Uap merkuri, dioda pemancar cahaya (LED), dan excimer adalah teknologi lampu pengawetan UV yang berbeda. Meskipun ketiganya digunakan dalam berbagai proses fotopolimerisasi untuk mengikat silang tinta, pelapis, perekat, dan ekstrusi, mekanisme yang menghasilkan energi UV yang terpancar, serta karakteristik keluaran spektral yang terkait, sangatlah berbeda. Memahami perbedaan-perbedaan ini sangat penting dalam pengembangan aplikasi dan formulasi, pemilihan sumber pengawetan 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 unsur merkuri dan gas inert diuapkan menjadi plasma di dalam tabung kuarsa tertutup. Plasma adalah gas terionisasi bersuhu sangat tinggi yang mampu menghantarkan listrik. Hal ini dihasilkan dengan menerapkan tegangan listrik antara dua elektroda di dalam lampu busur atau dengan memanaskan lampu tanpa elektroda di dalam selungkup atau rongga yang serupa dengan konsep oven microwave rumah tangga. Setelah menguap, plasma merkuri memancarkan cahaya spektrum luas pada panjang gelombang ultraviolet, sinar tampak, dan inframerah.
Dalam kasus lampu busur listrik, tegangan yang diberikan memberi energi pada tabung kuarsa yang disegel. 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 dengan elektron baru yang hilang menjadi kation berenergi positif (+) yang mengalir menuju elektroda tungsten atau katoda lampu yang bermuatan negatif (-). Saat mereka bergerak, kation menyerang atom netral dalam campuran gas. Dampaknya mentransfer elektron dari atom netral ke kation. Ketika kation memperoleh elektron, mereka turun ke tingkat energi yang lebih rendah. Perbedaan energi dilepaskan sebagai foton yang memancar keluar dari tabung kuarsa. Asalkan lampu diberi daya yang sesuai, didinginkan dengan benar, dan dioperasikan sesuai masa pakainya, pasokan kation baru (+) yang konstan akan tertarik ke elektroda negatif atau katoda (-), menyerang lebih banyak atom dan menghasilkan emisi sinar UV yang terus menerus. Lampu gelombang mikro beroperasi dengan cara yang sama kecuali 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 mengandung merkuri dan gas inert, lampu ini biasanya disebut tanpa elektroda.
Keluaran UV dari lampu uap merkuri broadband atau spektrum luas mencakup panjang gelombang ultraviolet, sinar tampak, dan inframerah, dengan proporsi yang kira-kira 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.
Keluaran spektral 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 tambahan logam disebut sebagai doped, aditif, dan logam halida. Sebagian besar tinta, pelapis, perekat, dan ekstrusi berformulasi UV dirancang agar sesuai dengan keluaran lampu standar yang didoping merkuri (Hg) atau besi (Fe). Lampu berbahan besi mengubah sebagian keluaran UV ke panjang gelombang yang lebih panjang dan hampir terlihat, sehingga menghasilkan penetrasi yang lebih baik melalui formulasi yang lebih tebal dan berpigmen tinggi. Formulasi UV yang mengandung titanium dioksida cenderung mengering lebih baik dengan lampu yang didoping gallium (GA). Hal ini karena lampu galium menggeser sebagian besar keluaran 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 perumus dan pengguna akhir representasi visual tentang bagaimana keluaran radiasi untuk desain lampu tertentu didistribusikan ke seluruh spektrum elektromagnetik. Meskipun merkuri yang menguap dan logam aditif memiliki karakteristik radiasi tertentu, campuran elemen dan gas inert yang tepat di dalam tabung kuarsa serta konstruksi lampu dan desain sistem pengawetan semuanya memengaruhi keluaran UV. Output spektral dari lampu non-terintegrasi yang ditenagai dan diukur oleh pemasok lampu di udara terbuka akan memiliki output spektral yang berbeda dibandingkan lampu yang dipasang di dalam kepala lampu dengan reflektor dan pendingin yang dirancang dengan baik. Profil spektral tersedia dari pemasok sistem UV, dan berguna dalam pengembangan formulasi dan pemilihan lampu.
Profil spektral umum memplot radiasi 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 sewenang-wenang, relatif, atau dinormalisasi (tanpa unit). Profil biasanya menampilkan informasi sebagai diagram garis atau diagram batang yang mengelompokkan keluaran ke dalam pita 10 nm. Grafik keluaran spektral lampu busur merkuri berikut menunjukkan radiasi relatif terhadap panjang gelombang untuk sistem GEW (Gambar 1).
