Questo articolo della specialista della polimerizzazione UV, Jennifer Heathcote di GEW, approfondisce lo stato attuale della regolamentazione del mercurio. Jennifer spiega la posizione attuale dei principali organi legislativi su questo argomento e spiega come influisce sulla polimerizzazione UV per il mercato della stampa.
I governi e le organizzazioni non governative (ONG) stabiliscono e aggiornano periodicamente politiche che stabiliscono che i materiali più pericolosi e tossici devono essere sostituiti con alternative quando identificati. I materiali nocivi destinati alla sostituzione sono comunemente indicati come sostanze estremamente preoccupanti (SVHC). Una designazione SVHC guida una regolamentazione che definisce le circostanze in cui è vietato l’uso del materiale e specifica come i materiali consentiti devono essere ottenuti, venduti, trasportati, importati, esportati e smaltiti. Quando non esistono alternative valide alle SVHC, spesso vengono stabilite esenzioni o tempistiche di eliminazione graduale.
Mercurio nelle lampade UV
Il mercurio (Hg) è un esempio di SVHC. La regolamentazione del mercurio ha un impatto diretto sui produttori e sugli utenti della polimerizzazione UV poiché le lampade UV contengono una piccola quantità di mercurio elementare. La fisica del mercurio elementare provoca emissioni a banda larga di energia ultravioletta, visibile e infrarossa quando il mercurio viene vaporizzato in un plasma ad alta temperatura all’interno di un tubo di quarzo sigillato contenente gas inerte a media pressione. Senza mercurio le lampade UV non funzionano. Durante il trasporto, lo stoccaggio e l’uso, il mercurio all’interno delle lampade UV è presente allo stato liquido, gassoso e plasma. Per le lampade provenienti da fornitori affidabili, il mercurio in tutti e tre gli stati è contenuto in modo sicuro all’interno del tubo di quarzo sigillato della lampada.
Dagli anni ’40, la chimica polimerizzabile tramite UV è stata formulata per reagire all’emissione ad ampio spettro generata solo dal mercurio elementare vaporizzato. Ciò vale per le lampade ad arco e a microonde standard, nonché per le lampade additive, drogate e ad alogenuri metallici che contengono piccole quantità di metallo oltre al mercurio. Esempi di metalli utilizzati nelle lampade additive includono ferro, gallio, indio e stagno. L’aggiunta di metallo sposta la distribuzione spettrale all’interno della banda UV e facilita la polimerizzazione ottimale in alcune formulazioni.
La quantità di mercurio elementare all’interno delle lampade di polimerizzazione UV varia a seconda del modello e della lunghezza della lampada; tuttavia, in genere è compreso tra 10 e 100 mg per lampada. L’ambiente delle Nazioni Unite fa riferimento a una media di 25 mg per lampada per le stime dell’inventario globale. Per contestualizzare, una singola otturazione dentale in amalgama di mercurio, nota anche come otturazione d’argento, contiene in media 800 mg di mercurio. Ciò significa che spesso nella bocca di una persona c’è più mercurio di quello contenuto in tutte le lampade UV di una tipica macchina da stampa o di una linea di trasformazione.
Preoccupazioni per la sicurezza del mercurio
Sebbene il mercurio sia una neurotossina pericolosa, è generalmente sicuro dall’esposizione umana diretta e dai danni ambientali se legato naturalmente all’interno della Terra, smaltito in modo permanente o adeguatamente protetto in prodotti sigillati e contenitori di stoccaggio fuori terra. Il mercurio diventa potenzialmente dannoso per gli esseri umani e gli animali quando viene rilasciato dai suoi confini e disperso nell’ecosistema globale o nella biosfera. Il mercurio entra nella biosfera sotto forma di emissioni di gas e vapori nell’aria e di rilasci diretti e indiretti nell’acqua. Una volta libero, il mercurio migra facilmente, cambia prontamente forma ed espone potenzialmente tutti gli organismi con cui entra in contatto.
Regolamento sul mercurio
Le politiche adottate nell’Unione Europea ai sensi della RoHS2 e negli Stati Uniti ai sensi del Lautenberg Act3, nonché da organismi di regolamentazione come la Commissione Europea (CE), l’EPA4, il Programma delle Nazioni Unite per l’ambiente (UNEP)5 e la Convenzione internazionale di Minamata sul mercurio6 hanno lo scopo di ridurre o eliminare l’uso del mercurio di origine antropica. Antropogenico si riferisce al mercurio che viene emesso direttamente o indirettamente nell’aria o rilasciato nell’acqua dalle attività umane. Anche se oggi non è possibile eliminare completamente il mercurio di origine antropica, si prevede che le restrizioni e le misure di controllo aumenteranno nel prossimo decennio.
È importante sottolineare che attualmente non esistono politiche o leggi nel Regno Unito, nell’UE, negli Stati Uniti o in qualsiasi altro paese del mondo che vietino specificamente le lampade UV al mercurio dalla produzione, dall’uso, dall’esportazione, dall’importazione o dalla spedizione generale. Inoltre, nel breve termine non sono previste nuove restrizioni riguardanti specificamente le lampade di polimerizzazione UV ai vapori di mercurio. La regolamentazione, tuttavia, è in corso ed è importante rivedere periodicamente le tendenze normative e le modifiche alla legislazione.
