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

मर्करी वेपर, लाइट-एमिटिंग डायोड (एलईडी) और एक्साइमर अलग-अलग यूवी-क्योरिंग लैंप तकनीकें हैं। हालांकि इन तीनों का उपयोग विभिन्न फोटोपॉलीमराइजेशन प्रक्रियाओं में स्याही, कोटिंग, चिपकने वाले पदार्थ और एक्सट्रूज़न को आपस में जोड़ने के लिए किया जाता है, लेकिन विकिरणित यूवी ऊर्जा उत्पन्न करने वाले तंत्र और संबंधित स्पेक्ट्रल आउटपुट की विशेषताएं पूरी तरह से भिन्न हैं। इन अंतरों को समझना अनुप्रयोग और फॉर्मूलेशन विकास, यूवी-क्योरिंग स्रोत के चयन और एकीकरण में महत्वपूर्ण है।

पारा वाष्प लैंप

इलेक्ट्रोड आर्क लैंप और इलेक्ट्रोड रहित माइक्रोवेव लैंप दोनों ही मरकरी वेपर लैंप की श्रेणी में आते हैं। मरकरी वेपर लैंप मध्यम दबाव वाले गैस-डिस्चार्ज लैंप होते हैं, जिनमें सीलबंद क्वार्ट्ज ट्यूब के अंदर थोड़ी मात्रा में शुद्ध पारा और अक्रिय गैस को वाष्पीकृत करके प्लाज्मा बनाया जाता है। प्लाज्मा एक अत्यंत उच्च तापमान वाली आयनित गैस है जो विद्युत का संचालन करने में सक्षम होती है। इसे आर्क लैंप में दो इलेक्ट्रोड के बीच विद्युत वोल्टेज लगाकर या घरेलू माइक्रोवेव ओवन के समान किसी आवरण या गुहा में इलेक्ट्रोड रहित लैंप को माइक्रोवेव करके उत्पन्न किया जाता है। वाष्पीकृत होने के बाद, मरकरी प्लाज्मा पराबैंगनी, दृश्य और अवरक्त तरंग दैर्ध्य में व्यापक स्पेक्ट्रम प्रकाश उत्सर्जित करता है।

इलेक्ट्रिक आर्क लैंप के मामले में, लगाया गया वोल्टेज सीलबंद क्वार्ट्ज ट्यूब को ऊर्जा प्रदान करता है। यह ऊर्जा पारे को प्लाज्मा में वाष्पीकृत करती है और वाष्पीकृत परमाणुओं से इलेक्ट्रॉन मुक्त करती है। इलेक्ट्रॉनों का एक हिस्सा (-) लैंप के धनात्मक टंगस्टन इलेक्ट्रोड या एनोड (+) की ओर और यूवी सिस्टम के विद्युत परिपथ में प्रवाहित होता है। नए इलेक्ट्रॉन खो चुके परमाणु धनात्मक रूप से ऊर्जावान धनायन (+) बन जाते हैं जो लैंप के ऋणात्मक रूप से आवेशित टंगस्टन इलेक्ट्रोड या कैथोड (-) की ओर प्रवाहित होते हैं। जैसे-जैसे वे आगे बढ़ते हैं, धनायन गैस मिश्रण में उदासीन परमाणुओं से टकराते हैं। इस टक्कर से उदासीन परमाणुओं से धनायनों में इलेक्ट्रॉन स्थानांतरित होते हैं। जैसे-जैसे धनायन इलेक्ट्रॉन प्राप्त करते हैं, वे कम ऊर्जा की अवस्था में आ जाते हैं। ऊर्जा का अंतर फोटॉनों के रूप में उत्सर्जित होता है जो क्वार्ट्ज ट्यूब से बाहर की ओर विकीर्ण होते हैं। यदि लैंप को उपयुक्त रूप से बिजली दी जाती है, सही ढंग से ठंडा किया जाता है और उसके उपयोगी जीवनकाल के भीतर संचालित किया जाता है, तो नए निर्मित धनायनों (+) की निरंतर आपूर्ति ऋणात्मक इलेक्ट्रोड या कैथोड (-) की ओर आकर्षित होती है, अधिक परमाणुओं से टकराती है और यूवी प्रकाश का निरंतर उत्सर्जन करती है। माइक्रोवेव लैंप भी लगभग इसी तरह काम करते हैं, बस फर्क इतना है कि इनमें विद्युत परिपथ की जगह माइक्रोवेव (जिसे रेडियो फ्रीक्वेंसी (RF) भी कहा जाता है) का इस्तेमाल होता है। चूंकि माइक्रोवेव लैंप में टंगस्टन इलेक्ट्रोड नहीं होते और ये केवल पारे और अक्रिय गैस से भरी एक सीलबंद क्वार्ट्ज ट्यूब होती हैं, इसलिए इन्हें आमतौर पर इलेक्ट्रोड रहित लैंप कहा जाता है।

