Uap merkuri, dioda pemancar cahaya (LED), dan eksimer adalah teknologi lampu pengerasan UV yang berbeda. Meskipun ketiganya digunakan dalam berbagai proses fotopolimerisasi untuk mengikat silang tinta, pelapis, perekat, dan ekstrusi, mekanisme yang menghasilkan energi UV yang dipancarkan, serta karakteristik keluaran spektral yang sesuai, sepenuhnya berbeda. Memahami perbedaan ini sangat penting dalam pengembangan aplikasi dan formulasi, pemilihan sumber pengerasan UV, dan integrasi.
Lampu Uap Merkuri
Baik lampu busur elektroda maupun lampu gelombang mikro tanpa elektroda termasuk dalam kategori uap merkuri. Lampu uap merkuri adalah jenis lampu pelepasan gas bertekanan sedang di mana sejumlah kecil merkuri unsur dan gas inert diuapkan menjadi plasma di dalam tabung kuarsa tertutup. Plasma adalah gas terionisasi bersuhu sangat tinggi yang mampu menghantarkan listrik. Plasma dihasilkan dengan menerapkan tegangan listrik antara dua elektroda di dalam lampu busur atau dengan memanaskan lampu tanpa elektroda di dalam wadah atau rongga yang konsepnya mirip dengan oven microwave rumah tangga. Setelah menguap, plasma merkuri memancarkan cahaya spektrum luas di seluruh panjang gelombang ultraviolet, tampak, dan inframerah.
Pada lampu busur listrik, tegangan yang diberikan memberi energi pada tabung kuarsa tertutup. Energi ini menguapkan merkuri menjadi plasma dan melepaskan elektron dari atom yang menguap. Sebagian elektron (-) mengalir menuju elektroda tungsten positif atau anoda (+) lampu dan masuk ke sirkuit listrik sistem UV. Atom-atom dengan elektron yang baru hilang menjadi kation (+) yang bermuatan positif dan mengalir menuju elektroda tungsten bermuatan negatif atau katoda (-) lampu. Saat bergerak, kation menumbuk atom netral dalam campuran gas. Benturan tersebut mentransfer elektron dari atom netral ke kation. Saat kation mendapatkan elektron, energinya menurun. Perbedaan energi dilepaskan sebagai foton yang memancar keluar dari tabung kuarsa. Dengan syarat lampu diberi daya yang sesuai, didinginkan dengan benar, dan dioperasikan dalam masa pakainya, pasokan kation (+) yang baru terbentuk akan terus mengalir menuju elektroda negatif atau katoda (-), menumbuk lebih banyak atom dan menghasilkan emisi cahaya UV yang berkelanjutan. Lampu gelombang mikro beroperasi dengan cara yang serupa, kecuali bahwa gelombang mikro, yang juga dikenal sebagai frekuensi radio (RF), menggantikan rangkaian listrik. Karena lampu gelombang mikro tidak memiliki elektroda tungsten dan hanya berupa tabung kuarsa tertutup yang berisi merkuri dan gas inert, lampu ini umumnya disebut sebagai lampu tanpa elektroda.
Output UV dari lampu uap merkuri pita lebar atau spektrum luas mencakup panjang gelombang ultraviolet, tampak, dan inframerah, dalam proporsi yang hampir sama. Bagian ultraviolet mencakup campuran panjang gelombang UVC (200 hingga 280 nm), UVB (280 hingga 315 nm), UVA (315 hingga 400 nm), dan UVV (400 hingga 450 nm). Lampu yang memancarkan UVC pada panjang gelombang di bawah 240 nm menghasilkan ozon dan memerlukan pembuangan atau penyaringan.
