El vapor de mercuri, el díode emissor de llum (LED) i l'excímer són tecnologies de làmpades de curat UV diferents. Tot i que les tres s'utilitzen en diversos processos de fotopolimerització per reticular tintes, recobriments, adhesius i extrusions, els mecanismes que generen l'energia UV radiada, així com les característiques de la sortida espectral corresponent, són completament diferents. Comprendre aquestes diferències és fonamental en el desenvolupament d'aplicacions i formulacions, la selecció de la font de curat UV i la integració.
Làmpades de vapor de mercuri
Tant les làmpades d'arc d'elèctrode com les làmpades de microones sense elèctrode entren dins la categoria de vapor de mercuri. Les làmpades de vapor de mercuri són un tipus de làmpades de descàrrega de gas de pressió mitjana en què una petita quantitat de mercuri elemental i gas inert es vaporitzen en un plasma dins d'un tub de quars segellat. El plasma és un gas ionitzat a una temperatura increïblement alta capaç de conduir l'electricitat. Es produeix aplicant un voltatge elèctric entre dos elèctrodes dins d'una làmpada d'arc o escalfant al microones una làmpada sense elèctrode dins d'un recinte o cavitat similar en concepte a un forn microones domèstic. Un cop vaporitzat, el plasma de mercuri emet llum d'ampli espectre a través de longituds d'ona ultraviolada, visible i infraroja.
En el cas d'una làmpada d'arc elèctric, un voltatge aplicat energitza el tub de quars segellat. Aquesta energia vaporitza el mercuri en un plasma i allibera electrons dels àtoms vaporitzats. Una part dels electrons (-) flueix cap a l'elèctrode o ànode de tungstè positiu (+) de la làmpada i cap al circuit elèctric del sistema UV. Els àtoms amb electrons recentment perduts es converteixen en cations positivament energitzats (+) que flueixen cap a l'elèctrode o càtode de tungstè (-) carregat negativament de la làmpada. A mesura que es mouen, els cations colpegen els àtoms neutres de la mescla de gasos. L'impacte transfereix electrons dels àtoms neutres als cations. A mesura que els cations guanyen electrons, cauen a un estat de menor energia. El diferencial d'energia es descarrega com a fotons que irradien cap a l'exterior des del tub de quars. Sempre que la làmpada estigui adequadament alimentada, refredada correctament i funciona dins de la seva vida útil, un subministrament constant de cations recentment creats (+) graviten cap a l'elèctrode o càtode negatiu (-), colpejant més àtoms i produint una emissió contínua de llum UV. Les làmpades de microones funcionen de manera similar, excepte que les microones, també conegudes com a radiofreqüència (RF), substitueixen el circuit elèctric. Com que les làmpades de microones no tenen elèctrodes de tungstè i són simplement un tub de quars segellat que conté mercuri i gas inert, se'ls coneix comunament com a sense elèctrodes.
La sortida UV de les làmpades de vapor de mercuri d'ampli espectre o banda ampla abasta longituds d'ona ultraviolada, visible i infraroja, en una proporció aproximadament igual. La porció ultraviolada inclou una barreja de longituds d'ona UVC (200 a 280 nm), UVB (280 a 315 nm), UVA (315 a 400 nm) i UVV (400 a 450 nm). Les làmpades que emeten UVC en longituds d'ona inferiors a 240 nm generen ozó i requereixen un sistema d'escapament o filtració.
