यूवी क्योरिंग प्रणाली में किस प्रकार के यूवी-क्योरिंग स्रोतों का उपयोग किया जाता है?

पारा वाष्प, प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी), और एक्साइमर अलग-अलग यूवी-क्योरिंग लैंप तकनीकें हैं। हालाँकि इन तीनों का उपयोग विभिन्न फोटोपॉलीमराइज़ेशन प्रक्रियाओं में स्याही, कोटिंग्स, आसंजकों और एक्सट्रूज़न को क्रॉसलिंक करने के लिए किया जाता है, लेकिन विकिरणित यूवी ऊर्जा उत्पन्न करने वाली क्रियाविधि और संबंधित स्पेक्ट्रल आउटपुट की विशेषताएँ पूरी तरह से भिन्न होती हैं। इन अंतरों को समझना अनुप्रयोग और सूत्रीकरण विकास, यूवी-क्योरिंग स्रोत चयन और एकीकरण में सहायक होता है।

पारा वाष्प लैंप

इलेक्ट्रोड आर्क लैंप और इलेक्ट्रोड-रहित माइक्रोवेव लैंप, दोनों ही पारा वाष्प की श्रेणी में आते हैं। पारा वाष्प लैंप एक प्रकार के मध्यम-दाब, गैस-डिस्चार्ज लैंप होते हैं जिनमें एक सीलबंद क्वार्ट्ज़ ट्यूब के अंदर, मूल पारा और अक्रिय गैस की थोड़ी मात्रा को वाष्पीकृत करके प्लाज़्मा बनाया जाता है। प्लाज़्मा एक अत्यंत उच्च-तापमान आयनित गैस है जो विद्युत का संचालन करने में सक्षम होती है। यह आर्क लैंप के भीतर दो इलेक्ट्रोडों के बीच विद्युत वोल्टेज लगाकर या घरेलू माइक्रोवेव ओवन जैसी अवधारणा वाले किसी आवरण या गुहा के अंदर इलेक्ट्रोड-रहित लैंप को माइक्रोवेव करके उत्पन्न किया जाता है। वाष्पीकृत होने के बाद, पारा प्लाज़्मा पराबैंगनी, दृश्य और अवरक्त तरंगदैर्ध्य में व्यापक-स्पेक्ट्रम प्रकाश उत्सर्जित करता है।

विद्युत आर्क लैंप के मामले में, एक लगाया गया वोल्टेज सीलबंद क्वार्ट्ज़ ट्यूब को ऊर्जा प्रदान करता है। यह ऊर्जा पारे को प्लाज्मा में वाष्पीकृत कर देती है और वाष्पीकृत परमाणुओं से इलेक्ट्रॉन मुक्त करती है। इलेक्ट्रॉनों का एक भाग (-) लैंप के धनात्मक टंगस्टन इलेक्ट्रोड या एनोड (+) की ओर और यूवी सिस्टम के विद्युत परिपथ में प्रवाहित होता है। नए लुप्त इलेक्ट्रॉनों वाले परमाणु धनात्मक रूप से सक्रिय धनायन (+) बन जाते हैं जो लैंप के ऋणात्मक रूप से आवेशित टंगस्टन इलेक्ट्रोड या कैथोड (-) की ओर प्रवाहित होते हैं। गति करते समय, धनायन गैस मिश्रण में उदासीन परमाणुओं से टकराते हैं। इस प्रभाव के कारण इलेक्ट्रॉन उदासीन परमाणुओं से धनायनों में स्थानांतरित हो जाते हैं। जैसे-जैसे धनायन इलेक्ट्रॉन प्राप्त करते हैं, वे कम ऊर्जा की अवस्था में चले जाते हैं। ऊर्जा का यह अंतर क्वार्ट्ज़ ट्यूब से बाहर की ओर विकीर्ण होने वाले फोटॉनों के रूप में उत्सर्जित होता है। बशर्ते लैंप को उचित रूप से बिजली दी जाए, सही ढंग से ठंडा किया जाए और उसके उपयोगी जीवन काल के भीतर संचालित किया जाए, तो नव निर्मित धनायनों (+) की निरंतर आपूर्ति ऋणात्मक इलेक्ट्रोड या कैथोड (-) की ओर आकर्षित होती है, जिससे अधिक परमाणुओं पर प्रभाव पड़ता है और पराबैंगनी प्रकाश का निरंतर उत्सर्जन होता है। माइक्रोवेव लैंप भी इसी तरह काम करते हैं, सिवाय इसके कि माइक्रोवेव, जिन्हें रेडियो आवृत्ति (RF) भी कहा जाता है, विद्युत परिपथ का स्थान लेते हैं। चूँकि माइक्रोवेव लैंप में टंगस्टन इलेक्ट्रोड नहीं होते हैं और ये केवल पारा और अक्रिय गैस युक्त एक सीलबंद क्वार्ट्ज ट्यूब होते हैं, इसलिए इन्हें आमतौर पर इलेक्ट्रोड रहित कहा जाता है।

ब्रॉडबैंड या ब्रॉड-स्पेक्ट्रम मर्करी वेपर लैंप का यूवी आउटपुट लगभग समान अनुपात में पराबैंगनी, दृश्यमान और अवरक्त तरंगदैर्ध्यों में फैला होता है। पराबैंगनी भाग में यूवीसी (200 से 280 एनएम), यूवीबी (280 से 315 एनएम), यूवीए (315 से 400 एनएम), और यूवीवी (400 से 450 एनएम) तरंगदैर्ध्यों का मिश्रण शामिल होता है। 240 एनएम से कम तरंगदैर्ध्य में यूवीसी उत्सर्जित करने वाले लैंप ओज़ोन उत्पन्न करते हैं और उन्हें निकास या निस्पंदन की आवश्यकता होती है।

