UV 硬化の専門家である GEW の Jennifer Heathcote によるこの記事では、水銀規制の現状について詳しく説明します。Jennifer は、主要な立法機関がこのテーマに関して現在どのような立場を取っているかを説明し、印刷市場の UV 硬化にそれがどのように影響するかについて説明します。
政府および非政府組織 (NGO) は、最も危険で最も有毒な材料が特定された場合は代替品に置き換えることを規定するポリシーを確立し、定期的に更新しています。代替を意図した有害物質は、一般に非常に懸念される物質 (SVHC) と呼ばれます。SVHC 指定は、材料の使用が禁止される状況を定義し、許容される材料の入手、販売、輸送、輸入、輸出、廃棄方法を指定する規制を推進します。SVHC の実行可能な代替品が存在しない場合は、免除または段階的廃止のタイムラインが確立されることがよくあります。
UV硬化ランプ中の水銀
水銀 (Hg) は SVHC の一例です。UV ランプには少量の水銀元素が含まれているため、水銀規制は UV 硬化のメーカーとユーザーに直接影響を及ぼします。水銀元素の物理的性質により、中圧の不活性ガスを含む密閉石英管内で水銀が高温プラズマに蒸発すると、紫外線、可視光線、赤外線のエネルギーが広帯域に放出されます。水銀がなければ、UV ランプは機能しません。輸送、保管、使用中、UV ランプ内の水銀は液体、ガス、プラズマの状態で存在します。信頼できるサプライヤーから調達されたランプの場合、3 つの状態すべての水銀がランプの密閉石英管内に安全に封じ込められています。
1940 年代以降、UV 硬化化学は、蒸発した元素水銀によってのみ生成される広範囲スペクトル出力に反応するように調合されてきました。これは、標準的な水銀アーク ランプやマイクロ波ランプ、および水銀に加えて少量の金属を含む添加剤ランプ、ドープ ランプ、メタルハライド ランプに当てはまります。添加剤ランプで使用される金属の例には、鉄、ガリウム、インジウム、スズなどがあります。金属を追加すると、UV 帯域内のスペクトル分布がシフトし、一部の調合では最適な硬化が促進されます。
UV 硬化ランプ内の元素水銀の量は、設計やランプの長さによって異なりますが、通常はランプ 1 個あたり 10 ～ 100 mg です。国連環境計画は、世界の在庫推定値としてランプ 1 個あたり平均 25 mg を参照しています。参考までに、銀詰め物としても知られる 1 つの水銀アマルガム歯科詰め物には、平均 800 mg の水銀が含まれています。これは、一般的な印刷機や加工ラインのすべての UV ランプに含まれる水銀よりも多くの水銀が人の口の中にあることが多いことを意味します。
水銀の安全性に関する懸念
水銀は危険な神経毒ですが、地球に自然に結合しているか、永久に廃棄されているか、地上の密封された製品や保管容器に適切に保管されている場合、人体への直接的な曝露や環境への害から一般的に安全です。水銀は、その境界から解放され、地球の生態系や生物圏に拡散すると、人体や動物に潜在的に有害になります。水銀は、空気へのガスや蒸気の放出、および水への直接的または間接的な放出として生物圏に入ります。水銀は自由になると、簡単に移動し、容易に形を変え、接触するすべての生物を潜在的に曝露します。
水銀規制
欧州連合（EU）の RoHS2 および米国のラウテンバーグ法3 に基づく政策、ならびに欧州委員会（EC）、EPA4、国連環境計画（UNEP）5、国際水銀条約6 などの規制機関によって制定された政策は、人為的水銀の使用を削減または排除することを目的としています。人為的とは、人間の活動によって直接的または間接的に空気中に放出されたり、水に放出されたりした水銀を指します。人為的水銀を完全に排除することは現時点では不可能ですが、今後 10 年間で規制と施行が強化されると予想されます。
現在、英国、EU、米国、または世界中の他のどの国でも、水銀 UV 硬化ランプの製造、使用、輸出、輸入、または一般的な出荷を特に禁止する政策や法律は存在しないことを強調することが重要です。さらに、近い将来、水銀蒸気 UV 硬化ランプに特化した新しい規制は予想されていません。ただし、規制は継続的であり、規制の傾向や法律の変更を定期的に確認することが重要です。