La sortida espectral d'una làmpada de vapor de mercuri es pot alterar afegint petites quantitats de dopants, com ara: ferro (Fe), gal·li (Ga), plom (Pb), estany (Sn), bismut (Bi) o indi (In). Els metalls afegits canvien la composició del plasma i, en conseqüència, l'energia alliberada quan els cations adquireixen electrons. Les làmpades amb metalls afegits es coneixen com a dopades, additives i halogenurs metàl·lics. La majoria de tintes, recobriments, adhesius i extrusions formulades amb UV estan dissenyades per coincidir amb la sortida de les làmpades dopades estàndard amb mercuri (Hg) o ferro (Fe). Les làmpades dopades amb ferro desplacen part de la sortida UV a longituds d'ona més llargues i gairebé visibles, cosa que resulta en una millor penetració a través de formulacions més gruixudes i molt pigmentades. Les formulacions UV que contenen diòxid de titani tendeixen a curar-se millor amb làmpades dopades amb gal·li (GA). Això es deu al fet que les làmpades de gal·li desplacen una part significativa de la sortida UV cap a longituds d'ona superiors a 380 nm. Com que els additius de diòxid de titani generalment no absorbeixen llum per sobre dels 380 nm, l'ús de làmpades de gal·li amb formulacions blanques permet que els fotoiniciadors absorbeixin més energia UV en comparació amb els additius.
Els perfils espectrals proporcionen als formuladors i als usuaris finals una representació visual de com es distribueix la sortida radiada per a un disseny de làmpada específic a través de l'espectre electromagnètic. Mentre que el mercuri vaporitzat i els metalls additius tenen característiques de radiació definides, la barreja precisa d'elements i gasos inerts dins del tub de quars, juntament amb la construcció de la làmpada i el disseny del sistema de curat, influeixen en la sortida UV. La sortida espectral d'una làmpada no integrada alimentada i mesurada per un proveïdor de làmpades a l'aire lliure tindrà una sortida espectral diferent a la d'una làmpada muntada dins d'un capçal de làmpada amb un reflector i refrigeració dissenyats correctament. Els perfils espectrals estan fàcilment disponibles a través dels proveïdors de sistemes UV i són útils en el desenvolupament de formulacions i la selecció de làmpades.
Un perfil espectral comú representa la irradiància espectral a l'eix y i la longitud d'ona a l'eix x. La irradiància espectral es pot visualitzar de diverses maneres, com ara el valor absolut (per exemple, W/cm2/nm) o mesures arbitràries, relatives o normalitzades (sense unitats). Els perfils solen mostrar la informació com un gràfic de línies o com un gràfic de barres que agrupa la sortida en bandes de 10 nm. El següent gràfic de sortida espectral de la làmpada d'arc de mercuri mostra la irradiància relativa respecte a la longitud d'ona per als sistemes de GEW (Figura 1).
FIGURA 1 »Gràfics de sortida espectral per a mercuri i ferro.
Làmpada és el terme que s'utilitza per referir-se al tub de quars que emet raigs UV a Europa i Àsia, mentre que els nord-americans i sud-americans tendeixen a utilitzar una combinació intercanviable de bombeta i làmpada. Làmpada i capçal de làmpada fan referència al conjunt complet que allotja el tub de quars i tots els altres components mecànics i elèctrics.
Làmpades d'arc d'elèctrode
Els sistemes de làmpades d'arc d'elèctrode consten d'un capçal de làmpada, un ventilador de refrigeració o refrigerador, una font d'alimentació i una interfície home-màquina (HMI). El capçal de la làmpada inclou una làmpada (bombeta), un reflector, una carcassa o carcassa metàl·lica, un conjunt d'obturador i, de vegades, una finestra de quars o un protector de filferro. GEW munta els seus tubs de quars, reflectors i mecanismes d'obturador dins de conjunts de casset que es poden treure fàcilment de la carcassa o carcassa exterior del capçal de la làmpada. L'extracció d'un casset GEW normalment es fa en qüestió de segons amb una sola clau Allen. Com que la sortida UV, la mida i la forma generals del capçal de la làmpada, les característiques del sistema i les necessitats dels equips auxiliars varien segons l'aplicació i el mercat, els sistemes de làmpades d'arc d'elèctrode generalment estan dissenyats per a una categoria d'aplicacions determinada o tipus de màquines similars.
