Vapor de mercúrio, diodo emissor de luz (LED) e excímero são tecnologias distintas de lâmpadas de cura UV. Embora as três sejam utilizadas em diversos processos de fotopolimerização para reticular tintas, revestimentos, adesivos e extrusões, os mecanismos que geram a energia UV irradiada, bem como as características da emissão espectral correspondente, são completamente diferentes. Compreender essas diferenças é fundamental para o desenvolvimento de aplicações e formulações, a seleção da fonte de cura UV e a integração.
Lâmpadas de vapor de mercúrio
Tanto as lâmpadas de arco com eletrodos quanto as lâmpadas de micro-ondas sem eletrodos pertencem à categoria de vapor de mercúrio. As lâmpadas de vapor de mercúrio são um tipo de lâmpada de descarga gasosa de média pressão, na qual uma pequena quantidade de mercúrio elementar e um gás inerte são vaporizados em plasma dentro de um tubo de quartzo selado. O plasma é um gás ionizado a uma temperatura extremamente alta, capaz de conduzir eletricidade. Ele é produzido pela aplicação de uma tensão elétrica entre dois eletrodos dentro de uma lâmpada de arco ou pelo aquecimento de uma lâmpada sem eletrodos em um micro-ondas dentro de um compartimento ou cavidade, semelhante ao funcionamento de um forno de micro-ondas doméstico. Uma vez vaporizado, o plasma de mercúrio emite luz de amplo espectro, abrangendo comprimentos de onda ultravioleta, visível e infravermelho.
No caso de uma lâmpada de arco elétrico, uma tensão aplicada energiza o tubo de quartzo selado. Essa energia vaporiza o mercúrio, transformando-o em plasma e liberando elétrons dos átomos vaporizados. Uma porção desses elétrons (-) flui em direção ao eletrodo de tungstênio positivo, ou ânodo (+), da lâmpada, e para o circuito elétrico do sistema UV. Os átomos que perderam elétrons tornam-se cátions energizados positivamente (+) que fluem em direção ao eletrodo de tungstênio carregado negativamente, ou cátodo (-). Ao se moverem, os cátions colidem com átomos neutros na mistura gasosa. O impacto transfere elétrons dos átomos neutros para os cátions. À medida que os cátions ganham elétrons, eles passam para um estado de menor energia. A diferença de energia é descarregada na forma de fótons que irradiam para fora do tubo de quartzo. Desde que a lâmpada esteja devidamente alimentada, resfriada corretamente e operada dentro de sua vida útil, um suprimento constante de cátions recém-criados (+) gravita em direção ao eletrodo negativo ou cátodo (-), colidindo com mais átomos e produzindo emissão contínua de luz ultravioleta. As lâmpadas de micro-ondas funcionam de maneira semelhante, exceto que as micro-ondas, também conhecidas como radiofrequência (RF), substituem o circuito elétrico. Como as lâmpadas de micro-ondas não possuem eletrodos de tungstênio e são simplesmente um tubo de quartzo selado contendo mercúrio e gás inerte, elas são comumente chamadas de lâmpadas sem eletrodos.
A emissão UV das lâmpadas de vapor de mercúrio de banda larga ou amplo espectro abrange comprimentos de onda ultravioleta, visível e infravermelho, em proporções aproximadamente iguais. A porção ultravioleta inclui uma mistura de comprimentos de onda UVC (200 a 280 nm), UVB (280 a 315 nm), UVA (315 a 400 nm) e UVV (400 a 450 nm). Lâmpadas que emitem UVC em comprimentos de onda abaixo de 240 nm geram ozônio e requerem exaustão ou filtragem.
