Kwikdamp, lichtgevende diode (LED) en excimer zijn verschillende UV-uithardingslamptechnologieën. Hoewel alle drie worden gebruikt in diverse fotopolymerisatieprocessen om inkten, coatings, lijmen en extrusie te vernetten, zijn de mechanismen die de uitgestraalde UV-energie genereren, evenals de kenmerken van de bijbehorende spectrale output, volledig verschillend. Inzicht in deze verschillen is essentieel bij de ontwikkeling van toepassingen en formuleringen, de selectie en integratie van UV-uithardingsbronnen.
Kwikdamplampen
Zowel elektrodebooglampen als elektrodeloze microgolflampen vallen onder de categorie kwikdamp. Kwikdamplampen zijn gasontladingslampen met gemiddelde druk waarbij een kleine hoeveelheid elementair kwik en inert gas in een afgesloten kwartsbuis tot een plasma worden verdampt. Plasma is een geïoniseerd gas met een extreem hoge temperatuur dat elektriciteit kan geleiden. Het wordt geproduceerd door een elektrische spanning aan te leggen tussen twee elektroden in een booglamp of door een elektrodeloze lamp in een behuizing of holte te verwarmen, vergelijkbaar met een magnetron. Eenmaal verdampt, zendt kwikplasma breedspectrumlicht uit in ultraviolette, zichtbare en infrarode golflengten.
In het geval van een elektrische booglamp activeert een aangelegde spanning de afgesloten kwartsbuis. Deze energie verdampt het kwik tot een plasma en maakt elektronen vrij uit verdampte atomen. Een deel van de elektronen (-) stroomt naar de positieve wolfraamelektrode of anode (+) van de lamp en in het elektrische circuit van het UV-systeem. De atomen met de nieuwe ontbrekende elektronen worden positief geactiveerde kationen (+) die naar de negatief geladen wolfraamelektrode of kathode (-) van de lamp stromen. Tijdens hun beweging botsen de kationen tegen neutrale atomen in het gasmengsel. Door de botsing worden elektronen van neutrale atomen overgedragen op kationen. Naarmate kationen elektronen opnemen, komen ze in een toestand met lagere energie terecht. Het energieverschil wordt ontladen als fotonen die vanuit de kwartsbuis naar buiten stralen. Mits de lamp de juiste voeding krijgt, correct wordt gekoeld en binnen zijn levensduur wordt gebruikt, wordt een constante aanvoer van nieuw gevormde kationen (+) naar de negatieve elektrode of kathode (-) aangetrokken, waardoor meer atomen worden geraakt en er een continue emissie van UV-licht ontstaat. Microgolflampen werken op een vergelijkbare manier, behalve dat microgolven, ook wel radiofrequentie (RF) genoemd, het elektrische circuit vervangen. Omdat microgolflampen geen wolfraamelektroden hebben en simpelweg een afgesloten kwartsbuis zijn met kwik en inert gas, worden ze vaak elektrodeloos genoemd.
De UV-straling van breedband- of breedspectrumkwikdamplampen bestrijkt ultraviolet, zichtbaar en infrarood, in ongeveer gelijke mate. Het ultraviolette deel bestaat uit een mix van UVC- (200 tot 280 nm), UVB- (280 tot 315 nm), UVA- (315 tot 400 nm) en UVV- (400 tot 450 nm) golflengten. Lampen die UVC-straling uitstralen met een golflengte onder 240 nm genereren ozon en vereisen afzuiging of filtratie.