Les làmpades de vapor de mercuri emeten 360° de llum des del tub de quars. Els sistemes de làmpades d'arc utilitzen reflectors situats als costats i a la part posterior de la làmpada per capturar i enfocar més llum a una distància específica davant del capçal de la làmpada. Aquesta distància es coneix com a focus i és on la irradiància és més gran. Les làmpades d'arc solen emetre entre 5 i 12 W/cm2 al focus. Com que al voltant del 70% de la sortida UV del capçal de la làmpada prové del reflector, és important mantenir els reflectors nets i substituir-los periòdicament. No netejar o substituir els reflectors és un factor habitual que contribueix a un curat insuficient.
Durant més de 30 anys, GEW ha estat millorant l'eficiència dels seus sistemes de curat, personalitzant les funcions i el rendiment per satisfer les necessitats d'aplicacions i mercats específics, i desenvolupant una àmplia cartera d'accessoris d'integració. Com a resultat, les ofertes comercials actuals de GEW incorporen dissenys de carcassa compactes, reflectors optimitzats per a una major reflectància UV i una reducció de l'infraroig, mecanismes d'obturador integrals silenciosos, faldons i ranures de la banda, alimentació de la banda de closca, inerció de nitrogen, capçals pressuritzats positivament, interfície d'operador amb pantalla tàctil, fonts d'alimentació d'estat sòlid, major eficiència operativa, monitorització de la sortida UV i monitorització remota del sistema.
Quan les làmpades d'elèctrode de pressió mitjana estan en funcionament, la temperatura de la superfície de quars es troba entre 600 °C i 800 °C, i la temperatura interna del plasma és de diversos milers de graus centígrads. L'aire forçat és el principal mitjà per mantenir la temperatura correcta de funcionament de la làmpada i eliminar part de l'energia infraroja radiada. El GEW subministra aquest aire negativament; això significa que l'aire s'extreu a través de la carcassa, al llarg del reflector i la làmpada, i s'expulsa del conjunt i s'allunya de la màquina o de la superfície de curat. Alguns sistemes GEW, com ara l'E4C, utilitzen refrigeració líquida, que permet una sortida UV lleugerament més gran i redueix la mida total del capçal de la làmpada.
Les làmpades d'arc d'elèctrode tenen cicles d'escalfament i refredament. Les làmpades s'encenen amb un refredament mínim. Això permet que el plasma de mercuri pugi fins a la temperatura de funcionament desitjada, produeixi electrons i cations lliures i permeti el flux de corrent. Quan el capçal de la làmpada s'apaga, el refredament continua funcionant durant uns minuts per refredar uniformement el tub de quars. Una làmpada que està massa calenta no es tornarà a encendre i ha de continuar refredant-se. La durada del cicle d'arrencada i refredament, així com la degradació dels elèctrodes durant cada escalfament de voltatge, és la raó per la qual els mecanismes d'obturació pneumàtics sempre s'integren als conjunts de làmpades d'arc d'elèctrode GEW. La figura 2 mostra les làmpades d'arc d'elèctrode refrigerades per aire (E2C) i refrigerades per líquid (E4C).
FIGURA 2 »Làmpades d'arc d'elèctrode refrigerades per líquid (E4C) i per aire (E2C).
Làmpades LED UV
Els semiconductors són materials sòlids i cristal·lins que són una mica conductors. L'electricitat flueix a través d'un semiconductor millor que un aïllant, però no tan bé com un conductor metàl·lic. Els semiconductors naturals però força ineficients inclouen els elements silici, germani i seleni. Els semiconductors fabricats sintèticament dissenyats per al rendiment i l'eficiència són materials compostos amb impureses impregnades amb precisió dins de l'estructura cristal·lina. En el cas dels LED UV, el nitrur d'alumini i gal·li (AlGaN) és un material d'ús comú.