A emissão espectral de uma lâmpada de vapor de mercúrio pode ser alterada pela adição de pequenas quantidades de dopantes, como ferro (Fe), gálio (Ga), chumbo (Pb), estanho (Sn), bismuto (Bi) ou índio (In). Os metais adicionados alteram a composição do plasma e, consequentemente, a energia liberada quando os cátions adquirem elétrons. Lâmpadas com metais adicionados são chamadas de lâmpadas dopadas, aditivas e de haleto metálico. A maioria das tintas, revestimentos, adesivos e extrusões formuladas para UV são projetadas para corresponder à emissão de lâmpadas padrão dopadas com mercúrio (Hg) ou ferro (Fe). As lâmpadas dopadas com ferro deslocam parte da emissão UV para comprimentos de onda mais longos, próximos ao visível, o que resulta em melhor penetração em formulações mais espessas e com alta pigmentação. Formulações UV contendo dióxido de titânio tendem a curar melhor com lâmpadas dopadas com gálio (Ga). Isso ocorre porque as lâmpadas de gálio deslocam uma porção significativa da emissão UV para comprimentos de onda maiores que 380 nm. Como os aditivos de dióxido de titânio geralmente não absorvem luz acima de 380 nm, o uso de lâmpadas de gálio com formulações brancas permite que mais energia UV seja absorvida pelos fotoiniciadores em vez dos aditivos.
Os perfis espectrais fornecem aos formuladores e usuários finais uma representação visual de como a radiação emitida por um projeto de lâmpada específico se distribui pelo espectro eletromagnético. Embora o mercúrio vaporizado e os metais aditivos possuam características de radiação definidas, a mistura precisa de elementos e gases inertes dentro do tubo de quartzo, juntamente com a construção da lâmpada e o projeto do sistema de cura, influenciam a emissão de UV. A emissão espectral de uma lâmpada não integrada, alimentada e medida por um fornecedor de lâmpadas em ambiente aberto, será diferente da emissão espectral de uma lâmpada montada em um cabeçote com refletor e sistema de resfriamento adequadamente projetados. Os perfis espectrais estão disponíveis em fornecedores de sistemas UV e são úteis no desenvolvimento de formulações e na seleção de lâmpadas.
Um perfil espectral comum representa a irradiância espectral no eixo y e o comprimento de onda no eixo x. A irradiância espectral pode ser exibida de diversas maneiras, incluindo valor absoluto (por exemplo, W/cm²/nm) ou medidas arbitrárias, relativas ou normalizadas (sem unidade). Os perfis geralmente exibem as informações como um gráfico de linhas ou um gráfico de barras que agrupa a saída em faixas de 10 nm. O gráfico a seguir, que mostra a saída espectral de uma lâmpada de arco de mercúrio, apresenta a irradiância relativa em relação ao comprimento de onda para os sistemas da GEW (Figura 1).
FIGURA 1 »Gráficos de emissão espectral para mercúrio e ferro.
O termo "lâmpada" é usado para se referir ao tubo de quartzo emissor de raios UV na Europa e na Ásia, enquanto na América do Norte e do Sul tende-se a usar uma combinação intercambiável de "bulbo" e "lâmpada". Tanto "lâmpada" quanto "cabeça de lâmpada" se referem ao conjunto completo que abriga o tubo de quartzo e todos os outros componentes mecânicos e elétricos.
Lâmpadas de arco de eletrodo
Os sistemas de lâmpadas de arco de eletrodo consistem em uma cabeça de lâmpada, um ventilador ou resfriador, uma fonte de alimentação e uma interface homem-máquina (IHM). A cabeça da lâmpada inclui uma lâmpada (bulbo), um refletor, uma carcaça ou invólucro metálico, um conjunto de obturador e, às vezes, uma janela de quartzo ou proteção de arame. A GEW monta seus tubos de quartzo, refletores e mecanismos de obturador dentro de conjuntos de cassete que podem ser facilmente removidos da carcaça ou invólucro externo da cabeça da lâmpada. A remoção de um cassete GEW geralmente é feita em segundos usando uma única chave Allen. Como a emissão de UV, o tamanho e formato geral da cabeça da lâmpada, os recursos do sistema e as necessidades de equipamentos auxiliares variam de acordo com a aplicação e o mercado, os sistemas de lâmpadas de arco de eletrodo são geralmente projetados para uma determinada categoria de aplicações ou tipos de máquinas semelhantes.
