Vurdering af UV-hærdende trykfarver og -lakker i et samlet miljøperspektiv

6 Perspektiver for udbredelsen af UV-hærdende farver og lakker i grafisk produktion

6.1 Generelt
6.2 Kendte områder
6.3 Nye anvendelsesområder
6.3.1 Flexible emballager og plastposer
6.3.2 Lakering - både indvendig og udvendig - af blikemballage
6.3.3 UV-hærdende lamineringsklæbere ved produktion af flexible emballager
6.3.4 Trykning af flexibel emballage i offsetrotation

6.1 Generelt

Inden for arkoffset er det vanskeligt at se nogen gode argumenter for UV-farver. Offsetrotation behandles i det følgende afsnit.

VOC-forbrug og emission inden for nogle af disse områder er skønnet til:

Forbrug og emission inden for de andre nævnte områder er enten minimal eller indeholdes i andre opgørelser. Umiddelbart må den nuværende emission fra serigrafi og lakering siges at være moderat, og den samlede potentielle reduktion af VOC emissionen fra de nævnte områder således begrænset /2/.

6.3 Nye anvendelsesområder for UV-hærdning

6.3.1 Flexible emballager og plastposer

Trykning af flexible emballager og plastposer foregår i trykmetoderne flexografi og dybtryk. Der er i Danmark registreret ca. 170 virksomheder inden for denne branchegren. Forbruget og emission af VOC er her skønnet til henholdsvis 558 og 369 t/år.

Flexografi er i Danmark den mest udbredte af de to trykmetoder. Trykværket er opbygget som vist på figur 3.1. Den lavviskose trykfarve pumpes ind i en kammerrakel, der med sine to rakler sørger for, at farven bliver korrekt doseret til aniloxvalsens små fordybninger (kopper). Herfra overføres trykfarven ved fysisk kontakt til klicheerne på klichevalsen og trykkes over på substratet.

Figur 3.1. Skitse af flexotrykværk med kammerrakel.

Trykopgaverne kræver ofte mange farver, og mange moderne trykmaskiner til plastposer og flexible emballager består derfor af 6-8 trykværker anbragt omkring en fælles modtrykcylinder (satellitmaskine), som vist på fig. 3.2. Mellem trykværkerne er der anbragt tørrestationer, hvor trykfarven ved hjælp af varm luft tørres delvist. Efter sidste trykværk føres banen gennem en tørrekanal, hvor sluttørringen foregår. Der findes også trykmaskiner, hvor hvert trykværk har sin modtrykcylinder, men denne maskintype er ikke god til præcisionstrykning, og den er tilsyneladende på vej ud.

Fig. 3.2. Skitse af 8-farve flexotrykmaskine (satellitmaskine). I midten afrulles folien. Til venstre trykkes der med 8 trykværker anbragt omkring en fælles modtrykcylinder, og farverne tørres i ovnen foroven i midten, inden banen rulles op til højre.

Ved trykning med UV-hærdende trykfarver erstattes den normale varmlufts-mellemtørring med UV-lamper. Den store tørrekanal kan undværes.

De følgende oplysninger om anvendelsen af UV-hærdende flexofarver stammer dels fra litteraturen (blandt andet /15/), dels fra informationer indhentet på seminarer /35/ og dels fra samtaler, primært med medlemmer af projektgruppen (se forord).

Traditionelle, solventbaserede flexotrykfarver er lavviskose. Den lave viskositet er nødvendig for at farven hurtigt kan flyde ned i aniloxvalsens kopper og igen fjernes fra kopperne og overføres til klicheen ved simpel fysisk kontakt. Lav viskositet opnås ved et stort indhold (60-70%) organisk opløsningsmiddel i den trykklare farve.

Det er praktisk taget umuligt at fremstille UV-hærdende flexofarver med samme lave viskositet som traditionelle solventbaserede farver, idet de reaktive monomere fortyndingsmidler ikke er så lavviskose som normale organiske opløsningsmidler. Endvidere er det uheldigt, at netop de fortyndingsmidler, der har lavest viskositet, også er dem, der har den højeste grad af hudirritation og derfor helst bør undgås.

Løsningen på problemet har hidtil været at tilpasse flexotrykprocessen til farver med væsentlig højere viskositet end de traditionelle solventfarver. Det er primært sket ved udvikling af specielle aniloxvalser med kopfacon og kopdybde, som adskiller sig fra traditionelle aniloxvalser.

Med den ændrede kopgeometri overføres langt mindre farve til trykket end normalt, hvilket kræver trykfarver med højere farvekraft, altså større koncentration af pigment. Denne ændring har vist sig ikke at være nogen trykteknisk ulempe - tværtimod! Der opnås med de mere koncentrerede og mere viskose farver en større trykskarphed.