Els semiconductors són fonamentals per a l'electrònica moderna i estan dissenyats per formar transistors, díodes, díodes emissors de llum i microprocessadors. Els dispositius semiconductors s'integren en circuits elèctrics i es munten dins de productes com ara telèfons mòbils, ordinadors portàtils, tauletes, electrodomèstics, avions, cotxes, comandaments a distància i fins i tot joguines infantils. Aquests components petits però potents fan que els productes quotidians funcionin alhora que permeten que els articles siguin compactes, més prims, lleugers i més assequibles.
En el cas especial dels LED, els materials semiconductors dissenyats i fabricats amb precisió emeten bandes de longitud d'ona de llum relativament estretes quan es connecten a una font d'alimentació de CC. La llum es genera només quan el corrent flueix des de l'ànode positiu (+) fins al càtode negatiu (-) de cada LED. Com que la sortida del LED es controla de manera ràpida i senzilla i és quasi monocromàtica, els LED són ideals per al seu ús com a: llums indicadores; senyals de comunicació infrarojos; retroiluminació per a televisors, ordinadors portàtils, tauletes i telèfons intel·ligents; rètols electrònics, cartells publicitaris i gegants; i curat UV.
Un LED és una unió positiva-negativa (unió pn). Això significa que una part del LED té una càrrega positiva i es coneix com a ànode (+), i l'altra part té una càrrega negativa i es coneix com a càtode (-). Tot i que ambdós costats són relativament conductors, el límit de la unió on es troben els dos costats, conegut com a zona de depleció, no és conductor. Quan el terminal positiu (+) d'una font d'alimentació de corrent continu (CC) està connectat a l'ànode (+) del LED, i el terminal negatiu (-) de la font està connectat al càtode (-), els electrons carregats negativament al càtode i les vacants d'electrons carregades positivament a l'ànode són repel·lits per la font d'alimentació i empesos cap a la zona de depleció. Això és una polarització directa i té l'efecte de superar el límit no conductor. El resultat és que els electrons lliures a la regió de tipus n es creuen i omplen les vacants a la regió de tipus p. A mesura que els electrons flueixen a través del límit, passen a un estat de menor energia. La caiguda d'energia respectiva s'allibera del semiconductor com a fotons de llum.
Els materials i dopants que formen l'estructura cristal·lina del LED determinen la sortida espectral. Avui dia, les fonts de curat LED disponibles comercialment tenen sortides ultraviolades centrades a 365, 385, 395 i 405 nm, una tolerància típica de ±5 nm i una distribució espectral gaussiana. Com més gran sigui la irradiància espectral màxima (W/cm2/nm), més alt serà el pic de la corba de campana. Tot i que el desenvolupament de la UVC està en curs entre 275 i 285 nm, la sortida, la vida útil, la fiabilitat i el cost encara no són comercialment viables per a sistemes i aplicacions de curat.
Com que la sortida UV-LED està actualment limitada a longituds d'ona UVA més llargues, un sistema de curat UV-LED no emet la sortida espectral de banda ampla característica de les làmpades de vapor de mercuri de pressió mitjana. Això significa que els sistemes de curat UV-LED no emeten UVC, UVB, la majoria de la llum visible ni longituds d'ona infraroges que generen calor. Si bé això permet que els sistemes de curat UV-LED s'utilitzin en aplicacions més sensibles a la calor, les tintes, els recobriments i els adhesius existents formulats per a làmpades de mercuri de pressió mitjana s'han de reformular per als sistemes de curat UV-LED. Afortunadament, els proveïdors de productes químics dissenyen cada cop més ofertes com a curat dual. Això significa que una formulació de curat dual destinada a curar amb una làmpada UV-LED també curarà amb una làmpada de vapor de mercuri (Figura 3).
FIGURA 3 »Gràfic de sortida espectral per a LED.