Output spektral untuk lampu uap merkuri dapat diubah dengan menambahkan sejumlah kecil dopan, seperti: besi (Fe), galium (Ga), timbal (Pb), timah (Sn), bismut (Bi), atau indium (In). Logam yang ditambahkan mengubah komposisi plasma dan, akibatnya, energi yang dilepaskan ketika kation memperoleh elektron. Lampu dengan logam tambahan disebut sebagai lampu dopan, aditif, dan halida logam. Sebagian besar tinta, pelapis, perekat, dan ekstrusi yang diformulasikan untuk UV dirancang untuk menyesuaikan output lampu standar yang didoping merkuri (Hg) atau besi (Fe). Lampu yang didoping besi menggeser sebagian output UV ke panjang gelombang yang lebih panjang, mendekati panjang gelombang tampak, yang menghasilkan penetrasi yang lebih baik melalui formulasi yang lebih tebal dan berpigmen tinggi. Formulasi UV yang mengandung titanium dioksida cenderung lebih baik mengering dengan lampu yang didoping galium (GA). Hal ini karena lampu galium menggeser sebagian besar output UV ke arah panjang gelombang yang lebih panjang dari 380 nm. Karena aditif titanium dioksida umumnya tidak menyerap cahaya di atas 380 nm, penggunaan lampu galium dengan formulasi putih memungkinkan lebih banyak energi UV diserap oleh fotoinisiator dibandingkan dengan aditif.
Profil spektral memberikan gambaran visual kepada para perumus dan pengguna akhir tentang bagaimana keluaran radiasi untuk desain lampu tertentu didistribusikan di seluruh spektrum elektromagnetik. Meskipun merkuri yang menguap dan logam aditif memiliki karakteristik radiasi yang telah ditentukan, campuran unsur dan gas inert yang tepat di dalam tabung kuarsa, bersama dengan konstruksi lampu dan desain sistem pengeringan, semuanya memengaruhi keluaran UV. Keluaran spektral dari lampu non-terintegrasi yang dioperasikan dan diukur oleh pemasok lampu di udara terbuka akan memiliki keluaran spektral yang berbeda dari lampu yang dipasang di dalam kepala lampu dengan reflektor dan pendinginan yang dirancang dengan benar. Profil spektral mudah didapatkan dari pemasok sistem UV, dan berguna dalam pengembangan formulasi dan pemilihan lampu.
Profil spektral umum memplot iradiansi spektral pada sumbu y dan panjang gelombang pada sumbu x. Iradiansi spektral dapat ditampilkan dalam beberapa cara termasuk nilai absolut (misalnya W/cm2/nm) atau ukuran arbitrer, relatif, atau ternormalisasi (tanpa satuan). Profil tersebut umumnya menampilkan informasi sebagai grafik garis atau grafik batang yang mengelompokkan output ke dalam pita 10 nm. Grafik output spektral lampu busur merkuri berikut menunjukkan iradiansi relatif terhadap panjang gelombang untuk sistem GEW (Gambar 1).
GAMBAR 1 »Grafik keluaran spektral untuk merkuri dan besi.
Istilah "lampu" digunakan untuk menyebut tabung kuarsa pemancar UV di Eropa dan Asia, sementara penduduk Amerika Utara dan Selatan cenderung menggunakan campuran istilah yang dapat saling menggantikan antara bohlam dan lampu. Baik "lampu" maupun "kepala lampu" merujuk pada keseluruhan rakitan yang menampung tabung kuarsa dan semua komponen mekanis dan listrik lainnya.
Lampu Busur Elektroda
Sistem lampu busur elektroda terdiri dari kepala lampu, kipas pendingin atau chiller, catu daya, dan antarmuka manusia-mesin (HMI). Kepala lampu mencakup lampu (bohlam), reflektor, casing atau rumah logam, rakitan penutup, dan terkadang jendela kuarsa atau pelindung kawat. GEW memasang tabung kuarsa, reflektor, dan mekanisme penutupnya di dalam rakitan kaset yang dapat dengan mudah dilepas dari casing atau rumah kepala lampu bagian luar. Melepas kaset GEW biasanya dapat dilakukan dalam hitungan detik menggunakan satu kunci Allen. Karena keluaran UV, ukuran dan bentuk kepala lampu secara keseluruhan, fitur sistem, dan kebutuhan peralatan tambahan bervariasi menurut aplikasi dan pasar, sistem lampu busur elektroda umumnya dirancang untuk kategori aplikasi tertentu atau jenis mesin yang serupa.
