W tym artykule specjalistki ds. utwardzania promieniami UV, Jennifer Heathcote z GEW, zagłębiamy się w aktualny stan przepisów dotyczących rtęci. Jennifer wyjaśnia, jakie jest obecnie stanowisko głównych organów ustawodawczych w tej kwestii i omawia, w jaki sposób wpływa to na utwardzanie promieniami UV na rynku poligraficznym.
Rządy i organizacje pozarządowe (NGO) ustanawiają i okresowo aktualizują politykę stanowiącą, że po zidentyfikowaniu najbardziej niebezpieczne i najbardziej toksyczne materiały należy zastąpić ich odpowiednikami. Materiały szkodliwe przeznaczone do wymiany są powszechnie określane jako substancje wzbudzające szczególnie duże obawy (SVHC). Oznaczenie SVHC stanowi podstawę przepisów definiujących okoliczności, w których zabrania się stosowania materiału i określa, w jaki sposób dozwolone materiały muszą być pozyskiwane, sprzedawane, transportowane, importowane, eksportowane i usuwane. Jeżeli nie istnieją realne alternatywy dla SVHC, często ustanawia się wyjątki lub harmonogramy stopniowego wycofywania.
Rtęć w lampach utwardzających UV
Rtęć (Hg) jest przykładem substancji SVHC. Regulacje dotyczące rtęci mają bezpośredni wpływ na producentów i użytkowników utwardzania promieniami UV, ponieważ lampy UV zawierają niewielką ilość rtęci elementarnej. Fizyka rtęci elementarnej powoduje szerokopasmową emisję energii ultrafioletowej, widzialnej i podczerwonej, gdy rtęć odparowuje do postaci plazmy o wysokiej temperaturze w szczelnej rurze kwarcowej zawierającej gaz obojętny pod średnim ciśnieniem. Bez rtęci lampy UV nie działają. Podczas transportu, przechowywania i użytkowania rtęć znajdująca się w lampach UV występuje w stanie ciekłym, gazowym i plazmowym. W przypadku lamp pochodzących od renomowanych dostawców rtęć we wszystkich trzech stanach jest bezpiecznie zawarta w uszczelnionej kwarcowej rurce lampy.
Od lat czterdziestych XX wieku chemikalia utwardzalne promieniowaniem UV są opracowywane tak, aby reagować na promieniowanie o szerokim spektrum, generowane wyłącznie przez odparowaną rtęć elementarną. Dotyczy to standardowych lamp rtęciowych i lamp mikrofalowych, a także lamp addytywnych, domieszkowanych i metalohalogenkowych, które oprócz rtęci zawierają niewielkie ilości metalu. Przykłady metali stosowanych w lampach dodatkowych obejmują żelazo, gal, ind i cynę. Dodatek metalu przesuwa rozkład widma w paśmie UV i ułatwia optymalne utwardzanie w niektórych preparatach.
Ilość rtęci elementarnej wewnątrz lamp utwardzanych promieniami UV różni się w zależności od konstrukcji i długości lampy; jednakże zazwyczaj wynosi ona od 10 do 100 mg na lampę. Środowisko ONZ podaje średnio 25 mg na lampę w szacunkach globalnych zapasów. Dla porównania, pojedyncze wypełnienie dentystyczne z amalgamatu rtęciowego, zwane również plombą srebrną, zawiera średnio 800 mg rtęci. Oznacza to, że w ustach człowieka często znajduje się więcej rtęci, niż mieści się we wszystkich lampach UV typowej prasy drukarskiej lub linii przetwórczej.
Obawy dotyczące bezpieczeństwa rtęci
Chociaż rtęć jest niebezpieczną neurotoksyną, generalnie jest bezpieczna przed bezpośrednim narażeniem człowieka i szkodami dla środowiska, jeśli jest naturalnie związana w Ziemi, trwale usuwana lub odpowiednio zabezpieczona w szczelnie zamkniętych produktach i pojemnikach do przechowywania naziemnych. Rtęć staje się potencjalnie szkodliwa dla ludzi i zwierząt po uwolnieniu ze swoich granic i rozproszeniu w globalnym ekosystemie lub biosferze. Rtęć przedostaje się do biosfery w postaci emisji gazów i par do powietrza oraz bezpośrednich i pośrednich uwolnień do wody. Uwolniona rtęć łatwo migruje, łatwo zmienia formę i potencjalnie naraża wszystkie organizmy, z którymi wchodzi w kontakt.
