovací účely“, ale ratifikující strany mohou interpretovat definice jakékoli smlouvy restriktivně, takže je na těchto stranách, aby do svého plánování postupného vyřazování rtuti zahrnuly speciální výbojky.
RoHS 2 a životní prostředí vs. rtuťová lampa vytvrzující UV zářením
RoHS 2 je odpovědí EU na problém nebezpečného odpadu, ale směrnice, aby neohrozila růst a vývoj, umožňuje výjimky a výjimky. Ty jsou udělovány poté, co projdou procesem kontroly, který trvá kdekoli od několika měsíců do několika let, se vstupy (klady a zápory) od všech stran, které mají zájem, a následnou analýzou jednoho z certifikovaných institutů.
Další překážkou, které čelí úplný zákaz rtuti, je interpretace pojmů „velký stacionární průmyslový nástroj“ a „rozsáhlá pevná instalace“. Tyto podmínky se vztahují k rozsahu směrnice RoHS 2. „Rozsah“ označuje, zda je zařízení ovlivněno omezeními RoHS 2 či nikoli. Pokud zařízení není v oboru, je automaticky vyňato.
Mimo oblast působnosti RoHS 2 by byl například tiskařský lis, pro který prodejce potřebuje nákladní automobil, aby jej mohl dodat u zákazníka, musí jej sestavit a nainstalovat a nemůže se pohybovat, aniž by jej rozebral a zopakoval postup. To znamená, že takové velké rtuťové jednotky UV mohou být nadále provozovány tak, jak byly. Distribuce náhradních dílů je samozřejmě také zaručena.
Velká průmyslová zařízení jsou zcela osvobozena, takže průmyslových tiskařských strojů se tento zákaz netýká a nebude jím, dokud nebude směrnice aktualizována po kole legislativních konzultací as požehnáním Evropské komise. Důvodem je, že množství rtuti je velmi nízké a výbojky jsou zcela recyklovány. Jejich ukládání není nijak omezeno (4).
Pro menší tiskařské stroje - ty, které si můžete (i teoreticky) nainstalovat sami a je u nich víceméně snadné se pohybovat - by rtuťové lampy byly nyní zakázány, nebýt systému výjimek. Za účelem zajištění bezpečnosti investic byla v roce 2015 podána u Evropské komise žádost o jasnou regulaci několika průmyslových sdružení, která „hájí“ zájmy svých členů. Cílem bylo obnovit zavedenou výjimku pro všechny rtuťové obloukové UV lampy používané pro jakékoli účely vytvrzování UV zářením, včetně tisku (5).
Jedním ze signatářů zapojených do žádosti o obnovení byla RadTech, Evropská asociace, která podporuje použití technologie vytvrzování UV / EB pro inkousty, nátěry a lepidla. Generální tajemník RadTech Europe k rozšíření uvedl: „Je neuvěřitelné, že se formální rozhodnutí stále čeká, přestože výjimka měla vstoupit v platnost před lety. Instituce odpovědná za přezkum doporučila Komisi rozšířit výjimku, ale rozhodnutí zaostává na straně Komise, jelikož Komise měla jiné priority. Průmysl ve skutečnosti již začíná s přípravami na podání žádosti o prodloužení výjimky pro příští termín. “
Pokud platnost výjimky vyprší, zatímco je stále předmětem přezkumu, prodlužuje se tak, aby poskytla čas na přezkoumání žádosti a aktualizaci právních předpisů. U výjimek, jejichž platnost vypršela 22. července 2016, bylo přijato velké množství žádostí, což způsobilo nevyřízené položky v procesu kontroly, a datum vypršení platnosti pro ně bylo posunuto zpět, aby bylo možné učinit oficiální rozhodnutí. Rozhodnutí jsou přijímána průběžně. Vzhledem k počtu podaných žádostí o prodloužení může nějakou dobu trvat, než budou všechny oficiálně vydány.
Člen RadTech na otázku, proč rtuťové lampy stále vyžadují výjimky, řekl: „Velká průmyslová zařízení jsou zcela osvobozena. Zákaz proto nemá vliv na průmyslové tiskové stroje. Množství rtuti je ve srovnání s hromadnými produkty, jako jsou rtuťové žárovky, velmi nízké. Tyto lampy jsou obecně zcela recyklovány. Jejich skladování není nijak omezeno. “ Pokud je však veškeré průmyslové tiskové zařízení mimo rozsah směrnice RoHS 2, není zřejmé, proč by RadTech měl podporovat obnovení výjimek. Ve skutečnosti je spousta tiskařských lisů vytvrzovaných UV zářením natolik malá, že jsou v rozsahu.
