Kwikdamp, lichtemitterende diode (LED) en excimeer zijn verschillende UV-uithardende lamptechnologieën. Hoewel ze alle drie worden gebruikt in verschillende fotopolymerisatieprocessen om inkten, coatings, kleefstoffen en extrusies te verknopen, zijn de mechanismen die de uitgestraalde UV-energie genereren, evenals de kenmerken van de overeenkomstige spectrale output, totaal verschillend. Het begrijpen van deze verschillen is van groot belang bij de ontwikkeling van toepassingen en formuleringen, de selectie van UV-uithardingsbronnen en integratie.
Kwikdamplampen
Zowel elektrodebooglampen als elektrodeloze microgolflampen vallen binnen de categorie kwikdamp. Kwikdamplampen zijn een soort middendrukgasontladingslampen waarin een kleine hoeveelheid elementair kwik en inert gas worden verdampt tot een plasma in een afgesloten kwartsbuis. Plasma is een geïoniseerd gas met een ongelooflijk 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 lamp zonder elektrode in de magnetron te zetten in een behuizing of holte die qua concept lijkt op een huishoudelijke magnetron. Eenmaal verdampt, zendt kwikplasma breedspectrumlicht uit over ultraviolette, zichtbare en infrarode golflengten.
In het geval van een elektrische booglamp bekrachtigt een aangelegde spanning de afgedichte kwartsbuis. Deze energie verdampt het kwik in 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 nieuwe ontbrekende elektronen worden positief geactiveerde kationen (+) die naar de negatief geladen wolfraamelektrode of kathode van de lamp stromen (-). Terwijl ze bewegen, raken kationen neutrale atomen in het gasmengsel. De impact brengt elektronen over van neutrale atomen naar kationen. Naarmate kationen elektronen verkrijgen, vallen ze in een staat van lagere energie. Het energieverschil wordt ontladen als fotonen die vanuit de kwartsbuis naar buiten stralen. Op voorwaarde dat de lamp op de juiste manier wordt gevoed, op de juiste manier wordt gekoeld en binnen zijn levensduur wordt gebruikt, wordt een constante toevoer van nieuw gecreëerde kationen (+) aangetrokken naar de negatieve elektrode of kathode (-), waardoor meer atomen worden getroffen en 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 eenvoudigweg een afgesloten kwartsbuis zijn die kwik en inert gas bevat, worden ze gewoonlijk elektrodeloos genoemd.
De UV-straling van breedband- of breedspectrumkwikdamplampen omvat ultraviolette, zichtbare en infrarode golflengten, in ongeveer gelijke verhoudingen. Het ultraviolette gedeelte omvat 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 uitstralen in golflengten 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 bijgevolg de energie die vrijkomt wanneer kationen elektronen verwerven. Lampen waaraan metalen zijn toegevoegd, worden gedoteerd, additief en metaalhalogenide genoemd. De meeste UV-geformuleerde inkten, coatings, lijmen en extrusies zijn ontworpen om te voldoen aan de output van standaard kwik- (Hg) of ijzer-(Fe) gedoteerde lampen. Met ijzer gedoteerde lampen verschuiven een deel van de UV-straling naar langere, bijna zichtbare golflengten, wat resulteert in een betere penetratie door dikkere, sterk gepigmenteerde formuleringen. UV-formuleringen die titaniumdioxide bevatten, hebben de neiging beter uit te harden met met gallium (GA) gedoteerde lampen. Dit komt doordat galliumlampen een aanzienlijk deel van de UV-straling verschuiven naar golflengten langer dan 380 nm. Omdat titaniumdioxide-additieven over het algemeen geen licht boven 380 nm absorberen, zorgt het gebruik van galliumlampen met witte formuleringen ervoor dat meer UV-energie wordt geabsorbeerd door foto-initiatoren in tegenstelling tot additieven.
Spectrale profielen bieden samenstellers en eindgebruikers een visuele weergave van hoe de uitgestraalde output voor een specifiek lampontwerp over het elektromagnetische spectrum wordt verdeeld. Hoewel verdampt kwik en additieve metalen bepaalde stralingseigenschappen hebben, beïnvloeden het precieze mengsel van elementen en inerte gassen in de kwartsbuis, samen met de lampconstructie en het ontwerp van het uithardingssysteem, allemaal 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 goed ontworpen reflector en koeling. Spectrale profielen zijn direct verkrijgbaar bij leveranciers van UV-systemen en zijn nuttig bij de ontwikkeling van formuleringen en lampselectie.