Rozporządzenie w sprawie rtęci
Polityki uchwalane w Unii Europejskiej na mocy dyrektywy RoHS2 oraz w Stanach Zjednoczonych na mocy ustawy Lautenberga3, a także przez organy regulacyjne, takie jak Komisja Europejska (WE), EPA4, Program Narodów Zjednoczonych ds. Ochrony Środowiska (UNEP)5 i międzynarodowa Konwencja z Minamaty w sprawie rtęci6, mają na celu ograniczenie lub wyeliminowanie stosowania rtęci przez człowieka. Antropogeniczna odnosi się do rtęci, która jest bezpośrednio lub pośrednio emitowana do powietrza lub uwalniana do wody w wyniku działalności człowieka. Chociaż całkowita eliminacja rtęci pochodzenia antropogenicznego nie jest obecnie możliwa, oczekuje się, że w nadchodzącej dekadzie ograniczenia i ich egzekwowanie wzrosną.
Należy podkreślić, że obecnie w Wielkiej Brytanii, UE, USA ani w żadnym innym kraju na świecie nie obowiązują żadne zasady ani przepisy, które wyraźnie zabraniałyby produkcji, stosowania, eksportu, importu lub ogólnej wysyłki rtęciowych lamp UV. Ponadto w najbliższej przyszłości nie przewiduje się żadnych nowych ograniczeń dotyczących w szczególności lamp rtęciowych utwardzanych promieniami UV. Regulacja jest jednak w toku i ważne jest okresowe przeglądanie tendencji regulacyjnych i zmian w prawodawstwie.
Unia Europejska – RoHS
Na całym świecie najbardziej aktywnym prawodawstwem dotyczącym rtęci mającym zastosowanie do systemów utwardzania promieniami UV jest dyrektywa Komisji Europejskiej w sprawie ograniczeń dotyczących substancji niebezpiecznych (RoHS). Dyrektywa RoHS reguluje użycie substancji niebezpiecznych w sprzęcie elektrycznym i elektronicznym (EEE), a także powstały strumień odpadów sprzętu elektrycznego i elektronicznego (WEEE). Dyrektywa RoHS ma zastosowanie do wszystkich produktów wyprodukowanych do użytku w UE oraz produktów wyprodukowanych gdzie indziej i importowanych do UE. Obecnie istnieje dziesięć substancji SVHC objętych ograniczeniami dyrektywy RoHS. Jednym z nich jest rtęć.
Istniały dwie wersje dyrektywy RoHS oraz kilka poprawek. RoHS została pierwotnie uchwalona w 2003 r., a dyrektywa RoHS 2 zastąpiła oryginał w 2011 r. Kategorie sprzętu EEE objętego dyrektywą RoHS określono w załączniku I do dyrektywy. Średnioprężne rtęciowe lampy łukowe sklasyfikowano w załączniku I jako sprzęt oświetleniowy kategorii 5.39 W załączniku III do dyrektywy RoHS 2 wyszczególniono wszystkie zastosowania i produkty wyłączone z ograniczeń.
W załączniku III tradycyjnie przyznawano odnawialne pięcioletnie zwolnienia dla rtęciowych lamp utwardzanych promieniami UV. Wyłączenie przyjęte w 2016 r. miało wygasnąć w 2021 r., ale zostało przedłużone na początek 2027 r. W 2026 r. lub na początku 2027 r. Komisja Europejska ponownie oceni stan rynku utwardzania promieniami UV i obecną rentowność technologii alternatywnych. Podjęta zostanie decyzja, czy przedłużyć szerokie wyłączenie dla lamp utwardzanych promieniowaniem UV o kolejne pięć lat, zawęzić wyłączenie dla niektórych zastosowań ze sprawdzonymi alternatywami, czy też całkowicie wyeliminować zwolnienie.