ब्रॉडबैंड या ब्रॉड-स्पेक्ट्रम मरकरी वेपर लैंप से निकलने वाली यूवी किरणें लगभग बराबर अनुपात में पराबैंगनी, दृश्य और अवरक्त तरंगदैर्ध्यों को कवर करती हैं। 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 है। 240 एनएम से कम तरंगदैर्ध्य में यूवीसी उत्सर्जित करने वाले लैंप ओजोन उत्पन्न करते हैं और उन्हें निकास या निस्पंदन की आवश्यकता होती है।

मरकरी वाष्प लैंप के स्पेक्ट्रल आउटपुट को आयरन (Fe), गैलियम (Ga), लेड (Pb), टिन (Sn), बिस्मथ (Bi) या इंडियम (In) जैसे डोपेंट की थोड़ी मात्रा मिलाकर बदला जा सकता है। मिलाई गई धातुएँ प्लाज्मा की संरचना को बदल देती हैं और परिणामस्वरूप, धनायनों द्वारा इलेक्ट्रॉन ग्रहण करने पर निकलने वाली ऊर्जा भी बदल जाती है। धातुएँ मिलाई गई लैंप को डोप्ड, एडिटिव और मेटल हैलाइड कहा जाता है। अधिकांश UV-युक्त स्याही, कोटिंग, चिपकने वाले पदार्थ और एक्सट्रूज़न मानक मरकरी (Hg) या आयरन (Fe) डोप्ड लैंप के आउटपुट से मेल खाने के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं। आयरन-डोप्ड लैंप UV आउटपुट के एक हिस्से को लंबी, लगभग दृश्य तरंग दैर्ध्य की ओर स्थानांतरित करते हैं, जिससे गाढ़े, अधिक रंगीन फॉर्मूलेशन में बेहतर पैठ होती है। टाइटेनियम डाइऑक्साइड युक्त UV फॉर्मूलेशन गैलियम (GA) डोप्ड लैंप के साथ बेहतर ढंग से सूखते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि गैलियम लैंप UV आउटपुट के एक महत्वपूर्ण हिस्से को 380 nm से लंबी तरंग दैर्ध्य की ओर स्थानांतरित करते हैं। चूंकि टाइटेनियम डाइऑक्साइड योजक आमतौर पर 380 एनएम से ऊपर के प्रकाश को अवशोषित नहीं करते हैं, इसलिए सफेद रंग के फॉर्मूलेशन के साथ गैलियम लैंप का उपयोग करने से योजकों की तुलना में फोटोइनिशिएटर्स द्वारा अधिक यूवी ऊर्जा अवशोषित की जा सकती है।

स्पेक्ट्रल प्रोफाइल फॉर्मूलेटर और अंतिम उपयोगकर्ताओं को यह दृश्य रूप प्रदान करते हैं कि किसी विशिष्ट लैंप डिज़ाइन के लिए विकिरण आउटपुट विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम में कैसे वितरित होता है। जबकि वाष्पीकृत पारा और योजक धातुओं के विकिरण गुण परिभाषित होते हैं, क्वार्ट्ज ट्यूब के अंदर तत्वों और अक्रिय गैसों का सटीक मिश्रण, लैंप की संरचना और उपचार प्रणाली का डिज़ाइन, ये सभी यूवी आउटपुट को प्रभावित करते हैं। खुले वातावरण में लैंप आपूर्तिकर्ता द्वारा संचालित और मापा गया एक गैर-एकीकृत लैंप का स्पेक्ट्रल आउटपुट, उचित रूप से डिज़ाइन किए गए परावर्तक और शीतलन के साथ लैंप हेड में लगे लैंप के स्पेक्ट्रल आउटपुट से भिन्न होगा। स्पेक्ट्रल प्रोफाइल यूवी सिस्टम आपूर्तिकर्ताओं से आसानी से उपलब्ध हैं और फॉर्मूलेशन विकास और लैंप चयन में उपयोगी हैं।