पारा वाष्प लैंप के वर्णक्रमीय आउटपुट को थोड़ी मात्रा में अपमिश्रक, जैसे: लोहा (Fe), गैलियम (Ga), सीसा (Pb), टिन (Sn), बिस्मथ (Bi), या इंडियम (In) मिलाकर बदला जा सकता है। मिलाई गई धातुएँ प्लाज्मा की संरचना और फलस्वरूप, धनायनों द्वारा इलेक्ट्रॉन ग्रहण करने पर मुक्त होने वाली ऊर्जा को बदल देती हैं। मिलाई गई धातुओं वाले लैंप को अपमिश्रित, योगात्मक और धातु हैलाइड कहा जाता है। अधिकांश UV-सूत्रित स्याही, लेप, आसंजक और एक्सट्रूज़न मानक पारा- (Hg) या लौह- (Fe) अपमिश्रित लैंप के आउटपुट से मेल खाने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। लौह-अपमिश्रित लैंप UV आउटपुट के एक हिस्से को लंबी, निकट-दृश्य तरंगदैर्ध्य की ओर स्थानांतरित कर देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप गाढ़े, अत्यधिक वर्णकयुक्त फॉर्मूलेशन में बेहतर प्रवेश होता है। टाइटेनियम डाइऑक्साइड युक्त UV फॉर्मूलेशन गैलियम (GA)-अपमिश्रित लैंप के साथ बेहतर रूप से ठोस होते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि गैलियम लैंप UV आउटपुट के एक महत्वपूर्ण हिस्से को 380 nm से अधिक लंबी तरंगदैर्ध्य की ओर स्थानांतरित कर देते हैं। चूंकि टाइटेनियम डाइऑक्साइड योजक सामान्यतः 380 एनएम से ऊपर प्रकाश को अवशोषित नहीं करते हैं, इसलिए सफेद फॉर्मूलेशन के साथ गैलियम लैंप का उपयोग करने से योजकों के विपरीत फोटोइनिशिएटर्स द्वारा अधिक यूवी ऊर्जा अवशोषित की जा सकती है।

स्पेक्ट्रल प्रोफाइल, फॉर्मूलेटर्स और अंतिम उपयोगकर्ताओं को एक विशिष्ट लैंप डिज़ाइन के लिए विकिरणित आउटपुट के विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम में वितरण का एक दृश्य प्रतिनिधित्व प्रदान करते हैं। वाष्पीकृत पारे और योगात्मक धातुओं की विकिरण विशेषताएँ तो निर्धारित होती हैं, लेकिन क्वार्ट्ज ट्यूब के अंदर तत्वों और अक्रिय गैसों का सटीक मिश्रण, साथ ही लैंप का निर्माण और उपचार प्रणाली का डिज़ाइन, सभी यूवी आउटपुट को प्रभावित करते हैं। खुली हवा में किसी लैंप आपूर्तिकर्ता द्वारा संचालित और मापे गए एक गैर-एकीकृत लैंप का स्पेक्ट्रल आउटपुट, उचित रूप से डिज़ाइन किए गए परावर्तक और शीतलन वाले लैंप हेड के भीतर लगे लैंप से भिन्न होगा। स्पेक्ट्रल प्रोफाइल यूवी सिस्टम आपूर्तिकर्ताओं से आसानी से उपलब्ध हैं, और फॉर्मूलेशन विकास और लैंप चयन में उपयोगी हैं।

एक सामान्य वर्णक्रमीय प्रोफ़ाइल, वर्णक्रमीय विकिरण को y-अक्ष पर और तरंगदैर्घ्य को x-अक्ष पर दर्शाती है। वर्णक्रमीय विकिरण को कई तरीकों से प्रदर्शित किया जा सकता है, जिसमें निरपेक्ष मान (जैसे W/cm2/nm) या मनमाना, सापेक्ष, या मानकीकृत (इकाई-रहित) माप शामिल हैं। प्रोफ़ाइल आमतौर पर जानकारी को एक रेखा चार्ट या एक बार चार्ट के रूप में प्रदर्शित करती है जो आउटपुट को 10 nm बैंड में समूहित करता है। निम्नलिखित पारा चाप लैंप वर्णक्रमीय आउटपुट ग्राफ़ GEW के सिस्टम के लिए तरंगदैर्घ्य के सापेक्ष सापेक्ष विकिरण दर्शाता है (चित्र 1)।

चित्र 1 »पारा और लोहे के लिए वर्णक्रमीय आउटपुट चार्ट।
यूरोप और एशिया में यूवी-उत्सर्जक क्वार्ट्ज़ ट्यूब के लिए लैंप शब्द का इस्तेमाल किया जाता है, जबकि उत्तरी और दक्षिणी अमेरिका में बल्ब और लैंप के परस्पर विनिमय योग्य मिश्रण का इस्तेमाल होता है। लैंप और लैंप हेड, दोनों ही उस पूरी असेंबली को कहते हैं जिसमें क्वार्ट्ज़ ट्यूब और अन्य सभी यांत्रिक और विद्युतीय घटक होते हैं।

इलेक्ट्रोड आर्क लैंप

इलेक्ट्रोड आर्क लैंप सिस्टम में एक लैंप हेड, एक कूलिंग फैन या चिलर, एक पावर सप्लाई और एक मानव-मशीन इंटरफ़ेस (HMI) शामिल होता है। लैंप हेड में एक लैंप (बल्ब), एक रिफ्लेक्टर, एक धातु आवरण या हाउसिंग, एक शटर असेंबली और कभी-कभी एक क्वार्ट्ज विंडो या वायर गार्ड शामिल होता है। GEW अपने क्वार्ट्ज ट्यूब, रिफ्लेक्टर और शटर मैकेनिज्म को कैसेट असेंबली के अंदर लगाता है जिसे बाहरी लैंप हेड आवरण या हाउसिंग से आसानी से हटाया जा सकता है। GEW कैसेट को आमतौर पर एक एलन रिंच का उपयोग करके कुछ ही सेकंड में हटाया जा सकता है। चूँकि UV आउटपुट, लैंप हेड का समग्र आकार और आकृति, सिस्टम विशेषताएँ, और सहायक उपकरणों की ज़रूरतें अनुप्रयोग और बाज़ार के अनुसार अलग-अलग होती हैं, इसलिए इलेक्ट्रोड आर्क लैंप सिस्टम आमतौर पर किसी विशेष श्रेणी के अनुप्रयोगों या समान मशीन प्रकारों के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं।