Pro úplnost bychom měli vzít v úvahu, že i jiné země mají „směrnici“ RoHS 2. Patří mezi ně Čína, Tchaj-wan, Japonsko, Korea a je zde také Kalifornie se zákonem o recyklaci elektronického odpadu z roku 2003. Kromě posledně jmenovaného se všechny řídí formátem EU RoHS 2 a schématem výjimek (6).
Rtuťové lampy: špatné pro růst a vývoj
Z obchodního hlediska je pochopitelné, že výrobci rtuťových lamp hájí současný stav. To je pravděpodobně důvod, proč dávají konzultantům ústavů těžko poradit o zániku výjimky. Při použití cílených rtuťových výbojek se snaží být co nejvíce expanzivní, aby dosáhli maximální doby obnovy.
To není v nejlepším zájmu všech a rozhodně to není v zájmu životního prostředí, nebo jak uvádí Evropský úřad pro životní prostředí: „Nepodporujeme délku mnoha požadovaných výjimek týkajících se rtuti, a to do značné míry na tvrzení, že ekvivalentní LED lampy nejsou dnes praktická náhrada za každou aplikaci. Místo toho požadujeme definitivní krátkodobá data vypršení platnosti u určitých kategorií světelných zdrojů na základě toho, že LED jsou pro většinu aplikací ekologicky výhodnější a praktičtější. “
I z přísného obchodního hlediska nejsou rtuťové výbojky vždy tou nejlepší volbou. Typ lampy používané v tiskových aplikacích je obvykle středotlaká lineární rtuťová výbojka. Středotlaké UV lampy okamžitě vytvrzují inkousty a nátěry, což umožňuje, aby zařízení běželo po velmi dlouhou dobu velmi vysokou rychlostí, ale pracuje při velmi vysokých teplotách (850 až 950 Celsia nebo 1550 až 1750 Fahrenheit). A tady máme první nevýhodu z hlediska nákladů. Pokud lampy běží příliš chladně, nemusí vytvrzovat inkoust nebo povlak, takže je třeba, aby je tiskárny stále udržovaly, a zbytečně tak ztrácely spoustu energie - nákladné jak z hlediska peněz, tak z hlediska ochrany životního prostředí.
Když jsem se zeptal společnosti Durst Phototechnik AG, proč stále nabízejí rtuť vedle svých LED strojů, jejich mluvčí řekl: „Konvenční rtuťové a / nebo galiové výbojky jsou zavedenou technologií pro průmyslové vytvrzování UV inkoustů. Náklady na hardware, zejména u velkých průmyslových výrobních strojů, jsou mnohem nižší - dvakrát až třikrát - než například u systémů UV-LED. “
Náklady na hardware jsou však pouze jedním faktorem a nejsou ani nejdůležitějším. Měly by se také započítat náklady na zbytečnou energii kvůli nutnosti „vždy zapnuté“, měřeno po celou dobu životnosti tiskařského stroje. K tomu je třeba dodat, že tyto lampy také generují hodně tepla a ozónu. Oba je třeba vytlačit z oblasti výroby - opět stojí hodně jinak zbytečné energie.
Existuje také riziko znečišťujících látek, jako je sprejový prášek z jiných lisů nebo prachové částice, které se mohou na lampách vznítit, což vytváří zákal a snižuje výkon lampy a vysoká teplota, na kterou tyto lampy běží, brání tisku na jemné materiály, jako jsou bublinkové plasty nebo velmi tenké substráty.
Durst také zmínil, že rtuť vytvrzující materiály, koncentrace fotoiniciátoru a náklady na fotoiniciátor jsou nižší než u technologie LED, ale na druhou stranu uživatelé někdy plýtvají výstupem kvůli nerovnoměrnému vytvrzování nebo barevným posunům, které často vyplývají z degradace rtuťové baňky nebo od operátorů snaží se najít tu správnou směs energie pro vytvrzení inkoustu na konkrétním substrátu.
Podle Dursta není ani UV LED zcela na stejné úrovni pro všechny účely vytvrzování UV zářením v průmyslu. Mluvčí řekl: „V současné době neexistuje žádná praktická alternativa k vytváření vlnových délek UV-C a UV-B než konvenční výbojky, které budou potřebné k dosažení specifických vlastností při UV vytvrzování, jako je nejvyšší tvrdost povrchu a dobrá odolnost proti poškrábání. “
Jennifer Heathcote, Eminence UV, však uvedla: „Měly by být specifikovány požadované fyzikální a estetické vlastnosti konečného vytvrzení, jakož i zamýšlené použití produktu a jsou nástrojem při řízení chemie složení (inkoustu) a nakonec, zda UV LED vytvrzené řešení je dnes dokonce možné. Například inkousty, laky a lepidla obvykle dobře vytvrzují pomocí LED a splňují většinu požadavků na grafický tisk. Uvolňování silikonu a průmyslové tvrdé nátěry jsou však stále ve vývoji a jsou vzdáleny nejméně tři až pět let od široké komerční dostupnosti. “ (7)
Nakonec rtuťové lampy přicházejí se skrytými náklady: recyklací. Evropská směrnice WEEE (8) vyžaduje, aby společnosti recyklovaly rtuť v těchto lampách a každá členská země EU ukládá vlastní pokuty, aby zajistila splnění požadavku (9).