Els sistemes de curat UV-LED de GEW emeten fins a 30 W/cm2 a la finestra emissora. A diferència de les làmpades d'arc d'elèctrode, els sistemes de curat UV-LED no incorporen reflectors que dirigeixin els raigs de llum a un focus concentrat. Com a resultat, la irradiància màxima UV-LED es produeix a prop de la finestra emissora. Els raigs UV-LED emesos divergeixen entre si a mesura que augmenta la distància entre el capçal de la làmpada i la superfície de curat. Això redueix la concentració de llum i la magnitud de la irradiància que arriba a la superfície de curat. Si bé la irradiància màxima és important per a la reticulació, una irradiància cada cop més alta no sempre és avantatjosa i fins i tot pot inhibir una major densitat de reticulació. La longitud d'ona (nm), la irradiància (W/cm2) i la densitat d'energia (J/cm2) tenen un paper crític en el curat, i el seu impacte col·lectiu en el curat s'ha d'entendre correctament durant la selecció de la font UV-LED.
Els LED són fonts lambertianes. En altres paraules, cada LED UV emet una sortida uniforme cap endavant a través d'un hemisferi complet de 360° x 180°. Nombrosos LED UV, cadascun de l'ordre d'un mil·límetre quadrat, estan disposats en una sola fila, una matriu de files i columnes o alguna altra configuració. Aquests subconjunts, coneguts com a mòduls o matrius, estan dissenyats amb un espai entre els LED que garanteix la barreja entre els buits i facilita el refredament dels díodes. A continuació, es disposen diversos mòduls o matrius en conjunts més grans per formar sistemes de curat UV de diverses mides (figures 4 i 5). Els components addicionals necessaris per construir un sistema de curat UV-LED inclouen el dissipador de calor, la finestra emissora, els controladors electrònics, les fonts d'alimentació de CC, un sistema de refrigeració líquida o refredador i una interfície home-màquina (HMI).
FIGURA 4 »El sistema LeoLED per a la web.
FIGURA 5 »Sistema LeoLED per a instal·lacions multilàmpada d'alta velocitat.
Com que els sistemes de curat UV-LED no irradien longituds d'ona infraroges, transfereixen inherentment menys energia tèrmica a la superfície de curat que les làmpades de vapor de mercuri, això no vol dir que els LED UV s'hagin de considerar com a tecnologia de curat en fred. Els sistemes de curat UV-LED poden emetre irradiàncies màximes molt elevades, i les longituds d'ona ultravioleta són una forma d'energia. Qualsevol sortida que no sigui absorbida per la química escalfarà la peça o substrat subjacent, així com els components de la màquina circumdants.
Els LED UV també són components elèctrics amb ineficiències degudes al disseny i la fabricació del semiconductor en brut, així com als mètodes de fabricació i components utilitzats per empaquetar els LED a la unitat de curat més gran. Mentre que la temperatura d'un tub de quars de vapor de mercuri s'ha de mantenir entre 600 i 800 °C durant el funcionament, la temperatura de la unió pn del LED ha de romandre per sota dels 120 °C. Només entre el 35 i el 50% de l'electricitat que alimenta una matriu de LED UV es converteix en sortida ultraviolada (depenent en gran mesura de la longitud d'ona). La resta es transforma en calor tèrmica que s'ha d'eliminar per mantenir la temperatura de la unió desitjada i garantir la irradiància, la densitat d'energia i la uniformitat del sistema especificades, així com una llarga vida útil. Els LED són inherentment dispositius d'estat sòlid de llarga durada, i la integració dels LED en conjunts més grans amb sistemes de refrigeració correctament dissenyats i mantinguts és fonamental per aconseguir especificacions de llarga vida útil. No tots els sistemes de curat UV són iguals, i els sistemes de curat UV-LED mal dissenyats i refrigerats tenen una major probabilitat de sobreescalfar-se i fallar catastròficament.