As lâmpadas de vapor de mercúrio emitem luz em 360° a partir do tubo de quartzo. Os sistemas de lâmpadas de arco utilizam refletores localizados nas laterais e na parte traseira da lâmpada para capturar e concentrar mais luz em uma distância específica à frente da cabeça da lâmpada. Essa distância é conhecida como foco e é onde a irradiância é máxima. As lâmpadas de arco normalmente emitem na faixa de 5 a 12 W/cm² no foco. Como cerca de 70% da emissão UV da cabeça da lâmpada provém do refletor, é importante manter os refletores limpos e substituí-los periodicamente. A falta de limpeza ou substituição dos refletores é uma causa comum de cura insuficiente.
Há mais de 30 anos, a GEW vem aprimorando a eficiência de seus sistemas de cura, personalizando recursos e produção para atender às necessidades de aplicações e mercados específicos e desenvolvendo um amplo portfólio de acessórios de integração. Como resultado, as ofertas comerciais atuais da GEW incorporam designs de carcaça compactos, refletores otimizados para maior refletância UV e redução de infravermelho, mecanismos de obturador integrados silenciosos, saias e ranhuras para a bobina, alimentação de bobina tipo concha, inerte de nitrogênio, cabeçotes com pressão positiva, interface de operador com tela sensível ao toque, fontes de alimentação de estado sólido, maior eficiência operacional, monitoramento da emissão UV e monitoramento remoto do sistema.
Quando as lâmpadas de eletrodo de média pressão estão em funcionamento, a temperatura da superfície de quartzo fica entre 600 °C e 800 °C, e a temperatura interna do plasma atinge vários milhares de graus Celsius. O ar forçado é o principal meio de manter a temperatura ideal de operação da lâmpada e remover parte da energia infravermelha irradiada. A GEW fornece esse ar por pressão negativa; isso significa que o ar é puxado através da carcaça, ao longo do refletor e da lâmpada, e expelido para fora do conjunto, afastando-o da máquina ou da superfície de cura. Alguns sistemas GEW, como o E4C, utilizam refrigeração líquida, o que permite uma emissão de UV ligeiramente maior e reduz o tamanho geral da cabeça da lâmpada.
As lâmpadas de arco de eletrodo possuem ciclos de aquecimento e resfriamento. As lâmpadas são acesas com resfriamento mínimo. Isso permite que o plasma de mercúrio atinja a temperatura operacional desejada, produza elétrons e cátions livres e possibilite o fluxo de corrente. Quando a cabeça da lâmpada é desligada, o resfriamento continua por alguns minutos para resfriar uniformemente o tubo de quartzo. Uma lâmpada que esteja muito quente não acenderá novamente e precisa continuar a resfriar. A duração do ciclo de inicialização e resfriamento, bem como a degradação dos eletrodos durante cada aplicação de tensão, são os motivos pelos quais mecanismos de obturador pneumático são sempre integrados aos conjuntos de lâmpadas de arco de eletrodo GEW. A Figura 2 mostra lâmpadas de arco de eletrodo resfriadas a ar (E2C) e resfriadas a líquido (E4C).
FIGURA 2 »Lâmpadas de arco de eletrodo refrigeradas a líquido (E4C) e refrigeradas a ar (E2C).
Lâmpadas LED UV
Semicondutores são materiais sólidos e cristalinos que apresentam alguma condutividade. A eletricidade flui através de um semicondutor melhor do que em um isolante, mas não tão bem quanto em um condutor metálico. Semicondutores naturais, porém pouco eficientes, incluem os elementos silício, germânio e selênio. Semicondutores sintéticos projetados para alta potência e eficiência são materiais compostos com impurezas precisamente impregnadas em sua estrutura cristalina. No caso de LEDs UV, o nitreto de alumínio e gálio (AlGaN) é um material comumente utilizado.
