Veilig en duurzaam ontwerp: De ontwikkeling van veiligere inkten versnellen met behulp van digitalisering

Ooit waren opvallende kleuren de enige overweging bij het creëren van nieuwe verven en kleurstoffen – met desastreuze gevolgen, omdat mensen in fabrieken en thuis ziek werden of zelfs stierven door formuleringen met arsenicum en lood. Hoe Victoriaans dit ook klinkt, het is waar dat fabrikanten de invloed van chemische stoffen op mens en milieu niet altijd nauwkeurig hebben onderzocht. Zo wordt er tot op de dag van vandaag speelgoed uit de handel gehaald omdat er verf met een onveilig loodgehalte is gebruikt.

In 2007 introduceerde de EU de REACH-verordening (Registratie, Evaluatie, Autorisatie en beperking van Chemische stoffen), bedoeld om de gezondheid van mens en milieu te beschermen tegen de risico's die chemische stoffen met zich mee kunnen brengen. In REACH zijn procedures vastgelegd voor het verzamelen en beoordelen van informatie over de eigenschappen en gevaren van stoffen. Dit was een belangrijke eerste stap om de veiligheid van consumenten en werknemers te verbeteren.

Dankzij REACH-gegevens zijn de schadelijke bijwerkingen van veel stoffen die we voorheen als veilig zagen aan het licht gekomen. De herclassificatie van stoffen is in een stroomversnelling geraakt en dat zal zich doorzetten. Er worden steeds meer gegevens verzameld en stoffen in zowel huishoudelijke als industriële omgevingen worden tegen het licht gehouden – waaronder stoffen en pigmenten die belangrijk zijn voor de productie van kleurrijke printerinkten. 

Vereisten rondom herformulering zijn een dagelijkse realiteit geworden voor inktontwikkelaars, die continu werken aan het elimineren van schadelijke stoffen uit inktformules, zoals voorgeschreven door EuPIA-normen. Denk hierbij met name aan stoffen die inmiddels zijn geclassificeerd als kankerverwekkend, mutageen en reprotoxisch (CMR).

Natasha Jeremic, Ink Development Manager bij Domino Printing Sciences, onderzoekt hoe het nieuwe SSbD-kader (Safe and Sustainable by Design) van de Europese Commissie inktontwikkelaars kan helpen om te anticiperen op herclassificaties en hoe het, in combinatie met digitalisering, de ontwikkelingscycli voor veiligere inkten kan versnellen.

Safe and Sustainable by Design

In oktober 2020 heeft de Europese Commissie haar Strategie voor duurzame chemische stoffen gepubliceerd in het kader van het EU-streven om vervuiling tot nul terug te brengen. Dit streven is een cruciale doelstelling van de Europese Green Deal. Het doel van deze strategie is burgers en het milieu beter te beschermen en innovatie voor veilige en duurzame chemische stoffen te stimuleren.

Het SSbD-kader ( Veilig en duurzaam ontwerp:) borduurt voort op deze strategie. Deze vrijwillige aanpak is nog niet verplicht en is erop gericht om het innovatieproces voor chemische stoffen en materialen in verschillende industrieën te sturen en om de gezondheid van mens en milieu te beschermen door producten veiliger en duurzamer te maken.

Cruciaal is dat het SSbD-kader innovatie in de ontwikkeling van alternatieven voor gevaarlijke stoffen bevordert. Maar wat zijn de gevolgen voor inktontwikkelaars, fabrikanten en eindgebruikers?

De formulering van printerinkt afstemmen op de SSbD-principes

Door gebruik te maken van SSbD-principes kunnen inktontwikkelaars en -fabrikanten anticiperen op de mogelijke gevolgen van herformulering, deze beperken en voldoen aan de veranderende regelgeving op het gebied van duurzaamheid.

Voor een holistische blik op alle processen die betrokken zijn bij de formulering, de productie en het gebruik van commerciële printerinkten, moeten fabrikanten verder kijken dan hun eigen interne processen. Ze moeten rekening houden met implicaties upstream, bij de inkoop van materialen, en downstream, bij het afvoeren en recyclen na gebruik. Een evenwichtige kijk op de hele levenscyclus is belangrijk om ervoor te zorgen dat vooruitgang op sommige vlakken geen negatieve impact heeft op andere vlakken.