De spectrale output van een kwikdamplamp kan worden gewijzigd door kleine hoeveelheden doteermiddelen toe te voegen, zoals ijzer (Fe), gallium (Ga), lood (Pb), tin (Sn), bismut (Bi) of indium (In). De toegevoegde metalen veranderen de samenstelling van het plasma en daarmee de energie die vrijkomt wanneer kationen elektronen verkrijgen. Lampen met toegevoegde metalen worden gedoteerd, additief en metaalhalide genoemd. De meeste UV-geformuleerde inkten, coatings, lijmen en extrusieproducten zijn ontworpen om de output van standaard kwik- (Hg) of ijzer- (Fe) gedoteerde lampen te evenaren. IJzer-gedoteerde lampen verschuiven een deel van de UV-output naar langere, bijna zichtbare golflengten, wat resulteert in een betere penetratie door dikkere, zwaar gepigmenteerde formuleringen. UV-formuleringen die titaandioxide bevatten, harden over het algemeen beter uit met gallium (GA) gedoteerde lampen. Dit komt doordat galliumlampen een aanzienlijk deel van de UV-output verschuiven naar golflengten langer dan 380 nm. Omdat titaandioxideadditieven over het algemeen geen licht boven 380 nm absorberen, kan er bij gebruik van galliumlampen met witte formules meer UV-energie door foto-initiatoren worden geabsorbeerd dan door additieven.
Spectraalprofielen bieden formuleerders en eindgebruikers een visuele weergave van hoe de uitgestraalde output van een specifiek lampontwerp verdeeld is over het elektromagnetische spectrum. Hoewel verdampt kwik en additieve metalen gedefinieerde stralingskarakteristieken hebben, beïnvloeden de precieze mix van elementen en inerte gassen in de kwartsbuis, samen met de lampconstructie en het ontwerp van het uithardingssysteem, de UV-output. De spectrale output van een niet-geïntegreerde lamp, gevoed en gemeten door een lampenleverancier in de open lucht, zal een andere spectrale output hebben dan een lamp gemonteerd in een lampkop met een correct ontworpen reflector en koeling. Spectraalprofielen zijn gemakkelijk verkrijgbaar bij leveranciers van UV-systemen en zijn nuttig bij de ontwikkeling van formuleringen en de selectie van lampen.
Een gangbaar spectraalprofiel toont de spectrale irradiantie op de y-as en de golflengte op de x-as. De spectrale irradiantie kan op verschillende manieren worden weergegeven, waaronder als absolute waarde (bijv. W/cm²/nm) of als willekeurige, relatieve of genormaliseerde (eenheidsloze) waarden. De profielen geven de informatie doorgaans weer als een lijndiagram of als een staafdiagram dat de output groepeert in 10 nm-banden. De volgende grafiek van de spectrale output van een kwikbooglamp toont de relatieve irradiantie ten opzichte van de golflengte voor GEW-systemen (Figuur 1).
FIGUUR 1 »Spectrale outputgrafieken voor kwik en ijzer.
Lamp is de term die in Europa en Azië wordt gebruikt voor de UV-stralende kwartsbuis, terwijl Noord- en Zuid-Amerikanen doorgaans een verwisselbare combinatie van lamp en gloeilamp gebruiken. Lamp en lampkop verwijzen beide naar de volledige constructie die de kwartsbuis en alle andere mechanische en elektrische componenten bevat.
Elektrode booglampen
Elektrodebooglampsystemen bestaan uit een lampkop, een koelventilator of -koeler, een voeding en een mens-machine-interface (HMI). De lampkop omvat een lamp (gloeilamp), een reflector, een metalen behuizing, een sluiter en soms een kwartsvenster of draadafscherming. GEW monteert de kwartsbuizen, reflectoren en sluitermechanismen in cassettes die eenvoudig uit de buitenste behuizing van de lampkop kunnen worden verwijderd. Het verwijderen van een GEW-cassette is doorgaans binnen enkele seconden mogelijk met slechts één inbussleutel. Omdat de UV-opbrengst, de totale grootte en vorm van de lampkop, de systeemkenmerken en de benodigde randapparatuur per toepassing en markt verschillen, worden elektrodebooglampsystemen over het algemeen ontworpen voor een bepaalde categorie toepassingen of vergelijkbare machinetypen.
Kwikdamplampen zenden 360° licht uit vanuit de kwartsbuis. Booglampsystemen gebruiken reflectoren aan de zijkanten en achterkant van de lamp om meer licht op te vangen en te focussen op een bepaalde afstand vóór de lampkop. Deze afstand staat bekend als de focus en is waar de stralingssterkte het grootst is. Booglampen stralen doorgaans licht uit in het bereik van 5 tot 12 W/cm² in de focus. Omdat ongeveer 70% van de UV-straling van de lampkop afkomstig is van de reflector, is het belangrijk om reflectoren schoon te houden en regelmatig te vervangen. Het niet reinigen of vervangen van reflectoren draagt vaak bij aan onvoldoende uitharding.