Os semicondutores são fundamentais para a eletrônica moderna e são projetados para formar transistores, diodos, diodos emissores de luz e microprocessadores. Dispositivos semicondutores são integrados em circuitos elétricos e montados dentro de produtos como celulares, laptops, tablets, eletrodomésticos, aviões, carros, controles remotos e até brinquedos infantis. Esses componentes minúsculos, porém poderosos, fazem com que os produtos do dia a dia funcionem, além de permitirem que os itens sejam compactos, mais finos, leves e mais acessíveis.
No caso específico dos LEDs, materiais semicondutores projetados e fabricados com precisão emitem faixas de comprimento de onda relativamente estreitas quando conectados a uma fonte de alimentação CC. A luz é gerada somente quando a corrente flui do ânodo positivo (+) para o cátodo negativo (-) de cada LED. Como a emissão de luz dos LEDs é rápida e fácil de controlar e quase monocromática, eles são ideais para uso como: luzes indicadoras; sinais de comunicação infravermelha; iluminação de fundo para TVs, laptops, tablets e smartphones; sinalização eletrônica, outdoors e telões; e cura UV.
Um LED é uma junção positivo-negativa (junção pn). Isso significa que uma parte do LED possui carga positiva e é chamada de ânodo (+), enquanto a outra parte possui carga negativa e é chamada de cátodo (-). Embora ambos os lados sejam relativamente condutores, a interface da junção onde os dois lados se encontram, conhecida como zona de depleção, não é condutora. Quando o terminal positivo (+) de uma fonte de alimentação de corrente contínua (CC) é conectado ao ânodo (+) do LED e o terminal negativo (-) da fonte é conectado ao cátodo (-), os elétrons com carga negativa no cátodo e as lacunas de elétrons com carga positiva no ânodo são repelidos pela fonte de alimentação e empurrados em direção à zona de depleção. Isso é uma polarização direta, que tem o efeito de superar a interface não condutora. O resultado é que os elétrons livres na região tipo n atravessam a interface e preenchem as lacunas na região tipo p. À medida que os elétrons fluem através da interface, eles transitam para um estado de menor energia. A respectiva queda de energia é liberada do semicondutor na forma de fótons de luz.
Os materiais e dopantes que formam a estrutura cristalina do LED determinam a emissão espectral. Atualmente, as fontes de cura por LED disponíveis comercialmente possuem emissões ultravioleta centradas em 365, 385, 395 e 405 nm, uma tolerância típica de ±5 nm e uma distribuição espectral gaussiana. Quanto maior a irradiância espectral de pico (W/cm²/nm), maior o pico da curva em forma de sino. Embora o desenvolvimento de UVC esteja em andamento entre 275 e 285 nm, a emissão, a vida útil, a confiabilidade e o custo ainda não são comercialmente viáveis para sistemas e aplicações de cura.
Como a emissão de UV-LED é atualmente limitada a comprimentos de onda UVA mais longos, um sistema de cura UV-LED não emite a ampla faixa espectral característica das lâmpadas de vapor de mercúrio de média pressão. Isso significa que os sistemas de cura UV-LED não emitem UVC, UVB, a maior parte da luz visível e comprimentos de onda infravermelhos que geram calor. Embora isso permita que os sistemas de cura UV-LED sejam utilizados em aplicações mais sensíveis ao calor, as tintas, revestimentos e adesivos existentes formulados para lâmpadas de vapor de mercúrio de média pressão precisam ser reformulados para sistemas de cura UV-LED. Felizmente, os fornecedores de produtos químicos estão cada vez mais desenvolvendo produtos com dupla cura. Isso significa que uma formulação de dupla cura, destinada à cura com uma lâmpada UV-LED, também curará com uma lâmpada de vapor de mercúrio (Figura 3).
FIGURA 3 »Gráfico de emissão espectral para LED.