GAMBAR 1 »Grafik keluaran spektral untuk merkuri dan besi.
Lampu adalah istilah yang digunakan untuk merujuk pada tabung kuarsa yang memancarkan UV di Eropa dan Asia, sedangkan Amerika Utara dan Selatan cenderung menggunakan campuran bohlam dan lampu yang dapat diganti-ganti. Lampu dan kepala lampu keduanya mengacu pada rakitan lengkap yang menampung tabung kuarsa dan semua komponen mekanik 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, selubung atau wadah 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 selubung atau rumah kepala lampu bagian luar. Melepaskan kaset GEW biasanya dapat dilakukan dalam hitungan detik dengan menggunakan satu kunci pas Allen. Karena keluaran UV, ukuran dan bentuk kepala lampu secara keseluruhan, fitur sistem, dan kebutuhan peralatan tambahan bervariasi berdasarkan aplikasi dan pasar, sistem lampu busur elektroda umumnya dirancang untuk kategori aplikasi tertentu atau jenis mesin 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 hingga jarak tertentu di depan kepala lampu. Jarak ini dikenal sebagai fokus dan merupakan tempat dimana radiasi paling besar. Lampu busur biasanya memancarkan cahaya dalam kisaran 5 hingga 12 W/cm2 pada fokusnya. 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 dari kurangnya penyembuhan.
Selama lebih dari 30 tahun, GEW telah meningkatkan efisiensi sistem pengawetannya, menyesuaikan fitur dan keluaran untuk memenuhi kebutuhan aplikasi dan pasar tertentu, dan mengembangkan portofolio besar aksesori integrasi. Hasilnya, penawaran komersial dari GEW saat ini menggabungkan desain housing yang ringkas, reflektor yang dioptimalkan untuk reflektansi UV yang lebih besar dan pengurangan inframerah, mekanisme rana integral yang senyap, rok dan slot jaring, pengumpan jaring cangkang kerang, inersi nitrogen, kepala bertekanan positif, layar sentuh antarmuka operator, catu daya solid-state, efisiensi operasional yang lebih besar, pemantauan keluaran UV, dan pemantauan sistem jarak jauh.
Saat lampu elektroda tekanan sedang menyala, suhu permukaan kuarsa antara 600 °C dan 800 °C, dan suhu plasma internal beberapa ribu derajat celcius. Udara paksa adalah cara utama untuk menjaga suhu pengoperasian lampu yang benar dan menghilangkan sebagian energi inframerah yang terpancar. GEW menyuplai udara ini secara negatif; ini berarti udara ditarik melalui casing, sepanjang reflektor dan lampu, dan dibuang keluar rakitan dan menjauhi mesin atau permukaan pengawet. Beberapa sistem GEW seperti E4C menggunakan pendingin cair, yang memungkinkan keluaran UV 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 bebas dan kation, dan memungkinkan aliran arus. Saat 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. Panjangnya siklus start-up dan cool-down, serta degradasi elektroda selama setiap sambaran tegangan adalah alasan mengapa mekanisme rana 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 bahan kristal padat yang agak konduktif. Listrik mengalir melalui semikonduktor lebih baik daripada isolator, tetapi tidak sebaik konduktor logam. Semikonduktor yang terjadi secara alami tetapi tidak efisien mencakup unsur silikon, germanium, dan selenium. Semi-konduktor yang dibuat secara sintetis yang dirancang untuk keluaran dan efisiensi adalah bahan majemuk dengan pengotor yang diresapi secara tepat di dalam struktur kristal. Dalam hal LED UV, aluminium gallium nitride (AlGaN) adalah bahan yang umum digunakan.
Semikonduktor sangat penting dalam elektronik modern dan dirancang untuk membentuk transistor, dioda, dioda pemancar cahaya, dan mikroprosesor. Perangkat semi-konduktor diintegrasikan ke dalam sirkuit listrik dan dipasang di dalam produk seperti ponsel, laptop, tablet, peralatan, pesawat terbang, mobil, pengendali jarak jauh, dan bahkan mainan anak-anak. Komponen kecil namun kuat ini membuat produk sehari-hari berfungsi sekaligus memungkinkan barang menjadi kompak, lebih tipis, ringan, dan lebih terjangkau.