GEW verbetert al meer dan 30 jaar de efficiëntie van zijn uithardingssystemen, past functies en output aan om te voldoen aan de behoeften van specifieke toepassingen en markten, en ontwikkelt een uitgebreid portfolio aan integratieaccessoires. Het huidige commerciële aanbod van GEW omvat dan ook compacte behuizingen, reflectoren die geoptimaliseerd zijn voor een hogere UV-reflectie en minder infrarood, stille, geïntegreerde sluitermechanismen, webschorten en -sleuven, clamshell-webinvoer, stikstofinertie, overdrukkoppen, een touchscreen-bedieningsinterface, solid-state voedingen, hogere operationele efficiëntie, UV-outputbewaking en systeembewaking op afstand.
Wanneer middendruk-elektrodelampen in werking zijn, ligt de oppervlaktetemperatuur van het kwarts tussen de 600 °C en 800 °C en bedraagt de interne plasmatemperatuur enkele duizenden graden Celsius. Geforceerde luchttoevoer is het belangrijkste middel om de juiste bedrijfstemperatuur van de lamp te handhaven en een deel van de uitgestraalde infraroodenergie te verwijderen. GEW voert deze lucht negatief toe; dit betekent dat de lucht door de behuizing, langs de reflector en de lamp wordt gezogen en uit de assemblage wordt afgevoerd, weg van de machine of het uithardingsoppervlak. Sommige GEW-systemen, zoals de E4C, maken gebruik van vloeistofkoeling, wat een iets hogere UV-output mogelijk maakt en de totale lampkop verkleint.
Elektrodebooglampen hebben opwarm- en afkoelcycli. De lampen worden ontstoken met minimale koeling. Hierdoor kan het kwikplasma de gewenste bedrijfstemperatuur bereiken, vrije elektronen en kationen produceren en stroom laten lopen. Wanneer de lampkop wordt uitgeschakeld, blijft de koeling nog enkele minuten doorwerken om de kwartsbuis gelijkmatig te koelen. Een te warme lamp zal niet opnieuw ontsteken en moet blijven afkoelen. De lengte van de opstart- en afkoelcyclus, evenals de degradatie van de elektroden tijdens elke spanningsstoot, is de reden waarom pneumatische sluitermechanismen altijd worden geïntegreerd in GEW-elektrodebooglampconstructies. Figuur 2 toont luchtgekoelde (E2C) en vloeistofgekoelde (E4C) elektrodebooglampen.
FIGUUR 2 »Vloeistofgekoelde (E4C) en luchtgekoelde (E2C) elektrodebooglampen.
UV LED-lampen
Halfgeleiders zijn vaste, kristallijne materialen die enigszins geleidend zijn. Elektriciteit stroomt beter door een halfgeleider dan door een isolator, maar minder goed dan door een metalen geleider. Natuurlijk voorkomende, maar tamelijk inefficiënte halfgeleiders omvatten de elementen silicium, germanium en selenium. Synthetisch vervaardigde halfgeleiders, ontworpen voor output en efficiëntie, zijn samengestelde materialen met onzuiverheden die nauwkeurig in de kristalstructuur zijn geïmpregneerd. In het geval van UV-leds is aluminiumgalliumnitride (AlGaN) een veelgebruikt materiaal.
Halfgeleiders zijn essentieel voor moderne elektronica en worden gebruikt om transistors, diodes, lichtgevende diodes (LED's) en microprocessors te vormen. Halfgeleiders worden geïntegreerd in elektrische circuits en gemonteerd in producten zoals mobiele telefoons, laptops, tablets, huishoudelijke apparaten, vliegtuigen, auto's, afstandsbedieningen en zelfs kinderspeelgoed. Deze kleine maar krachtige componenten zorgen ervoor dat alledaagse producten functioneren en tegelijkertijd compact, dunner, lichter en betaalbaarder zijn.
