UV 경화 전문가인 GEW의 제니퍼 히스코트가 작성한 이 기사는 수은 규제의 현재 상황을 심층적으로 다룹니다. 제니퍼는 주요 입법 기관의 현재 수은 규제 입장을 설명하고, 이것이 인쇄 시장의 UV 경화에 미치는 영향을 논의합니다.
정부와 비정부기구(NGO)는 가장 위험하고 독성이 강한 물질이 확인되면 대체 물질로 대체해야 한다는 정책을 수립하고 정기적으로 업데이트합니다. 대체 물질로 지정된 유해 물질은 일반적으로 고위험성 우려 물질(SVHC)로 불립니다. SVHC 지정은 해당 물질의 사용이 금지되는 상황을 정의하고, 허용되는 물질의 획득, 판매, 운송, 수입, 수출 및 폐기 방법을 명시하는 규제의 근간이 됩니다. SVHC에 대한 실행 가능한 대체 물질이 없는 경우, 면제 또는 단계적 폐지 일정이 설정되는 경우가 많습니다.
UV 경화 램프의 수은
수은(Hg)은 SVHC의 한 예입니다. UV 램프에는 소량의 원소 수은이 포함되어 있기 때문에 수은 규제는 UV 경화 제조업체와 사용자에게 직접적인 영향을 미칩니다. 원소 수은의 물리적 특성으로 인해 수은이 중압의 불활성 가스가 담긴 밀봉된 석영관 내에서 고온 플라즈마로 기화될 때 자외선, 가시광선, 적외선 에너지가 광대역으로 방출됩니다. 수은이 없으면 UV 램프는 작동하지 않습니다. 운송, 보관 및 사용 중에 UV 램프 내부의 수은은 액체, 기체, 플라즈마 상태로 존재합니다. 평판이 좋은 공급업체에서 공급받은 램프의 경우, 세 가지 상태의 수은이 모두 밀봉된 석영관 내에 안전하게 담겨 있습니다.
1940년대부터 UV 경화 화학 물질은 기화된 원소 수은에서만 생성되는 광범위 스펙트럼 출력에 반응하도록 제조되었습니다. 이는 표준 수은 아크 및 마이크로파 램프뿐만 아니라 수은 외에 소량의 금속을 포함하는 첨가형, 도핑형 및 금속 할로겐화물 램프에도 적용됩니다. 첨가형 램프에 사용되는 금속의 예로는 철, 갈륨, 인듐, 주석 등이 있습니다. 금속을 첨가하면 UV 대역 내 스펙트럼 분포가 변하고 일부 제형에서는 최적의 경화가 촉진됩니다.
UV 경화 램프 내부의 수은 원소 함량은 램프 디자인과 길이에 따라 다르지만, 일반적으로 램프당 10~100mg입니다. 유엔 환경계획(UN Environment)은 전 세계 수은 재고량 추정치를 램프당 평균 25mg으로 보고 있습니다. 참고로, 은 충전재라고도 하는 수은 아말감 치과용 충전재 하나에는 평균 800mg의 수은이 함유되어 있습니다. 이는 일반적인 인쇄기나 가공 라인의 모든 UV 램프에 함유된 수은보다 더 많은 수은이 사람의 입 속에 존재하는 경우가 많다는 것을 의미합니다.
수은 안전 문제
수은은 위험한 신경독소이지만, 지구 내에 자연적으로 결합되어 있거나, 밀봉된 제품 및 지상 저장 용기에 영구적으로 폐기되거나 적절하게 보호될 경우 일반적으로 직접적인 인체 노출 및 환경 피해로부터 안전합니다. 수은은 원래 환경에서 방출되어 지구 생태계 또는 생물권에 분산될 경우 인간과 동물에게 잠재적으로 유해합니다. 수은은 기체와 증기 형태로 대기 중으로 방출되고, 수중으로 직간접적으로 방출됩니다. 일단 자유로워진 수은은 쉽게 이동하여 형태를 변화시키고, 접촉하는 모든 유기체를 잠재적으로 노출시킵니다.
수은 규제
유럽 연합의 RoHS2 정책, 미국의 라우텐버그법3 정책, 그리고 유럽 집행위원회(EC), EPA4, 유엔 환경계획(UNEP)5, 그리고 국제 수은 미나마타 협약6과 같은 규제 기관에서 제정한 정책은 인위적인 수은 사용을 줄이거나 없애기 위한 것입니다. 인위적인 수은은 인간 활동에 의해 직간접적으로 대기 중으로 배출되거나 수계로 방출되는 수은을 의미합니다. 현재 인위적인 수은을 완전히 제거하는 것은 불가능하지만, 향후 10년 동안 규제 및 시행이 강화될 것으로 예상됩니다.