Dalam kasus khusus LED, bahan semi-konduktor yang dirancang dan dibuat secara presisi memancarkan pita cahaya dengan panjang gelombang yang relatif sempit ketika dihubungkan ke sumber daya DC. Lampu dihasilkan hanya ketika arus mengalir dari anoda positif (+) ke katoda negatif (-) masing-masing LED. Karena keluaran LED cepat dan mudah dikontrol serta bersifat semi-monokromatik, LED cocok untuk digunakan sebagai: lampu indikator; sinyal komunikasi inframerah; lampu latar untuk TV, laptop, tablet, dan ponsel pintar; tanda elektronik, baliho, dan jumbotron; dan pengawetan UV.
LED adalah sambungan positif-negatif (persimpangan pn). Artinya satu bagian LED bermuatan positif disebut anoda (+), dan bagian lainnya bermuatan negatif disebut katoda (-). Meskipun kedua sisi relatif konduktif, batas persimpangan tempat kedua sisi bertemu, yang dikenal sebagai zona penipisan, tidak bersifat konduktif. Ketika terminal positif (+) sumber listrik arus searah (DC) dihubungkan ke anoda (+) LED, dan terminal negatif (-) sumber dihubungkan ke katoda (-), elektron bermuatan negatif di katoda dan kekosongan elektron bermuatan positif di anoda ditolak oleh sumber listrik dan didorong menuju zona penipisan. Ini adalah bias ke depan, dan mempunyai efek mengatasi batas non-konduktif. Hasilnya adalah elektron bebas di daerah tipe-n bersilangan dan mengisi kekosongan di daerah tipe-p. Ketika elektron mengalir melintasi batas, mereka bertransisi ke keadaan energi yang lebih rendah. Penurunan energi tersebut dilepaskan dari semikonduktor sebagai foton cahaya.
Bahan dan dopan yang membentuk struktur kristal LED menentukan keluaran spektral. Saat ini, sumber pengawetan 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 puncak radiasi spektral (W/cm2/nm), semakin tinggi pula puncak kurva loncengnya. Meskipun pengembangan UVC antara 275 dan 285 nm sedang berlangsung, keluaran, masa pakai, keandalan, dan biaya belum layak secara komersial untuk sistem dan aplikasi pengawetan.
Karena keluaran UV-LED saat ini terbatas pada panjang gelombang UVA yang lebih panjang, sistem pengawetan UV-LED tidak memancarkan keluaran spektral broadband yang merupakan karakteristik lampu uap merkuri bertekanan sedang. Ini berarti sistem pengawetan UV-LED tidak memancarkan UVC, UVB, sebagian besar cahaya tampak, dan panjang gelombang inframerah yang menghasilkan panas. Meskipun hal ini memungkinkan sistem pengawetan UV-LED digunakan dalam aplikasi yang lebih sensitif terhadap panas, tinta, pelapis, dan perekat yang ada yang diformulasikan untuk lampu merkuri bertekanan sedang harus diformulasi ulang untuk sistem pengawetan UV-LED. Untungnya, pemasok bahan kimia semakin banyak merancang penawaran sebagai obat ganda. Artinya formulasi pengawetan ganda yang dimaksudkan untuk pengawetan dengan lampu UV-LED juga akan pengawetan dengan lampu uap merkuri (Gambar 3).
GAMBAR 3 »Bagan keluaran spektral untuk LED.
Sistem pengawetan UV-LED GEW memancarkan hingga 30 W/cm2 pada jendela pemancar. Tidak seperti lampu busur elektroda, sistem pengawetan UV-LED tidak menggunakan reflektor yang mengarahkan sinar cahaya ke fokus terkonsentrasi. Akibatnya, puncak penyinaran UV-LED terjadi di dekat jendela pemancar. Sinar UV-LED yang dipancarkan berbeda satu sama lain seiring bertambahnya jarak antara kepala lampu dan permukaan pengawetan. Hal ini mengurangi konsentrasi cahaya dan besarnya radiasi yang mencapai permukaan penyembuhan. Meskipun puncak radiasi penting untuk ikatan silang, peningkatan radiasi yang semakin tinggi tidak selalu menguntungkan dan bahkan dapat menghambat kepadatan ikatan silang yang lebih besar. Panjang gelombang (nm), radiasi (W/cm2) dan kepadatan energi (J/cm2) semuanya memainkan peran penting dalam proses pengawetan, dan dampak kolektifnya terhadap proses penyembuhan harus dipahami dengan baik selama pemilihan sumber UV-LED.