Unione Europea – RoHS
A livello globale, la legislazione più attiva sul mercurio applicabile ai sistemi di polimerizzazione UV è la Direttiva della Commissione Europea sulla restrizione delle sostanze pericolose (RoHS). La RoHS regola l’uso di sostanze pericolose nelle apparecchiature elettriche ed elettroniche (AEE) nonché il conseguente flusso di rifiuti di apparecchiature elettriche ed elettroniche (RAEE). La RoHS si applica a tutti gli articoli fabbricati per l’uso nell’UE e agli articoli fabbricati altrove e importati nell’UE. Attualmente sono dieci le sostanze SVHC soggette a restrizioni da parte della RoHS. Uno di questi è il mercurio.
Ci sono state due versioni della Direttiva RoHS oltre a numerosi emendamenti. La RoHS è stata inizialmente legiferata nel 2003 con la RoHS 2 che ha sostituito l’originale nel 2011. Le categorie di AEE coperte dalla RoHS sono fornite nell’Allegato I della Direttiva. Le lampade ad arco al mercurio a media pressione sono classificate nell’allegato I come apparecchiature di illuminazione di categoria 5.39 Nell’allegato III della RoHS 2 sono elencate tutte le applicazioni e i prodotti esentati da restrizioni.
L’Allegato III ha storicamente concesso esenzioni quinquennali rinnovabili per le lampade UV al mercurio. L’esenzione adottata nel 2016 sarebbe dovuta scadere nel 2021, ma è stata rinnovata fino all’inizio del 2027. Nel corso del 2026 o all’inizio del 2027, la Commissione Europea rivaluterà lo stato del mercato della polimerizzazione UV e l’attuale fattibilità delle tecnologie alternative. Verrà presa una decisione se rinnovare l’ampia esenzione per le lampade UV per altri cinque anni, restringere l’esenzione per alcune applicazioni con alternative comprovate o eliminare del tutto l’esenzione.
Indipendentemente dallo stato di esenzione del mercurio, la RoHS prevede un ambito di applicazione che esclude gli strumenti industriali fissi su larga scala (LSSIT) e le installazioni fisse su larga scala (LSFI). Per il settore della polimerizzazione UV, l’ambito di applicazione è ampiamente interpretato in modo da includere macchine da stampa, camere e tunnel di polimerizzazione industriali e linee di conversione, oltre ad altre installazioni industriali e commerciali. Di conseguenza, l’uso di sistemi di polimerizzazione UV al mercurio nella maggior parte delle applicazioni di produzione è generalmente considerato esente dalle restrizioni RoHS a tempo indeterminato a causa del campo di applicazione, indipendentemente da qualsiasi divieto specifico sulle lampade di polimerizzazione UV al mercurio o dalle esenzioni elencate nell’Allegato III. Sono consentiti a tempo indeterminato anche pezzi di ricambio e aggiornamenti alle apparecchiature di polimerizzazione UV esistenti installate prima di eventuali divieti imposti.
Stati Uniti d’America – Agenzia per la protezione dell’ambiente
La US Environmental Protection Agency (EPA) ha ricevuto piena autorità dal ramo legislativo del governo degli Stati Uniti per regolamentare le sostanze tossiche e le sostanze chimiche attraverso il Lautenberg Act del 2016. Oggi l’EPA non vieta le lampade UV. Attualmente si concentra sull’identificazione dei luoghi in cui i prodotti con aggiunta di mercurio vengono utilizzati a livello nazionale e sull’inventario totale del mercurio nei prodotti fabbricati negli Stati Uniti e importati negli Stati Uniti. Attraverso la valutazione e la raccolta di dati in corso, l’EPA intende eventualmente formulare raccomandazioni ai produttori su possibili alternative prive di mercurio al fine di facilitare l’abbandono del mercurio.
Convenzione di Minamata sul mercurio
Un altro organismo decisionale è la Convenzione di Minamata sul mercurio. Si tratta di un trattato internazionale entrato in vigore il 16 agosto 2017 ed è stato ratificato da 139 paesi tra cui il Regno Unito, i paesi appartenenti all’Unione Europea e gli Stati Uniti. L’obiettivo di Minamata è eliminare tutto il mercurio dai manufatti e dai processi.
Nei prossimi decenni, la politica di regolamentazione sarà sempre più guidata da questo trattato. È importante notare che il rispetto dei trattati internazionali come quello di Minamata può essere implementato e fatto rispettare solo entro i confini territoriali dal rispettivo governo al potere. Di conseguenza, la legislazione sul mercurio può variare da paese a paese e potrebbe non essere sempre chiara. Sebbene Minamata attualmente non richieda il divieto delle lampade UV per polimerizzazione a vapori di mercurio, richiede a tutte le parti di eliminarle gradualmente o di adottare misure per ridurre il mercurio quando possibile. Nell’UE, la conformità Minamata sarà regolamentata tramite emendamenti alla RoHS. Negli Stati Uniti, la conformità sarà implementata attraverso norme pubblicate dall’EPA.