Een gemeenschappelijk spectraal profiel geeft de spectrale instraling op de y-as en de golflengte op de x-as weer. De spectrale instraling kan op verschillende manieren worden weergegeven, inclusief absolute waarde (bijv. W/cm2/nm) of willekeurige, relatieve of genormaliseerde (eenheidsloze) metingen. De profielen geven de informatie gewoonlijk weer als een lijndiagram of als een staafdiagram waarin de uitvoer wordt gegroepeerd in banden van 10 nm. De volgende spectrale outputgrafiek van de kwikbooglamp toont de relatieve bestralingssterkte met betrekking tot de golflengte voor de systemen van GEW (Figuur 1).
FIGUUR 1 »Spectrale outputgrafieken voor kwik en ijzer.
Lamp is de term die wordt gebruikt om te verwijzen naar de UV-uitstralende kwartsbuis in Europa en Azië, terwijl Noord- en Zuid-Amerikanen de neiging hebben om een verwisselbare combinatie van gloeilamp en lamp te gebruiken. Lamp en lampkop verwijzen beide naar het volledige samenstel waarin de kwartsbuis en alle andere mechanische en elektrische componenten zijn ondergebracht.
Elektrodebooglampen
Elektrodebooglampsystemen bestaan uit een lampkop, een koelventilator of koelmachine, een voeding en een mens-machine-interface (HMI). De lampkop omvat een lamp (lamp), een reflector, een metalen behuizing of behuizing, een sluitersamenstel en soms een kwartsvenster of draadbeschermer. GEW monteert zijn kwartsbuizen, reflectoren en sluitermechanismen in cassettesamenstellen die gemakkelijk kunnen worden verwijderd uit de buitenste behuizing of behuizing van de lampkop. Het verwijderen van een GEW-cassette gebeurt doorgaans binnen enkele seconden met behulp van een enkele inbussleutel. Omdat de UV-opbrengst, de totale grootte en vorm van de lampkop, de systeemkenmerken en de behoeften aan aanvullende apparatuur variëren per toepassing en markt, zijn elektrodebooglampsystemen over het algemeen ontworpen voor een bepaalde categorie toepassingen of soortgelijke machinetypen.
Kwikdamplampen zenden 360° licht uit de kwartsbuis. Booglampsystemen maken gebruik van reflectoren aan de zijkanten en achterkant van de lamp om meer licht op te vangen en te focusseren tot een bepaalde afstand vóór de lampkop. Deze afstand staat bekend als het brandpunt en is waar de instraling het grootst is. Booglampen zenden doorgaans in het bereik van 5 tot 12 W/cm2 uit in het brandpunt. Omdat ongeveer 70% van de UV-straling van de lampkop afkomstig is van de reflector, is het belangrijk om de reflectoren schoon te houden en deze regelmatig te vervangen. Het niet reinigen of vervangen van reflectoren is een veel voorkomende oorzaak van onvoldoende uitharding.
Al meer dan 30 jaar verbetert GEW de efficiëntie van zijn uithardingssystemen, past functies en output aan om te voldoen aan de behoeften van specifieke toepassingen en markten, en ontwikkelt een groot portfolio aan integratieaccessoires. Als gevolg hiervan omvat het huidige commerciële aanbod van GEW compacte behuizingsontwerpen, reflectoren die zijn geoptimaliseerd voor grotere UV-reflectie en minder infrarood, stille integrale sluitermechanismen, webrokken en sleuven, schelpvormige webtoevoer, stikstofinertie, koppen onder positieve druk, aanraakscherm operatorinterface, solid-state voedingen, grotere operationele efficiëntie, monitoring van UV-uitvoer en systeemmonitoring op afstand.
Wanneer middendrukelektrodelampen branden, ligt de kwartsoppervlaktetemperatuur tussen 600 °C en 800 °C, en bedraagt de interne plasmatemperatuur enkele duizenden graden Celsius. Geforceerde lucht is het belangrijkste middel om de juiste bedrijfstemperatuur van de lamp te handhaven en een deel van de uitgestraalde infraroodenergie te verwijderen. GEW levert deze lucht negatief; dit betekent dat lucht door de behuizing wordt gezogen, langs de reflector en de lamp, en uit het geheel wordt afgevoerd, weg van de machine of het uithardingsoppervlak. Sommige GEW-systemen, zoals de E4C, maken gebruik van vloeistofkoeling, waardoor een iets grotere UV-opbrengst mogelijk is en de totale lampkop kleiner wordt.