欧州連合 – RoHS
世界中で、UV 硬化システムに適用される最も活発な水銀規制は、欧州委員会の有害物質制限指令 (RoHS) です。RoHS は、電気電子機器 (EEE) における有害物質の使用と、それに続く電気電子機器の廃棄物 (WEEE) を規制しています。RoHS は、EU 内での使用のために製造されたすべての製品と、他の場所で製造されて EU に輸入されたすべての製品に適用されます。現在、RoHS が規制する SVHC は 10 種類あります。そのうちの 1 つが水銀です。
RoHS 指令には 2 つのバージョンがあり、いくつかの修正も行われています。RoHS は 2003 年に最初に制定され、2011 年に RoHS 2 が元のバージョンに取って代わりました。RoHS の対象となる EEE のカテゴリは、指令の付録 I に記載されています。中圧水銀アークランプは、付録 I でカテゴリ 5 照明機器として分類されています。39 RoHS 2 の付録 III には、制限の対象外となるすべてのアプリケーションと製品が詳細に記載されています。
付属書 III はこれまで、水銀 UV 硬化ランプに更新可能な 5 年間の免除を与えてきました。2016 年に採用された免除は 2021 年に期限切れになる予定でしたが、2027 年初頭まで更新されました。2026 年または 2027 年初頭に、欧州委員会は UV 硬化市場の状況と代替技術の現在の実行可能性を再評価します。UV 硬化ランプの広範な免除をさらに 5 年間更新するか、実証済みの代替手段がある特定の用途の免除を狭めるか、免除を完全に廃止するかが決定されます。
水銀の免除ステータスに関係なく、RoHS には、大規模固定産業用ツール (LSSIT) および大規模固定設備 (LSFI) を除外する適用範囲の除外が含まれています。UV 硬化業界では、適用範囲の除外には、印刷機、工業用硬化チャンバーとトンネル、その他の工業および商業設備の変換ラインが含まれると広く解釈されています。その結果、ほとんどの製造アプリケーションでの水銀 UV 硬化システムの使用は、水銀 UV 硬化ランプの特定の禁止や付録 III に記載されている免除に関係なく、適用範囲により RoHS 制限から無期限に免除されると一般に理解されています。課せられた禁止以前に設置された既存の UV 硬化装置のスペアパーツとアップグレードも無期限に許可されています。
アメリカ合衆国 – 環境保護庁
米国環境保護庁 (EPA) は、2016 年ラウテンバーグ法を通じて、米国政府の立法府から有毒物質および化学物質を規制する全権限を与えられました。現在、EPA は UV 硬化ランプを禁止していません。EPA は現在、国内で水銀添加製品が使用されている場所と、米国内で製造され米国に輸入された製品に含まれる水銀の総量を特定することに重点を置いています。EPA は、継続的な評価とデータ収集を通じて、最終的には、水銀からの移行を促進するために、製造業者に実行可能な水銀フリーの代替品を推奨する予定です。
水銀に関する水俣条約
もう一つの政策立案機関は、水銀に関する水俣条約です。これは2017年8月16日に発効した国際条約で、英国、欧州連合加盟国、米国を含む139か国が批准しています。水俣条約の目標は、製造品や製造工程からすべての水銀を排除することです。
今後数十年にわたり、規制政策はますますこの条約によって推進されるでしょう。水俣条約のような国際条約の遵守は、それぞれの統治政府によって領土の境界内でのみ実施および執行できることに留意することが重要です。その結果、水銀に関する法律は国によって異なる可能性があり、必ずしも明確ではない可能性があります。水俣条約では現在、水銀蒸気UV硬化ランプの禁止は義務付けられていませんが、すべての締約国が段階的に廃止するか、可能な場合は水銀を削減する措置を講じることを義務付けています。EUでは、水俣条約の遵守はRoHS改正を通じて法律化される予定です。米国では、EPAが発行する規則を通じてコンプライアンスが実施されます。