현재 영국, EU, 미국 또는 전 세계 어느 나라에서도 수은 UV 경화 램프의 생산, 사용, 수출, 수입 또는 일반 운송을 구체적으로 금지하는 정책이나 법률은 없습니다. 또한, 단기적으로 수은 증기 UV 경화 램프와 관련된 새로운 규제는 예상되지 않습니다. 그러나 규제는 지속적으로 이루어지므로, 규제 동향과 법률 변경 사항을 주기적으로 검토하는 것이 중요합니다.
유럽연합 – RoHS
전 세계적으로 UV 경화 시스템에 적용되는 가장 적극적인 수은 관련 법률은 유럽 위원회의 유해물질 제한 지침(RoHS)입니다. RoHS는 전기 및 전자 장비(EEE)의 유해 물질 사용과 그에 따른 전기 및 전자 장비 폐기물(WEEE)을 규제합니다. RoHS는 EU에서 사용하기 위해 제조된 모든 품목과 다른 지역에서 제조되어 EU로 수입되는 모든 품목에 적용됩니다. 현재 RoHS가 제한하는 SVHC는 10종이며, 그중 하나가 수은입니다.
RoHS 지침은 두 가지 버전과 여러 차례 개정되었습니다. RoHS는 2003년에 처음 제정되었으며, 2011년에 RoHS 2로 대체되었습니다. RoHS가 적용되는 EEE의 범주는 지침 부록 I에 명시되어 있습니다. 중압 수은 아크 램프는 부록 I에서 5등급 조명 장비로 분류됩니다.39 RoHS 2 부록 III에는 제한에서 제외되는 모든 용도 및 제품이 자세히 설명되어 있습니다.
부속서 III은 역사적으로 수은 UV 경화 램프에 대해 5년간 갱신 가능한 면제를 부여해 왔습니다. 2016년에 채택된 면제는 2021년에 만료될 예정이었지만 2027년 초까지 연장되었습니다. 유럽 집행위원회는 2026년 또는 2027년 초에 UV 경화 시장의 현황과 대체 기술의 현재 가능성을 재평가할 예정입니다. UV 경화 램프에 대한 광범위한 면제를 5년 더 연장할지, 검증된 대안이 있는 특정 용도에 대한 면제 범위를 축소할지, 또는 면제를 완전히 폐지할지 여부를 결정할 것입니다.
수은의 면제 여부와 관계없이, RoHS에는 대규모 고정형 산업용 도구(LSSIT)와 대규모 고정 설비(LSFI)를 제외하는 범위 예외 조항이 있습니다. UV 경화 산업의 경우, 이 범위 예외 조항은 인쇄기, 산업용 경화 챔버 및 터널, 변환 라인 등 기타 산업 및 상업 시설을 포함하는 것으로 널리 해석됩니다. 따라서 대부분의 생산 분야에서 수은 UV 경화 시스템을 사용하는 경우, 수은 UV 경화 램프에 대한 특정 금지 조항이나 부록 III에 명시된 면제 조항과 관계없이 범위 제한으로 인해 RoHS 제한에서 무기한 면제되는 것으로 일반적으로 알려져 있습니다. 금지 조치 시행 이전에 설치된 기존 UV 경화 장비의 예비 부품 및 업그레이드 또한 무기한 허용됩니다.
미국 – 환경 보호국
미국 환경보호청(EPA)은 2016년 라우텐버그 법(Lautenberg Act)을 통해 미국 정부 입법부로부터 독성 물질 및 화학물질을 규제할 전권을 부여받았습니다. 현재 EPA는 UV 경화 램프를 금지하지 않습니다. EPA는 현재 수은 첨가 제품의 국내 사용처와 미국 내에서 생산되어 미국으로 수입되는 제품의 수은 총량을 파악하는 데 주력하고 있습니다. EPA는 지속적인 평가 및 데이터 수집을 통해 궁극적으로 제조업체에 수은 사용 중단을 촉진하기 위한 실현 가능한 무수은 대체 제품에 대한 권고안을 제시할 계획입니다.
수은에 관한 미나마타 협약
또 다른 정책 결정 기구는 수은에 관한 미나마타 협약입니다. 이 협약은 2017년 8월 16일 발효된 국제 조약으로, 영국, 유럽 연합 회원국, 미국을 포함한 139개국이 비준했습니다. 미나마타 협약의 목표는 제조품 및 공정에서 모든 수은을 제거하는 것입니다.
향후 수십 년 동안 규제 정책은 이 협약에 따라 점점 더 주도될 것입니다. 미나마타 협약과 같은 국제 조약의 준수는 해당 국가의 영토 내에서만 시행 및 집행될 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 수은 관련 법률은 국가마다 다를 수 있으며 항상 명확하지는 않을 수 있습니다. 미나마타 협약은 현재 수은 증기 UV 경화 램프의 금지를 요구하지는 않지만, 모든 당사국이 가능한 경우 수은을 단계적으로 폐지하거나 감축 조치를 취할 것을 요구합니다. EU에서는 RoHS 개정안을 통해 미나마타 협약 준수가 법제화될 예정입니다. 미국에서는 EPA(미국 환경보호청)가 발표한 규칙을 통해 준수가 시행될 것입니다.