Elektrodebooglampen hebben opwarm- en afkoelcycli. Lampen worden geslagen met minimale koeling. Hierdoor kan het kwikplasma naar de gewenste bedrijfstemperatuur stijgen, vrije elektronen en kationen produceren en stroom mogelijk maken. Wanneer de lampkop uitgeschakeld is, blijft de koeling nog enkele minuten doorlopen om de kwartsbuis gelijkmatig af te koelen. Een lamp die te warm is, slaat niet opnieuw aan 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-elektrodebooglampsamenstellen. 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 een isolator, maar niet zo goed als een metalen geleider. In de natuur voorkomende maar tamelijk inefficiënte halfgeleiders omvatten de elementen silicium, germanium en selenium. Synthetisch vervaardigde halfgeleiders die zijn ontworpen voor output en efficiëntie zijn samengestelde materialen met onzuiverheden die nauwkeurig in de kristalstructuur zijn geïmpregneerd. Bij UV-LED's is aluminiumgalliumnitride (AlGaN) een veelgebruikt materiaal.
Halfgeleiders zijn van fundamenteel belang voor de moderne elektronica en zijn ontworpen om transistors, diodes, lichtgevende diodes en microprocessors te vormen. Halfgeleiderapparaten worden geïntegreerd in elektrische circuits en gemonteerd in producten zoals mobiele telefoons, laptops, tablets, apparaten, vliegtuigen, auto's, afstandsbedieningen en zelfs kinderspeelgoed. Deze kleine maar krachtige componenten zorgen ervoor dat alledaagse producten functioneren, terwijl ze er ook voor zorgen dat items compact, dunner, licht van gewicht en betaalbaarder zijn.
In het speciale geval van LED's zenden nauwkeurig ontworpen en vervaardigde halfgeleidermaterialen relatief smalle golflengtebanden licht uit wanneer ze zijn aangesloten op een gelijkstroomvoedingsbron. Het licht wordt alleen gegenereerd als er stroom vloeit van de positieve anode (+) naar de negatieve kathode (-) van elke LED. Omdat de LED-uitvoer snel en eenvoudig kan worden geregeld en quasi-monochromatisch is, zijn LED's bij uitstek geschikt voor gebruik als: indicatielampjes; infrarood communicatiesignalen; achtergrondverlichting voor tv's, laptops, tablets en smartphones; elektronische borden, reclameborden en jumbotrons; en UV-uitharding.
Een LED is een positief-negatieve junctie (pn-junctie). 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 grens waar de twee zijden elkaar ontmoeten, bekend als de uitputtingszone, niet geleidend. Wanneer de positieve (+) pool van een gelijkstroom (DC) stroombron is aangesloten op de anode (+) van de LED, en de negatieve (-) pool van de bron is verbonden met de kathode (-), negatief geladen elektronen in de kathode en positief geladen elektronenvacatures in de anode worden door de stroombron afgestoten en naar de uitputtingszone geduwd. Dit is een voorwaartse bias en heeft tot gevolg dat de niet-geleidende grens wordt overwonnen. Het resultaat is dat vrije elektronen in het n-type gebied oversteken en vacatures in het p-type gebied opvullen. Terwijl elektronen over de grens stromen, gaan ze over naar een staat van lagere energie. De respectieve energiedaling wordt door de halfgeleider vrijgegeven als fotonen van licht.
De materialen en doteermiddelen die de kristallijne LED-structuur vormen, bepalen de spectrale output. Tegenwoordig hebben commercieel verkrijgbare LED-uithardingsbronnen ultraviolette outputs gecentreerd op 365, 385, 395 en 405 nm, een typische tolerantie van ±5 nm, en een Gaussiaanse spectrale verdeling. Hoe groter de piek van de spectrale bestralingssterkte (W/cm2/nm), hoe hoger de piek van de belcurve. Hoewel de UVC-ontwikkeling tussen 275 en 285 nm aan de gang is, zijn de output, de levensduur, de betrouwbaarheid en de kosten nog niet commercieel haalbaar voor uithardingssystemen en -toepassingen.