LED adalah sumber Lambertian. Dengan kata lain, setiap LED UV memancarkan keluaran maju yang seragam di seluruh belahan bumi 360° x 180°. Banyak sekali LED UV, masing-masing berukuran satu milimeter persegi, disusun dalam satu baris, matriks baris dan kolom, atau konfigurasi lainnya. Sub-rakitan ini, yang dikenal sebagai modul atau susunan, dirancang dengan jarak antar LED yang memastikan perpaduan antar celah dan memfasilitasi pendinginan dioda. Beberapa modul atau susunan kemudian disusun dalam rakitan yang lebih besar untuk membentuk sistem pengawetan UV dengan berbagai ukuran (Gambar 4 dan 5). Komponen tambahan yang diperlukan untuk membangun sistem pengawetan UV-LED meliputi unit pendingin, jendela pemancar, driver elektronik, catu daya DC, sistem pendingin cair atau chiller, dan antarmuka mesin manusia (HMI).
GAMBAR 4 »Sistem LeoLED untuk web.
GAMBAR 5 »Sistem LeoLED untuk instalasi multi-lampu berkecepatan tinggi.
Karena sistem pengawetan UV-LED tidak memancarkan panjang gelombang inframerah. Lampu ini pada dasarnya mentransfer lebih sedikit energi panas ke permukaan pengawetan dibandingkan lampu uap merkuri, namun hal ini tidak berarti LED UV harus dianggap sebagai teknologi pengawetan dingin. Sistem pengawetan UV-LED dapat memancarkan radiasi puncak yang sangat tinggi, dan panjang gelombang ultraviolet adalah salah satu bentuk energinya. Apapun keluaran 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 pengawetan 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 menggerakkan rangkaian UV-LED 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 penyinaran sistem tertentu, kepadatan energi, dan keseragaman, serta umur 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 baik sangat penting untuk mencapai spesifikasi yang tahan lama. Tidak semua sistem pengawetan UV sama, dan sistem pengawetan UV-LED yang dirancang dan didinginkan secara tidak tepat memiliki kemungkinan lebih besar untuk mengalami panas berlebih dan kegagalan yang parah.
Lampu Hibrid Busur/LED
Di pasar mana pun di mana teknologi baru diperkenalkan sebagai pengganti teknologi yang sudah ada, mungkin ada keraguan mengenai penerapannya serta skeptisisme terhadap kinerja. Pengguna potensial sering kali menunda adopsi hingga dasar instalasi yang mapan terbentuk, studi kasus dipublikasikan, testimoni positif mulai beredar secara massal, dan/atau mereka memperoleh pengalaman atau referensi langsung dari individu dan perusahaan yang mereka kenal dan percayai. Bukti kuat sering kali diperlukan sebelum seluruh pasar benar-benar melepaskan hal-hal lama dan sepenuhnya beralih ke hal baru. Kisah sukses cenderung dirahasiakan karena pengguna awal tidak ingin pesaing mendapatkan manfaat serupa. Akibatnya, kisah kekecewaan yang nyata dan berlebihan terkadang bergema di seluruh pasar, menyamarkan manfaat sebenarnya dari teknologi baru dan semakin menunda penerapannya.
Sepanjang sejarah, dan sebagai upaya melawan keengganan untuk mengadopsi, desain hibrida sering kali digunakan sebagai jembatan transisi antara teknologi lama dan teknologi baru. 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 hal pengawetan UV, sistem hibrida memungkinkan pengguna dengan cepat dan mudah beralih antara lampu uap merkuri dan teknologi LED. Untuk jalur dengan beberapa stasiun pengawetan, mesin press hibrida dapat menjalankan 100% LED, 100% uap merkuri, atau campuran apa pun dari kedua teknologi yang diperlukan untuk pekerjaan tertentu.
GEW menawarkan sistem hibrida busur/LED untuk konverter web. Solusi ini dikembangkan untuk pasar terbesar GEW, label web sempit, namun desain hibrid juga digunakan dalam aplikasi web dan non-web lainnya (Gambar 6). Busur/LED dilengkapi dengan rumah kepala lampu umum yang dapat menampung uap merkuri atau kaset LED. Kedua kaset 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 uap merkuri atau kaset LED GEW biasanya dilakukan dalam hitungan detik menggunakan satu kunci pas Allen.
