Uap merkuri, dioda pemancar cahaya (LED), dan excimer merupakan teknologi lampu UV-curing 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 spektralnya, sangat berbeda. Memahami perbedaan-perbedaan ini sangat penting dalam pengembangan aplikasi dan formulasi, pemilihan sumber UV-curing, dan integrasinya.
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 elemental dan gas inert diuapkan menjadi plasma di dalam tabung kuarsa tertutup. Plasma adalah gas terionisasi bersuhu sangat tinggi yang mampu menghantarkan listrik. Plasma diproduksi dengan memberikan tegangan listrik di 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 diuapkan, plasma merkuri memancarkan cahaya berspektrum luas pada panjang gelombang ultraviolet, tampak, dan inframerah.
Dalam kasus lampu busur listrik, tegangan yang diberikan memberi energi pada tabung kuarsa yang tertutup rapat. Energi ini menguapkan merkuri menjadi plasma dan melepaskan elektron dari atom-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 berenergi positif (+) yang mengalir menuju elektroda tungsten bermuatan negatif atau katoda (-) lampu. Saat bergerak, kation menumbuk atom netral dalam campuran gas. Tumbukan tersebut mentransfer elektron dari atom netral ke kation. Saat kation mendapatkan elektron, mereka turun ke keadaan 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 (+) yang baru terbentuk secara konstan akan tertarik ke elektroda negatif atau katoda (-), menumbuk lebih banyak atom dan menghasilkan emisi sinar UV yang berkelanjutan. Lampu gelombang mikro beroperasi dengan cara yang serupa, hanya saja gelombang mikro, yang juga dikenal sebagai frekuensi radio (RF), menggantikan sirkuit 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 tanpa elektroda.
Keluaran UV dari lampu uap merkuri pita lebar atau berspektrum luas mencakup panjang gelombang ultraviolet, sinar tampak, dan inframerah, dengan proporsi yang kurang lebih 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 sedikit dopan, seperti: besi (Fe), galium (Ga), timbal (Pb), timah (Sn), bismut (Bi), atau indium (In). Logam tambahan mengubah komposisi plasma dan, akibatnya, energi yang dilepaskan ketika kation memperoleh elektron. Lampu dengan logam tambahan disebut sebagai lampu doping, aditif, dan halida logam. Sebagian besar tinta, pelapis, perekat, dan ekstrusi berformulasi UV dirancang agar sesuai dengan keluaran lampu doping merkuri (Hg) atau besi (Fe) standar. Lampu doping besi menggeser sebagian keluaran UV ke panjang gelombang yang lebih panjang dan mendekati tampak, yang 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 doping galium (GA). Hal ini karena lampu galium menggeser sebagian besar keluaran UV ke panjang gelombang 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 representasi visual kepada formulator dan pengguna akhir tentang bagaimana keluaran radiasi untuk desain lampu tertentu didistribusikan di seluruh spektrum elektromagnetik. Meskipun merkuri yang diuapkan dan logam aditif memiliki karakteristik radiasi yang telah ditentukan, campuran unsur dan gas inert yang tepat di dalam tabung kuarsa, serta konstruksi lampu dan desain sistem pengeringan, semuanya memengaruhi keluaran UV. Keluaran spektral lampu non-terintegrasi yang ditenagai dan diukur oleh pemasok lampu di udara terbuka akan memiliki keluaran spektral yang berbeda dibandingkan lampu yang dipasang di dalam kepala lampu dengan reflektor dan pendingin yang dirancang dengan baik. Profil spektral tersedia secara luas dari pemasok sistem UV, dan berguna dalam pengembangan formulasi dan pemilihan lampu.
Profil spektral umum memplot iradiasi spektral pada sumbu y dan panjang gelombang pada sumbu x. Iradiasi spektral dapat ditampilkan dalam beberapa cara, termasuk nilai absolut (misalnya W/cm²/nm) atau ukuran arbitrer, relatif, atau ternormalisasi (tanpa satuan). Profil umumnya menampilkan informasi sebagai diagram garis atau diagram batang yang mengelompokkan keluaran ke dalam pita 10 nm. Grafik keluaran spektral lampu busur merkuri berikut menunjukkan iradiasi relatif terhadap panjang gelombang untuk sistem GEW (Gambar 1).