In de praktijk houdt de door SSbD voorgestelde beoordeling van alle materialen en processen op hun impact op gebruikers en het milieu mogelijk het volgende in:

Digitalisering in de formulering van printerinkt

Voorbeelden van de eerder genoemde digitale hulpmiddelen zijn systemen die AI, robotica en automatisering omvatten. Door deze hulpmiddelen met andere SSbD-principes te combineren, kunnen inktfabrikanten nieuwe inktformuleringen sneller identificeren, waardoor ze meer chemische tests kunnen uitvoeren, terwijl het contact en de risico's voor chemici tot een minimum worden beperkt. Digitale technologieën kunnen een flinke bijdrage leveren aan veilig en duurzaam onderzoek en aan de ontwikkeling van nieuwe inktformuleringen. Zij vormen een katalysator voor ontwikkelingstaken en -processen en zorgen ervoor dat verbeterde, veiligere inktformuleringen sneller bij eindgebruikers terechtkomen. Technologieën die worden ingezet om de inktformulering en het productieproces te verbeteren, zijn onder andere machine learning en AI-tools om doelformuleringen te identificeren, en robotische en geautomatiseerde tools om de ontwikkeling te versnellen en tegelijkertijd de kosten, verspilling en handmatige arbeid te beperken.

Machine-learningtools die getraind zijn op basis van bewezen en betrouwbare gegevens over bestaande ingrediënten, processen en inkteigenschappen kunnen verbanden identificeren en ontbrekende informatie aan het licht brengen. Deze geautomatiseerde, gedetailleerde analyse levert mogelijk nieuwe formuleringen op die anders misschien niet of pas na langdurige menselijke analyse zouden zijn ontdekt. AI zou ook mogelijke alternatieven voor problematische stoffen kunnen voorstellen en kunnen voorspellen welke nieuwe formuleringen het meest geschikt zijn voor verdere laboratoriumexperimenten.

AI en machine learning kunnen het aantal experimenten dat nodig is om een inktformulering te vinden met de gewenste fysieke eigenschappen, d.w.z. betrouwbare en nauwkeurige druppelplaatsing, met wel 70% terugbrengen. Verder kan AI de eigenschappen van een nieuwe inkt voor de eindgebruiker identificeren, zoals hechting, duurzaamheid, kleur en aanblik op de ondergrond, om zo de inktformulering voor commercieel printen te optimaliseren.

Vervolgens kan automatisering de efficiëntie in de experimenteerfase verder verbeteren. Met mengrobots kunnen veelbelovende formules sneller worden gemaakt dan met handmatige processen. En door 'hands-off' experimenten uit te voeren, krijgen laboranten meer tijd om over toekomstige formuleringen na te denken. Dit maakt ook een preciezer gebruik van materialen en reinigingsvloeistoffen mogelijk, waardoor er veel minder chemische stoffen worden gebruikt en weggegooid, de CO2-uitstoot sterk wordt teruggebracht en het proces veiliger en duurzamer wordt.

Toekomstgerichte inktfabrikanten maken al gebruik van digitale technologieën om hun inktformuleringsprocessen te verbeteren. Ze willen graag de vruchten plukken van digitalisering: kortere doorlooptijd voor nieuwe formules, duurzaamheidswinst en minder verspilling.

De 'chemicus van de toekomst' – technisch onderlegd, digitaal ingesteld en vertrouwd met zowel de chemische als de technologische kant – loopt hierbij voorop en is van cruciaal belang voor de succesvolle implementatie van een efficiënt, gedigitaliseerd R&D-proces. Met behulp van digitale technologieën kan de 'chemicus van de toekomst' stoffen met een grotere kans op herclassificatie identificeren en uitsluiten. Niet alleen op de korte termijn, maar ook zo ver mogelijk in de toekomst. Dit voorkomt niet alleen potentiële leveringsproblemen, maar ook complexe en dure herformuleringen in een later stadium.

Conclusie

Om hun merkklanten en eindgebruikers te beschermen, moeten converters altijd de handen ineenslaan met een bekende en gerenommeerde inktleverancier die investeert in een toekomstgerichte strategie wat betreft inktformulering en -productie. Of, nog beter, een leverancier van apparatuur die zelf inkten ontwikkelt en produceert, met formuleringen die optimale printresultaten leveren in combinatie met zijn inkjetpersen.

Een partner die gebruikmaakt van het SSbD-kader en die zijn inktformulering en productieprocessen verbetert door fors te investeren in de nieuwste digitale technologieën, is in staat om te anticiperen op veranderende regelgeving. Nieuwe verbruiksartikelen die voldoen aan de voorschriften en die geprint verpakkingsmateriaal nog jarenlang kleurrijk en veilig houden op tijd leveren: deze vooruitziende blik maakt het mogelijk.

EINDE