GAMBAR 6 »Sistem busur/LED untuk web.
Lampu Excimer
Lampu excimer adalah jenis lampu pelepasan gas yang memancarkan energi ultraviolet kuasi-monokromatik. Meskipun lampu excimer tersedia dalam berbagai panjang gelombang, keluaran ultraviolet yang umum terpusat 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 merupakan UVC (200 hingga 280 nm). Lampu excimer 308 nm memancarkan UVB (280 hingga 315 nm), dan 351 nm merupakan UVA padat (315 hingga 400 nm).
Panjang gelombang UV vakum 172 nm lebih pendek dan mengandung lebih banyak energi daripada UVC; namun, mereka kesulitan untuk menembus jauh ke dalam zat. Faktanya, panjang gelombang 172 nm diserap seluruhnya dalam 10 hingga 200 nm teratas kimia yang diformulasikan dengan UV. Akibatnya, lampu excimer 172 nm hanya akan menghubungkan permukaan terluar formulasi UV dan harus diintegrasikan dalam kombinasi dengan perangkat pengawetan lainnya. Karena panjang gelombang UV vakum juga diserap oleh udara, lampu excimer 172 nm harus dioperasikan dalam atmosfer yang mengandung nitrogen.
Kebanyakan lampu excimer terdiri dari tabung kuarsa yang berfungsi sebagai penghalang dielektrik. Tabung tersebut diisi dengan gas mulia yang mampu membentuk molekul excimer atau exciplex (Gambar 7). Gas yang berbeda menghasilkan molekul yang berbeda, dan molekul tereksitasi yang berbeda menentukan panjang gelombang yang dipancarkan oleh lampu. Elektroda tegangan tinggi dipasang di sepanjang bagian dalam tabung kuarsa, dan elektroda ground dipasang di sepanjang bagian luar. Tegangan disalurkan ke lampu pada frekuensi tinggi. Hal ini menyebabkan elektron mengalir di dalam elektroda internal dan dilepaskan melintasi 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 excimer atau exciplex. Molekul excimer dan exciplex mempunyai umur yang sangat pendek, dan ketika mereka terurai dari keadaan tereksitasi ke keadaan dasar, foton dengan distribusi kuasi-monokromatik dipancarkan.
GAMBAR 7 »Lampu Excimer
Berbeda dengan lampu uap merkuri, permukaan tabung kuarsa lampu excimer tidak menjadi panas. Akibatnya, sebagian besar lampu excimer bekerja dengan sedikit atau tanpa pendinginan. Dalam kasus lain, diperlukan pendinginan tingkat rendah yang biasanya disediakan oleh gas nitrogen. Karena stabilitas termal lampu, lampu excimer langsung 'ON/OFF' dan tidak memerlukan siklus pemanasan atau pendinginan.
Ketika lampu excimer yang memancar pada 172 nm diintegrasikan dalam kombinasi dengan sistem pengawetan UVA-LED kuasi-monokromatik dan lampu uap merkuri broadband, efek permukaan anyaman akan dihasilkan. Lampu LED UVA pertama kali digunakan untuk membuat bahan kimia menjadi gel. Lampu excimer kuasi-monokromatik kemudian digunakan untuk mempolimerisasi permukaan, dan terakhir lampu merkuri broadband menghubungkan sisa bahan kimia. Output spektral unik dari ketiga teknologi yang diterapkan dalam tahap terpisah memberikan efek penyembuhan permukaan optik dan fungsional yang bermanfaat yang tidak dapat dicapai dengan salah satu sumber UV saja.
Panjang gelombang excimer 172 dan 222 nm juga efektif menghancurkan zat organik berbahaya dan bakteri berbahaya, sehingga lampu excimer praktis untuk pembersihan permukaan, desinfeksi, dan perawatan energi permukaan.
Kehidupan Lampu
Sehubungan dengan masa pakai lampu atau bohlam, lampu busur GEW umumnya dapat bertahan hingga 2.000 jam. Umur lampu tidak bersifat mutlak, karena keluaran sinar UV secara bertahap menurun seiring berjalannya waktu dan dipengaruhi oleh berbagai faktor. Desain dan kualitas lampu, serta kondisi pengoperasian sistem UV dan reaktivitas bahan formulasi. Sistem UV yang dirancang dengan benar memastikan tersedianya daya dan pendinginan yang tepat yang dibutuhkan oleh desain lampu (bohlam) tertentu.