Potřeba recyklace je plně regulovaná, což znamená, že tiskaři nemohou tyto lampy jednoduše hodit do kbelíku. Místo toho příslušné zákony každé země definují celý proces od začátku do konce a proces recyklace nese dodavatel světelného zdroje (ve skutečnosti vlastník značky), který může účtovat koncovému uživateli dodatečné náklady na lampu a zajistit, tiskárnu k pronájmu speciálně navrženého kontejneru (10).
Výhody technologie UV-LED
Pokud jde o UV vytvrzování inkoustů, měly by být výjimky RoHS 2 skutečně zamítnuty, protože existuje dokonale schůdná alternativa, která - po dobu životnosti zařízení - nemá negativní dopad na ekonomický růst a rozvoj a má mnohem menší dopad na životní prostředí.
Tou alternativou je technologie UV-LED, která za poslední desetiletí dospěla do bodu, kdy začíná být v mnoha oblastech lepší než rtuť.
Nejviditelnější výhodou LED je, že je to pole na rozdíl od lampy. Výhodou pole je, že pokud selže jedna dioda, je intenzita světla povrchového světla ovlivněna pouze minimálně. Nejdůležitější však je, že LED žárovky dosahují maximálně 40 stupňů Celsia, zatímco rtuťové výbojky se zahřívají na více než 60 stupňů. Na rozdíl od rtuťových výbojek, dokonce i těch nízkoenergetických, jsou LED žárovky mnohem energeticky účinnější. K vytvrzení používají přibližně 20% UV záření a pouze 80% se přemění na teplo.
Studie Fogra Graphic Technology Research Association (11) ukázala, že vytvrzování pomocí LED snižuje spotřebu energie až o 82% ve srovnání se zařízeními, která používají konvenční rtuťové výbojky.
I když je pravda, že systémy UV-LED potřebují speciálně formulované inkousty, aby mohly těžit z většiny technologií, s UV inkousty formulovanými tak, aby odpovídaly vlnové délce LED diod, systémy, které se vytvrzují pomocí LED lamp, jsou stejně rychlé jako systémy vytvrzené rtutí. Před několika lety začaly systémy LED odpovídat rychlosti vysokorychlostních výrobních lisů. Jedním z důvodů je to, že umělecká díla vytvrzená LED se suší ihned po tisku, což má pozitivní vliv na celkovou rychlost výroby.
LED technologie jako celek spotřebovává méně inkoustu, což minimalizuje plýtvání, což je další ekologická funkce. Inkousty vyvinuté pro technologii UV-LED reagují citlivěji a pokud má tiskařský lis digitální front-end software optimalizovaný pro LED, bude schopen aplikovat tenčí vrstvu inkoustu, aby dosáhl stejných výsledků jako při konvenčním vytvrzování. Během vytvrzování pomocí LED se inkoust neabsorbuje do substrátu - 100% pigmentu tuhne.
To vše vyžaduje vzájemné pečlivé sladění tiskárny a inkoustů. Ken Hanulec, viceprezident pro marketingová inkoustová řešení EFI, uvedl: „EFI při uvádění nového produktu na trh bere v úvahu všechny parametry. Patří mezi ně tiskárna, tiskové hlavy, systém vytvrzování, inkoust a všechny ostatní technické součásti. “
Aby se jejich systémy staly tou nejlepší volbou pro certifikaci 3M ™ MCS ™, formuloval EFI své inkousty ve spolupráci se společností 3M. Záruka 3M zaručuje, že grafika vyrobená inkoustovými technologiemi EFI v kombinaci s médii 3M bude fungovat tak, jak se předpokládá po celou dobu životnosti grafiky. Aby to bylo možné, EFI používá pigmenty pro automobilový průmysl, brousí je a kontroluje, aby udržovala těsnou distribuci.
LED žárovky jsou navíc bezpečné, zatímco rtuťové výbojky představují na pracovišti riziko. Pokud je vnější štít LED pole poškozen, nedochází k žádným škodlivým účinkům. Pokud se vnější baňka rtuťové lampy rozbije, je emitováno intenzivní UV záření. UV záření může způsobit popáleniny očí a kůže a další nepohodlí.