In het specifieke geval van leds zenden nauwkeurig ontworpen en vervaardigde halfgeleidermaterialen licht uit met relatief smalle golflengtebanden wanneer ze worden aangesloten op een gelijkstroombron. Het licht wordt alleen gegenereerd wanneer er stroom loopt van de positieve anode (+) naar de negatieve kathode (-) van elke led. Omdat de led-output snel en eenvoudig te regelen en quasi-monochromatisch is, zijn leds bij uitstek geschikt voor gebruik als: indicatielampjes; infraroodcommunicatiesignalen; achtergrondverlichting voor tv's, laptops, tablets en smartphones; elektronische borden, billboards en jumbotrons; en UV-uitharding.
Een LED is een positief-negatieve overgang (pn-overgang). Dit betekent dat één deel van de LED een positieve lading heeft en de anode (+) wordt genoemd, en het andere deel een negatieve lading heeft en de kathode (-) wordt genoemd. Hoewel beide zijden relatief geleidend zijn, is de overgangsgrens waar de twee zijden elkaar ontmoeten, de zogenaamde verarmingszone, niet geleidend. Wanneer de positieve (+) aansluiting van een gelijkstroombron (DC) wordt verbonden met de anode (+) van de LED, en de negatieve (-) aansluiting van de bron met de kathode (-), worden negatief geladen elektronen in de kathode en positief geladen elektronenvacatures in de anode door de stroombron afgestoten en richting de verarmingszone geduwd. Dit is een voorwaartse voorspanning en heeft tot gevolg dat de niet-geleidende grens wordt overwonnen. Het resultaat is dat vrije elektronen in het n-type gebied elkaar kruisen en vacatures in het p-type gebied opvullen. Naarmate elektronen over de grens stromen, gaan ze over naar een toestand met lagere energie. De betreffende energiedaling komt uit de halfgeleider vrij in de vorm van lichtfotonen.
De materialen en doteerstoffen waaruit de kristallijne LED-structuur bestaat, bepalen de spectrale output. Tegenwoordig hebben commercieel verkrijgbare LED-uithardingsbronnen een ultraviolette output gecentreerd rond 365, 385, 395 en 405 nm, een typische tolerantie van ±5 nm en een Gaussische spectrale verdeling. Hoe hoger de piek van de spectrale irradiantie (W/cm²/nm), hoe hoger de piek van de klokvormige curve. Hoewel UVC-technologie tussen 275 en 285 nm nog in ontwikkeling is, zijn output, levensduur, betrouwbaarheid en kosten nog niet commercieel haalbaar voor uithardingssystemen en -toepassingen.
Omdat de UV-LED-uitvoer momenteel beperkt is tot langere UVA-golflengten, produceert een UV-LED-uithardingssysteem niet de breedbandige spectrale output die kenmerkend is voor middendruk-kwikdamplampen. Dit betekent dat UV-LED-uithardingsystemen geen UVC, UVB, het meeste zichtbare licht en warmtegenererende infraroodgolflengten uitzenden. Hoewel dit UV-LED-uithardingsystemen in meer warmtegevoelige toepassingen kan gebruiken, moeten bestaande inkten, coatings en lijmen die zijn geformuleerd voor middendruk-kwikdamplampen, opnieuw worden geformuleerd voor UV-LED-uithardingsystemen. Gelukkig ontwerpen chemische leveranciers steeds vaker producten met een dual cure-uitharding. Dit betekent dat een dual cure-formulering die bedoeld is om uit te harden met een UV-LED-lamp, ook uithardt met een kwikdamplamp (Figuur 3).
FIGUUR 3 »Spectraal uitgangsdiagram voor LED.