Lampu (bohlam) yang disuplai GEW selalu memberikan umur terpanjang bila digunakan dalam sistem pengawetan GEW. Sumber pasokan sekunder umumnya merekayasa balik lampu dari sampel, dan salinannya mungkin tidak memiliki ujung yang sama, diameter kuarsa, kandungan merkuri, atau campuran gas, yang semuanya dapat memengaruhi keluaran UV dan pembangkitan panas. Ketika pembangkitan panas tidak seimbang dengan pendinginan sistem, lampu akan menderita baik dalam keluaran maupun masa pakainya. Lampu yang bekerja lebih dingin memancarkan lebih sedikit sinar UV. Lampu yang menyala lebih panas tidak akan bertahan lama dan melengkung pada suhu permukaan yang tinggi.
Masa pakai lampu busur elektroda dibatasi oleh suhu pengoperasian lampu, jumlah jam pengoperasian, dan jumlah penyalaan atau sambaran lampu. Setiap kali lampu terkena busur tegangan tinggi saat dinyalakan, sebagian elektroda tungsten akan terkikis. Pada akhirnya, lampu tidak akan menyala kembali. Lampu busur elektroda dilengkapi mekanisme rana yang, bila diaktifkan, memblokir keluaran UV sebagai alternatif untuk memutar daya lampu secara berulang. Tinta, pelapis, dan perekat yang lebih reaktif dapat menyebabkan masa pakai lampu lebih lama; sedangkan formulasi yang kurang reaktif mungkin memerlukan penggantian lampu yang lebih sering.
Sistem UV-LED pada dasarnya lebih tahan lama dibandingkan lampu konvensional, namun masa pakai UV-LED juga tidak mutlak. Seperti halnya lampu konvensional, LED UV memiliki batasan seberapa kuat penggeraknya dan umumnya harus beroperasi pada suhu sambungan di bawah 120 °C. LED yang terlalu dingin dan LED yang terlalu dingin akan membahayakan masa pakai, sehingga mengakibatkan degradasi yang lebih cepat atau kegagalan yang parah. Tidak semua pemasok sistem UV-LED saat ini menawarkan desain yang memenuhi masa pakai tertinggi, yakni lebih dari 20.000 jam. Sistem yang dirancang dan dipelihara dengan lebih baik akan bertahan lebih dari 20.000 jam, dan sistem yang lebih rendah 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 berdampak pada molekul oksigen (O2), hal tersebut 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 dibandingkan dioksigen (O2), ozon mudah berubah menjadi molekul oksigen (O2) dan atom oksigen (O) saat ia melayang melalui udara atmosfer. Atom oksigen bebas (O) kemudian bergabung kembali satu sama lain dalam sistem pembuangan untuk menghasilkan molekul oksigen (O2).
Untuk aplikasi pengawetan UV di industri, ozon (O3) dihasilkan ketika oksigen atmosfer berinteraksi dengan panjang gelombang ultraviolet di bawah 240 nm. Sumber pengawetan 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 uap merkuri dan lampu pengawet excimer tidak stabil dan tidak menimbulkan masalah lingkungan yang signifikan, namun ozon perlu disingkirkan dari area sekitar pekerja karena dapat mengiritasi pernafasan dan beracun pada tingkat tinggi. Karena sistem pengawetan 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 konsentrasinya berbeda-beda pada setiap orang dan tingkat aktivitas, konsentrasi yang lebih besar dari 0,4 ppm dapat menyebabkan efek buruk pada pernapasan dan sakit kepala. Ventilasi yang baik harus dipasang pada jalur pengawetan UV untuk membatasi paparan pekerja terhadap ozon.
Sistem pengawetan UV umumnya dirancang untuk menampung udara buangan saat keluar dari kepala lampu sehingga dapat disalurkan jauh dari operator dan ke luar gedung di mana udara tersebut akan membusuk secara alami dengan adanya oksigen dan sinar matahari. Sebagai alternatif, lampu bebas ozon menggunakan aditif kuarsa yang menghalangi panjang gelombang penghasil ozon, dan fasilitas yang ingin menghindari saluran atau lubang pada atap sering kali menggunakan filter pada saluran keluar kipas angin.
Waktu posting: 19 Juni 2024