एक सामान्य स्पेक्ट्रल प्रोफाइल में y-अक्ष पर स्पेक्ट्रल विकिरण और x-अक्ष पर तरंगदैर्घ्य दर्शाया जाता है। स्पेक्ट्रल विकिरण को कई तरीकों से प्रदर्शित किया जा सकता है, जिनमें निरपेक्ष मान (जैसे W/cm²/nm) या मनमाना, सापेक्ष या मानकीकृत (इकाई रहित) माप शामिल हैं। प्रोफाइल आमतौर पर जानकारी को लाइन चार्ट या बार चार्ट के रूप में प्रदर्शित करते हैं, जो आउटपुट को 10 nm बैंड में समूहित करता है। निम्नलिखित मरकरी आर्क लैंप स्पेक्ट्रल आउटपुट ग्राफ GEW सिस्टम के लिए तरंगदैर्घ्य के सापेक्ष विकिरण दर्शाता है (चित्र 1)।

चित्र 1 »पारे और लोहे के लिए स्पेक्ट्रल आउटपुट चार्ट।
यूरोप और एशिया में पराबैंगनी किरणें उत्सर्जित करने वाली क्वार्ट्ज ट्यूब को लैंप कहा जाता है, जबकि उत्तरी और दक्षिणी अमेरिकी आमतौर पर बल्ब और लैंप के मिले-जुले शब्दों का इस्तेमाल करते हैं। लैंप और लैंप हेड दोनों ही उस संपूर्ण संरचना को संदर्भित करते हैं जिसमें क्वार्ट्ज ट्यूब और अन्य सभी यांत्रिक और विद्युत घटक शामिल होते हैं।

इलेक्ट्रोड आर्क लैंप

इलेक्ट्रोड आर्क लैंप सिस्टम में एक लैंप हेड, एक कूलिंग फैन या चिलर, एक पावर सप्लाई और एक ह्यूमन-मशीन इंटरफेस (HMI) शामिल होते हैं। लैंप हेड में एक लैंप (बल्ब), एक रिफ्लेक्टर, एक मेटल केसिंग या हाउसिंग, एक शटर असेंबली और कभी-कभी एक क्वार्ट्ज विंडो या वायर गार्ड होता है। GEW अपने क्वार्ट्ज ट्यूब, रिफ्लेक्टर और शटर मैकेनिज्म को कैसेट असेंबली के अंदर माउंट करता है, जिसे लैंप हेड की बाहरी केसिंग या हाउसिंग से आसानी से हटाया जा सकता है। GEW कैसेट को आमतौर पर एक सिंगल एलन रिंच की मदद से कुछ ही सेकंड में हटाया जा सकता है। चूंकि UV आउटपुट, लैंप हेड का समग्र आकार और आकृति, सिस्टम की विशेषताएं और सहायक उपकरणों की आवश्यकताएं उपयोग और बाजार के अनुसार अलग-अलग होती हैं, इसलिए इलेक्ट्रोड आर्क लैंप सिस्टम आमतौर पर अनुप्रयोगों की एक विशेष श्रेणी या समान मशीन प्रकारों के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं।

मरकरी वेपर लैंप क्वार्ट्ज ट्यूब से 360° प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। आर्क लैंप सिस्टम में लैंप के किनारों और पीछे की ओर रिफ्लेक्टर लगे होते हैं जो प्रकाश के एक निश्चित हिस्से को लैंप हेड के सामने एक निश्चित दूरी पर केंद्रित करते हैं। इस दूरी को फोकस कहा जाता है और यहीं पर विकिरण तीव्रता सबसे अधिक होती है। आर्क लैंप आमतौर पर फोकस पर 5 से 12 W/cm² की रेंज में प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। चूंकि लैंप हेड से निकलने वाली UV किरणों का लगभग 70% हिस्सा रिफ्लेक्टर से आता है, इसलिए रिफ्लेक्टर को साफ रखना और समय-समय पर बदलना महत्वपूर्ण है। रिफ्लेक्टर को साफ न करना या न बदलना अपर्याप्त उपचार का एक आम कारण है।