Lampu uap merkuri memancarkan cahaya 360° dari tabung kuarsa. Sistem lampu busur menggunakan reflektor yang terletak di sisi dan belakang lampu untuk menangkap dan memfokuskan lebih banyak cahaya ke jarak tertentu di depan kepala lampu. Jarak ini dikenal sebagai fokus dan merupakan titik di mana iradiasi paling besar. Lampu busur biasanya memancarkan cahaya sekitar 5 hingga 12 W/cm2 pada titik fokus. Karena sekitar 70% keluaran UV dari kepala lampu berasal dari reflektor, penting untuk menjaga kebersihan reflektor dan menggantinya secara berkala. Tidak membersihkan atau mengganti reflektor merupakan penyebab umum terjadinya pengerasan yang tidak memadai.
Selama lebih dari 30 tahun, GEW telah meningkatkan efisiensi sistem pengeringannya, menyesuaikan fitur dan output untuk memenuhi kebutuhan aplikasi dan pasar tertentu, serta mengembangkan portofolio besar aksesori integrasi. Hasilnya, penawaran komersial GEW saat ini menggabungkan desain housing yang ringkas, reflektor yang dioptimalkan untuk refleksi UV yang lebih besar dan pengurangan inframerah, mekanisme rana integral yang senyap, pelindung dan slot web, pengumpanan web tipe clam-shell, inertisasi nitrogen, kepala bertekanan positif, antarmuka operator layar sentuh, catu daya solid-state, efisiensi operasional yang lebih besar, pemantauan output UV, dan pemantauan sistem jarak jauh.
Saat lampu elektroda tekanan menengah beroperasi, suhu permukaan kuarsa berada antara 600 °C dan 800 °C, dan suhu plasma internal mencapai beberapa ribu derajat Celcius. Udara paksa adalah cara utama untuk mempertahankan suhu operasi lampu yang tepat dan menghilangkan sebagian energi inframerah yang dipancarkan. GEW memasok udara ini secara negatif; artinya udara ditarik melalui casing, sepanjang reflektor dan lampu, dan dikeluarkan dari rakitan dan menjauh dari mesin atau permukaan pengeringan. Beberapa sistem GEW seperti E4C menggunakan pendinginan cairan, yang memungkinkan keluaran UV yang sedikit lebih besar dan mengurangi ukuran kepala lampu secara keseluruhan.
Lampu busur elektroda memiliki siklus pemanasan dan pendinginan. Lampu dinyalakan dengan pendinginan minimal. Hal ini memungkinkan plasma merkuri naik ke suhu operasi yang diinginkan, menghasilkan elektron dan kation bebas, dan memungkinkan aliran arus. Ketika kepala lampu dimatikan, pendinginan terus berjalan selama beberapa menit untuk mendinginkan tabung kuarsa secara merata. Lampu yang terlalu panas tidak akan menyala kembali dan harus terus didinginkan. Lamanya siklus penyalaan dan pendinginan, serta degradasi elektroda selama setiap penyalaan tegangan, adalah alasan mengapa mekanisme penutup pneumatik selalu diintegrasikan ke dalam rakitan lampu busur elektroda GEW. Gambar 2 menunjukkan lampu busur elektroda berpendingin udara (E2C) dan berpendingin cairan (E4C).
GAMBAR 2 »Lampu busur elektroda berpendingin cairan (E4C) dan berpendingin udara (E2C).
Lampu LED UV
Semikonduktor adalah material padat kristalin yang agak konduktif. Listrik mengalir melalui semikonduktor lebih baik daripada isolator, tetapi tidak sebaik konduktor logam. Semikonduktor alami yang agak tidak efisien meliputi unsur silikon, germanium, dan selenium. Semikonduktor yang dibuat secara sintetis dan dirancang untuk output dan efisiensi adalah material senyawa dengan pengotor yang diresapkan secara tepat di dalam struktur kristal. Dalam kasus LED UV, aluminium galium nitrida (AlGaN) adalah material yang umum digunakan.
Semikonduktor merupakan komponen fundamental dalam elektronika modern dan direkayasa untuk membentuk transistor, dioda, dioda pemancar cahaya, dan mikroprosesor. Perangkat semikonduktor diintegrasikan ke dalam sirkuit listrik dan dipasang di dalam produk seperti telepon seluler, laptop, tablet, peralatan rumah tangga, pesawat terbang, mobil, remote control, dan bahkan mainan anak-anak. Komponen-komponen kecil namun ampuh ini membuat produk sehari-hari berfungsi sekaligus memungkinkan barang-barang menjadi lebih ringkas, lebih tipis, lebih ringan, dan lebih terjangkau.