De UV-LED-uithardingssystemen van GEW zenden tot 30 W/cm² uit bij het emitterende venster. In tegenstelling tot elektrodebooglampen bevatten UV-LED-uithardingssystemen geen reflectoren die lichtstralen naar een geconcentreerde focus richten. Hierdoor treedt de piekbestralingssterkte van UV-LED's dicht bij het emitterende venster op. De uitgezonden UV-LED-stralen divergeren van elkaar naarmate de afstand tussen de lampkop en het uithardingsoppervlak toeneemt. Dit vermindert de lichtconcentratie en de omvang van de bestralingssterkte die het uithardingsoppervlak bereikt. Hoewel piekbestralingssterkte belangrijk is voor crosslinking, is een steeds hogere bestralingssterkte niet altijd voordelig en kan zelfs een hogere crosslinkingsdichtheid belemmeren. Golflengte (nm), bestralingssterkte (W/cm²) en energiedichtheid (J/cm²) spelen allemaal een cruciale rol bij het uitharden, en hun gezamenlijke impact op de uitharding moet goed worden begrepen bij de selectie van UV-LED-bronnen.
LED's zijn Lambertiaanse lichtbronnen. Met andere woorden, elke UV-LED straalt een uniforme lichtstroom uit over een volledige halve bol van 360° x 180°. Talrijke UV-LED's, elk ter grootte van een vierkante millimeter, zijn gerangschikt in een enkele rij, een matrix van rijen en kolommen, of een andere configuratie. Deze subassemblages, modules of arrays genoemd, zijn ontworpen met een afstand tussen de LED's die zorgt voor een goede overgang tussen de openingen en diodekoeling vergemakkelijkt. Meerdere modules of arrays worden vervolgens in grotere assemblages gerangschikt om UV-uithardingssystemen van verschillende groottes te vormen (figuren 4 en 5). Extra componenten die nodig zijn om een UV-LED-uithardingssysteem te bouwen, zijn onder andere de koelplaat, het emitterende venster, elektronische drivers, DC-voedingen, een vloeistofkoelsysteem of koeler en een mens-machine-interface (HMI).
FIGUUR 4 »Het LeoLED-systeem voor het web.
FIGUUR 5 »LeoLED-systeem voor snelle installaties met meerdere lampen.
Omdat UV-LED-uithardingssystemen geen infrarode golflengtes uitstralen, brengen ze inherent minder thermische energie over naar het uithardingsoppervlak dan kwikdamplampen. Dit betekent echter niet dat UV-LED's als kouduithardingstechnologie moeten worden beschouwd. UV-LED-uithardingssystemen kunnen zeer hoge piekstraling uitzenden, en ultraviolette golflengtes zijn een vorm van energie. De output die niet door de chemie wordt geabsorbeerd, verwarmt het onderliggende onderdeel of substraat, evenals de omliggende machinecomponenten.
UV-leds zijn ook elektrische componenten met inefficiënties die worden veroorzaakt door het ontwerp en de fabricage van de ruwe halfgeleider, evenals door de productiemethoden en componenten die worden gebruikt om de leds in de grotere uithardingsunit te verpakken. Terwijl de temperatuur van een kwikdampkwartsbuis tijdens bedrijf tussen 600 en 800 °C moet worden gehouden, moet de pn-overgangstemperatuur van de led onder de 120 °C blijven. Slechts 35-50% van de elektriciteit die een UV-led-array van stroom voorziet, wordt omgezet in ultraviolet licht (sterk afhankelijk van de golflengte). De rest wordt omgezet in thermische warmte die moet worden afgevoerd om de gewenste overgangstemperatuur te behouden en de gespecificeerde systeembestralingssterkte, energiedichtheid en uniformiteit, evenals een lange levensduur, te garanderen. Leds zijn inherent duurzame solid-state-apparaten, en de integratie van leds in grotere assemblages met goed ontworpen en onderhouden koelsystemen is cruciaal om specificaties voor een lange levensduur te bereiken. Niet alle UV-uithardingssystemen zijn hetzelfde, en slecht ontworpen en gekoelde UV-led-uithardingssystemen hebben een grotere kans op oververhitting en catastrofale uitval.