30 वर्षों से अधिक समय से, GEW अपने क्योरिंग सिस्टम की दक्षता में सुधार कर रहा है, विशिष्ट अनुप्रयोगों और बाजारों की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए सुविधाओं और आउटपुट को अनुकूलित कर रहा है, और एकीकरण सहायक उपकरणों का एक विशाल पोर्टफोलियो विकसित कर रहा है। परिणामस्वरूप, आज GEW के व्यावसायिक उत्पादों में कॉम्पैक्ट हाउसिंग डिज़ाइन, बेहतर UV परावर्तन और कम अवरक्त विकिरण के लिए अनुकूलित परावर्तक, शांत इंटीग्रल शटर तंत्र, वेब स्कर्ट और स्लॉट, क्लैम-शेल वेब फीडिंग, नाइट्रोजन इनर्शन, धनात्मक दाब वाले हेड, टच-स्क्रीन ऑपरेटर इंटरफ़ेस, सॉलिड-स्टेट पावर सप्लाई, बेहतर परिचालन दक्षता, UV आउटपुट मॉनिटरिंग और रिमोट सिस्टम मॉनिटरिंग जैसी सुविधाएं शामिल हैं।

मध्यम-दबाव वाले इलेक्ट्रोड लैंप (GEW) के चलने पर, क्वार्ट्ज़ की सतह का तापमान 600°C से 800°C के बीच होता है, और आंतरिक प्लाज़्मा का तापमान कई हज़ार डिग्री सेल्सियस तक पहुँच जाता है। लैंप के सही परिचालन तापमान को बनाए रखने और उत्सर्जित अवरक्त ऊर्जा के कुछ हिस्से को हटाने का मुख्य साधन जबरन हवा का प्रवाह है। GEW इस हवा की आपूर्ति नकारात्मक रूप से करता है; इसका अर्थ है कि हवा को आवरण के माध्यम से, परावर्तक और लैंप के साथ खींचा जाता है, और असेंबली से बाहर निकालकर मशीन या उपचार सतह से दूर कर दिया जाता है। E4C जैसे कुछ GEW सिस्टम तरल शीतलन का उपयोग करते हैं, जिससे UV आउटपुट थोड़ा बढ़ जाता है और लैंप हेड का आकार कम हो जाता है।

इलेक्ट्रोड आर्क लैंप में वार्म-अप और कूल-डाउन चक्र होते हैं। लैंप को न्यूनतम शीतलन के साथ चालू किया जाता है। इससे पारा प्लाज्मा वांछित परिचालन तापमान तक पहुँच जाता है, मुक्त इलेक्ट्रॉन और धनायन उत्पन्न होते हैं और धारा प्रवाह संभव हो पाता है। लैंप हेड बंद होने पर भी, क्वार्ट्ज ट्यूब को समान रूप से ठंडा करने के लिए शीतलन प्रक्रिया कुछ मिनटों तक चलती रहती है। बहुत अधिक गर्म लैंप दोबारा चालू नहीं हो पाता और उसे ठंडा होने की आवश्यकता होती है। स्टार्ट-अप और कूल-डाउन चक्र की अवधि, साथ ही प्रत्येक वोल्टेज स्ट्राइक के दौरान इलेक्ट्रोड के क्षरण के कारण ही GEW इलेक्ट्रोड आर्क लैंप असेंबली में हमेशा वायवीय शटर तंत्र एकीकृत किए जाते हैं। चित्र 2 में वायु-शीतित (E2C) और तरल-शीतित (E4C) इलेक्ट्रोड आर्क लैंप दिखाए गए हैं।