Omdat de UV-LED-output momenteel beperkt is tot langere UVA-golflengten, zendt een UV-LED-uithardingssysteem niet de breedbandige spectrale output uit die kenmerkend is voor middendrukkwikdamplampen. Dit betekent dat UV-LED-uithardingssystemen geen UVC-, UVB-, het meeste zichtbare licht en warmtegenererende infrarode golflengten uitstralen. Hoewel dit het mogelijk maakt om UV-LED-uithardingssystemen te gebruiken in meer warmtegevoelige toepassingen, moeten bestaande inkten, coatings en kleefstoffen die zijn geformuleerd voor middendrukkwiklampen opnieuw worden geformuleerd voor UV-LED-uithardingssystemen. Gelukkig ontwerpen chemieleveranciers steeds vaker aanbiedingen als dual-cure. Dit betekent dat een dual-cure-formulering bedoeld om uit te harden met een UV-LED-lamp ook zal uitharden met een kwikdamplamp (Figuur 3).
FIGUUR 3 »Spectrale outputgrafiek voor LED.
GEW's UV-LED-uithardingssystemen zenden tot 30 W/cm2 uit bij het emitterende venster. In tegenstelling tot elektrodebooglampen bevatten UV-LED-uithardingssystemen geen reflectoren die de lichtstralen naar een geconcentreerd focus richten. Als gevolg hiervan treedt de piekinstraling van UV-LED op dichtbij het emitterende venster. De uitgezonden UV-LED-stralen divergeren van elkaar naarmate de afstand tussen de lampkop en het uithardingsoppervlak groter wordt. Dit vermindert de lichtconcentratie en de omvang van de bestraling die het uithardingsoppervlak bereikt. Hoewel piekbestraling belangrijk is voor verknoping, is een steeds hogere bestralingssterkte niet altijd voordelig en kan deze zelfs een grotere verknopingsdichtheid belemmeren. Golflengte (nm), bestralingssterkte (W/cm2) en energiedichtheid (J/cm2) spelen allemaal een cruciale rol bij het uitharden, en hun collectieve impact op het uitharden moet goed worden begrepen tijdens de selectie van UV-LED-bronnen.
LED's zijn Lambertiaanse bronnen. Met andere woorden, elke UV-LED zendt een uniforme voorwaartse output uit over een volledige halve bol van 360° x 180°. Talrijke UV-LED's, elk in de orde van een millimetervierkant, zijn gerangschikt in een enkele rij, een matrix van rijen en kolommen, of een andere configuratie. Deze subassemblages, ook wel modules of arrays genoemd, zijn ontworpen met een afstand tussen de LED's die ervoor zorgt dat er geen gaten meer zijn en dat de diodekoeling wordt vergemakkelijkt. Meerdere modules of arrays worden vervolgens in grotere samenstellingen gerangschikt om UV-uithardingssystemen van verschillende afmetingen te vormen (figuren 4 en 5). Extra componenten die nodig zijn om een UV-LED-uithardingssysteem te bouwen, zijn onder meer het koellichaam, het emitterende venster, elektronische drivers, gelijkstroomvoedingen, een vloeistofkoelsysteem of koelmachine en een mens-machine-interface (HMI).
FIGUUR 4 »Het LeoLED-systeem voor web.
FIGUUR 5 »LeoLED-systeem voor snelle installaties met meerdere lampen.
Omdat UV-LED-uithardingssystemen geen infrarode golflengten uitstralen. Ze dragen inherent minder thermische energie over aan het uithardingsoppervlak dan kwikdamplampen, maar dit betekent niet dat UV-LED's als koude-uithardingstechnologie moeten worden beschouwd. UV-LED-uithardingssystemen kunnen zeer hoge piekstralingen uitzenden, en ultraviolette golflengten zijn een vorm van energie. De output die niet door de chemie wordt geabsorbeerd, zal het onderliggende onderdeel of substraat en de omliggende machinecomponenten opwarmen.