GAMBAR 1 »Bagan keluaran spektral untuk merkuri dan besi.
Lampu adalah istilah yang digunakan untuk merujuk pada tabung kuarsa pemancar UV di Eropa dan Asia, sementara orang Amerika Utara dan Selatan cenderung menggunakan istilah yang dapat dipertukarkan, yaitu bohlam dan lampu. Lampu dan kepala lampu keduanya merujuk pada keseluruhan rakitan yang menaungi tabung kuarsa dan semua komponen mekanis dan elektrik 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 terdiri dari lampu (bohlam), reflektor, casing atau rumah logam, rakitan rana, dan terkadang jendela kuarsa atau pelindung kawat. GEW memasang tabung kuarsa, reflektor, dan mekanisme rana di dalam rakitan kaset yang dapat dengan mudah dilepas dari casing atau rumah kepala lampu luar. Melepas kaset GEW biasanya dapat dilakukan dalam hitungan detik menggunakan kunci 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 ke jarak tertentu di depan kepala lampu. Jarak ini dikenal sebagai fokus dan merupakan titik di mana iradiasinya paling tinggi. Lampu busur biasanya memancarkan cahaya dalam kisaran 5 hingga 12 W/cm² pada 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 dari pengeringan yang tidak memadai.
Selama lebih dari 30 tahun, GEW telah meningkatkan efisiensi sistem curing-nya, menyesuaikan fitur dan output untuk memenuhi kebutuhan aplikasi dan pasar tertentu, serta mengembangkan portofolio aksesori integrasi yang luas. Hasilnya, produk komersial GEW saat ini mencakup desain rumah yang ringkas, reflektor yang dioptimalkan untuk reflektansi UV yang lebih tinggi dan inframerah yang lebih rendah, mekanisme rana integral yang senyap, web skirt dan slot, pengumpanan web clam-shell, inersi nitrogen, kepala bertekanan positif, antarmuka operator layar sentuh, catu daya solid-state, efisiensi operasional yang lebih tinggi, pemantauan output UV, dan pemantauan sistem jarak jauh.
Saat lampu elektroda tekanan sedang beroperasi, suhu permukaan kuarsa berada di antara 600 °C dan 800 °C, dan suhu plasma internal mencapai beberapa ribu derajat Celcius. Udara paksa merupakan cara utama untuk mempertahankan suhu operasi lampu yang tepat dan menghilangkan sebagian energi inframerah yang terpancar. GEW memasok udara ini secara negatif; ini berarti udara ditarik melalui casing, di sepanjang reflektor dan lampu, dan dibuang keluar dari rakitan dan menjauh dari mesin atau permukaan curing. Beberapa sistem GEW seperti E4C menggunakan pendingin cair, yang memungkinkan keluaran UV yang sedikit lebih besar dan mengurangi ukuran kepala lampu secara keseluruhan.
Lampu busur elektroda memiliki siklus pemanasan dan pendinginan. Lampu disambar dengan pendinginan minimal. Hal ini memungkinkan plasma merkuri mencapai suhu operasi yang diinginkan, menghasilkan elektron dan kation bebas, serta 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 mendingin. Lamanya siklus pemanasan dan pendinginan, serta degradasi elektroda selama setiap penyalaan tegangan, menjadi 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 material kristal padat yang agak konduktif. Listrik mengalir melalui semikonduktor lebih baik daripada isolator, tetapi tidak sebaik konduktor logam. Semikonduktor yang terdapat secara alami tetapi kurang efisien meliputi unsur silikon, germanium, dan selenium. Semikonduktor yang dibuat secara sintetis yang dirancang untuk keluaran dan efisiensi adalah material majemuk dengan pengotor yang terimpregnasi secara presisi di dalam struktur kristalnya. Dalam kasus LED UV, aluminium galium nitrida (AlGaN) merupakan material yang umum digunakan.