Làmpades híbrides d'arc/LED
En qualsevol mercat on s'introdueixi una tecnologia nova com a substitut de la tecnologia existent, hi pot haver trepidació pel que fa a l'adopció, així com escepticisme sobre el rendiment. Els usuaris potencials sovint retarden l'adopció fins que es formi una base d'instal·lació ben establerta, es publiquin estudis de casos, comencin a circular en massa testimonis positius i/o obtinguin experiència o referències de primera mà de persones i empreses que coneixen i en qui confien. Sovint es necessiten proves sòlides abans que tot un mercat renunciï completament a l'antic i faci la transició completa a la nova. No ajuda que les històries d'èxit tendeixin a ser secrets ben guardats, ja que els primers usuaris no volen que els competidors obtinguin beneficis comparables. Com a resultat, tant les històries reals com les exagerades de decepció de vegades poden reverberar per tot el mercat camuflant els veritables mèrits de la nova tecnologia i retardant encara més l'adopció.
Al llarg de la història, i com a contrapartida a l'adopció reticent, els dissenys híbrids s'han adoptat sovint com a pont de transició entre la tecnologia existent i la nova tecnologia. Els híbrids permeten als usuaris guanyar confiança i determinar per si mateixos com i quan s'han d'utilitzar nous productes o mètodes, sense sacrificar les capacitats actuals. En el cas del curat UV, un sistema híbrid permet als usuaris canviar de manera ràpida i senzilla entre làmpades de vapor de mercuri i tecnologia LED. Per a línies amb múltiples estacions de curat, els híbrids permeten que les premses funcionin amb 100% LED, 100% vapor de mercuri o qualsevol combinació de les dues tecnologies que es requereixi per a una feina determinada.
GEW ofereix sistemes híbrids d'arc/LED per a convertidors de banda estreta. La solució es va desenvolupar per a l'etiqueta de banda estreta, el mercat més gran de GEW, però el disseny híbrid també s'utilitza en altres aplicacions web i no web (Figura 6). L'arc/LED incorpora una carcassa comuna del capçal de la làmpada que pot allotjar un casset de vapor de mercuri o LED. Tots dos cassets funcionen amb un sistema universal d'alimentació i control. La intel·ligència dins del sistema permet diferenciar entre els tipus de casset i proporciona automàticament l'alimentació, la refrigeració i la interfície d'operador adequades. L'extracció o la instal·lació de qualsevol dels cassets de vapor de mercuri o LED de GEW normalment es fa en qüestió de segons amb una sola clau Allen.
FIGURA 6 »Sistema Arc/LED per a web.
Làmpades d'excímer
Les làmpades excímer són un tipus de làmpada de descàrrega de gas que emet energia ultraviolada quasi monocromàtica. Tot i que les làmpades excímer estan disponibles en nombroses longituds d'ona, les sortides ultraviolades comunes es centren a 172, 222, 308 i 351 nm. Les làmpades excímer de 172 nm es troben dins de la banda UV del buit (100 a 200 nm), mentre que 222 nm són exclusivament UVC (200 a 280 nm). Les làmpades excímer de 308 nm emeten UVB (280 a 315 nm) i 351 nm són sòlidament UVA (315 a 400 nm).
Les longituds d'ona UV de buit de 172 nm són més curtes i contenen més energia que les UVC; tanmateix, tenen dificultats per penetrar molt profundament a les substàncies. De fet, les longituds d'ona de 172 nm s'absorbeixen completament dins dels primers 10 a 200 nm de la química formulada amb UV. Com a resultat, les làmpades d'excímer de 172 nm només reticularan la superfície més externa de les formulacions UV i s'han d'integrar en combinació amb altres dispositius de curat. Com que les longituds d'ona UV de buit també són absorbides per l'aire, les làmpades d'excímer de 172 nm s'han de fer funcionar en una atmosfera inertitzada amb nitrogen.