पारा वाष्प लैंप क्वार्ट्ज़ ट्यूब से 360° प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। आर्क लैंप प्रणालियाँ लैंप के किनारों और पीछे स्थित परावर्तकों का उपयोग करती हैं ताकि अधिक प्रकाश को लैंप हेड के सामने एक निश्चित दूरी पर ग्रहण और केंद्रित किया जा सके। इस दूरी को फोकस कहते हैं और यहीं पर विकिरण सबसे अधिक होता है। आर्क लैंप आमतौर पर फोकस पर 5 से 12 W/cm2 की सीमा में प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। चूँकि लैंप हेड से निकलने वाली लगभग 70% UV किरणें परावर्तक से आती हैं, इसलिए परावर्तकों को साफ रखना और समय-समय पर उन्हें बदलना ज़रूरी है। परावर्तकों की सफाई न करना या उन्हें न बदलना अपर्याप्त उपचार का एक सामान्य कारण है।

30 से ज़्यादा वर्षों से, GEW अपनी क्योरिंग प्रणालियों की दक्षता में सुधार कर रहा है, विशिष्ट अनुप्रयोगों और बाज़ारों की ज़रूरतों के अनुसार सुविधाओं और आउटपुट को अनुकूलित कर रहा है, और एकीकरण सहायक उपकरणों का एक बड़ा पोर्टफोलियो विकसित कर रहा है। परिणामस्वरूप, GEW की आज की व्यावसायिक पेशकशों में कॉम्पैक्ट हाउसिंग डिज़ाइन, बेहतर यूवी परावर्तन और कम इन्फ्रारेड के लिए अनुकूलित रिफ्लेक्टर, शांत इंटीग्रल शटर मैकेनिज़्म, वेब स्कर्ट और स्लॉट, क्लैम-शेल वेब फीडिंग, नाइट्रोजन इनर्शन, सकारात्मक रूप से दबाव वाले हेड, टच-स्क्रीन ऑपरेटर इंटरफ़ेस, सॉलिड-स्टेट पावर सप्लाई, बेहतर परिचालन क्षमताएँ, यूवी आउटपुट मॉनिटरिंग और रिमोट सिस्टम मॉनिटरिंग शामिल हैं।

मध्यम-दाब इलेक्ट्रोड लैंप चालू होने पर, क्वार्ट्ज़ सतह का तापमान 600°C और 800°C के बीच होता है, और आंतरिक प्लाज़्मा का तापमान कई हज़ार डिग्री सेल्सियस होता है। लैंप के सही संचालन तापमान को बनाए रखने और विकिरणित अवरक्त ऊर्जा को कुछ हद तक हटाने का प्राथमिक साधन, फ़ोर्स्ड एयर है। GEW इस वायु की ऋणात्मक आपूर्ति करता है; इसका अर्थ है कि आवरण के माध्यम से, परावर्तक और लैंप के साथ, हवा खींची जाती है, और असेंबली से बाहर निकालकर मशीन या क्योर सतह से दूर कर दी जाती है। कुछ GEW प्रणालियाँ, जैसे E4C, लिक्विड कूलिंग का उपयोग करती हैं, जिससे थोड़ा अधिक UV आउटपुट प्राप्त होता है और लैंप हेड का कुल आकार कम हो जाता है।

इलेक्ट्रोड आर्क लैंप में वार्म-अप और कूल-डाउन चक्र होते हैं। लैंप को न्यूनतम शीतलन के साथ प्रज्वलित किया जाता है। इससे पारा प्लाज़्मा वांछित प्रचालन तापमान तक पहुँच जाता है, मुक्त इलेक्ट्रॉन और धनायन उत्पन्न करता है, और धारा प्रवाह को सक्षम बनाता है। जब लैंप हेड बंद कर दिया जाता है, तो क्वार्ट्ज ट्यूब को समान रूप से ठंडा करने के लिए शीतलन कुछ मिनटों तक चलता रहता है। एक लैंप जो बहुत अधिक गर्म हो जाता है, उसे दोबारा प्रज्वलित नहीं किया जाएगा और उसे ठंडा होना जारी रखना होगा। प्रज्वलन और कूल-डाउन चक्र की अवधि, साथ ही प्रत्येक वोल्टेज प्रज्वलन के दौरान इलेक्ट्रोड का क्षरण, यही कारण है कि वायवीय शटर तंत्र हमेशा GEW इलेक्ट्रोड आर्क लैंप संयोजनों में एकीकृत होते हैं। चित्र 2 वायु-शीतित (E2C) और द्रव-शीतित (E4C) इलेक्ट्रोड आर्क लैंप दर्शाता है।

चित्र 2 »द्रव-शीतित (E4C) और वायु-शीतित (E2C) इलेक्ट्रोड आर्क लैंप।

यूवी एलईडी लैंप

अर्धचालक ठोस, क्रिस्टलीय पदार्थ होते हैं जो कुछ हद तक सुचालक होते हैं। अर्धचालक में विद्युत प्रवाह कुचालक की तुलना में बेहतर होता है, लेकिन धात्विक चालक की तुलना में उतना अच्छा नहीं होता। प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले लेकिन अपेक्षाकृत कम कुशल अर्धचालकों में सिलिकॉन, जर्मेनियम और सेलेनियम जैसे तत्व शामिल हैं। उत्पादन और दक्षता के लिए डिज़ाइन किए गए कृत्रिम रूप से निर्मित अर्धचालक यौगिक पदार्थ होते हैं जिनमें क्रिस्टल संरचना में अशुद्धियाँ सटीक रूप से समाहित होती हैं। यूवी एलईडी के मामले में, एल्युमिनियम गैलियम नाइट्राइड (AlGaN) एक सामान्यतः प्रयुक्त पदार्थ है।

अर्धचालक आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स के मूल तत्व हैं और इन्हें ट्रांजिस्टर, डायोड, प्रकाश उत्सर्जक डायोड और माइक्रो-प्रोसेसर बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। अर्धचालक उपकरणों को विद्युत परिपथों में एकीकृत किया जाता है और मोबाइल फ़ोन, लैपटॉप, टैबलेट, उपकरण, हवाई जहाज़, कार, रिमोट कंट्रोलर और यहाँ तक कि बच्चों के खिलौनों जैसे उत्पादों में भी लगाया जाता है। ये छोटे लेकिन शक्तिशाली घटक रोज़मर्रा के उत्पादों को सुचारू रूप से चलाने में मदद करते हैं और साथ ही उन्हें कॉम्पैक्ट, पतला, हल्का और अधिक किफ़ायती भी बनाते हैं।