UV-LED's zijn ook elektrische componenten met inefficiënties die worden veroorzaakt door het ruwe halfgeleiderontwerp en de fabricage, evenals door productiemethoden en componenten die worden gebruikt om de LED's in de grotere uithardingseenheid te verpakken. Terwijl de temperatuur van een kwikdampkwartsbuis tijdens bedrijf tussen 600 en 800 °C moet worden gehouden, moet de LED-pn-junctietemperatuur onder de 120 °C blijven. Slechts 35-50% van de elektriciteit die een UV-LED-array aandrijft, wordt omgezet in ultraviolette output (sterk afhankelijk van de golflengte). De rest wordt omgezet in thermische warmte die moet worden verwijderd om de gewenste junctietemperatuur te behouden en de gespecificeerde systeeminstraling, energiedichtheid en uniformiteit, evenals een lange levensduur, te garanderen. LED's zijn inherent duurzame solid-state apparaten, en het integreren van LED's in grotere assemblages met goed ontworpen en onderhouden koelsystemen is van cruciaal belang voor het bereiken van specificaties met een lange levensduur. Niet alle UV-uithardingssystemen zijn hetzelfde, en onjuist ontworpen en gekoelde UV-LED-uithardingssystemen hebben een grotere kans op oververhitting en catastrofaal falen.
Boog/LED hybride lampen
Op elke markt waar gloednieuwe technologie wordt geïntroduceerd ter vervanging van bestaande technologie, kan er sprake zijn van ongerustheid over de acceptatie ervan, maar ook van scepsis over de prestaties. Potentiële gebruikers stellen de adoptie vaak uit totdat er een gevestigde installatiebasis is gevormd, casestudy's zijn gepubliceerd, positieve getuigenissen massaal beginnen te circuleren en/of ze uit de eerste hand ervaring of referenties verkrijgen van individuen en bedrijven die ze kennen en vertrouwen. Er is vaak hard bewijs nodig voordat een hele markt het oude volledig loslaat en volledig overgaat op het nieuwe. Het helpt niet dat succesverhalen vaak goed verborgen geheimen blijven, omdat early adopters niet willen dat concurrenten vergelijkbare voordelen realiseren. Als gevolg hiervan kunnen zowel echte als overdreven verhalen van teleurstelling soms door de hele markt weergalmen, waardoor de ware voordelen van nieuwe technologie worden gecamoufleerd en de adoptie verder wordt uitgesteld.
Door de geschiedenis heen, en als tegenwicht voor de onwillige adoptie, zijn hybride ontwerpen vaak omarmd als een overgangsbrug tussen gevestigde en nieuwe technologie. Hybriden stellen gebruikers in staat vertrouwen te winnen en zelf te bepalen hoe en wanneer nieuwe producten of methoden moeten worden gebruikt, zonder de huidige mogelijkheden op te offeren. In het geval van UV-uitharding stelt een hybride systeem gebruikers in staat snel en eenvoudig te wisselen tussen kwikdamplampen en LED-technologie. Voor lijnen met meerdere uithardingsstations zorgen hybrides ervoor dat persen 100% LED, 100% kwikdamp of welke mix van de twee technologieën dan ook kunnen gebruiken voor een bepaalde taak.
GEW biedt hybride boog/LED-systemen voor webconverters. De oplossing is ontwikkeld voor GEW's grootste markt, narrow-web label, maar het hybride ontwerp kan ook worden gebruikt in andere web- en niet-webtoepassingen (Figuur 6). De boog/LED bevat een gemeenschappelijke lampkopbehuizing die plaats biedt aan een kwikdamp- of LED-cassette. Beide cassettes werken op een universeel stroom- en bedieningssysteem. De intelligentie binnen het systeem maakt onderscheid tussen cassettetypes mogelijk en zorgt automatisch voor de juiste voeding, koeling en operatorinterface. Het verwijderen of installeren van een van de kwikdamp- of LED-cassettes van GEW wordt doorgaans binnen enkele seconden gedaan met behulp van een enkele inbussleutel.
FIGUUR 6 »Boog/LED-systeem voor web.
Excimer-lampen
Excimerlampen zijn een soort gasontladingslamp die quasi-monochromatische ultraviolette energie uitzendt. Hoewel excimeerlampen verkrijgbaar zijn in talrijke golflengten, zijn de gebruikelijke ultraviolette uitgangen gecentreerd op 172, 222, 308 en 351 nm. Excimerlampen van 172 nm vallen binnen de vacuüm-UV-band (100 tot 200 nm), terwijl 222 nm uitsluitend UVC is (200 tot 280 nm). Excimerlampen van 308 nm zenden UVB uit (280 tot 315 nm), en 351 nm is vast UVA (315 tot 400 nm).