Arc/LED hybride lampen
In elke markt waar gloednieuwe technologie wordt geïntroduceerd ter vervanging van bestaande technologie, kan er angst bestaan over de adoptie en scepsis over de prestaties. Potentiële gebruikers stellen de adoptie vaak uit totdat er een gevestigde basis is ontstaan, casestudies zijn gepubliceerd, positieve getuigenissen massaal beginnen te circuleren en/of ze ervaring of referenties uit de eerste hand hebben verkregen van personen en bedrijven die ze kennen en vertrouwen. Hard bewijs is vaak nodig voordat een hele markt het oude volledig loslaat en volledig overgaat op het nieuwe. Het helpt niet dat succesverhalen vaak goed bewaarde geheimen blijven, omdat early adopters niet willen dat concurrenten vergelijkbare voordelen ervaren. Hierdoor kunnen zowel echte als overdreven teleurstellingen soms door de markt galmen, waardoor de ware voordelen van nieuwe technologie worden gemaskeerd en de adoptie verder wordt vertraagd.
Door de geschiedenis heen, en als tegenwicht tegen de aarzelende acceptatie, zijn hybride ontwerpen vaak omarmd als een overgangsbrug tussen gevestigde en nieuwe technologie. Hybriden stellen gebruikers in staat om vertrouwen te krijgen en zelf te bepalen hoe en wanneer nieuwe producten of methoden moeten worden gebruikt, zonder dat dit ten koste gaat van de huidige mogelijkheden. In het geval van UV-uitharding stelt een hybride systeem gebruikers in staat om snel en eenvoudig te wisselen tussen kwikdamplampen en ledtechnologie. Bij lijnen met meerdere uithardingsstations maken hybride systemen het mogelijk om persen te laten werken met 100% led, 100% kwikdamp of een andere combinatie van beide technologieën die nodig is voor een bepaalde taak.
GEW biedt hybride boog-/ledsystemen voor webconverters. De oplossing is ontwikkeld voor GEW's grootste markt, het narrow-web label, maar het hybride ontwerp is ook bruikbaar in andere web- en niet-webtoepassingen (afbeelding 6). De boog-/ledcassette is voorzien van een gemeenschappelijke lampkopbehuizing die geschikt is voor zowel een kwikdamp- als een ledcassette. Beide cassettes werken op een universeel stroom- en regelsysteem. Intelligentie binnen het systeem maakt onderscheid mogelijk tussen cassettetypes en biedt automatisch de juiste voeding, koeling en bedieningsinterface. Het verwijderen of installeren van GEW's kwikdamp- of ledcassettes is doorgaans binnen enkele seconden mogelijk met slechts één inbussleutel.
FIGUUR 6 »Arc/LED-systeem voor web.
Excimerlampen
Excimerlampen zijn een type gasontladingslamp die quasi-monochromatische ultraviolette energie uitzendt. Hoewel excimerlampen verkrijgbaar zijn in verschillende golflengten, zijn de meest voorkomende ultraviolette stralingen geconcentreerd op 172, 222, 308 en 351 nm. 172 nm excimerlampen vallen binnen het vacuüm-UV-spectrum (100 tot 200 nm), terwijl 222 nm uitsluitend UVC-straling uitzendt (200 tot 280 nm). 308 nm excimerlampen zenden UVB-straling uit (280 tot 315 nm) en 351 nm is voornamelijk UVA-straling (315 tot 400 nm).
172 nm vacuüm UV-golflengten zijn korter en bevatten meer energie dan UVC; ze hebben echter moeite om diep in stoffen door te dringen. 172 nm golflengten worden zelfs volledig geabsorbeerd in de bovenste 10 tot 200 nm van UV-formuleringen. 172 nm excimerlampen zullen daarom alleen het buitenste oppervlak van UV-formuleringen vernetten en moeten daarom worden gecombineerd met andere uithardingsapparatuur. Omdat vacuüm UV-golflengten ook door lucht worden geabsorbeerd, moeten 172 nm excimerlampen in een met stikstof geïnerte atmosfeer worden gebruikt.