एलईडी के विशेष मामले में, सटीक रूप से डिज़ाइन और निर्मित अर्धचालक पदार्थ, डीसी पावर स्रोत से जुड़ने पर प्रकाश की अपेक्षाकृत संकीर्ण तरंगदैर्ध्य बैंड उत्सर्जित करते हैं। प्रकाश केवल तभी उत्पन्न होता है जब प्रत्येक एलईडी के धनात्मक एनोड (+) से ऋणात्मक कैथोड (-) की ओर धारा प्रवाहित होती है। चूँकि एलईडी आउटपुट को शीघ्रता से और आसानी से नियंत्रित किया जा सकता है और यह अर्ध-एकवर्णी होता है, इसलिए एलईडी निम्नलिखित के लिए आदर्श रूप से उपयुक्त हैं: संकेतक लाइट; अवरक्त संचार संकेत; टीवी, लैपटॉप, टैबलेट और स्मार्टफोन के लिए बैकलाइटिंग; इलेक्ट्रॉनिक संकेत, बिलबोर्ड और जंबोट्रॉन; और यूवी क्योरिंग।

एक एलईडी एक धनात्मक-ऋणात्मक संधि (पीएन संधि) होती है। इसका अर्थ है कि एलईडी के एक भाग पर धनात्मक आवेश होता है और उसे एनोड (+) कहा जाता है, और दूसरे भाग पर ऋणात्मक आवेश होता है और उसे कैथोड (-) कहा जाता है। यद्यपि दोनों पक्ष अपेक्षाकृत चालक होते हैं, लेकिन संधि सीमा जहाँ दोनों पक्ष मिलते हैं, जिसे अवक्षय क्षेत्र कहा जाता है, चालक नहीं होती। जब किसी दिष्ट धारा (डीसी) शक्ति स्रोत का धनात्मक (+) टर्मिनल एलईडी के एनोड (+) से और स्रोत का ऋणात्मक (-) टर्मिनल कैथोड (-) से जुड़ा होता है, तो कैथोड में ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन और एनोड में धनात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन रिक्तियाँ शक्ति स्रोत द्वारा प्रतिकर्षित होकर अवक्षय क्षेत्र की ओर धकेल दी जाती हैं। यह एक अग्र अभिनति है, और इसका प्रभाव अचालक सीमा को पार करने का होता है। परिणामस्वरूप, n-प्रकार क्षेत्र के मुक्त इलेक्ट्रॉन पार हो जाते हैं और p-प्रकार क्षेत्र में रिक्तियों को भर देते हैं। जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉन सीमा के पार प्रवाहित होते हैं, वे निम्न ऊर्जा की अवस्था में परिवर्तित हो जाते हैं। ऊर्जा में संबंधित गिरावट अर्धचालक से प्रकाश के फोटॉन के रूप में मुक्त होती है।

क्रिस्टलीय एलईडी संरचना बनाने वाले पदार्थ और अपमिश्रक वर्णक्रमीय निर्गम निर्धारित करते हैं। आज, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध एलईडी क्योरिंग स्रोतों में 365, 385, 395 और 405 नैनोमीटर पर केंद्रित पराबैंगनी निर्गम, ±5 नैनोमीटर की एक विशिष्ट सहनशीलता और एक गाऊसी वर्णक्रमीय वितरण होता है। वर्णक्रमीय विकिरण (W/cm2/nm) का शिखर जितना अधिक होगा, घंटी वक्र का शिखर उतना ही ऊँचा होगा। यद्यपि 275 और 285 नैनोमीटर के बीच UVC का विकास जारी है, फिर भी निर्गम, जीवनकाल, विश्वसनीयता और लागत अभी तक क्योरिंग प्रणालियों और अनुप्रयोगों के लिए व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य नहीं हैं।

चूँकि यूवी-एलईडी आउटपुट वर्तमान में लंबी यूवीए तरंगदैर्ध्य तक सीमित है, इसलिए यूवी-एलईडी क्योरिंग सिस्टम मध्यम-दाब वाले पारा वाष्प लैंप की ब्रॉडबैंड स्पेक्ट्रल आउटपुट विशेषता का उत्सर्जन नहीं करता है। इसका अर्थ है कि यूवी-एलईडी क्योरिंग सिस्टम यूवीसी, यूवीबी, अधिकांश दृश्यमान प्रकाश और ऊष्मा उत्पन्न करने वाली अवरक्त तरंगदैर्ध्य उत्सर्जित नहीं करते हैं। हालाँकि यह यूवी-एलईडी क्योरिंग सिस्टम को अधिक ऊष्मा-संवेदनशील अनुप्रयोगों में उपयोग करने में सक्षम बनाता है, मध्यम-दाब वाले पारा लैंप के लिए तैयार की गई मौजूदा स्याही, कोटिंग्स और आसंजकों को यूवी-एलईडी क्योरिंग सिस्टम के लिए पुनर्गठित किया जाना चाहिए। सौभाग्य से, रसायन आपूर्तिकर्ता तेजी से दोहरे इलाज वाले उत्पाद डिज़ाइन कर रहे हैं। इसका अर्थ है कि यूवी-एलईडी लैंप से क्योरिंग के लिए बनाया गया एक दोहरे इलाज वाला फॉर्मूलेशन, पारा वाष्प लैंप से भी क्योरिंग करेगा (चित्र 3)।

चित्र तीन "एलईडी के लिए स्पेक्ट्रल आउटपुट चार्ट.