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

यूवी एलईडी लैंप

अर्धचालक ठोस, क्रिस्टलीय पदार्थ होते हैं जो कुछ हद तक चालक होते हैं। विद्युत का प्रवाह एक अर्धचालक में कुचालक की तुलना में बेहतर होता है, लेकिन धात्विक चालक जितना अच्छा नहीं। प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले, लेकिन अपेक्षाकृत कम कुशल अर्धचालकों में सिलिकॉन, जर्मेनियम और सेलेनियम तत्व शामिल हैं। उत्पादन और दक्षता के लिए कृत्रिम रूप से निर्मित अर्धचालक ऐसे यौगिक पदार्थ होते हैं जिनमें क्रिस्टलीय संरचना के भीतर अशुद्धियों को सटीक रूप से समाहित किया जाता है। यूवी एलईडी के मामले में, एल्यूमीनियम गैलियम नाइट्राइड (AlGaN) एक सामान्य रूप से उपयोग किया जाने वाला पदार्थ है।

अर्धचालक आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए मूलभूत हैं और इनका उपयोग ट्रांजिस्टर, डायोड, प्रकाश उत्सर्जक डायोड और माइक्रोप्रोसेसर बनाने के लिए किया जाता है। अर्धचालक उपकरण विद्युत परिपथों में एकीकृत होते हैं और मोबाइल फोन, लैपटॉप, टैबलेट, घरेलू उपकरण, हवाई जहाज, कार, रिमोट कंट्रोलर और यहां तक ​​कि बच्चों के खिलौनों जैसे उत्पादों में भी लगे होते हैं। ये छोटे लेकिन शक्तिशाली घटक रोजमर्रा के उत्पादों को कार्यशील बनाते हैं और साथ ही उन्हें कॉम्पैक्ट, पतला, हल्का और अधिक किफायती बनाते हैं।

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

एलईडी एक धनात्मक-ऋणात्मक जंक्शन (pn जंक्शन) है। इसका अर्थ है कि एलईडी के एक भाग पर धनात्मक आवेश होता है जिसे एनोड (+) कहा जाता है, और दूसरे भाग पर ऋणात्मक आवेश होता है जिसे कैथोड (-) कहा जाता है। यद्यपि दोनों सिरे अपेक्षाकृत सुचालक होते हैं, लेकिन जंक्शन की वह सीमा जहाँ दोनों सिरे मिलते हैं, जिसे रिक्तीकरण क्षेत्र कहा जाता है, सुचालक नहीं होती है। जब एक प्रत्यक्ष धारा (डीसी) विद्युत स्रोत का धनात्मक (+) सिरा एलईडी के एनोड (+) से और स्रोत का ऋणात्मक (-) सिरा कैथोड (-) से जोड़ा जाता है, तो कैथोड में ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन और एनोड में धनात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन रिक्तियाँ विद्युत स्रोत द्वारा प्रतिकर्षित होकर रिक्तीकरण क्षेत्र की ओर धकेली जाती हैं। यह अग्रगामी प्रवणता है, और यह निर्चालक सीमा को पार करने का प्रभाव डालती है। परिणामस्वरूप, n-प्रकार क्षेत्र में मुक्त इलेक्ट्रॉन पार करके p-प्रकार क्षेत्र में रिक्तियों को भर देते हैं। जैसे ही इलेक्ट्रॉन सीमा के पार प्रवाहित होते हैं, वे कम ऊर्जा वाली अवस्था में परिवर्तित हो जाते हैं। ऊर्जा में होने वाली संबंधित कमी अर्धचालक से प्रकाश के फोटॉनों के रूप में मुक्त होती है।

क्रिस्टलीय एलईडी संरचना बनाने वाले पदार्थ और डोपेंट स्पेक्ट्रल आउटपुट निर्धारित करते हैं। आज, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध एलईडी क्योरिंग स्रोतों का पराबैंगनी आउटपुट 365, 385, 395 और 405 एनएम पर केंद्रित होता है, जिसमें ±5 एनएम की सामान्य सहनशीलता और गाऊसी स्पेक्ट्रल वितरण होता है। पीक स्पेक्ट्रल विकिरण (W/cm²/nm) जितना अधिक होगा, बेल कर्व का शिखर उतना ही ऊंचा होगा। हालांकि 275 और 285 एनएम के बीच यूवीसी का विकास जारी है, लेकिन आउटपुट, जीवनकाल, विश्वसनीयता और लागत अभी तक क्योरिंग सिस्टम और अनुप्रयोगों के लिए व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य नहीं हैं।