De meeste excimerlampen bestaan uit een kwartsbuis die als diëlektrische barrière dient. De buis is gevuld met edelgassen die excimer- of exciplexmoleculen kunnen vormen (Figuur 7). Verschillende gassen produceren verschillende moleculen, en de verschillende geëxciteerde moleculen bepalen welke golflengten door de lamp worden uitgezonden. Een hoogspanningselektrode loopt langs de binnenlengte van de kwartsbuis en aardelektroden lopen langs de buitenlengte. Spanningen worden met hoge frequenties in de lamp gepulst. Dit zorgt ervoor dat elektronen binnen de interne elektrode stromen en zich over het gasmengsel ontladen richting de externe aardelektroden. Dit wetenschappelijke fenomeen staat bekend als diëlektrische barrièreontlading (DBD). Terwijl elektronen door het gas reizen, interageren ze met atomen en creëren ze geënergetiseerde of geïoniseerde deeltjes die excimer- of exciplexmoleculen produceren. Excimer- en exciplexmoleculen hebben een ongelooflijk korte levensduur en terwijl ze ontbinden van een geëxciteerde toestand naar een grondtoestand, worden fotonen met een quasi-monochromatische verdeling uitgezonden.
FIGUUR 7 »Excimerlamp
In tegenstelling tot kwikdamplampen wordt het oppervlak van de kwartsbuis van een excimerlamp niet heet. Hierdoor werken de meeste excimerlampen met weinig tot geen koeling. In andere gevallen is een geringe koeling vereist, die doorgaans wordt geleverd door stikstofgas. Dankzij de thermische stabiliteit van de lamp zijn excimerlampen direct aan/uit te schakelen en hebben ze geen opwarm- of afkoelcycli nodig.
Wanneer excimerlampen met een stralingshoek van 172 nm worden geïntegreerd in combinatie met zowel quasi-monochromatische UVA-LED-uithardingssystemen als breedbandkwikdamplampen, ontstaan er matterende oppervlakte-effecten. UVA-LED-lampen worden eerst gebruikt om de chemie te laten geleren. Quasi-monochromatische excimerlampen worden vervolgens gebruikt om het oppervlak te polymeriseren, en tot slot verbinden breedbandkwiklampen de rest van de chemie. De unieke spectrale output van de drie technologieën, toegepast in afzonderlijke stappen, levert gunstige optische en functionele oppervlakte-uithardingseffecten op die met geen van de UV-bronnen afzonderlijk kunnen worden bereikt.
Excimergolflengtes van 172 en 222 nm zijn bovendien effectief bij het vernietigen van gevaarlijke organische stoffen en schadelijke bacteriën. Hierdoor zijn excimerlampen geschikt voor oppervlaktereiniging, desinfectie en oppervlakte-energiebehandelingen.
Levensduur van de lamp
Wat de levensduur van lampen of gloeilampen betreft, gaan GEW's booglampen over het algemeen tot 2000 uur mee. De levensduur van lampen is niet absoluut, aangezien de UV-output in de loop van de tijd geleidelijk afneemt en wordt beïnvloed door verschillende factoren. Het ontwerp en de kwaliteit van de lamp, evenals de bedrijfsomstandigheden van het UV-systeem en de reactiviteit van de formulering. Goed ontworpen UV-systemen zorgen ervoor dat het juiste vermogen en de juiste koeling worden geleverd die nodig zijn voor het specifieke lampontwerp.
Lampen met GEW-voeding bieden altijd de langste levensduur in GEW-uithardingssystemen. Secundaire bronnen hebben de lamp over het algemeen nagebouwd op basis van een monster, en de kopieën bevatten mogelijk niet dezelfde fitting, kwartsdiameter, kwikgehalte of gasmengsel, wat allemaal van invloed kan zijn op de UV-output en warmteontwikkeling. Wanneer de warmteontwikkeling niet in evenwicht is met de koeling van het systeem, heeft de lamp zowel een lagere output als een langere levensduur. Lampen die koeler branden, zenden minder UV-straling uit. Lampen die warmer branden, gaan minder lang mee en vervormen bij hoge oppervlaktetemperaturen.
De levensduur van elektrodebooglampen wordt beperkt door de bedrijfstemperatuur van de lamp, het aantal bedrijfsuren en het aantal starts of ontsteekbeurten. Elke keer dat een lamp tijdens het opstarten met een hoogspanningsboog wordt ontstoken, slijt een deel van de wolfraamelektrode af. Uiteindelijk zal de lamp niet meer ontsteken. Elektrodebooglampen zijn voorzien van sluitermechanismen die, wanneer ingeschakeld, de UV-straling blokkeren als alternatief voor het herhaaldelijk inschakelen van de lamp. Meer reactieve inkten, coatings en lijmen kunnen resulteren in een langere levensduur van de lamp; minder reactieve formuleringen vereisen mogelijk vaker lampvervangingen.