Os sistemas de cura UV-LED da GEW emitem até 30 W/cm² na janela de emissão. Ao contrário das lâmpadas de arco com eletrodo, os sistemas de cura UV-LED não incorporam refletores que direcionam os raios de luz para um foco concentrado. Como resultado, a irradiância máxima do UV-LED ocorre próxima à janela de emissão. Os raios UV-LED emitidos divergem uns dos outros à medida que a distância entre a cabeça da lâmpada e a superfície de cura aumenta. Isso reduz a concentração de luz e a magnitude da irradiância que atinge a superfície de cura. Embora a irradiância máxima seja importante para a reticulação, uma irradiância cada vez maior nem sempre é vantajosa e pode até inibir uma maior densidade de reticulação. O comprimento de onda (nm), a irradiância (W/cm²) e a densidade de energia (J/cm²) desempenham papéis críticos na cura, e seu impacto coletivo na cura deve ser compreendido adequadamente durante a seleção da fonte UV-LED.
Os LEDs são fontes Lambertianas. Em outras palavras, cada LED UV emite uma luz uniforme para a frente em um hemisfério completo de 360° x 180°. Numerosos LEDs UV, cada um com dimensões da ordem de um milímetro quadrado, são dispostos em uma única linha, uma matriz de linhas e colunas ou alguma outra configuração. Esses subconjuntos, conhecidos como módulos ou arranjos, são projetados com espaçamento entre os LEDs que garante a transição suave entre as lacunas e facilita o resfriamento dos diodos. Vários módulos ou arranjos são então organizados em conjuntos maiores para formar sistemas de cura UV de diversos tamanhos (Figuras 4 e 5). Os componentes adicionais necessários para construir um sistema de cura UV-LED incluem o dissipador de calor, a janela emissora, os drivers eletrônicos, as fontes de alimentação CC, um sistema de resfriamento líquido ou chiller e uma interface homem-máquina (IHM).
FIGURA 4 »O sistema LeoLED para a web.
FIGURA 5 »Sistema LeoLED para instalações de múltiplas lâmpadas de alta velocidade.
Como os sistemas de cura UV-LED não emitem raios infravermelhos, eles transferem inerentemente menos energia térmica para a superfície a ser curada do que as lâmpadas de vapor de mercúrio. No entanto, isso não significa que os LEDs UV devam ser considerados uma tecnologia de cura a frio. Os sistemas de cura UV-LED podem emitir picos de irradiação muito altos, e os raios ultravioleta são uma forma de energia. Qualquer energia emitida que não for absorvida pelos componentes químicos aquecerá a peça ou substrato subjacente, bem como os componentes da máquina ao redor.
Os LEDs UV também são componentes elétricos com ineficiências decorrentes do projeto e fabricação do semicondutor, bem como dos métodos de fabricação e componentes usados para encapsular os LEDs na unidade de cura maior. Enquanto a temperatura de um tubo de quartzo com vapor de mercúrio deve ser mantida entre 600 e 800 °C durante a operação, a temperatura da junção pn do LED deve permanecer abaixo de 120 °C. Apenas 35 a 50% da eletricidade que alimenta um conjunto de LEDs UV é convertida em emissão ultravioleta (altamente dependente do comprimento de onda). O restante é transformado em calor que deve ser dissipado para manter a temperatura de junção desejada e garantir a irradiância, a densidade de energia e a uniformidade especificadas pelo sistema, além de uma longa vida útil. Os LEDs são dispositivos de estado sólido inerentemente duráveis, e a integração de LEDs em conjuntos maiores com sistemas de resfriamento adequadamente projetados e mantidos é fundamental para atingir as especificações de longa vida útil. Nem todos os sistemas de cura UV são iguais, e sistemas de cura de LEDs UV mal projetados e resfriados têm maior probabilidade de superaquecimento e falha catastrófica.