Semikonduktor merupakan komponen fundamental bagi elektronika modern dan direkayasa untuk membentuk transistor, dioda, dioda pemancar cahaya (LED), dan mikroprosesor. Perangkat semikonduktor diintegrasikan ke dalam sirkuit listrik dan dipasang di dalam produk seperti ponsel, laptop, tablet, peralatan rumah tangga, pesawat terbang, mobil, pengendali jarak jauh, dan bahkan mainan anak-anak. Komponen-komponen kecil namun canggih ini membuat produk sehari-hari berfungsi sekaligus memungkinkan produk menjadi ringkas, lebih tipis, ringan, dan lebih terjangkau.
Dalam kasus khusus LED, material semikonduktor yang dirancang dan difabrikasi secara 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 (-) setiap LED. Karena keluaran LED dapat dikontrol dengan cepat dan mudah serta bersifat kuasi-monokromatik, LED ideal untuk digunakan sebagai: lampu indikator; sinyal komunikasi inframerah; lampu latar untuk TV, laptop, tablet, dan ponsel pintar; papan reklame elektronik, papan reklame, dan jumbotron; serta proses pengeringan UV.
LED adalah sambungan positif-negatif (sambungan p-n). Ini berarti satu bagian LED bermuatan positif dan disebut anoda (+), dan bagian lainnya bermuatan negatif dan disebut katoda (-). Meskipun kedua sisi relatif konduktif, batas sambungan tempat kedua sisi bertemu, yang dikenal sebagai zona deplesi, tidak konduktif. Ketika terminal positif (+) sumber daya 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 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 saling bersilangan dan mengisi kekosongan di wilayah tipe-p. Saat elektron mengalir melintasi batas, mereka bertransisi ke keadaan energi yang lebih rendah. Penurunan energi masing-masing dilepaskan dari semikonduktor sebagai foton cahaya.
Material dan dopan yang membentuk struktur kristal LED menentukan keluaran spektral. Saat ini, sumber curing LED yang tersedia secara komersial memiliki keluaran ultraviolet yang terpusat 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 antara 275 dan 285 nm sedang berlangsung, keluaran, masa pakai, keandalan, dan biayanya belum layak secara komersial untuk sistem dan aplikasi curing.
Karena keluaran UV-LED saat ini terbatas pada panjang gelombang UVA yang lebih panjang, sistem pengeringan UV-LED tidak memancarkan keluaran spektral pita lebar yang merupakan karakteristik lampu uap merkuri tekanan menengah. Ini berarti 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, para pemasok bahan kimia semakin banyak merancang produk dengan metode pengeringan ganda. Ini berarti bahwa formulasi pengeringan ganda yang dimaksudkan untuk pengeringan dengan lampu UV-LED juga akan pengeringan dengan lampu uap merkuri (Gambar 3).
GAMBAR 3 »Bagan keluaran spektral untuk LED.
Sistem curing UV-LED GEW memancarkan hingga 30 W/cm2 pada jendela pemancar. Tidak seperti lampu busur elektroda, sistem curing UV-LED tidak dilengkapi reflektor yang mengarahkan sinar cahaya ke fokus terkonsentrasi. Akibatnya, puncak iradiasi UV-LED terjadi di dekat jendela pemancar. Sinar UV-LED yang dipancarkan menyimpang satu sama lain seiring bertambahnya jarak antara kepala lampu dan permukaan curing. Hal ini mengurangi konsentrasi cahaya dan besarnya iradiasi yang mencapai permukaan curing. Meskipun puncak iradiasi penting untuk ikatan silang, iradiasi yang semakin tinggi tidak selalu menguntungkan dan bahkan dapat menghambat peningkatan densitas ikatan silang. Panjang gelombang (nm), iradiasi (W/cm2), dan densitas energi (J/cm2) semuanya memainkan peran penting dalam curing, dan dampak kolektifnya terhadap curing 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 360° x 180°. Sejumlah LED UV, masing-masing berukuran sekitar satu milimeter persegi, disusun dalam satu baris, matriks baris dan kolom, atau konfigurasi lainnya. Sub-rakitan ini, yang dikenal sebagai modul atau larik, dirancang dengan jarak antar LED yang memastikan