UV-LED také umožňuje tisknout na neobvyklé podklady, včetně vysoce reflexních kovů, vysoce texturovaných povrchů, tenkých třísek, fólií citlivých na teplo a dalších. Lze tisknout i na polyester a další speciální textilie, protože LED diody jsou ve srovnání se rtuťovými výbojkami studené. Ve skutečnosti vám UV-LED tiskárny umožňují tisknout na PVC o tloušťce 0,2 až 0,5 mm.
I když rtuťová lobby naznačuje, že vše, co vás bude pohánět LED, vás bude stát víc, osobně jsem pohovoril s mnoha tiskárnami se sídlem v EU, kteří uvedli, že ve skutečnosti jejich podnikání rostlo ze dvou důvodů:
Mohou tisknout na levné a exotické podklady, jako jsou zrcadla, tenké sklo a jiné jemné materiály.
Zákazníci mají rádi, když mohou říci, že používají pouze ekologicky šetrné produkty a služby - vyplatí se být „zelený“.
A LED jsou nákladově efektivnější i jinými způsoby. Výrobce Agfa Graphics uvádí: „Jelikož se z LED lampy odvádí méně tepla, je snazší udržovat média pod raketoplánem rovně. To eliminuje nárazy hlavy a tím pádem menší potřebu přepracování, při kterém by se plýtvalo médiem a inkoustem. Systém LED navíc obsahuje méně dílů, které by mohly vyžadovat výměnu, například rolety a zrcadla. “ Jelikož UV LED lampy neobsahují rtuť, není třeba likvidace rtuti ani žádné související náklady. LED diody neprodukují ozonový plyn, který je třeba extrahovat ventilací (12).
Dokonce i tiskařské lisy, jako je 5barevný lis Heidelberg převedený na LED, mají výhody, jak vysvětluje generální ředitel společnosti Opal Print z Velké Británie Keith Lunt ve videu z případové studie na webu BluPrint UK (13). Zmiňuje živější barvy a ostřejší bod a není sám. V celovečerním příběhu z roku 2018 uvedli zaměstnanci FESPA, že tiskaři, kteří již používají UV-LED, hlásí spotřebu energie až o 70% nižší než u konvenčních systémů a vyšší barevnou brilanci vyplývající z vyššího obsahu pigmentu (14).
UV-LED mají provozní životnost 10 000 až 20 000 hodin. Rtuťové výbojky mají životnost asi 1 500 hodin. To znamená, že musíte nebezpečnou rtuťovou lampu vyměnit přibližně osmkrát až desetkrát častěji než její protějšek LED. Na konci své životnosti jsou LED ideálně recyklovány, aby co nejvíce využily vzácné minerály, které jsou uvnitř, a zapadly do oběhového hospodářství, ne proto, že obsahují tolik toxických materiálů, které se mohou uvolňovat do vzduchu nebo prosakovat do vodních rezerv , ale kvůli drahým minerálům vzácných zemin, které obsahují. O všestranném programu recirkulace hovořila Fraunhofer Project Group Recycling and Resource Strategies IWKS a Technische Universität Darmstadt Institute for Materials Science (15).
Závěr
Samotná úmluva o Minamata bude mít malý nebo žádný přímý dopad na polygrafický průmysl. Jelikož Úmluva soustřeďuje úsilí kolem těžby na jedné straně a obecnějšího využití rtuti na straně druhé a RoHS 2 pracuje s výjimkami z rozsahu a obnovením výjimek, zákaz rtuti v roce 2020 uložený definicemi smlouvy o Minamata nemá rozhodně okamžitý dopad na konvenčním UV vytvrzovaném tiskařském průmyslu.
Pokud jde o RoHS 2, výrobci rtuťových lamp se stále snaží rozšířit a obnovit celou rtuťovou lampu kategorie 4 (f). Zdá se tedy, že těží ze zmatku způsobeného širokou škálou výrobků, které spadají do této kategorie, což téměř znemožňuje úkol konzultantů radit Komisi ohledně obnovení výjimky.
To je podivně v rozporu s cílem směrnice, kterým je zákaz rtuti do roku 2020, a to s přihlédnutím k pokroku technologie UV-LED, která za poslední desetiletí dosáhla čistě technologicky, a k úplné absenci rtuti (16).
Mnoho pozitivních uživatelských zpráv, které jsem osobně slyšel z několika rozhovorů s tiskárnami ve Velké Británii a na evropském kontinentu, naznačuje, že tiskařské společnosti, které se drží konvenčních metod vytvrzování UV zářením, si vedou z hlediska rozšiřování svého podnikání méně dobře než jejich kolegové / konkurenti, kteří využívají technologii UV-LED, která je považována za čistou a ekologicky nezávadnou.