La majoria de les làmpades d'excímer consten d'un tub de quars que serveix com a barrera dielèctrica. El tub està ple de gasos rars capaços de formar molècules d'excímer o excíplex (Figura 7). Diferents gasos produeixen diferents molècules, i les diferents molècules excitades determinen quines longituds d'ona emet la làmpada. Un elèctrode d'alt voltatge recorre la longitud interior del tub de quars, i els elèctrodes de terra recorren la longitud exterior. Els voltatges es pulsen a la làmpada a altes freqüències. Això fa que els electrons flueixin dins de l'elèctrode intern i es descarreguin a través de la barreja de gasos cap als elèctrodes de terra externs. Aquest fenomen científic es coneix com a descàrrega de barrera dielèctrica (DBD). A mesura que els electrons viatgen a través del gas, interactuen amb els àtoms i creen espècies energitzades o ionitzades que produeixen molècules d'excímer o excíplex. Les molècules d'excímer i excíplex tenen una vida increïblement curta, i a mesura que es descomponen d'un estat excitat a un estat fonamental, s'emeten fotons d'una distribució quasi monocromàtica.
FIGURA 7 »Làmpada d'excímer
A diferència de les làmpades de vapor de mercuri, la superfície del tub de quars d'una làmpada d'excímer no s'escalfa. Com a resultat, la majoria de les làmpades d'excímer funcionen amb poca o cap refrigeració. En altres casos, es requereix un baix nivell de refrigeració que normalment es proporciona amb gas nitrogen. A causa de l'estabilitat tèrmica de la làmpada, les làmpades d'excímer s'encenen i s'apaguen instantàniament i no requereixen cicles d'escalfament ni de refredament.
Quan les làmpades d'excímer que irradien a 172 nm s'integren en combinació amb sistemes de curat UVA-LED quasi monocromàtics i làmpades de vapor de mercuri de banda ampla, es produeixen efectes de superfície mat. Primer s'utilitzen làmpades UVA LED per gelificar la química. A continuació, s'utilitzen làmpades d'excímer quasi monocromàtiques per polimeritzar la superfície i, finalment, les làmpades de mercuri de banda ampla reticulen la resta de la química. Els resultats espectrals únics de les tres tecnologies aplicades en etapes separades ofereixen efectes de curat superficial òptics i funcionals beneficiosos que no es poden aconseguir amb cap de les fonts UV per si sola.
Les longituds d'ona d'excímer de 172 i 222 nm també són efectives per destruir substàncies orgàniques perilloses i bacteris nocius, cosa que fa que les làmpades d'excímer siguin pràctiques per a la neteja de superfícies, la desinfecció i els tractaments d'energia superficial.
Durada de la làmpada
Pel que fa a la vida útil de la làmpada o la bombeta, les làmpades d'arc de GEW generalment arriben a les 2.000 hores. La vida útil de la làmpada no és absoluta, ja que la producció d'UV disminueix gradualment amb el temps i es veu afectada per diversos factors. El disseny i la qualitat de la làmpada, així com les condicions de funcionament del sistema UV i la reactivitat de la matèria formulada. Els sistemes UV correctament dissenyats garanteixen que es proporcioni la potència i la refrigeració correctes que requereix el disseny específic de la làmpada (bombeta).
Les làmpades (bombetes) subministrades per GEW sempre proporcionen la vida útil més llarga quan s'utilitzen en sistemes de curat GEW. Les fonts de subministrament secundàries generalment han sotmès a enginyeria inversa la làmpada a partir d'una mostra, i les còpies poden no contenir el mateix raccord final, diàmetre de quars, contingut de mercuri o barreja de gasos, la qual cosa pot afectar la producció d'UV i la generació de calor. Quan la generació de calor no està equilibrada amb el refredament del sistema, la làmpada pateix tant en producció com en vida útil. Les làmpades que funcionen a temperatures més fredes emeten menys UV. Les làmpades que funcionen a temperatures més altes no duren tant i es deformen a temperatures superficials elevades.