pencampuran antar celah dan memfasilitasi pendinginan dioda. Beberapa modul atau larik kemudian disusun dalam rakitan yang lebih besar untuk membentuk berbagai ukuran sistem pengeringan UV (Gambar 4 dan 5). Komponen tambahan yang diperlukan untuk membangun sistem pengeringan UV-LED meliputi unit pendingin, jendela pemancar, driver elektronik, catu daya DC, sistem pendingin cair 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 curing UV-LED tidak memancarkan panjang gelombang inframerah, sistem ini secara inheren mentransfer lebih sedikit energi termal ke permukaan curing dibandingkan lampu uap merkuri, tetapi ini tidak berarti LED UV dapat dianggap sebagai teknologi curing dingin. Sistem curing UV-LED dapat memancarkan iradiasi puncak yang sangat tinggi, dan panjang gelombang ultraviolet merupakan suatu bentuk energi. Keluaran apa pun 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 curing yang lebih besar. Suhu tabung kuarsa uap merkuri harus dijaga antara 600 dan 800 °C selama pengoperasian, sementara suhu sambungan p-n LED harus tetap di bawah 120 °C. Hanya 35-50% listrik yang menyalakan rangkaian LED UV yang 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, densitas energi, dan keseragaman yang ditentukan, serta masa pakai yang panjang. LED pada dasarnya merupakan perangkat solid-state yang tahan lama, dan mengintegrasikan LED ke dalam rakitan yang lebih besar dengan sistem pendingin yang dirancang dan dirawat dengan baik sangat penting untuk mencapai spesifikasi masa pakai yang lama. Tidak semua sistem curing UV sama, dan sistem curing LED UV yang dirancang dan didinginkan secara tidak tepat memiliki kemungkinan lebih besar untuk mengalami panas berlebih dan kegagalan yang fatal.
Lampu Hibrida Arc/LED
Di pasar mana pun yang memperkenalkan teknologi baru sebagai pengganti teknologi yang sudah ada, bisa timbul keraguan terkait adopsi dan skeptisisme terhadap kinerjanya. Calon pengguna sering kali menunda adopsi hingga basis instalasi yang mapan terbentuk, studi kasus dipublikasikan, testimoni positif mulai beredar luas, dan/atau mereka memperoleh pengalaman langsung atau referensi dari individu dan perusahaan yang mereka kenal dan percayai. Bukti nyata seringkali dibutuhkan sebelum seluruh pasar sepenuhnya meninggalkan teknologi lama dan sepenuhnya beralih ke teknologi baru. Kisah sukses yang cenderung dirahasiakan ini diperparah karena para pengadopsi awal tidak ingin pesaing mendapatkan manfaat yang sebanding. Akibatnya, kisah kekecewaan, baik yang nyata maupun yang dibesar-besarkan, terkadang dapat bergema di seluruh pasar, menutupi keunggulan teknologi baru yang sebenarnya dan semakin menunda adopsi.
Sepanjang sejarah, dan sebagai respons terhadap adopsi yang enggan, desain hibrida sering kali diadopsi 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 kasus pengeringan UV, sistem hibrida memungkinkan pengguna untuk dengan cepat dan mudah beralih antara lampu uap merkuri dan teknologi LED. Untuk lini dengan beberapa stasiun pengeringan, hibrida memungkinkan mesin cetak untuk menggunakan 100% LED, 100% uap merkuri, atau campuran apa pun dari kedua teknologi yang dibutuhkan untuk pekerjaan tertentu.
GEW menawarkan sistem hibrida busur/LED untuk konverter web. Solusi ini dikembangkan untuk pasar terbesar GEW, label web sempit, tetapi desain hibrida ini juga dapat digunakan dalam aplikasi web dan non-web lainnya (Gambar 6). Busur/LED ini menggabungkan rumah kepala lampu umum yang dapat menampung kaset uap merkuri atau LED. Kedua kaset ini beroperasi dengan sistem daya dan kontrol universal. Kecerdasan dalam sistem ini memungkinkan diferensiasi antar jenis kaset dan secara otomatis menyediakan daya, pendinginan, dan antarmuka operator yang sesuai. Melepas atau memasang kaset uap merkuri atau LED GEW biasanya dapat dilakukan dalam hitungan detik menggunakan satu kunci Allen.