GEW की UV-LED क्योरिंग प्रणालियाँ उत्सर्जक विंडो पर 30 W/cm2 तक उत्सर्जित करती हैं। इलेक्ट्रोड आर्क लैंपों के विपरीत, UV-LED क्योरिंग प्रणालियों में ऐसे परावर्तक शामिल नहीं होते जो प्रकाश किरणों को एक केंद्रित फोकस की ओर निर्देशित करते हैं। परिणामस्वरूप, UV-LED का शिखर विकिरण उत्सर्जक विंडो के निकट होता है। जैसे-जैसे लैंप हेड और क्योरिंग सतह के बीच की दूरी बढ़ती है, उत्सर्जित UV-LED किरणें एक-दूसरे से अलग होती जाती हैं। इससे क्योरिंग सतह तक पहुँचने वाले प्रकाश की सांद्रता और विकिरण का परिमाण कम हो जाता है। यद्यपि शिखर विकिरण क्रॉसलिंकिंग के लिए महत्वपूर्ण है, लेकिन लगातार बढ़ता विकिरण हमेशा लाभदायक नहीं होता है और यहाँ तक कि अधिक क्रॉसलिंकिंग घनत्व को भी बाधित कर सकता है। तरंगदैर्ध्य (nm), विकिरण (W/cm2) और ऊर्जा घनत्व (J/cm2), सभी क्योरिंग में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, और UV-LED स्रोत के चयन के दौरान क्योरिंग पर उनके सामूहिक प्रभाव को ठीक से समझा जाना चाहिए।

एलईडी लैम्बर्टियन स्रोत हैं। दूसरे शब्दों में, प्रत्येक यूवी एलईडी पूरे 360° x 180° गोलार्ध में एक समान अग्रगामी आउटपुट उत्सर्जित करती है। कई यूवी एलईडी, जिनमें से प्रत्येक एक मिलीमीटर वर्ग के क्रम की होती है, एक पंक्ति, पंक्तियों और स्तंभों के एक मैट्रिक्स, या किसी अन्य विन्यास में व्यवस्थित होती हैं। ये उप-संयोजन, जिन्हें मॉड्यूल या ऐरे कहा जाता है, एलईडी के बीच अंतराल के साथ डिज़ाइन किए गए हैं जो अंतरालों में सम्मिश्रण सुनिश्चित करते हैं और डायोड शीतलन को सुगम बनाते हैं। फिर कई मॉड्यूल या ऐरे को बड़ी संयोजनों में व्यवस्थित करके विभिन्न आकार के यूवी क्योरिंग सिस्टम बनाए जाते हैं (चित्र 4 और 5)। एक यूवी-एलईडी क्योरिंग सिस्टम बनाने के लिए आवश्यक अतिरिक्त घटकों में हीट सिंक, उत्सर्जक विंडो, इलेक्ट्रॉनिक ड्राइवर, डीसी पावर सप्लाई, एक लिक्विड कूलिंग सिस्टम या चिलर, और एक मानव मशीन इंटरफ़ेस (HMI) शामिल हैं।

चित्र 4 »वेब के लिए LeoLED प्रणाली.

चित्र 5 »उच्च गति बहु-दीपक स्थापना के लिए लियोएलईडी प्रणाली।

चूँकि यूवी-एलईडी क्योरिंग सिस्टम अवरक्त तरंगदैर्ध्य का विकिरण नहीं करते हैं, इसलिए वे स्वाभाविक रूप से पारा वाष्प लैंप की तुलना में क्योरिंग सतह पर कम तापीय ऊर्जा स्थानांतरित करते हैं, लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि यूवी एलईडी को शीत-क्योरिंग तकनीक माना जाना चाहिए। यूवी-एलईडी क्योरिंग सिस्टम बहुत उच्च शिखर विकिरण उत्सर्जित कर सकते हैं, और पराबैंगनी तरंगदैर्ध्य ऊर्जा का एक रूप है। जो भी आउटपुट रसायन द्वारा अवशोषित नहीं होता है, वह अंतर्निहित भाग या सब्सट्रेट के साथ-साथ आसपास के मशीन घटकों को भी गर्म कर देगा।

यूवी एलईडी भी विद्युत घटक हैं जिनमें कच्चे अर्धचालक डिज़ाइन और निर्माण के साथ-साथ विनिर्माण विधियों और घटकों के कारण अकुशलताएँ होती हैं जिनका उपयोग एलईडी को बड़ी उपचार इकाई में पैक करने के लिए किया जाता है। जबकि पारा वाष्प क्वार्ट्ज ट्यूब का तापमान संचालन के दौरान 600 और 800 °C के बीच रखा जाना चाहिए, एलईडी pn जंक्शन तापमान 120 °C से नीचे रहना चाहिए। यूवी-एलईडी सरणी को शक्ति प्रदान करने वाली बिजली का केवल 35-50% पराबैंगनी आउटपुट (अत्यधिक तरंगदैर्ध्य पर निर्भर) में परिवर्तित होता है। बाकी ऊष्मीय ऊष्मा में परिवर्तित हो जाता है जिसे वांछित जंक्शन तापमान बनाए रखने और निर्दिष्ट सिस्टम विकिरण, ऊर्जा घनत्व और एकरूपता, साथ ही साथ लंबा जीवन सुनिश्चित करने के लिए हटाया जाना चाहिए। एलईडी स्वाभाविक रूप से लंबे समय तक चलने वाले ठोस-अवस्था उपकरण हैं सभी UV-क्योरिंग प्रणालियां एक जैसी नहीं होती हैं, तथा अनुचित तरीके से डिजाइन और ठंडी की गई UV-LED क्योरिंग प्रणालियों के अत्यधिक गर्म होने और विनाशकारी रूप से विफल होने की संभावना अधिक होती है।