水銀に関する水俣条約の第4回締約国会議（COP）は、2022年3月21日から25日までインドネシアで開催されました。会議中に、水銀蒸気UV硬化ランプに関する新しい規制や段階的廃止のタイムラインは発表されませんでした。ただし、15歳未満の子供の乳歯と妊娠中および授乳中の女性の水銀歯科用アマルガムの使用を2023年12月までに終了するという修正案が可決されました。この修正案の実施と施行は、139の批准国それぞれの責任です。第5回COP会議は、2023年10月30日から11月3日までスイスで開催される予定です。
水銀ランプの廃棄
水銀添加製品からの大気への放出および水への放出は、主に廃棄物処理中に発生するため、水銀ランプは粗大ゴミ収集で廃棄してはいけません。一般ゴミと一緒に廃棄すると、ランプが粉砕され、焼却または埋め立てられる際に水銀が生物圏に入ります。幸いなことに、UV 硬化ランプによる水銀汚染は、ランプ部品が分離され、使用済み水銀が安全かつ確実に回収される施設でランプをリサイクルすることで回避できます。リサイクルされたランプから回収された水銀は、長期の安全な保管または永久処分に回されるか、または元素水銀を安全に許可された製造経路に再導入する確立されたプロトコルに従って処理されます。
UV LED硬化システム
アークおよびマイクロ波硬化ランプに代わる有望な水銀フリーの代替品は、UV LED 硬化システムです。GEW の空冷式および水冷式 UV LED 硬化ランプヘッドの例を図 2 に示します。従来のランプは UVC、UVB、UVA、可視光線、赤外線の波長を放射しますが、UV LED 硬化システムは UVA 波長の非常に狭い範囲でより強力な出力を放射します。
UV LED 技術は、2000 年代半ばに硬化業界に導入されました。それ以来、LED 硬化システムと適用可能な化学はどちらも進化を続けています。現在 LED システムを利用できる UV 硬化アプリケーションには、デジタル インクジェット、スクリーン、ロータリー スクリーン、フレキソ、活版印刷、グラビア、パッド、リソ、ドライ オフセット印刷、3D 印刷、積層製造など、多くの側面が含まれますが、すべてではありません。LED が使用できるその他のアプリケーションには、コールド フォイル接着剤、ラミネート接着剤、キャストおよび硬化コーティング、一部のワニスなどがあります。2023 年半ばの時点で、シリコーン リリース コーティング、ホットメルト接着剤、工業用ハードコート、トップコート、クリアコート用の商業的に利用されている LED 配合物はまだ存在しないことに注意してください。
信頼と経験が蓄積され、UV LED が使用できるアプリケーションが増えるにつれて、より多くのユーザーと市場が転換するでしょう。LED への移行は、強力なビジネス ケースと、この技術に対するエンド ユーザーの好みの高まりにより、規制の関与とは無関係に進んでいます。 UV LED 硬化の採用を推進する最近の要因は、生産工程でインク、コーティング、接着剤、押し出し材を硬化させる製造業者にとって、高騰するエネルギーコストを緩和できるというこの技術の能力です。
結論
英国、EU、米国、または世界中の他のどの国でも、水銀 UV 硬化ランプの製造、使用、輸出、輸入、または一般出荷を特に禁止する法律はありませんが、規制の脅威により、変更を急ぐ意識と圧力が高まっています。変更が技術的、経済的、および実用的にほとんどの UV 硬化アプリケーションで実行可能になった場合、規制政策により市場に責任が課され、法律の変更が促進されます。それまでは、UV 硬化のユーザーは、LED 技術について自ら学び、実行可能な場合は UV LED システムを設置し、プロセス開発に積極的に関与し、耐用年数が終了したすべての水銀ランプをリサイクルすることが推奨されます。
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