Lâmpadas híbridas de arco/LED
Em qualquer mercado onde uma tecnologia totalmente nova é introduzida como substituta da tecnologia existente, pode haver receio quanto à adoção, bem como ceticismo em relação ao desempenho. Usuários em potencial frequentemente adiam a adoção até que uma base de instalação bem estabelecida se forme, estudos de caso sejam publicados, depoimentos positivos comecem a circular em massa e/ou obtenham experiência em primeira mão ou referências de indivíduos e empresas que conhecem e em quem confiam. Evidências concretas são frequentemente necessárias antes que um mercado inteiro abandone completamente o antigo e faça a transição completa para o novo. Não ajuda o fato de que histórias de sucesso tendem a ser segredos bem guardados, já que os primeiros usuários não querem que os concorrentes obtenham benefícios comparáveis. Como resultado, relatos de decepção, tanto reais quanto exagerados, podem reverberar pelo mercado, camuflando os verdadeiros méritos da nova tecnologia e atrasando ainda mais a adoção.
Ao longo da história, e como uma resposta à resistência à adoção de novas tecnologias, os sistemas híbridos têm sido frequentemente adotados como uma ponte de transição entre as tecnologias existentes e as novas. Os sistemas híbridos permitem que os usuários ganhem confiança e determinem por si mesmos como e quando novos produtos ou métodos devem ser usados, sem sacrificar as capacidades atuais. No caso da cura UV, um sistema híbrido permite que os usuários alternem de forma rápida e fácil entre lâmpadas de vapor de mercúrio e tecnologia LED. Para linhas com múltiplas estações de cura, os sistemas híbridos permitem que as impressoras operem com 100% LED, 100% vapor de mercúrio ou qualquer combinação das duas tecnologias que seja necessária para um determinado trabalho.
A GEW oferece sistemas híbridos de arco/LED para convertedores de bobina. A solução foi desenvolvida para o maior mercado da GEW, o de rótulos de bobina estreita, mas o design híbrido também pode ser utilizado em outras aplicações, tanto em bobina quanto em outros materiais (Figura 6). O sistema de arco/LED incorpora um alojamento de lâmpada comum que pode acomodar tanto um cassete de vapor de mercúrio quanto um de LED. Ambos os cassetes funcionam com um sistema universal de alimentação e controle. A inteligência do sistema permite a diferenciação entre os tipos de cassete e fornece automaticamente a alimentação, o resfriamento e a interface do operador adequados. A remoção ou instalação de qualquer um dos cassetes de vapor de mercúrio ou de LED da GEW geralmente é feita em segundos com uma única chave Allen.
FIGURA 6 »Sistema Arc/LED para web.
Lâmpadas de excímero
As lâmpadas de excímero são um tipo de lâmpada de descarga gasosa que emite energia ultravioleta quase monocromática. Embora as lâmpadas de excímero estejam disponíveis em vários comprimentos de onda, as emissões ultravioleta mais comuns concentram-se em 172, 222, 308 e 351 nm. As lâmpadas de excímero de 172 nm situam-se na faixa do ultravioleta a vácuo (100 a 200 nm), enquanto as de 222 nm são exclusivamente UVC (200 a 280 nm). As lâmpadas de excímero de 308 nm emitem UVB (280 a 315 nm) e as de 351 nm são exclusivamente UVA (315 a 400 nm).
As ondas UV de vácuo de 172 nm são mais curtas e contêm mais energia do que as UVC; no entanto, têm dificuldade em penetrar profundamente nas substâncias. De fato, as ondas de 172 nm são completamente absorvidas nos primeiros 10 a 200 nm das formulações UV. Consequentemente, as lâmpadas de excímero de 172 nm reticulam apenas a camada mais externa das formulações UV e devem ser integradas em conjunto com outros dispositivos de cura. Como as ondas UV de vácuo também são absorvidas pelo ar, as lâmpadas de excímero de 172 nm devem operar em atmosfera inerte com nitrogênio.