La vida útil de les làmpades d'arc d'elèctrode està limitada per la temperatura de funcionament de la làmpada, el nombre d'hores de funcionament i el nombre d'encesa o engegada. Cada vegada que una làmpada s'encén amb un arc d'alt voltatge durant l'arrencada, una part de l'elèctrode de tungstè es desgasta. Finalment, la làmpada no es tornarà a encendre. Les làmpades d'arc d'elèctrode incorporen mecanismes d'obturador que, quan s'activen, bloquegen la sortida UV com a alternativa a ciclar repetidament l'alimentació de la làmpada. Les tintes, els recobriments i els adhesius més reactius poden provocar una vida útil més llarga de la làmpada; mentre que les formulacions menys reactives poden requerir canvis de làmpada més freqüents.
Els sistemes UV-LED són inherentment més duradors que les làmpades convencionals, però la vida útil dels UV-LED tampoc és absoluta. Igual que amb les làmpades convencionals, els LED UV tenen límits pel que fa a la força amb què es poden alimentar i, en general, han de funcionar amb temperatures d'unió inferiors a 120 °C. L'excés d'alimentació dels LED i el refredament insuficient comprometran la seva vida útil, cosa que provocarà una degradació més ràpida o una fallada catastròfica. No tots els proveïdors de sistemes UV-LED ofereixen actualment dissenys que compleixin amb les vides útils establertes més elevades, superiors a 20.000 hores. Els sistemes millor dissenyats i mantinguts duraran més de 20.000 hores, i els sistemes inferiors fallaran en períodes molt més curts. La bona notícia és que els dissenys dels sistemes LED continuen millorant i duren més amb cada iteració de disseny.
Ozó
Quan les longituds d'ona UVC més curtes impacten contra les molècules d'oxigen (O2), fan que les molècules d'oxigen (O2) es divideixin en dos àtoms d'oxigen (O). Els àtoms d'oxigen lliures (O) xoquen amb altres molècules d'oxigen (O2) i formen ozó (O3). Com que el trioxigen (O3) és menys estable a nivell del sòl que el dioxigen (O2), l'ozó es converteix fàcilment en una molècula d'oxigen (O2) i un àtom d'oxigen (O) a mesura que es desplaça per l'aire atmosfèric. Els àtoms d'oxigen lliures (O) es recombinen entre si dins del sistema d'escapament per produir molècules d'oxigen (O2).
Per a aplicacions industrials de curat UV, l'ozó (O3) es produeix quan l'oxigen atmosfèric interactua amb longituds d'ona ultravioleta inferiors a 240 nm. Les fonts de curat amb vapor de mercuri de banda ampla emeten UVC entre 200 i 280 nm, que se superposa a part de la regió generadora d'ozó, i les làmpades d'excímer emeten UV de buit a 172 nm o UVC a 222 nm. L'ozó creat per les làmpades de curat amb vapor de mercuri i excímer és inestable i no representa un problema ambiental significatiu, però cal eliminar-lo de la zona immediata que envolta els treballadors, ja que és irritant respiratori i tòxic a nivells elevats. Com que els sistemes comercials de curat UV-LED emeten una sortida d'UVA entre 365 i 405 nm, no es genera ozó.
L'ozó té una olor similar a l'olor del metall, un cable cremat, el clor i una espurna elèctrica. Els sentits olfactius humans poden detectar ozó en concentracions tan baixes com 0,01 a 0,03 parts per milió (ppm). Tot i que varia segons la persona i el nivell d'activitat, concentracions superiors a 0,4 ppm poden provocar efectes respiratoris adversos i mals de cap. Cal instal·lar una ventilació adequada a les línies de curat UV per limitar l'exposició dels treballadors a l'ozó.
Els sistemes de curat UV generalment estan dissenyats per contenir l'aire d'escapament quan surt dels capçals de les làmpades, de manera que es pugui canalitzar lluny dels operadors i fora de l'edifici, on es desintegra naturalment en presència d'oxigen i llum solar. Alternativament, les làmpades sense ozó incorporen un additiu de quars que bloqueja les longituds d'ona generadores d'ozó, i les instal·lacions que volen evitar conductes o forats al sostre sovint utilitzen filtres a la sortida dels ventiladors d'escapament.
Data de publicació: 19 de juny de 2024