GAMBAR 6 »Sistem Arc/LED untuk web.
Lampu Excimer
Lampu eksimer adalah jenis lampu pelepasan gas yang memancarkan energi ultraviolet kuasi-monokromatik. Meskipun lampu eksimer tersedia dalam berbagai panjang gelombang, keluaran ultraviolet yang umum terpusat pada 172, 222, 308, dan 351 nm. Lampu eksimer 172 nm berada dalam pita UV vakum (100 hingga 200 nm), sementara 222 nm secara eksklusif merupakan UVC (200 hingga 280 nm). Lampu eksimer 308 nm memancarkan UVB (280 hingga 315 nm), dan 351 nm merupakan UVA murni (315 hingga 400 nm).
Panjang gelombang UV vakum 172 nm lebih pendek dan mengandung lebih banyak energi daripada UVC; namun, mereka kesulitan menembus sangat dalam ke dalam zat. Faktanya, panjang gelombang 172 nm diserap sepenuhnya dalam 10 hingga 200 nm teratas dari kimia yang diformulasikan dengan UV. Akibatnya, lampu eksimer 172 nm hanya akan mengikat silang permukaan terluar formulasi UV dan harus diintegrasikan dengan perangkat pengawet lainnya. Karena panjang gelombang UV vakum juga diserap oleh udara, lampu eksimer 172 nm harus dioperasikan dalam atmosfer yang mengandung nitrogen.
Sebagian besar lampu eksimer terdiri dari tabung kuarsa yang berfungsi sebagai penghalang dielektrik. Tabung ini 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 yang dipancarkan oleh lampu. Elektroda tegangan tinggi membentang di sepanjang bagian dalam tabung kuarsa, dan elektroda ground membentang di sepanjang bagian luar. Tegangan dipompa ke dalam lampu pada frekuensi tinggi. Hal ini menyebabkan elektron mengalir di dalam elektroda internal dan melepaskan muatan melintasi campuran gas menuju elektroda ground eksternal. Fenomena ilmiah ini dikenal sebagai pelepasan muatan 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 masa hidup yang sangat pendek, dan saat mereka terurai dari keadaan tereksitasi ke keadaan dasar, foton dengan distribusi kuasi-monokromatik dipancarkan.
GAMBAR 7 »Lampu excimer
Tidak seperti lampu uap merkuri, permukaan tabung kuarsa lampu excimer tidak menjadi panas. Akibatnya, sebagian besar lampu excimer beroperasi dengan sedikit atau tanpa pendinginan. Dalam kasus lain, diperlukan pendinginan tingkat rendah yang biasanya disediakan oleh gas nitrogen. Berkat stabilitas termal lampu, lampu excimer dapat langsung menyala/mati dan tidak memerlukan siklus pemanasan atau pendinginan.
Ketika lampu eksimer dengan radiasi 172 nm diintegrasikan dengan sistem curing UVA-LED kuasi-monokromatik dan lampu uap merkuri broadband, efek permukaan matting dihasilkan. Lampu UVA LED pertama-tama digunakan untuk membentuk gel pada permukaan. Lampu eksimer kuasi-monokromatik kemudian digunakan untuk mempolimerisasi permukaan, dan terakhir, lampu merkuri broadband mengikat silang sisa kimia. Keluaran spektral unik dari ketiga teknologi yang diterapkan pada tahap terpisah menghasilkan efek curing permukaan yang menguntungkan secara optik dan fungsional, yang tidak dapat dicapai hanya dengan salah satu sumber UV saja.
Panjang gelombang excimer 172 dan 222 nm juga efektif dalam menghancurkan zat organik berbahaya dan bakteri merugikan, yang membuat lampu excimer praktis untuk pembersihan permukaan, disinfeksi, dan perawatan energi permukaan.