आर्क/एलईडी हाइब्रिड लैंप

किसी भी बाज़ार में जहाँ किसी नई तकनीक को मौजूदा तकनीक के प्रतिस्थापन के रूप में पेश किया जाता है, वहाँ उसे अपनाने को लेकर आशंकाएँ और प्रदर्शन पर संदेह दोनों हो सकते हैं। संभावित उपयोगकर्ता अक्सर तब तक अपनाने में देरी करते हैं जब तक कि एक सुस्थापित स्थापना आधार तैयार न हो जाए, केस स्टडी प्रकाशित न हो जाएँ, सकारात्मक प्रशंसापत्र बड़े पैमाने पर प्रसारित न होने लगें, और/या उन्हें उन व्यक्तियों और कंपनियों से प्रत्यक्ष अनुभव या संदर्भ प्राप्त न हो जाएँ जिन्हें वे जानते और भरोसा करते हैं। एक पूरे बाज़ार द्वारा पुरानी तकनीक को पूरी तरह से त्यागकर नई तकनीक को अपनाने से पहले अक्सर ठोस सबूतों की आवश्यकता होती है। सफलता की कहानियाँ अक्सर गुप्त रहती हैं, क्योंकि शुरुआती अपनाने वाले नहीं चाहते कि प्रतिस्पर्धी भी समान लाभ प्राप्त करें। परिणामस्वरूप, निराशा की वास्तविक और अतिरंजित, दोनों तरह की कहानियाँ कभी-कभी पूरे बाज़ार में गूंजती रहती हैं, जो नई तकनीक के वास्तविक गुणों को छुपाती हैं और अपनाने में और देरी करती हैं।

पूरे इतिहास में, और अनिच्छा से अपनाए जाने के प्रतिरोध के रूप में, हाइब्रिड डिज़ाइनों को अक्सर मौजूदा और नई तकनीक के बीच एक संक्रमणकालीन सेतु के रूप में अपनाया गया है। हाइब्रिड डिज़ाइन उपयोगकर्ताओं को आत्मविश्वास प्रदान करते हैं और वर्तमान क्षमताओं का त्याग किए बिना, नए उत्पादों या विधियों का उपयोग कैसे और कब किया जाना चाहिए, यह स्वयं निर्धारित करने में मदद करते हैं। यूवी क्योरिंग के मामले में, एक हाइब्रिड प्रणाली उपयोगकर्ताओं को पारा वाष्प लैंप और एलईडी तकनीक के बीच शीघ्रता और आसानी से अदला-बदली करने की अनुमति देती है। कई क्योरिंग स्टेशनों वाली लाइनों के लिए, हाइब्रिड सिस्टम प्रेस को 100% एलईडी, 100% पारा वाष्प, या किसी भी कार्य के लिए आवश्यक दोनों तकनीकों के मिश्रण को चलाने की अनुमति देते हैं।

GEW वेब कन्वर्टर्स के लिए आर्क/LED हाइब्रिड सिस्टम प्रदान करता है। यह समाधान GEW के सबसे बड़े बाज़ार, नैरो-वेब लेबल के लिए विकसित किया गया था, लेकिन हाइब्रिड डिज़ाइन का उपयोग अन्य वेब और गैर-वेब अनुप्रयोगों में भी किया जा सकता है (चित्र 6)। आर्क/LED में एक सामान्य लैंप हेड हाउसिंग शामिल है जो मर्करी वेपर या LED कैसेट को समायोजित कर सकता है। दोनों कैसेट एक सार्वभौमिक पावर और नियंत्रण प्रणाली से संचालित होते हैं। सिस्टम की बुद्धिमत्ता विभिन्न प्रकार के कैसेटों के बीच अंतर करने में सक्षम बनाती है और स्वचालित रूप से उपयुक्त पावर, कूलिंग और ऑपरेटर इंटरफ़ेस प्रदान करती है। GEW के मर्करी वेपर या LED कैसेट में से किसी एक को निकालना या लगाना आमतौर पर एक एलन रिंच का उपयोग करके कुछ ही सेकंड में पूरा हो जाता है।

चित्र 6 »वेब के लिए आर्क/एलईडी प्रणाली।

एक्साइमर लैंप

एक्साइमर लैंप एक प्रकार के गैस-डिस्चार्ज लैंप हैं जो अर्ध-एकवर्णी पराबैंगनी ऊर्जा उत्सर्जित करते हैं। हालाँकि एक्साइमर लैंप अनेक तरंगदैर्ध्यों में उपलब्ध हैं, सामान्य पराबैंगनी आउटपुट 172, 222, 308 और 351 नैनोमीटर पर केंद्रित होते हैं। 172-एनएम एक्साइमर लैंप निर्वात यूवी बैंड (100 से 200 नैनोमीटर) में आते हैं, जबकि 222 एनएम विशेष रूप से यूवीसी (200 से 280 नैनोमीटर) है। 308-एनएम एक्साइमर लैंप यूवीबी (280 से 315 नैनोमीटर) उत्सर्जित करते हैं, और 351 एनएम ठोस यूवीए (315 से 400 नैनोमीटर) है।

172-एनएम निर्वात यूवी तरंगदैर्ध्य यूवीसी की तुलना में छोटे होते हैं और उनमें अधिक ऊर्जा होती है; हालाँकि, वे पदार्थों में बहुत गहराई तक प्रवेश करने में कठिनाई महसूस करते हैं। वास्तव में, 172-एनएम तरंगदैर्ध्य यूवी-सूत्रित रसायन विज्ञान के शीर्ष 10 से 200 एनएम के भीतर पूरी तरह से अवशोषित हो जाते हैं। परिणामस्वरूप, 172-एनएम एक्साइमर लैंप केवल यूवी सूत्रीकरण की सबसे बाहरी सतह को ही क्रॉसलिंक करेंगे और उन्हें अन्य उपचार उपकरणों के साथ एकीकृत किया जाना चाहिए। चूँकि निर्वात यूवी तरंगदैर्ध्य हवा द्वारा भी अवशोषित होते हैं, इसलिए 172-एनएम एक्साइमर लैंप को नाइट्रोजन-निष्क्रिय वातावरण में संचालित किया जाना चाहिए।