चूंकि यूवी-एलईडी आउटपुट वर्तमान में लंबी यूवीए तरंग दैर्ध्य तक सीमित है, इसलिए यूवी-एलईडी क्योरिंग सिस्टम मध्यम-दबाव वाले मरकरी वाष्प लैंप की तरह व्यापक स्पेक्ट्रल आउटपुट नहीं देता है। इसका मतलब है कि यूवी-एलईडी क्योरिंग सिस्टम यूवीसी, यूवीबी, अधिकांश दृश्य प्रकाश और ऊष्मा उत्पन्न करने वाली अवरक्त तरंग दैर्ध्य उत्सर्जित नहीं करते हैं। हालांकि इससे यूवी-एलईडी क्योरिंग सिस्टम को अधिक ऊष्मा-संवेदनशील अनुप्रयोगों में उपयोग करना संभव हो जाता है, लेकिन मध्यम-दबाव वाले मरकरी लैंप के लिए तैयार की गई मौजूदा स्याही, कोटिंग और चिपकने वाले पदार्थों को यूवी-एलईडी क्योरिंग सिस्टम के लिए फिर से तैयार करना होगा। सौभाग्य से, रसायन आपूर्तिकर्ता तेजी से ड्यूल क्योर वाले उत्पाद बना रहे हैं। इसका मतलब है कि यूवी-एलईडी लैंप से क्योर होने वाला ड्यूल-क्योर फॉर्मूलेशन मरकरी वाष्प लैंप से भी क्योर हो जाएगा (चित्र 3)।

चित्र तीन "एलईडी के लिए स्पेक्ट्रल आउटपुट चार्ट।

GEW के UV-LED क्योरिंग सिस्टम उत्सर्जक विंडो पर 30 W/cm² तक ऊर्जा उत्सर्जित करते हैं। इलेक्ट्रोड आर्क लैंप के विपरीत, UV-LED क्योरिंग सिस्टम में ऐसे रिफ्लेक्टर नहीं होते जो प्रकाश किरणों को एक केंद्रित बिंदु पर निर्देशित करते हैं। परिणामस्वरूप, UV-LED की अधिकतम विकिरण तीव्रता उत्सर्जक विंडो के निकट होती है। लैंप हेड और क्योरिंग सतह के बीच की दूरी बढ़ने पर उत्सर्जित UV-LED किरणें एक दूसरे से दूर फैलती हैं। इससे प्रकाश की सांद्रता और क्योरिंग सतह तक पहुँचने वाली विकिरण तीव्रता का परिमाण कम हो जाता है। हालाँकि अधिकतम विकिरण तीव्रता क्रॉसलिंकिंग के लिए महत्वपूर्ण है, लेकिन लगातार बढ़ती विकिरण तीव्रता हमेशा लाभकारी नहीं होती और यहाँ तक कि अधिक क्रॉसलिंकिंग घनत्व को बाधित भी कर सकती है। तरंगदैर्ध्य (nm), विकिरण तीव्रता (W/cm²) और ऊर्जा घनत्व (J/cm²) सभी क्योरिंग में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, और UV-LED स्रोत का चयन करते समय क्योरिंग पर उनके सामूहिक प्रभाव को ठीक से समझना आवश्यक है।

एलईडी लैम्बर्टियन स्रोत होते हैं। दूसरे शब्दों में, प्रत्येक यूवी एलईडी 360° x 180° के पूरे गोलार्ध में एकसमान अग्रगामी आउटपुट उत्सर्जित करती है। कई यूवी एलईडी, जिनमें से प्रत्येक लगभग एक मिलीमीटर वर्ग के आकार की होती है, एक पंक्ति, पंक्तियों और स्तंभों के मैट्रिक्स या किसी अन्य विन्यास में व्यवस्थित की जाती हैं। इन उप-संयोजनों को मॉड्यूल या सरणियाँ कहा जाता है, और इन्हें एलईडी के बीच इस प्रकार अंतराल के साथ डिज़ाइन किया जाता है कि वे आपस में अच्छी तरह घुलमिल जाएँ और डायोड को ठंडा रखने में सहायता मिले। फिर कई मॉड्यूल या सरणियों को बड़े संयोजनों में व्यवस्थित करके विभिन्न आकारों के यूवी क्योरिंग सिस्टम बनाए जाते हैं (चित्र 4 और 5)। 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 ह्यूमन मशीन इंटरफेस (एचएमआई) शामिल हैं।