Dalam kasus khusus LED, material semikonduktor yang dirancang dan dibuat dengan presisi memancarkan pita panjang gelombang cahaya yang relatif sempit ketika dihubungkan ke sumber daya DC. Cahaya hanya dihasilkan ketika arus mengalir dari anoda positif (+) ke katoda negatif (-) dari setiap LED. Karena keluaran LED dapat dikontrol dengan cepat dan mudah serta bersifat quasi-monokromatik, LED sangat ideal untuk digunakan sebagai: lampu indikator; sinyal komunikasi inframerah; lampu latar untuk TV, laptop, tablet, dan ponsel pintar; papan reklame elektronik, baliho, dan jumbotron; dan pengeringan UV.
LED adalah sambungan positif-negatif (sambungan pn). Ini berarti bahwa satu bagian LED memiliki muatan positif dan disebut sebagai anoda (+), dan bagian lainnya memiliki muatan negatif dan disebut sebagai katoda (-). Meskipun kedua sisi relatif konduktif, batas sambungan tempat kedua sisi bertemu, yang dikenal sebagai zona deplesi, tidak konduktif. Ketika terminal positif (+) dari sumber daya arus searah (DC) dihubungkan ke anoda (+) LED, dan terminal negatif (-) dari sumber tersebut dihubungkan ke katoda (-), elektron bermuatan negatif di katoda dan kekosongan elektron bermuatan positif di anoda ditolak oleh sumber daya dan didorong menuju zona deplesi. Ini adalah bias maju, dan memiliki efek mengatasi batas non-konduktif. Hasilnya adalah elektron bebas di wilayah tipe-n melintasi dan mengisi kekosongan di wilayah tipe-p. Saat elektron mengalir melintasi batas, mereka bertransisi ke keadaan energi yang lebih rendah. Penurunan energi tersebut dilepaskan dari semikonduktor sebagai foton cahaya.
Material dan dopan yang membentuk struktur LED kristal menentukan keluaran spektral. Saat ini, sumber pengeringan LED yang tersedia secara komersial memiliki keluaran ultraviolet yang berpusat pada 365, 385, 395, dan 405 nm, toleransi tipikal ±5 nm, dan distribusi spektral Gaussian. Semakin besar iradiasi spektral puncak (W/cm2/nm), semakin tinggi puncak kurva lonceng. Meskipun pengembangan UVC sedang berlangsung antara 275 dan 285 nm, keluaran, umur pakai, keandalan, dan biaya belum layak secara komersial untuk sistem dan aplikasi pengeringan.
Karena output UV-LED saat ini terbatas pada panjang gelombang UVA yang lebih panjang, sistem pengeringan UV-LED tidak memancarkan output spektral pita lebar yang merupakan karakteristik lampu uap merkuri tekanan menengah. Ini berarti bahwa sistem pengeringan UV-LED tidak memancarkan UVC, UVB, sebagian besar cahaya tampak, dan panjang gelombang inframerah penghasil panas. Meskipun hal ini memungkinkan sistem pengeringan UV-LED untuk digunakan dalam aplikasi yang lebih sensitif terhadap panas, tinta, pelapis, dan perekat yang ada yang diformulasikan untuk lampu merkuri tekanan menengah harus diformulasikan ulang untuk sistem pengeringan UV-LED. Untungnya, pemasok bahan kimia semakin banyak merancang produk sebagai pengeringan ganda. Ini berarti bahwa formulasi pengeringan ganda yang dimaksudkan untuk dikeringkan dengan lampu UV-LED juga akan dikeringkan dengan lampu uap merkuri (Gambar 3).
GAMBAR 3 »Bagan keluaran spektral untuk LED.