Dal 21 al 25 marzo 2022 si è tenuta in Indonesia la quarta riunione della Conferenza delle Parti (COP) per la Convenzione di Minamata sul mercurio. Durante l’incontro non sono state annunciate nuove normative o tempistiche per l’eliminazione delle lampade UV a vapori di mercurio. Tuttavia, è stato approvato un emendamento per porre fine all’uso dell’amalgama dentale al mercurio nei denti decidui dei bambini di età inferiore ai 15 anni e nelle donne in gravidanza e in allattamento entro dicembre 2023. L’attuazione e l’applicazione di questo emendamento è responsabilità individuale di ciascuna delle 139 parti ratificanti. Il quinto incontro della COP è previsto dal 30 ottobre al 3 novembre 2023 in Svizzera.
Smaltimento della lampada al mercurio
Poiché le emissioni nell’aria e i rilasci nell’acqua derivanti da prodotti con aggiunta di mercurio si verificano principalmente durante lo smaltimento dei rifiuti, le lampade ai vapori di mercurio non dovrebbero mai essere smaltite insieme alla raccolta dei rifiuti sfusi. Quando viene smaltito insieme ai rifiuti generici, il mercurio entra nella biosfera quando le lampade vengono frantumate e poi incenerite o sepolte. Fortunatamente, l’inquinamento da mercurio derivante dalle lampade UV è evitabile riciclando le lampade attraverso strutture che garantiscano che i componenti delle lampade siano separati e che il mercurio esaurito venga catturato in modo sicuro e protetto. Il mercurio recuperato dalle lampade riciclate viene immagazzinato in modo sicuro a lungo termine o smaltito permanentemente oppure viene trattato attraverso protocolli stabiliti che reintroducono in modo sicuro il mercurio elementare nei canali di produzione consentiti.
Sistemi di polimerizzazione UV LED
Una promettente alternativa priva di mercurio alle lampade ad arco e a microonde sono i sistemi di polimerizzazione a LED UV. Esempi di gruppi lampada per polimerizzazione LED UV GEW raffreddati ad aria e ad acqua sono mostrati nella Figura 2. Mentre le lampade convenzionali emettono lunghezze d’onda UVC, UVB, UVA, visibili e infrarosse, i sistemi di polimerizzazione LED UV emettono un output più intenso su una gamma molto ristretta di lunghezze d’onda UVA.
La tecnologia LED UV è stata introdotta nel settore della polimerizzazione a metà degli anni 2000. Da allora, sia i sistemi di polimerizzazione LED che la chimica applicabile si sono evoluti. Le applicazioni di polimerizzazione UV attualmente in grado di utilizzare i sistemi LED includono molti ma non tutti gli aspetti della stampa digitale a getto d’inchiostro, serigrafica, rotativa, flessografica, tipografica, rotocalco, tampografica, litografica e offset a secco, nonché stampa 3D e produzione additiva. Altre applicazioni praticabili per i LED includono adesivi a freddo, adesivi per laminazione, rivestimenti fusi e polimerizzati e alcune vernici. Va notato che a metà del 2023 non esistono ancora formulazioni LED utilizzate commercialmente per rivestimenti distaccanti siliconici, adesivi hotmelt e rivestimenti industriali rigidi, finiture e trasparenti.
Man mano che la fiducia e l’esperienza crescono e sempre più applicazioni diventano praticabili per i LED UV, sempre più utenti e mercati si convertiranno. Il crescente passaggio ai LED avviene indipendentemente dal coinvolgimento normativo, grazie al forte business case e alla crescente preferenza degli utenti finali per questa tecnologia. Un driver più recente dell’adozione della polimerizzazione UV LED è la capacità della tecnologia di mitigare l’aumento dei costi energetici per i produttori che utilizzano inchiostri, rivestimenti, adesivi ed estrusioni nei processi di produzione.
Conclusione
Sebbene non esistano leggi nel Regno Unito, nell’UE, negli Stati Uniti o in qualsiasi altro paese del mondo che vietino specificatamente la produzione, l’uso, l’esportazione, l’importazione o la spedizione generale delle lampade UV al mercurio, la minaccia della regolamentazione sta creando consapevolezza e pressione per accelerare il cambiamento. Quando il cambiamento sarà tecnicamente, economicamente e praticamente fattibile per la stragrande maggioranza delle applicazioni di polimerizzazione UV, la politica normativa riterrà il mercato responsabile e guiderà il cambiamento legislativo. Fino ad allora, gli utenti della polimerizzazione UV sono incoraggiati a informarsi sulla tecnologia LED, a installare sistemi LED UV ove fattibile, a impegnarsi attivamente nello sviluppo del processo e a riciclare tutte le lampade ai vapori di mercurio al termine della vita utile.
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