Medens traditionelle solventbaserede farver afgiver opløsningsmidler, både under maskinindstillingen og under selve trykningen og derved gradvist opkoncentreres og fortykkes, sker dette ikke for UV-hærdende farvers vedkommende. Det medfører, at man på en langt mere sikker måde kan indstille sin maskine og gennemføre en ensartet produktion. Både den større farvekraft og de mere konstante trykforhold muliggør anvendelsen af systemer til styring af trykkvalitet, som hidtil har været forbeholdt offsettrykning (Kontrolstrips, densitometermålinger, trykkurver, o.l.). UV-farver kan således medvirke til at bringe flexoprocessens kvalitetsniveau væsentligt i vejret.

Medens perspektiverne på kvalitetsområdet således er lovende, er trykning med UV-hærdende flexofarver desværre også forbundet med flere tryktekniske problemer, herunder styring af substratets og modtrykcylinderens temperatur. Da der oftest trykkes på plastprodukter, må man sørge for, at disse ikke opvarmes i en sådan grad, at de blødgøres. Samtidig er omkredsen af modtrykcylinderen afgørende for præcisionen ved trykning af de mange farver. Hvis modtrykcylinderens temperatur stiger, og den derved udvider sig, vil omkredsen vokse, og der vil ske der en forskydning af trykket af de forskellige farver indbyrdes (mispasning). Temperaturtolerancen er, som tidligere nævnt ±0,2°C, og det er så vanskeligt at holde sig inden for denne tolerance, at køleproblematikken må siges at være kritisk for bredbane flexotrykning med satellitmaskiner.

UV-lampernes store udsendelse af synligt lys og IR-stråling, stiller store krav til temperaturreguleringen af modtrykcylinderen, og det er nødvendigt med meget store køleanlæg, både til afkøling af lamper og modtrykcylinder, medmindre nye kolde lamper har så begrænset lys- og IR-stråling, at problemet løses på denne måde.

I Tyskland, England og USA anvendes UV-hærdende farver i bredbaneflexografi på satellitmaskiner til trykning af både bæreposer og flexible emballager til non-food, og muligvis også til levnedsmidler.

Medens forholdene er ret betryggende for bæreposer og non-food emballager, kan der være grund til betænkelighed, når det drejer sig om emballager til levnedsmidler, idet man kan frygte migration af restmonomerer og kontaminering af levnedsmidlerne (se pkt. 3.4). I uheldigste tilfælde kan manglende afklaring af denne problemstilling forhindre brugen af UV-hærdende trykfarver til flexotrykning på flexible emballager til levnedsmidler.

Som tidligere omtalt, er en hurtig og simpel analysemetode til at afgøre, om UV-farverne er tilstrækkelig gennemhærdede og en fastsættelse af grænseværdier for indhold og migration af restmonomere forudsætningen for, at levnedsmiddelindustrien og den flexible emballageindustri med god samvittighed vil kunne gå ind for UV-hærdende farver til levnedsmiddelemballage.

Emballagedybtryk anvendes på linie med flexografi, hvor der er ønske om højere trykkvalitet, dog til en nogenlunde tilsvarende højere pris.

Traditionelle trykfarver til emballagedybtryk og flexografi er praktisk taget ens. Kravet om lav viskositet er altid blevet opfattet som helt afgørende for dybtryk, men allerede forsøgene med vandfarver i dybtryk har vist, at det lader sig gøre at trykke med farver med en del højere viskositet end de traditionelle farver. Hvor vidt det lader sig gøre at fremstille UV-hærdende dybtrykfarver med tilstrækkelig lav viskositet eller at modificere dybtrykmetoden til at kunne anvende de kendte UV-farver, må stå hen i det uvisse et stykke tid endnu.

Anvendelse af UV-hærdende farver til emballagedybtryk er i øvrigt forbundet med samme forbehold som nævnt for flexofarver, nemlig de begrænsede muligheder for at fremstille lavviskose farver uden brug af de mest agressive reaktive monomere, samt den latente risiko for migration til fødevarer.

6.3.2 Lakering - både udvendig og indvendig - af blikemballage

Blikemballager med tryk omfatter kagedåser, dåser og spande til maling og træbeskyttelse, skruelåg til glasemballager, kapsler m.m. Dåser og spande lakeres udvendigt, både inden trykning og efter trykning, dels for at opnå det ønskede udseende, dels for at beskytte det tynde lag trykfarver mod mekanisk påvirkning. For at undgå kontaminering af de emballerede produkter, specielt fødevarer med metalforbindelser og stoffer fra overfladebehandlingen af metallet, lakeres blikemballager også indvendigt med specielle lakker. Forbruget af opløsningsmidler som komponent i bliktryklakker opgøres sammen med andre lakker til 75 t/år i 1994, men emissionen er lille, idet der normalt er installeret efterbrændere på anlæggene (se afsnit 5.5.) /32/.