Sistem pengeringan UV-LED GEW memancarkan hingga 30 W/cm2 pada jendela pemancar. Tidak seperti lampu busur elektroda, sistem pengeringan UV-LED tidak menggunakan reflektor yang mengarahkan sinar cahaya ke fokus terkonsentrasi. Akibatnya, iradiasi puncak UV-LED terjadi di dekat jendela pemancar. Sinar UV-LED yang dipancarkan menyebar satu sama lain seiring bertambahnya jarak antara kepala lampu dan permukaan pengeringan. Hal ini mengurangi konsentrasi cahaya dan besarnya iradiasi yang mencapai permukaan pengeringan. Meskipun iradiasi puncak penting untuk pengikatan silang, iradiasi yang semakin tinggi tidak selalu menguntungkan dan bahkan dapat menghambat kepadatan pengikatan silang yang lebih besar. Panjang gelombang (nm), iradiasi (W/cm2), dan kepadatan energi (J/cm2) semuanya memainkan peran penting dalam pengeringan, dan dampak kolektifnya pada pengeringan harus dipahami dengan benar selama pemilihan sumber UV-LED.
LED merupakan sumber Lambertian. Dengan kata lain, setiap LED UV memancarkan output maju yang seragam di seluruh hemisfer 360° x 180°. Sejumlah besar LED UV, masing-masing berukuran sekitar satu milimeter persegi, disusun dalam satu baris, matriks baris dan kolom, atau konfigurasi lainnya. Subrakitan ini, yang dikenal sebagai modul atau array, dirancang dengan jarak antar LED yang memastikan perpaduan di seluruh celah dan memfasilitasi pendinginan dioda. Beberapa modul atau array kemudian disusun dalam rakitan yang lebih besar untuk membentuk berbagai ukuran sistem pengeringan UV (Gambar 4 dan 5). Komponen tambahan yang dibutuhkan untuk membangun sistem pengeringan UV-LED meliputi heat sink, jendela pemancar, driver elektronik, catu daya DC, sistem pendingin cairan atau chiller, dan antarmuka manusia-mesin (HMI).
GAMBAR 4 »Sistem LeoLED untuk web.
GAMBAR 5 »Sistem LeoLED untuk instalasi multi-lampu berkecepatan tinggi.
Karena sistem pengeringan UV-LED tidak memancarkan gelombang inframerah, secara inheren sistem ini mentransfer energi termal yang lebih sedikit ke permukaan yang dikeringkan dibandingkan lampu uap merkuri. Namun, ini tidak berarti UV LED harus dianggap sebagai teknologi pengeringan dingin. Sistem pengeringan UV-LED dapat memancarkan iradiasi puncak yang sangat tinggi, dan gelombang ultraviolet adalah bentuk energi. Energi yang tidak diserap oleh bahan kimia akan memanaskan bagian atau substrat di bawahnya serta komponen mesin di sekitarnya.
LED UV juga merupakan komponen listrik dengan inefisiensi yang disebabkan oleh desain dan fabrikasi semikonduktor mentah, serta metode manufaktur dan komponen yang digunakan untuk mengemas LED ke dalam unit pengeringan yang lebih besar. Meskipun suhu tabung kuarsa uap merkuri harus dijaga antara 600 dan 800 °C selama pengoperasian, suhu sambungan pn LED harus tetap di bawah 120 °C. Hanya 35-50% listrik yang memberi daya pada susunan LED UV diubah menjadi keluaran ultraviolet (sangat bergantung pada panjang gelombang). Sisanya diubah menjadi panas termal yang harus dihilangkan untuk mempertahankan suhu sambungan yang diinginkan dan memastikan iradiasi sistem, kepadatan energi, dan keseragaman yang ditentukan, serta umur pakai yang panjang. LED pada dasarnya adalah perangkat solid-state yang tahan lama, dan mengintegrasikan LED ke dalam rakitan yang lebih besar dengan sistem pendingin yang dirancang dan dipelihara dengan benar sangat penting untuk mencapai spesifikasi umur pakai yang panjang. Tidak semua sistem pengeringan UV sama, dan sistem pengeringan LED UV yang dirancang dan didinginkan dengan tidak benar memiliki kemungkinan lebih besar untuk mengalami panas berlebih dan kegagalan fatal.