A maioria das lâmpadas de excímero consiste em um tubo de quartzo que serve como barreira dielétrica. O tubo é preenchido com gases raros capazes de formar moléculas de excímero ou exciplexo (Figura 7). Gases diferentes produzem moléculas diferentes, e as diferentes moléculas excitadas determinam quais comprimentos de onda são emitidos pela lâmpada. Um eletrodo de alta tensão percorre o interior do tubo de quartzo, e eletrodos de aterramento percorrem o exterior. Pulsos de tensão são aplicados à lâmpada em altas frequências. Isso faz com que elétrons fluam dentro do eletrodo interno e descarreguem através da mistura gasosa em direção aos eletrodos de aterramento externos. Esse fenômeno científico é conhecido como descarga de barreira dielétrica (DBD). À medida que os elétrons viajam pelo gás, eles interagem com os átomos e criam espécies energizadas ou ionizadas que produzem moléculas de excímero ou exciplexo. As moléculas de excímero e exciplexo têm uma vida útil incrivelmente curta e, à medida que se decompõem de um estado excitado para um estado fundamental, emitem fótons com uma distribuição quase monocromática.
FIGURA 7 »Lâmpada de excímero
Ao contrário das lâmpadas de vapor de mercúrio, a superfície do tubo de quartzo de uma lâmpada de excímero não aquece. Consequentemente, a maioria das lâmpadas de excímero funciona com pouco ou nenhum resfriamento. Em outros casos, é necessário um baixo nível de resfriamento, geralmente fornecido por gás nitrogênio. Devido à estabilidade térmica da lâmpada, as lâmpadas de excímero são instantaneamente "ligadas/desligadas" e não requerem ciclos de aquecimento ou resfriamento.
Quando lâmpadas de excímero que emitem luz a 172 nm são integradas em combinação com sistemas de cura UVA-LED quase monocromáticos e lâmpadas de vapor de mercúrio de banda larga, são produzidos efeitos de superfície fosca. As lâmpadas UVA-LED são usadas inicialmente para gelificar a composição química. Em seguida, as lâmpadas de excímero quase monocromáticas são usadas para polimerizar a superfície e, por fim, as lâmpadas de vapor de mercúrio de banda larga realizam a reticulação do restante da composição química. As emissões espectrais exclusivas das três tecnologias aplicadas em etapas separadas proporcionam efeitos de cura de superfície ópticos e funcionais benéficos que não podem ser obtidos com nenhuma das fontes de UV isoladamente.
Os comprimentos de onda de excímeros de 172 e 222 nm também são eficazes na destruição de substâncias orgânicas perigosas e bactérias nocivas, o que torna as lâmpadas de excímero práticas para limpeza de superfícies, desinfecção e tratamentos de energia superficial.
Vida útil da lâmpada
Em relação à vida útil da lâmpada, as lâmpadas de arco da GEW geralmente duram até 2.000 horas. A vida útil da lâmpada não é absoluta, pois a emissão de UV diminui gradualmente com o tempo e é afetada por diversos fatores. O design e a qualidade da lâmpada, bem como as condições de operação do sistema UV e a reatividade da formulação, são fatores importantes. Sistemas UV projetados adequadamente garantem que a potência e o resfriamento corretos, exigidos pelo design específico da lâmpada, sejam fornecidos.
As lâmpadas fornecidas pela GEW sempre oferecem a maior vida útil quando usadas em sistemas de cura GEW. Fornecedores secundários geralmente reproduzem a lâmpada a partir de um modelo, e as cópias podem não conter o mesmo encaixe, diâmetro do quartzo, teor de mercúrio ou mistura de gases, o que pode afetar a emissão de UV e a geração de calor. Quando a geração de calor não é equilibrada com o resfriamento do sistema, a lâmpada sofre tanto em termos de emissão quanto de vida útil. Lâmpadas que operam em temperaturas mais baixas emitem menos UV. Lâmpadas que operam em temperaturas mais altas não duram tanto e deformam-se em altas temperaturas superficiais.