अधिकांश एक्साइमर लैंप में एक क्वार्ट्ज़ ट्यूब होती है जो एक परावैद्युत अवरोधक के रूप में कार्य करती है। यह ट्यूब दुर्लभ गैसों से भरी होती है जो एक्साइमर या एक्सिप्लेक्स अणु बनाने में सक्षम होती हैं (चित्र 7)। विभिन्न गैसें विभिन्न अणु उत्पन्न करती हैं, और विभिन्न उत्तेजित अणु यह निर्धारित करते हैं कि लैंप द्वारा कौन सी तरंगदैर्ध्य उत्सर्जित होती है। क्वार्ट्ज़ ट्यूब की आंतरिक लंबाई के साथ एक उच्च-वोल्टेज इलेक्ट्रोड और बाहरी लंबाई के साथ भू-संपर्कित इलेक्ट्रोड होते हैं। लैंप में उच्च आवृत्तियों पर वोल्टेज स्पंदित होते हैं। इससे इलेक्ट्रॉन आंतरिक इलेक्ट्रोड के भीतर प्रवाहित होते हैं और गैस मिश्रण से होते हुए बाहरी भू-संपर्कित इलेक्ट्रोड की ओर डिस्चार्ज होते हैं। इस वैज्ञानिक परिघटना को परावैद्युत अवरोधक डिस्चार्ज (DBD) कहते हैं। जैसे ही इलेक्ट्रॉन गैस में से गुजरते हैं, वे परमाणुओं के साथ परस्पर क्रिया करते हैं और सक्रिय या आयनित प्रजातियाँ बनाते हैं जो एक्साइमर या एक्सिप्लेक्स अणु उत्पन्न करते हैं। एक्साइमर और एक्सिप्लेक्स अणुओं का जीवनकाल अविश्वसनीय रूप से छोटा होता है, और जैसे ही वे उत्तेजित अवस्था से भू-संपर्कित अवस्था में विघटित होते हैं, अर्ध-एकवर्णी वितरण वाले फोटॉन उत्सर्जित होते हैं।

चित्र 7 »एक्साइमर लैंप

पारा वाष्प लैंप के विपरीत, एक्साइमर लैंप की क्वार्ट्ज़ ट्यूब की सतह गर्म नहीं होती। परिणामस्वरूप, अधिकांश एक्साइमर लैंप बहुत कम या बिल्कुल भी शीतलन के साथ नहीं चलते। अन्य मामलों में, कम शीतलन की आवश्यकता होती है जो आमतौर पर नाइट्रोजन गैस द्वारा प्रदान की जाती है। लैंप की तापीय स्थिरता के कारण, एक्साइमर लैंप तुरंत 'चालू/बंद' हो जाते हैं और उन्हें किसी वार्म-अप या कूल-डाउन चक्र की आवश्यकता नहीं होती।

जब 172 नैनोमीटर विकिरण वाले एक्साइमर लैंप को अर्ध-एकवर्णी यूवीए-एलईडी-क्योरिंग सिस्टम और ब्रॉडबैंड मर्करी वेपर लैंप, दोनों के साथ एकीकृत किया जाता है, तो मैटिंग सतह प्रभाव उत्पन्न होते हैं। यूवीए एलईडी लैंप का उपयोग सबसे पहले रसायन विज्ञान को जेल करने के लिए किया जाता है। फिर अर्ध-एकवर्णी एक्साइमर लैंप का उपयोग सतह को बहुलकीकृत करने के लिए किया जाता है, और अंत में ब्रॉडबैंड मर्करी लैंप शेष रसायन विज्ञान को क्रॉसलिंक करते हैं। अलग-अलग चरणों में लागू की गई तीनों तकनीकों के अद्वितीय वर्णक्रमीय आउटपुट लाभकारी प्रकाशीय और कार्यात्मक सतह-क्योरिंग प्रभाव प्रदान करते हैं जो किसी भी एक यूवी स्रोत से अकेले प्राप्त नहीं किए जा सकते।

172 और 222 एनएम के एक्साइमर तरंगदैर्ध्य खतरनाक कार्बनिक पदार्थों और हानिकारक बैक्टीरिया को नष्ट करने में भी प्रभावी हैं, जो एक्साइमर लैंप को सतह की सफाई, कीटाणुशोधन और सतह ऊर्जा उपचार के लिए व्यावहारिक बनाता है।

लैंप लाइफ

लैंप या बल्ब की आयु के संदर्भ में, GEW के आर्क लैंप आमतौर पर 2,000 घंटे तक चलते हैं। लैंप की आयु निश्चित नहीं है, क्योंकि समय के साथ यूवी आउटपुट धीरे-धीरे कम होता जाता है और विभिन्न कारकों से प्रभावित होता है। लैंप का डिज़ाइन और गुणवत्ता, साथ ही यूवी सिस्टम की संचालन स्थिति और फॉर्मूलेशन की प्रतिक्रियाशीलता भी महत्वपूर्ण है। उचित रूप से डिज़ाइन किए गए यूवी सिस्टम यह सुनिश्चित करते हैं कि विशिष्ट लैंप (बल्ब) डिज़ाइन के लिए आवश्यक सही शक्ति और शीतलन प्रदान किया जाए।

GEW द्वारा आपूर्ति किए गए लैंप (बल्ब) हमेशा GEW उपचार प्रणालियों में उपयोग किए जाने पर सबसे लंबा जीवनकाल प्रदान करते हैं। द्वितीयक आपूर्ति स्रोतों ने आमतौर पर नमूने से लैंप को रिवर्स इंजीनियरिंग किया है, और प्रतियों में समान अंत फिटिंग, क्वार्ट्ज व्यास, पारा सामग्री, या गैस मिश्रण नहीं हो सकता है, जो सभी UV आउटपुट और ऊष्मा उत्पादन को प्रभावित कर सकते हैं। जब ऊष्मा उत्पादन को सिस्टम कूलिंग के साथ संतुलित नहीं किया जाता है, तो लैंप आउटपुट और जीवनकाल दोनों को प्रभावित करता है। जो लैंप ठंडे रहते हैं वे कम UV उत्सर्जित करते हैं। जो लैंप अधिक गर्म रहते हैं वे लंबे समय तक नहीं चलते हैं और उच्च सतही तापमान पर विकृत हो जाते हैं।

इलेक्ट्रोड आर्क लैंप का जीवनकाल लैंप के संचालन तापमान, चलने के घंटों की संख्या और स्टार्ट या स्ट्राइक की संख्या से सीमित होता है। हर बार जब लैंप स्टार्ट अप के दौरान उच्च-वोल्टेज आर्क से टकराता है, तो टंगस्टन इलेक्ट्रोड का एक हिस्सा घिस जाता है। अंततः, लैंप दोबारा नहीं टकराएगा। इलेक्ट्रोड आर्क लैंप में शटर तंत्र होता है, जो सक्रिय होने पर, लैंप पावर को बार-बार साइकल करने के विकल्प के रूप में यूवी आउटपुट को अवरुद्ध कर देता है। अधिक प्रतिक्रियाशील स्याही, कोटिंग और चिपकने वाले पदार्थ लैंप का जीवनकाल बढ़ा सकते हैं; जबकि, कम प्रतिक्रियाशील फॉर्मूलेशन के लिए लैंप को बार-बार बदलने की आवश्यकता हो सकती है।