Lampu Hibrida Busur/LED
Di pasar mana pun di mana teknologi baru diperkenalkan sebagai pengganti teknologi yang sudah ada, mungkin ada kekhawatiran mengenai adopsi serta skeptisisme terhadap kinerjanya. Calon pengguna sering menunda adopsi hingga basis instalasi yang mapan terbentuk, studi kasus dipublikasikan, testimoni positif mulai beredar secara massal, dan/atau mereka memperoleh pengalaman langsung atau referensi dari individu dan perusahaan yang mereka kenal dan percayai. Bukti konkret seringkali diperlukan sebelum seluruh pasar sepenuhnya meninggalkan yang lama dan beralih sepenuhnya ke yang baru. Hal ini diperparah oleh fakta bahwa kisah sukses cenderung menjadi rahasia yang dijaga ketat karena para pengadopsi awal tidak ingin pesaing menyadari manfaat yang sebanding. Akibatnya, kisah-kisah kekecewaan, baik yang nyata maupun yang dilebih-lebihkan, terkadang dapat bergema di seluruh pasar, menyamarkan keunggulan sebenarnya dari teknologi baru dan semakin menunda adopsi.
Sepanjang sejarah, dan sebagai penangkal terhadap adopsi yang enggan, desain hibrida sering kali diterima sebagai jembatan transisi antara teknologi yang sudah ada dan teknologi baru. Sistem hibrida memungkinkan pengguna untuk mendapatkan kepercayaan diri dan menentukan sendiri bagaimana dan kapan produk atau metode baru harus digunakan, tanpa mengorbankan kemampuan yang ada. Dalam kasus pengeringan UV, sistem hibrida memungkinkan pengguna untuk dengan cepat dan mudah beralih antara lampu uap merkuri dan teknologi LED. Untuk lini produksi dengan beberapa stasiun pengeringan, sistem hibrida memungkinkan mesin cetak untuk beroperasi 100% LED, 100% uap merkuri, atau campuran apa pun dari kedua teknologi tersebut yang dibutuhkan untuk pekerjaan tertentu.
GEW menawarkan sistem hibrida busur/LED untuk konverter web. Solusi ini dikembangkan untuk pasar terbesar GEW, yaitu label web sempit, tetapi desain hibrida ini juga dapat digunakan dalam aplikasi web dan non-web lainnya (Gambar 6). Sistem busur/LED menggabungkan rumah kepala lampu umum yang dapat menampung kaset uap merkuri atau LED. Kedua kaset tersebut beroperasi menggunakan sistem daya dan kontrol universal. Kecerdasan dalam sistem memungkinkan diferensiasi antara jenis kaset dan secara otomatis menyediakan daya, pendinginan, dan antarmuka operator yang sesuai. Melepas atau memasang salah satu kaset uap merkuri atau LED GEW biasanya dapat dilakukan dalam hitungan detik menggunakan satu kunci Allen.
GAMBAR 6 »Sistem busur/LED untuk web.
Lampu Excimer
Lampu excimer adalah jenis lampu pelepasan gas yang memancarkan energi ultraviolet quasi-monokromatik. Meskipun lampu excimer tersedia dalam berbagai panjang gelombang, keluaran ultraviolet yang umum berpusat pada 172, 222, 308, dan 351 nm. Lampu excimer 172 nm termasuk dalam pita UV vakum (100 hingga 200 nm), sedangkan 222 nm secara eksklusif adalah UVC (200 hingga 280 nm). Lampu excimer 308 nm memancarkan UVB (280 hingga 315 nm), dan 351 nm sepenuhnya adalah UVA (315 hingga 400 nm).
Panjang gelombang UV vakum 172 nm lebih pendek dan mengandung lebih banyak energi daripada UVC; namun, panjang gelombang ini sulit menembus jauh ke dalam zat. Bahkan, panjang gelombang 172 nm sepenuhnya diserap dalam 10 hingga 200 nm teratas dari formulasi kimia UV. Akibatnya, lampu eksimer 172 nm hanya akan mengikat silang permukaan terluar formulasi UV dan harus diintegrasikan dalam kombinasi dengan perangkat pengeringan lainnya. Karena panjang gelombang UV vakum juga diserap oleh udara, lampu eksimer 172 nm harus dioperasikan dalam atmosfer yang diinertkan dengan nitrogen.