172 nm vacuüm-UV-golflengten zijn korter en bevatten meer energie dan UVC; ze hebben echter moeite om heel diep in stoffen door te dringen. In feite worden golflengten van 172 nm volledig geabsorbeerd binnen de top 10 tot 200 nm van de UV-geformuleerde chemie. Als gevolg hiervan zullen excimeerlampen van 172 nm alleen het buitenste oppervlak van UV-formuleringen verknopen en moeten ze worden geïntegreerd in combinatie met andere uithardingsapparaten. Omdat vacuüm-UV-golflengten ook door lucht worden geabsorbeerd, moeten excimeerlampen van 172 nm worden gebruikt in een stikstof-inerte atmosfeer.
De meeste excimeerlampen bestaan uit een kwartsbuis die als diëlektrische barrière dient. De buis is gevuld met edelgassen die excimeer- of exciplex-moleculen kunnen vormen (Figuur 7). Verschillende gassen produceren verschillende moleculen, en de verschillende aangeslagen moleculen bepalen welke golflengten door de lamp worden uitgezonden. Een hoogspanningselektrode loopt langs de binnenlengte van de kwartsbuis, en aardelektroden langs de buitenlengte. Er worden met hoge frequentie spanningen in de lamp gepulseerd. Dit zorgt ervoor dat elektronen binnen de interne elektrode stromen en zich over het gasmengsel ontladen naar de externe aardelektroden. Dit wetenschappelijke fenomeen staat bekend als diëlektrische barrière-ontlading (DBD). Terwijl elektronen door het gas reizen, interageren ze met atomen en creëren ze energieke of geïoniseerde soorten die excimeer- of exciplex-moleculen produceren. Excimer- en exciplex-moleculen hebben een ongelooflijk korte levensduur, en terwijl ze uiteenvallen van een aangeslagen toestand naar een grondtoestand, worden fotonen met een quasi-monochromatische verdeling uitgezonden.
FIGUUR 7 »Excimer-lamp
In tegenstelling tot kwikdamplampen wordt het oppervlak van de kwartsbuis van een excimeerlamp niet heet. Als gevolg hiervan werken de meeste excimeerlampen met weinig tot geen koeling. In andere gevallen is een laag niveau van koeling vereist, doorgaans geleverd door stikstofgas. Vanwege de thermische stabiliteit van de lamp zijn excimeerlampen onmiddellijk 'AAN/UIT' en vereisen ze geen opwarm- of afkoelcycli.
Wanneer excimeerlampen met een straal van 172 nm worden geïntegreerd in combinatie met zowel quasi-monochromatische UVA-LED-uithardingssystemen als breedbandkwikdamplampen, worden matte oppervlakte-effecten geproduceerd. UVA LED-lampen worden eerst gebruikt om de chemie te geleren. Quasi-monochromatische excimeerlampen worden vervolgens gebruikt om het oppervlak te polymeriseren, en ten slotte verknopen breedbandkwiklampen de rest van de chemie. De unieke spectrale output van de drie technologieën die in afzonderlijke fasen worden toegepast, levert gunstige optische en functionele oppervlakte-uithardingseffecten op die met geen enkele UV-bron afzonderlijk kunnen worden bereikt.
Excimergolflengten van 172 en 222 nm zijn ook effectief in het vernietigen van gevaarlijke organische stoffen en schadelijke bacteriën, wat excimerlampen praktisch maakt voor oppervlaktereiniging, desinfectie en oppervlakte-energiebehandelingen.
Levensduur lamp
Wat de levensduur van de lamp of gloeilamp betreft, gaan de booglampen van GEW over het algemeen tot 2.000 uur mee. De levensduur van een lamp is geen absoluut gegeven, omdat de UV-opbrengst in de loop van de tijd geleidelijk afneemt en door verschillende factoren wordt beïnvloed. Het ontwerp en de kwaliteit van de lamp, evenals de bedrijfstoestand van het UV-systeem en de reactiviteit van de formulering zijn van belang. Goed ontworpen UV-systemen zorgen ervoor dat het juiste vermogen en de juiste koeling wordt geleverd die vereist zijn voor het specifieke lampontwerp.