यूवी-एलईडी प्रणालियाँ स्वाभाविक रूप से पारंपरिक लैंपों की तुलना में अधिक समय तक चलती हैं, लेकिन यूवी-एलईडी का जीवनकाल भी निश्चित नहीं है। पारंपरिक लैंपों की तरह, यूवी एलईडी की भी अपनी सीमाएँ होती हैं कि उन्हें कितनी तीव्रता से चलाया जा सकता है और आमतौर पर उन्हें 120 डिग्री सेल्सियस से कम के जंक्शन तापमान पर काम करना पड़ता है। एलईडी को ज़रूरत से ज़्यादा चलाने और कम तापमान पर ठंडा करने से उनका जीवनकाल कम हो जाएगा, जिसके परिणामस्वरूप उनका क्षरण तेज़ी से होगा या विनाशकारी विफलता होगी। वर्तमान में सभी यूवी-एलईडी सिस्टम आपूर्तिकर्ता ऐसे डिज़ाइन नहीं पेश करते हैं जो 20,000 घंटे से अधिक के उच्चतम स्थापित जीवनकाल को पूरा करते हों। बेहतर डिज़ाइन और रखरखाव वाले सिस्टम 20,000 घंटे से ज़्यादा चलेंगे, और घटिया सिस्टम बहुत कम समय में ही खराब हो जाएँगे। अच्छी खबर यह है कि एलईडी सिस्टम के डिज़ाइन में लगातार सुधार हो रहा है और हर डिज़ाइन पुनरावृत्ति के साथ वे लंबे समय तक चलते हैं।

ओजोन
जब छोटी UVC तरंगदैर्ध्य ऑक्सीजन अणुओं (O2) से टकराती हैं, तो ऑक्सीजन अणु (O2) दो ऑक्सीजन परमाणुओं (O) में विभाजित हो जाते हैं। मुक्त ऑक्सीजन परमाणु (O) फिर अन्य ऑक्सीजन अणुओं (O2) से टकराकर ओज़ोन (O3) बनाते हैं। चूँकि ट्राइऑक्सीजन (O3) जमीनी स्तर पर डाइऑक्सीजन (O2) की तुलना में कम स्थिर होता है, इसलिए ओज़ोन वायुमंडलीय वायु में प्रवाहित होते समय आसानी से एक ऑक्सीजन अणु (O2) और एक ऑक्सीजन परमाणु (O) में परिवर्तित हो जाता है। मुक्त ऑक्सीजन परमाणु (O) फिर निकास प्रणाली के भीतर एक दूसरे के साथ पुनर्संयोजित होकर ऑक्सीजन अणु (O2) बनाते हैं।

औद्योगिक यूवी-क्योरिंग अनुप्रयोगों में, जब वायुमंडलीय ऑक्सीजन 240 नैनोमीटर से कम की पराबैंगनी तरंगदैर्ध्य के साथ परस्पर क्रिया करती है, तो ओज़ोन (O3) उत्पन्न होता है। ब्रॉडबैंड पारा वाष्प-क्योरिंग स्रोत 200 और 280 नैनोमीटर के बीच UVC उत्सर्जित करते हैं, जो ओज़ोन उत्पादक क्षेत्र के एक हिस्से को ओवरलैप करता है, और एक्साइमर लैंप 172 नैनोमीटर पर निर्वात UV या 222 नैनोमीटर पर UVC उत्सर्जित करते हैं। पारा वाष्प और एक्साइमर क्योरिंग लैंप द्वारा उत्पन्न ओज़ोन अस्थिर है और पर्यावरणीय चिंता का विषय नहीं है, लेकिन यह आवश्यक है कि इसे श्रमिकों के आसपास के क्षेत्र से हटा दिया जाए क्योंकि यह श्वसन संबंधी परेशानी पैदा कर सकता है और उच्च स्तर पर विषाक्त हो सकता है। चूँकि वाणिज्यिक यूवी-एलईडी क्योरिंग प्रणालियाँ 365 और 405 नैनोमीटर के बीच UVA आउटपुट उत्सर्जित करती हैं, इसलिए ओज़ोन उत्पन्न नहीं होता है।

ओज़ोन की गंध धातु, जलते तार, क्लोरीन और बिजली की चिंगारी जैसी होती है। मानव घ्राण इंद्रियाँ 0.01 से 0.03 भाग प्रति मिलियन (पीपीएम) तक की ओज़ोन की मात्रा का पता लगा सकती हैं। हालाँकि यह व्यक्ति और गतिविधि के स्तर के अनुसार अलग-अलग होता है, 0.4 पीपीएम से अधिक सांद्रता से श्वसन संबंधी प्रतिकूल प्रभाव और सिरदर्द हो सकता है। कर्मचारियों के ओज़ोन के संपर्क को सीमित करने के लिए यूवी-क्योरिंग लाइनों पर उचित वेंटिलेशन की व्यवस्था होनी चाहिए।

यूवी-क्योरिंग सिस्टम आमतौर पर लैंप हेड से निकलने वाली निकास हवा को नियंत्रित करने के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं ताकि इसे ऑपरेटरों से दूर और इमारत के बाहर डक्ट किया जा सके, जहाँ यह ऑक्सीजन और सूर्य के प्रकाश की उपस्थिति में स्वाभाविक रूप से विघटित हो जाती है। वैकल्पिक रूप से, ओज़ोन-मुक्त लैंप में एक क्वार्ट्ज़ योजक होता है जो ओज़ोन उत्पन्न करने वाली तरंगदैर्ध्य को अवरुद्ध करता है, और जो सुविधाएँ डक्टिंग या छत में छेद करने से बचना चाहती हैं, वे अक्सर एग्ज़ॉस्ट पंखों के निकास पर फ़िल्टर लगाती हैं।