Sebagian besar lampu eksimer terdiri dari tabung kuarsa yang berfungsi sebagai penghalang dielektrik. Tabung tersebut diisi dengan gas mulia yang mampu membentuk molekul eksimer atau eksipleks (Gambar 7). Gas yang berbeda menghasilkan molekul yang berbeda, dan molekul tereksitasi yang berbeda menentukan panjang gelombang mana yang dipancarkan oleh lampu. Elektroda tegangan tinggi membentang di sepanjang bagian dalam tabung kuarsa, dan elektroda ground membentang di sepanjang bagian luarnya. Tegangan dipulsakan ke dalam lampu pada frekuensi tinggi. Hal ini menyebabkan elektron mengalir di dalam elektroda internal dan melepaskan muatan melalui campuran gas menuju elektroda ground eksternal. Fenomena ilmiah ini dikenal sebagai pelepasan penghalang dielektrik (DBD). Saat elektron bergerak melalui gas, mereka berinteraksi dengan atom dan menciptakan spesies berenergi atau terionisasi yang menghasilkan molekul eksimer atau eksipleks. Molekul eksimer dan eksipleks memiliki umur yang sangat pendek, dan saat mereka terurai dari keadaan tereksitasi ke keadaan dasar, foton dengan distribusi kuasi-monokromatik dipancarkan.
GAMBAR 7 »Lampu eksimer
Tidak seperti lampu uap merkuri, permukaan tabung kuarsa lampu eksimer tidak menjadi panas. Akibatnya, sebagian besar lampu eksimer beroperasi dengan sedikit atau tanpa pendinginan. Dalam beberapa kasus, pendinginan tingkat rendah diperlukan yang biasanya disediakan oleh gas nitrogen. Karena stabilitas termal lampu, lampu eksimer menyala/mati secara instan dan tidak memerlukan siklus pemanasan atau pendinginan.
Ketika lampu eksimer yang memancarkan radiasi pada 172 nm diintegrasikan dalam kombinasi dengan sistem pengeringan UVA-LED quasi-monokromatik dan lampu uap merkuri pita lebar, efek permukaan matt dihasilkan. Lampu LED UVA pertama kali digunakan untuk membentuk gel pada bahan kimia. Lampu eksimer quasi-monokromatik kemudian digunakan untuk mempolimerisasi permukaan, dan terakhir lampu merkuri pita lebar mengikat silang sisa bahan kimia. Keluaran spektral unik dari ketiga teknologi yang diterapkan dalam tahapan terpisah menghasilkan efek pengeringan permukaan optik dan fungsional yang bermanfaat yang tidak dapat dicapai dengan salah satu sumber UV saja.
Panjang gelombang eksimer 172 dan 222 nm juga efektif dalam menghancurkan zat organik berbahaya dan bakteri berbahaya, yang membuat lampu eksimer praktis untuk pembersihan permukaan, disinfeksi, dan perawatan energi permukaan.
Umur Lampu
Berkaitan dengan masa pakai lampu atau bohlam, lampu busur GEW umumnya bertahan hingga 2.000 jam. Masa pakai lampu bukanlah hal yang mutlak, karena keluaran UV secara bertahap menurun seiring waktu dan dipengaruhi oleh berbagai faktor. Desain dan kualitas lampu, serta kondisi pengoperasian sistem UV dan reaktivitas formulasi sangat penting. Sistem UV yang dirancang dengan benar memastikan bahwa daya dan pendinginan yang tepat yang dibutuhkan oleh desain lampu (bohlam) tertentu dapat terpenuhi.
Lampu (bohlam) yang dipasok GEW selalu memberikan masa pakai terpanjang bila digunakan dalam sistem pengeringan GEW. Sumber pasokan sekunder umumnya merekayasa balik lampu dari sampel, dan salinannya mungkin tidak memiliki fitting ujung, diameter kuarsa, kandungan merkuri, atau campuran gas yang sama, yang semuanya dapat memengaruhi keluaran UV dan pembangkitan panas. Ketika pembangkitan panas tidak seimbang dengan pendinginan sistem, lampu akan mengalami penurunan baik dalam keluaran maupun masa pakai. Lampu yang beroperasi lebih dingin memancarkan lebih sedikit UV. Lampu yang beroperasi lebih panas tidak bertahan lama dan melengkung pada suhu permukaan yang tinggi.