Niezależnie od statusu zwolnienia rtęci dyrektywa RoHS zawiera wyjątek z zakresu, który wyklucza wielkogabarytowe stacjonarne narzędzia przemysłowe (LSSIT) i wielkogabarytowe instalacje stałe (LSFI). W przypadku branży utwardzania promieniami UV zakres stosowania jest szeroko interpretowany jako obejmujący prasy drukarskie, przemysłowe komory i tunele do utwardzania oraz linie przetwarzające, a także inne instalacje przemysłowe i komercyjne. W rezultacie ogólnie przyjmuje się, że stosowanie systemów utwardzania rtęciowego UV w większości zastosowań produkcyjnych jest wyłączone z ograniczeń dyrektywy RoHS na czas nieokreślony ze względu na zakres, niezależnie od jakiegokolwiek konkretnego zakazu stosowania rtęciowych lamp utwardzających UV lub zwolnień wymienionych w załączniku III. Części zamienne i ulepszenia istniejącego sprzętu do utwardzania promieniami UV zainstalowane przed nałożeniem zakazów są również dozwolone na czas nieokreślony.
Stany Zjednoczone Ameryki – Agencja Ochrony Środowiska
Ustawa Lautenberga z 2016 r. przyznała Agencji Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych (EPA) pełne uprawnienia od władzy ustawodawczej rządu USA do regulowania substancji toksycznych i chemikaliów. Obecnie EPA nie zakazuje stosowania lamp utwardzających UV. Obecnie koncentruje się na określeniu, gdzie na rynku krajowym stosowane są produkty z dodatkiem rtęci, a także na określeniu całkowitego zapasu rtęci w produktach wytwarzanych w USA i importowanych do USA. W drodze ciągłej oceny i gromadzenia danych EPA zamierza ostatecznie przedstawić producentom zalecenia dotyczące wykonalnych zamienników niezawierających rtęci, aby ułatwić odejście od rtęci.
Konwencja z Minamaty w sprawie rtęci
Innym organem kształtującym politykę jest Konwencja z Minamaty w sprawie rtęci. Jest to traktat międzynarodowy, który wszedł w życie 16 sierpnia 2017 r. i został ratyfikowany przez 139 krajów, w tym Wielką Brytanię, kraje należące do Unii Europejskiej i Stany Zjednoczone. Celem Minamaty jest wyeliminowanie całej rtęci z produkowanych towarów i procesów.
W nadchodzących dziesięcioleciach polityka regulacyjna będzie w coraz większym stopniu opierać się na tym traktacie. Należy zauważyć, że przestrzeganie traktatów międzynarodowych, takich jak Minamata, może być wdrażane i egzekwowane jedynie w granicach terytorialnych przez odpowiedni rząd rządzący. W rezultacie przepisy dotyczące rtęci mogą różnić się w zależności od kraju i nie zawsze są jasne. Chociaż stan Minamata nie wymaga obecnie zakazu stosowania lamp rtęciowych do utwardzania UV, wymaga jednak od wszystkich Stron stopniowego wycofywania lub podjęcia środków w celu ograniczenia rtęci, jeśli to możliwe. W UE zgodność z przepisami stanu Minamata zostanie uregulowana w drodze poprawek do dyrektywy RoHS. W USA zgodność zostanie wdrożona na podstawie przepisów opublikowanych przez EPA.
Czwarte spotkanie Konferencji Stron (COP) Konwencji z Minamaty w sprawie rtęci odbyło się w dniach 21–25 marca 2022 r. w Indonezji. Podczas spotkania nie ogłoszono żadnych nowych przepisów ani harmonogramów wycofywania lamp rtęciowych utwardzanych promieniami UV. Przyjęto jednak poprawkę dotyczącą końcowego stosowania rtęciowego amalgamatu dentystycznego w zębach mlecznych dzieci poniżej 15. roku życia oraz u kobiet w ciąży i kobiet karmiących piersią do grudnia 2023 r. Za wdrożenie i egzekwowanie tej poprawki odpowiada indywidualna odpowiedzialność każdej ze 139 ratyfikujących stron. Piąte spotkanie COP zaplanowano na 30 października – 3 listopada 2023 r. w Szwajcarii.
Utylizacja lampy rtęciowej
Ponieważ emisje do powietrza i do wody z produktów zawierających rtęć powstają głównie podczas usuwania odpadów, lamp rtęciowych nigdy nie należy wyrzucać podczas zbiórki odpadów masowych. Wyrzucona wraz ze śmieciami rtęć przedostaje się do biosfery po zmiażdżeniu lamp, a następnie spaleniu lub zakopaniu. Na szczęście można uniknąć zanieczyszczenia rtęcią z lamp utwardzanych promieniami UV, poddając lampy recyklingowi w zakładach zapewniających oddzielenie elementów lampy i bezpieczne wychwytywanie zużytej rtęci. Rtęć odzyskana z lamp poddanych recyklingowi trafia do długoterminowego bezpiecznego przechowywania lub trwałej utylizacji lub jest przetwarzana zgodnie z ustalonymi protokołami, które bezpiecznie ponownie wprowadzają rtęć elementarną do dopuszczalnych kanałów produkcyjnych.