수은에 관한 미나마타 협약 제4차 당사국 총회(COP)가 2022년 3월 21일부터 25일까지 인도네시아에서 개최되었습니다. 이번 회의에서는 수은 증기 UV 경화 램프에 대한 새로운 규정이나 단계적 폐지 일정은 발표되지 않았습니다. 그러나 15세 미만 어린이 유치와 임산부 및 모유 수유 중인 여성의 유치에 대한 수은 치과용 아말감 사용을 2023년 12월까지 종료하는 개정안이 통과되었습니다. 이 개정안의 이행 및 집행은 139개 비준 당사국 각각의 책임입니다. 제5차 COP 회의는 2023년 10월 30일부터 11월 3일까지 스위스에서 개최될 예정입니다.
수은 램프 폐기
수은 첨가 제품의 대기 중 배출 및 수중 배출은 주로 폐기물 처리 과정에서 발생하므로, 수은 증기 램프는 절대 대형 쓰레기 수거함과 함께 폐기해서는 안 됩니다. 일반 쓰레기와 함께 폐기할 경우, 램프가 파쇄된 후 소각되거나 매립될 때 수은이 생물권에 유입됩니다. 다행히 자외선 경화 램프로 인한 수은 오염은 램프 구성품을 분리하고 사용된 수은을 안전하게 포집하는 시설을 통해 램프를 재활용함으로써 방지할 수 있습니다. 재활용 램프에서 회수된 수은은 장기간 안전하게 보관되거나 영구 폐기되거나, 허용된 제조 경로로 원소 수은을 안전하게 재투입하는 확립된 프로토콜을 통해 처리됩니다.
UV LED 경화 시스템
아크 및 마이크로파 경화 램프에 대한 수은을 사용하지 않는 유망한 대안은 UV LED 경화 시스템입니다. GEW 공랭식 및 수냉식 UV LED 경화 램프헤드의 예가 그림 2에 나와 있습니다. 기존 램프는 UVC, UVB, UVA, 가시광선 및 적외선 파장을 방출하는 반면, UV LED 경화 시스템은 매우 좁은 범위의 UVA 파장에서 더 강한 출력을 방출합니다.
UV LED 기술은 2000년대 중반 경화 산업에 도입되었습니다. 그 이후로 LED 경화 시스템과 관련 화학 물질은 끊임없이 발전해 왔습니다. 현재 LED 시스템을 활용할 수 있는 UV 경화 응용 분야에는 디지털 잉크젯, 스크린, 로터리 스크린, 플렉소, 레터프레스, 그라비어, 패드, 리소그래피, 건식 오프셋 인쇄, 3D 프린팅 및 적층 제조 등 다양한 분야가 있지만, 전부는 아닙니다. LED를 활용할 수 있는 다른 응용 분야로는 콜드 포일 접착제, 라미네이팅 접착제, 캐스트 및 경화 코팅, 그리고 일부 바니시가 있습니다. 2023년 중반 현재 실리콘 이형 코팅, 핫멜트 접착제, 산업용 하드코트, 탑코트, 클리어코트에 상업적으로 사용되는 LED 제품은 아직 없습니다.
UV LED에 대한 신뢰와 경험이 쌓이고 더 많은 응용 분야가 실현 가능해짐에 따라, 더 많은 사용자와 시장이 전환할 것입니다. 강력한 사업 기반과 최종 사용자의 기술 선호도 증가로 인해 규제 기관의 개입 없이도 LED로의 전환이 증가하고 있습니다. UV LED 경화 도입의 최근 동인은 생산 공정에서 잉크, 코팅, 접착제 및 압출물을 설정하는 제조업체의 에너지 비용 상승을 완화할 수 있는 기술의 능력입니다.
결론
영국, EU, 미국을 비롯한 전 세계 어느 나라에도 수은 UV 경화 램프의 생산, 사용, 수출, 수입 또는 일반 운송을 금지하는 법률은 없지만, 규제의 위협은 변화를 촉진해야 한다는 인식과 압력을 불러일으키고 있습니다. 대다수의 UV 경화 응용 분야에서 기술적, 경제적, 그리고 실질적으로 변화가 가능해지면, 규제 정책은 시장에 책임을 묻고 입법적 변화를 추진할 것입니다. 그때까지 UV 경화 사용자는 LED 기술에 대한 교육을 받고, 가능한 경우 UV LED 시스템을 설치하고, 공정 개발에 적극적으로 참여하고, 수명이 다한 모든 수은 증기 램프를 재활용하도록 권장됩니다.
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