A vida útil das lâmpadas de arco de eletrodo é limitada pela temperatura de operação da lâmpada, pelo número de horas de funcionamento e pelo número de partidas ou ignições. Cada vez que uma lâmpada é atingida por um arco de alta tensão durante a inicialização, uma pequena parte do eletrodo de tungstênio se desgasta. Eventualmente, a lâmpada não poderá mais reacender. As lâmpadas de arco de eletrodo incorporam mecanismos de obturador que, quando acionados, bloqueiam a emissão de UV como alternativa ao ciclo repetido de alimentação da lâmpada. Tintas, revestimentos e adesivos mais reativos podem resultar em uma vida útil mais longa da lâmpada; enquanto formulações menos reativas podem exigir trocas de lâmpada mais frequentes.
Os sistemas de LED UV são inerentemente mais duráveis do que as lâmpadas convencionais, mas a vida útil dos LEDs UV não é absoluta. Assim como as lâmpadas convencionais, os LEDs UV têm limites quanto à intensidade de operação e geralmente precisam funcionar com temperaturas de junção abaixo de 120 °C. Sobrecarregar ou resfriar insuficientemente os LEDs compromete a vida útil, resultando em degradação mais rápida ou falha catastrófica. Nem todos os fornecedores de sistemas de LED UV oferecem atualmente projetos que atendam aos mais altos padrões de vida útil estabelecidos, superiores a 20.000 horas. Os sistemas com melhor projeto e manutenção durarão mais de 20.000 horas, enquanto os sistemas inferiores falharão em períodos muito mais curtos. A boa notícia é que os projetos de sistemas de LED continuam a melhorar e a durar mais a cada nova versão.
Ozônio
Quando comprimentos de onda UVC mais curtos atingem moléculas de oxigênio (O₂), elas fazem com que as moléculas de oxigênio (O₂) se dividam em dois átomos de oxigênio (O). Os átomos de oxigênio livres (O) colidem então com outras moléculas de oxigênio (O₂) e formam ozônio (O₃). Como o trioxigênio (O₃) é menos estável ao nível do solo do que o dioxigênio (O₂), o ozônio se decompõe facilmente em uma molécula de oxigênio (O₂) e um átomo de oxigênio (O) à medida que se desloca pela atmosfera. Os átomos de oxigênio livres (O) se recombinam então dentro do sistema de exaustão para produzir moléculas de oxigênio (O₂).
Em aplicações industriais de cura UV, o ozônio (O3) é produzido quando o oxigênio atmosférico interage com comprimentos de onda ultravioleta abaixo de 240 nm. Fontes de cura de vapor de mercúrio de banda larga emitem UVC entre 200 e 280 nm, que se sobrepõe parcialmente à região de geração de ozônio, e lâmpadas de excímero emitem UV a vácuo em 172 nm ou UVC em 222 nm. O ozônio criado por lâmpadas de cura de vapor de mercúrio e de excímero é instável e não representa uma preocupação ambiental significativa, mas é necessário removê-lo da área imediata ao redor dos trabalhadores, pois é um irritante respiratório e tóxico em altas concentrações. Como os sistemas comerciais de cura UV-LED emitem UVA entre 365 e 405 nm, o ozônio não é gerado.
O ozônio tem um odor semelhante ao de metal, fio queimado, cloro e faísca elétrica. O olfato humano consegue detectar ozônio em concentrações tão baixas quanto 0,01 a 0,03 partes por milhão (ppm). Embora essa concentração varie de pessoa para pessoa e de acordo com o nível de atividade, concentrações superiores a 0,4 ppm podem causar efeitos respiratórios adversos e dores de cabeça. É fundamental instalar um sistema de ventilação adequado nas linhas de cura UV para limitar a exposição dos trabalhadores ao ozônio.
Os sistemas de cura UV são geralmente projetados para conter o ar de exaustão que sai das lâmpadas, permitindo que ele seja direcionado para longe dos operadores e para fora do edifício, onde se decompõe naturalmente na presença de oxigênio e luz solar. Alternativamente, as lâmpadas livres de ozônio incorporam um aditivo de quartzo que bloqueia os comprimentos de onda que geram ozônio, e instalações que desejam evitar dutos ou aberturas no telhado frequentemente utilizam filtros na saída dos exaustores.
Data da publicação: 19 de junho de 2024