Systemy utwardzania UV LED
Obiecującą, niezawierającą rtęci alternatywą dla lamp łukowych i mikrofalowych są systemy utwardzania UV LED. Przykłady chłodzonych powietrzem i wodą głowic GEW do utwardzania UV LED pokazano na rysunku 2. Podczas gdy konwencjonalne lampy emitują fale UVC, UVB, UVA, widzialne i podczerwone, systemy utwardzania UV LED emitują bardziej intensywną moc w bardzo wąskim zakresie długości fal UVA.
Technologia UV LED została wprowadzona do branży utwardzania w połowie 2000 roku. Od tego czasu zarówno systemy utwardzania LED, jak i stosowana chemia ewoluowały. Zastosowania utwardzania UV, w których obecnie można wykorzystać systemy LED, obejmują wiele, ale nie wszystkie, aspekty cyfrowego druku atramentowego, sitodruku, sita obrotowego, fleksografii, typografii, wklęsłodruku, tamponu, druku litograficznego i suchego offsetu, a także druku 3D i produkcji przyrostowej. Inne zastosowania, które są opłacalne dla diod LED, obejmują kleje do folii na zimno, kleje do laminowania, powłoki odlewane i utwardzane oraz niektóre lakiery. Należy zauważyć, że według stanu na połowę 2023 r. nadal nie istnieją komercyjnie stosowane preparaty LED do silikonowych powłok antyadhezyjnych, klejów topliwych oraz przemysłowych twardych i nawierzchniowych powłok oraz lakierów bezbarwnych.
W miarę budowania zaufania i doświadczenia oraz coraz większej liczby zastosowań diod UV LED, coraz więcej użytkowników i rynków dokona konwersji. Rosnące przejście na diody LED następuje niezależnie od zaangażowania organów regulacyjnych ze względu na mocne uzasadnienie biznesowe i rosnące preferencje użytkowników końcowych w stosunku do tej technologii. Nowszym czynnikiem sprzyjającym przyjęciu utwardzania UV LED jest zdolność tej technologii do łagodzenia rosnących kosztów energii dla producentów, którzy nakładają atramenty, powłoki, kleje i wytłoczki w procesach produkcyjnych.
Wniosek
Chociaż w Wielkiej Brytanii, UE, USA ani w żadnym innym kraju na świecie nie obowiązują żadne przepisy zabraniające konkretnie produkcji, stosowania, eksportu, importu lub ogólnej wysyłki lamp rtęciowych utwardzanych promieniami UV, zagrożenie wprowadzeniem regulacji zwiększa świadomość i wywiera presję na przyspieszenie zmian. Kiedy zmiana będzie technicznie, ekonomicznie i praktycznie wykonalna w przypadku zdecydowanej większości zastosowań utwardzania promieniami UV, polityka regulacyjna sprawi, że rynek będzie odpowiedzialny i będzie motorem zmian legislacyjnych. Do tego czasu zachęca się użytkowników utwardzania promieniami UV do zdobywania wiedzy na temat technologii LED, instalowania systemów UV LED tam, gdzie jest to wykonalne, aktywnego angażowania się w rozwój procesów i recyklingu wszystkich lamp rtęciowych po zakończeniu ich okresu użytkowania.
1Pepitone, J. (2007, June 11). Compact Fluorescent Bulbs and Mercury: Reality Check. Popular Mechanics. www.popularmechanics.com/home/reviews/a1733/4217864/
2Restriction of Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment (RoHS). https://environment.ec.europa.eu/topics/waste-and-recycling/rohs-directive_en
3Frank R. Lautenberg Chemical Safety Act for the 21st Century Act, Public Law 114–182. (2016). Retrieved 2020 December 17, from www.congress.gov/114/plaws/publ182/PLAW-114publ182.pdf
4United States Environmental Protection Agency (U.S. EPA). www.epa.gov/assessing-and-managing-chemicals-under-tsca/frank-r-lautenberg-chemical-safety-21st-century-act
5UN Environment Programme (UNEP). www.unep.org/explore-topics/chemicals-waste/what-we-do/mercury
6Minamata Convention on Mercury. www.mercuryconvention.org