UV-LED-systemen gaan inherent langer mee dan conventionele lampen, maar de levensduur van UV-LED's is niet absoluut. Net als conventionele lampen hebben UV-LED's beperkingen in hoe hard ze kunnen worden aangestuurd en moeten ze over het algemeen werken bij overgangstemperaturen onder de 120 °C. Oversturing van LED's en onderkoeling van LED's zal de levensduur in gevaar brengen, wat resulteert in snellere degradatie of catastrofale uitval. Niet alle leveranciers van UV-LED-systemen bieden momenteel ontwerpen aan die voldoen aan de hoogste vastgestelde levensduur van meer dan 20.000 uur. De beter ontworpen en onderhouden systemen gaan meer dan 20.000 uur mee, terwijl de inferieure systemen binnen veel kortere tijdspannes zullen uitvallen. Het goede nieuws is dat LED-systeemontwerpen blijven verbeteren en langer meegaan met elke ontwerpiteratie.
Ozon
Wanneer kortere UVC-golflengten zuurstofmoleculen (O2) raken, zorgen ze ervoor dat deze zuurstofmoleculen (O2) zich splitsen in twee zuurstofatomen (O). De vrije zuurstofatomen (O) botsen vervolgens met andere zuurstofmoleculen (O2) en vormen ozon (O3). Omdat trizuurstof (O3) minder stabiel is op grondniveau dan dizuurstof (O2), verandert ozon gemakkelijk in een zuurstofmolecuul (O2) en een zuurstofatoom (O) tijdens de beweging door de atmosferische lucht. Vrije zuurstofatomen (O) recombineren vervolgens met elkaar in het uitlaatsysteem om zuurstofmoleculen (O2) te vormen.
Bij industriële UV-uithardingstoepassingen wordt ozon (O3) geproduceerd wanneer atmosferische zuurstof in contact komt met ultraviolette golflengten onder 240 nm. Breedbandbronnen voor kwikdampuitharding zenden UVC-straling uit tussen 200 en 280 nm, wat een deel van het ozonproducerende gebied overlapt, en excimerlampen zenden vacuüm-UV uit bij 172 nm of UVC bij 222 nm. Ozon, geproduceerd door kwikdamp- en excimerlampen, is onstabiel en vormt geen significante bedreiging voor het milieu, maar het is noodzakelijk om het uit de directe omgeving van werknemers te verwijderen, aangezien het irriterend is voor de luchtwegen en bij hoge concentraties giftig is. Omdat commerciële UV-LED-uithardingssystemen UVA-straling uitzenden tussen 365 en 405 nm, wordt er geen ozon gegenereerd.
Ozon heeft een geur die lijkt op de geur van metaal, een brandende draad, chloor en een elektrische vonk. Het menselijk reukorgaan kan ozon waarnemen vanaf 0,01 tot 0,03 ppm. Hoewel dit per persoon en activiteitsniveau verschilt, kunnen concentraties hoger dan 0,4 ppm leiden tot schadelijke effecten op de luchtwegen en hoofdpijn. Zorg voor goede ventilatie in UV-uithardingslijnen om blootstelling van werknemers aan ozon te beperken.
UV-uithardingssystemen zijn over het algemeen ontworpen om de uitlaatlucht bij het verlaten van de lampkoppen vast te houden, zodat deze van de operators naar buiten kan worden geleid, waar de lucht op natuurlijke wijze afbreekt in de aanwezigheid van zuurstof en zonlicht. Als alternatief bevatten ozonvrije lampen een kwartsadditief dat ozongenererende golflengtes blokkeert. Installaties die geen leidingen of gaten in het dak willen maken, gebruiken vaak filters bij de uitlaat van afzuigventilatoren.
Plaatsingstijd: 19 juni 2024