Masa pakai lampu busur elektroda dibatasi oleh suhu operasi lampu, jumlah jam kerja, dan jumlah penyalaan atau pengapian. Setiap kali lampu disambar dengan busur tegangan tinggi selama penyalaan awal, sedikit elektroda tungsten akan aus. Pada akhirnya, lampu tidak akan menyala kembali. Lampu busur elektroda dilengkapi dengan mekanisme penutup yang, ketika diaktifkan, memblokir keluaran UV sebagai alternatif untuk berulang kali mematikan dan menghidupkan daya lampu. Tinta, pelapis, dan perekat yang lebih reaktif dapat menghasilkan masa pakai lampu yang lebih lama; sedangkan formulasi yang kurang reaktif mungkin memerlukan penggantian lampu yang lebih sering.
Sistem UV-LED secara inheren lebih tahan lama daripada lampu konvensional, tetapi masa pakai UV-LED juga bukan sesuatu yang mutlak. Seperti halnya lampu konvensional, UV-LED memiliki batasan dalam seberapa keras daya yang dapat diberikan dan umumnya harus beroperasi dengan suhu sambungan di bawah 120 °C. Penggunaan daya berlebih pada LED dan pendinginan yang kurang akan mengurangi masa pakai, yang mengakibatkan degradasi lebih cepat atau kegagalan fatal. Tidak semua pemasok sistem UV-LED saat ini menawarkan desain yang memenuhi masa pakai tertinggi yang telah ditetapkan, yaitu lebih dari 20.000 jam. Sistem yang dirancang dan dipelihara dengan lebih baik akan bertahan lebih dari 20.000 jam, dan sistem yang kurang baik akan gagal dalam jangka waktu yang jauh lebih singkat. Kabar baiknya adalah desain sistem LED terus meningkat dan bertahan lebih lama dengan setiap iterasi desain.
Ozon
Ketika panjang gelombang UVC yang lebih pendek mengenai molekul oksigen (O2), hal itu menyebabkan molekul oksigen (O2) terpecah menjadi dua atom oksigen (O). Atom oksigen bebas (O) kemudian bertabrakan dengan molekul oksigen lain (O2) dan membentuk ozon (O3). Karena trioksigen (O3) kurang stabil di permukaan tanah daripada dioksigen (O2), ozon dengan mudah kembali menjadi molekul oksigen (O2) dan atom oksigen (O) saat melayang melalui udara atmosfer. Atom oksigen bebas (O) kemudian bergabung kembali satu sama lain di dalam sistem pembuangan untuk menghasilkan molekul oksigen (O2).
Untuk aplikasi pengeringan UV industri, ozon (O3) dihasilkan ketika oksigen atmosfer berinteraksi dengan panjang gelombang ultraviolet di bawah 240 nm. Sumber pengeringan uap merkuri pita lebar memancarkan UVC antara 200 dan 280 nm, yang tumpang tindih dengan sebagian wilayah penghasil ozon, dan lampu excimer memancarkan UV vakum pada 172 nm atau UVC pada 222 nm. Ozon yang dihasilkan oleh lampu pengeringan uap merkuri dan excimer tidak stabil dan bukan masalah lingkungan yang signifikan, tetapi perlu dihilangkan dari area sekitar pekerja karena merupakan iritan pernapasan dan beracun pada kadar tinggi. Karena sistem pengeringan UV-LED komersial memancarkan keluaran UVA antara 365 dan 405 nm, ozon tidak dihasilkan.
Ozon memiliki bau yang mirip dengan bau logam, kawat terbakar, klorin, dan percikan listrik. Indra penciuman manusia dapat mendeteksi ozon serendah 0,01 hingga 0,03 bagian per juta (ppm). Meskipun bervariasi tergantung pada individu dan tingkat aktivitas, konsentrasi lebih besar dari 0,4 ppm dapat menyebabkan efek pernapasan yang merugikan dan sakit kepala. Ventilasi yang memadai harus dipasang pada jalur pengeringan UV untuk membatasi paparan pekerja terhadap ozon.
Sistem pengeringan UV umumnya dirancang untuk menampung udara buangan saat keluar dari kepala lampu sehingga dapat dialirkan menjauh dari operator dan ke luar gedung di mana udara tersebut secara alami terurai di hadapan oksigen dan sinar matahari. Sebagai alternatif, lampu bebas ozon menggabungkan aditif kuarsa yang memblokir panjang gelombang penghasil ozon, dan fasilitas yang ingin menghindari pemasangan saluran atau pembuatan lubang di atap sering menggunakan filter pada saluran keluar kipas pembuangan.
Waktu posting: 19 Juni 2024