Door GEW geleverde lampen (lampen) bieden altijd de langste levensduur bij gebruik in GEW-uithardingssystemen. Secundaire toevoerbronnen hebben de lamp over het algemeen nagebouwd op basis van een monster, en de kopieën bevatten mogelijk niet dezelfde eindfitting, kwartsdiameter, kwikgehalte of gasmengsel, die allemaal de UV-uitvoer en warmteontwikkeling kunnen beïnvloeden. Wanneer de warmteopwekking niet in balans is met de systeemkoeling, lijdt de lamp zowel qua opbrengst als qua levensduur. Lampen die koeler branden, stoten minder UV uit. Lampen die heter worden, gaan minder lang mee en trekken krom bij hoge oppervlaktetemperaturen.
De levensduur van elektrodebooglampen wordt beperkt door de bedrijfstemperatuur van de lamp, het aantal bedrijfsuren en het aantal starts of slagen. Elke keer dat een lamp tijdens het opstarten met een hoogspanningsboog wordt geraakt, slijt een stukje van de wolfraamelektrode weg. Uiteindelijk zal de lamp niet opnieuw aanslaan. Elektrodebooglampen bevatten sluitermechanismen die, wanneer ingeschakeld, de UV-uitvoer blokkeren als alternatief voor het herhaaldelijk wisselen van de lampstroom. Reactievere inkten, coatings en lijmen kunnen resulteren in een langere levensduur van de lamp; terwijl minder reactieve formuleringen mogelijk vaker lampvervangingen vereisen.
UV-LED-systemen gaan inherent langer mee dan conventionele lampen, maar de levensduur van UV-LED is ook niet absoluut. Net als bij conventionele lampen hebben UV-LED's grenzen aan de sterkte die ze kunnen aansturen en moeten ze over het algemeen werken met junctietemperaturen onder de 120 °C. Overmatig aansturende LED's en onderkoelende LED's brengen de levensduur in gevaar, wat resulteert in een snellere degradatie of catastrofaal falen. 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 zullen langer dan 20.000 uur meegaan, en de inferieure systemen zullen binnen veel kortere tijd uitvallen. Het goede nieuws is dat de ontwerpen van LED-systemen steeds beter worden en langer meegaan bij elke ontwerpherhaling.
Ozon
Wanneer kortere UVC-golflengten zuurstofmoleculen (O2) beïnvloeden, zorgen ze ervoor dat 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) op grondniveau minder stabiel is dan dizuurstof (O2), verandert ozon gemakkelijk in een zuurstofmolecuul (O2) en een zuurstofatoom (O) terwijl het door de atmosferische lucht zweeft. Vrije zuurstofatomen (O) recombineren vervolgens met elkaar in het uitlaatsysteem om zuurstofmoleculen (O2) te produceren.
Voor industriële UV-uithardingstoepassingen wordt ozon (O3) geproduceerd wanneer atmosferische zuurstof interageert met ultraviolette golflengten onder 240 nm. Breedbandbronnen voor het uitharden van kwikdamp zenden UVC uit tussen 200 en 280 nm, wat een deel van het ozongenererende gebied overlapt, en excimeerlampen zenden vacuüm-UV uit bij 172 nm of UVC bij 222 nm. Ozon dat wordt gecreëerd door kwikdamp- en excimer-uithardingslampen is onstabiel en vormt geen groot probleem voor het milieu, maar het is noodzakelijk dat het wordt verwijderd uit de directe omgeving van werknemers, omdat het in hoge mate irriterend is voor de luchtwegen en giftig is. Omdat commerciële UV-LED-uithardingssystemen een 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. Menselijke reukzintuigen kunnen ozon detecteren vanaf slechts 0,01 tot 0,03 delen per miljoen (ppm). Hoewel het varieert per persoon en activiteitenniveau, kunnen concentraties van meer dan 0,4 ppm leiden tot nadelige ademhalingseffecten en hoofdpijn. Er moet een goede ventilatie worden geïnstalleerd op UV-uithardingslijnen om de blootstelling van werknemers aan ozon te beperken.
UV-uithardingssystemen zijn over het algemeen ontworpen om de afgevoerde lucht op te vangen wanneer deze de lampkoppen verlaat, zodat deze kan worden afgevoerd van de operators naar buiten het gebouw, waar deze op natuurlijke wijze vergaat in de aanwezigheid van zuurstof en zonlicht. Als alternatief bevatten ozonvrije lampen een kwartsadditief dat ozongenererende golflengten blokkeert, en faciliteiten die kanalen willen vermijden of gaten in het dak willen maken, maken vaak gebruik van filters aan de uitgang van afzuigventilatoren.
Posttijd: 19 juni 2024