Umur Lampu
Mengenai masa pakai lampu atau bohlam, lampu busur GEW umumnya mencapai 2.000 jam. Masa pakai lampu bukanlah nilai absolut, karena keluaran UV secara bertahap menurun seiring waktu dan dipengaruhi oleh berbagai faktor. Desain dan kualitas lampu, serta kondisi pengoperasian sistem UV dan reaktivitas formulasinya, sangatlah penting. Sistem UV yang dirancang dengan tepat memastikan daya dan pendinginan yang tepat yang dibutuhkan oleh desain lampu (bohlam) tertentu dapat disediakan.
Lampu (bohlam) yang dipasok GEW selalu memberikan masa pakai terpanjang saat digunakan dalam sistem curing GEW. Sumber pasokan sekunder umumnya telah merekayasa ulang lampu dari sampel, dan salinannya mungkin tidak memiliki sambungan 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 hal keluaran maupun masa pakai. Lampu yang beroperasi lebih dingin memancarkan lebih sedikit UV. Lampu yang beroperasi lebih panas tidak bertahan lama dan akan melengkung pada suhu permukaan yang tinggi.
Masa pakai lampu busur elektroda dibatasi oleh suhu operasi lampu, jumlah jam operasi, dan jumlah nyala atau nyala. Setiap kali lampu terkena busur tegangan tinggi saat dinyalakan, sebagian elektroda tungsten akan aus. Pada akhirnya, lampu tidak akan menyala lagi. Lampu busur elektroda dilengkapi mekanisme rana yang, ketika diaktifkan, akan memblokir keluaran UV sebagai alternatif dari siklus daya lampu yang berulang. Tinta, pelapis, dan perekat yang lebih reaktif dapat menghasilkan masa pakai lampu yang lebih lama; sementara 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 tidak mutlak. Seperti halnya lampu konvensional, LED UV memiliki batasan seberapa keras ia dapat digerakkan dan umumnya harus beroperasi pada suhu sambungan di bawah 120 °C. LED yang terlalu banyak digerakkan dan LED yang kurang dingin akan mengurangi masa pakai, mengakibatkan degradasi yang lebih cepat atau kegagalan yang fatal. Tidak semua pemasok sistem UV-LED saat ini menawarkan desain yang memenuhi standar masa pakai tertinggi, yaitu lebih dari 20.000 jam. Sistem yang dirancang dan dirawat dengan lebih baik akan bertahan lebih dari 20.000 jam, sementara sistem yang kualitasnya lebih rendah akan rusak dalam waktu yang jauh lebih singkat. Kabar baiknya adalah desain sistem LED terus ditingkatkan dan bertahan lebih lama di setiap iterasi desain.
Ozon
Ketika panjang gelombang UVC yang lebih pendek mengenai molekul oksigen (O2), molekul oksigen (O2) terpecah menjadi dua atom oksigen (O). Atom-atom oksigen bebas (O) kemudian bertabrakan dengan molekul oksigen lainnya (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 melayang di udara atmosfer. Atom-atom oksigen bebas (O) kemudian bergabung kembali 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 uap merkuri dan lampu pengeringan excimer tidak stabil dan bukan merupakan masalah lingkungan yang signifikan, tetapi perlu dihilangkan dari area di sekitar pekerja karena merupakan iritan pernapasan dan beracun pada tingkat 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, kabel 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 orang dan tingkat aktivitas, konsentrasi yang lebih tinggi dari 0,4 ppm dapat menyebabkan efek samping pernapasan dan sakit kepala. Ventilasi yang memadai harus dipasang pada saluran UV-curing untuk membatasi paparan ozon pada pekerja.
Sistem pengeringan UV umumnya dirancang untuk menampung udara buangan saat keluar dari kepala lampu sehingga dapat disalurkan menjauh dari operator dan ke luar gedung, tempat udara tersebut terurai secara alami dengan adanya oksigen dan sinar matahari. Sebagai alternatif, lampu bebas ozon mengandung aditif kuarsa yang menghalangi panjang gelombang penghasil ozon, dan fasilitas yang ingin menghindari pemasangan saluran atau pembuatan lubang di atap sering kali menggunakan filter pada saluran keluar kipas buang.
Waktu posting: 19-Jun-2024