Alligevel er det interessant fra en miljømæssig synsvinkel at undersøge mulighederne for at substituere solventbaserede lakker med UV-hærdende lakker. Rent teknologisk skulle der ikke være nogen hindring for at indføre UV-lakering, dog vil det kræve betydelige investeringer i ombygninger af tørreovne og installering af UV-strålere med tilhørende styring. Men umiddelbart må man forvente en række gevinster i form af pladsbesparelse og besparelser på det samlede energiregnskab.

Det ser ud til, at den største hindring for indførelse af UV-hærdende indvendige lakker er usikkerheden med hensyn til migration af restmonomerer fra lak til fødevarer. Problematikken er her den samme som for brugen af UV-hærdende farver til flexible fødevareemballager.

6.3.3 UV-hærdende lamineringsklæbere ved produktion af flexible emballager

Primært for at tilgodese kravene om barriereegenskaber for levnedsmiddelemballager, fremstilles de fleste flexible emballager af flerlagsmaterialer, som dels produceres ved co-extrudering, dels ved sammenklæbning og/eller lakering. De egenskaber, der er relevante, er tæthed over for oxygen, carbondioxid, nitrogen, vanddamp og aromastoffer. Ofte er tæthed over for lys også relevant. Samtidig skal materialerne være egnede til trykning og til svejsning, og de skal opfylde krav om trækstyrke og rivstyrke. Disse, til tider modstridende krav, ønskes naturligvis opfyldt med mindst muligt materialeforbrug, altså så tynde emballagematerialer som muligt.

Det har vist sig at være særdeles praktisk at trykke på enkeltlagsfilm eller simple laminater og derefter at laminere disse sammen med yderligere flere film eller laminater. Trykket kommer herved til at ligge mellem lagene, beskyttet mod ydre påvirkninger. Modsat er emballerede levnedsmidler beskyttet mod direkte kontakt med trykfarverne og risikoen for forurening af madvarer med mulige sundhedsskadelige komponenter i farverne er praktisk taget elimineret.

Fremstilling af laminater ved klæbning foregår normalt ved hjælp af 2-komponentklæbere - ofte med et indhold af organiske opløsningsmidler, f.eks. ethanol og ethylacetat. Forbruget og emissionen af VOC fra denne produktion anslås til henholdsvis 441 t/år og 138 t/år /1/, /2/.

Rent produktionsteknisk udgør lamineringsprocessen med 2-komponentklæbere en betydelig produktionsmæssig flaskehals, idet de sammenklæbede ruller må opbevares på et mellemlager i flere dage, for at klæberne kan endeligt afhærde, inden emballagen sendes til kunden til normal anvendelse.

Der arbejdes på at udvikle klæbemetoder til sammenklæbning af plastmaterialer, som er gennemtrængelige for UV-stråling, ved hjælp af UV-hærdende klæbere. Herved vil man dels kunne begrænse VOC-emissionen fra processen, dels kunne opnå færdige laminater, der straks kan leveres til kunderne.

Problemerne her vil kunne optræde, hvor plastmaterialerne ikke er tilstrækkeligt transparente for UV-hærdende stråling, f.eks. på grund af visse kulørte trykfarver, som absorberer strålingen. Der kan også forudses visse problemer i forbindelse med klæbernes forskellige grader af vedhæftning til forskellige plastoverflader og til allerede færdighærdet trykfarve.

Så vidt vides, overvejes denne teknologi seriøst i Danmark.

6.3.4 Trykning af flexibel emballage i offsetrotation

Det har derfor umiddelbart været urealistisk at overveje offsetprincippet til trykning af flexible emballager. Alligevel synes indtroduktionen af UV-hærdende trykfarver at flytte på denne opfattelse. UV-hærdende farver vil jo netop kunne give god vedhæftning på plast og tørre med ekstrem høj hastighed. Inden for andre områder har man mange års gode erfaringer fra trykning med UV-farver i offset.

Inden for etikettrykning er offset med UV-hærdende farver en realitet, der i løbet af de kommende år skal bevise sin berettigelse, og der er også en mindre offsetrotationsmaskine, der markedsføres til trykning af bl.a. flexibel emballage med UV-hærdende farver. Dette er omtalt tidligere (se afsnit 5.7). I princippet skulle det være muligt at trykke flexible emballager, også på større offsetrotationer med en kvalitet, som overgår selv den bedste flexografiske kvalitet og med udgifter til trykplader langt under udgifterne ved flexografi eller dybtryk.

Det sidste problem - en ukompliceret tilpasning af slaglængden - udgør stadig et problem. Hvis dette kan løses, er der udsigt til en revolution inden for trykning af flexible emballager, en revolution, som også kan omfatte en betydelig reduktion af VOC-emissionen fra denne industrisektor.