चित्र 4 »वेब के लिए लियोएलईडी सिस्टम।

चित्र 5 »उच्च गति वाले मल्टी-लैंप इंस्टॉलेशन के लिए लियोएलईडी सिस्टम।

यूवी-एलईडी क्योरिंग सिस्टम अवरक्त तरंगदैर्ध्य उत्सर्जित नहीं करते हैं। इसलिए वे मरकरी वाष्प लैंप की तुलना में क्योरिंग सतह पर कम तापीय ऊर्जा स्थानांतरित करते हैं, लेकिन इसका यह अर्थ नहीं है कि यूवी एलईडी को कोल्ड-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। रसायन द्वारा अवशोषित न होने वाली कोई भी ऊर्जा नीचे के भाग या सब्सट्रेट के साथ-साथ आसपास के मशीन घटकों को भी गर्म कर देगी।

UV LED भी विद्युत घटक होते हैं जिनकी कार्यक्षमता में कमी कच्चे अर्धचालक के डिज़ाइन और निर्माण के साथ-साथ LED को बड़े क्योरिंग यूनिट में पैक करने के लिए उपयोग की जाने वाली निर्माण विधियों और घटकों के कारण होती है। जबकि मर्करी वेपर क्वार्ट्ज ट्यूब का तापमान संचालन के दौरान 600 से 800 डिग्री सेल्सियस के बीच बनाए रखना आवश्यक है, LED के pn जंक्शन का तापमान 120 डिग्री सेल्सियस से नीचे रहना चाहिए। UV-LED सरणी को शक्ति प्रदान करने वाली विद्युत का केवल 35-50% ही पराबैंगनी आउटपुट में परिवर्तित होता है (जो तरंगदैर्ध्य पर अत्यधिक निर्भर करता है)। शेष विद्युत ऊष्मा में परिवर्तित हो जाती है जिसे वांछित जंक्शन तापमान बनाए रखने और निर्दिष्ट सिस्टम विकिरण, ऊर्जा घनत्व और एकरूपता के साथ-साथ दीर्घायु सुनिश्चित करने के लिए दूर करना आवश्यक है। LED स्वाभाविक रूप से दीर्घायु ठोस-अवस्था उपकरण हैं, और उचित रूप से डिज़ाइन किए गए और रखरखाव किए गए शीतलन प्रणालियों के साथ LED को बड़े असेंबली में एकीकृत करना दीर्घायु विनिर्देशों को प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है। सभी यूवी-क्योरिंग सिस्टम एक जैसे नहीं होते हैं, और गलत तरीके से डिजाइन और ठंडा किए गए यूवी-एलईडी क्योरिंग सिस्टम में ओवरहीटिंग और विनाशकारी रूप से विफल होने की संभावना अधिक होती है।

आर्क/एलईडी हाइब्रिड लैंप

किसी भी बाज़ार में जहाँ नई तकनीक को मौजूदा तकनीक के स्थान पर पेश किया जाता है, वहाँ उसे अपनाने को लेकर आशंकाएँ और उसके प्रदर्शन को लेकर संदेह हो सकता है। संभावित उपयोगकर्ता अक्सर तब तक उसे अपनाने में देरी करते हैं जब तक कि एक सुस्थापित स्थापित आधार न बन जाए, केस स्टडी प्रकाशित न हो जाएँ, सकारात्मक समीक्षाएँ व्यापक रूप से प्रसारित न होने लगें, और/या उन्हें अपने परिचित और विश्वसनीय व्यक्तियों और कंपनियों से प्रत्यक्ष अनुभव या संदर्भ प्राप्त न हो जाएँ। अक्सर, पूरे बाज़ार को पुरानी तकनीक को पूरी तरह से छोड़कर नई तकनीक को अपनाने से पहले ठोस प्रमाण की आवश्यकता होती है। यह भी एक समस्या है कि सफलता की कहानियाँ अक्सर गुप्त रखी जाती हैं क्योंकि शुरुआती उपयोगकर्ता नहीं चाहते कि उनके प्रतिस्पर्धियों को भी वैसे ही लाभ मिलें। परिणामस्वरूप, निराशा की वास्तविक और अतिरंजित दोनों तरह की कहानियाँ कभी-कभी पूरे बाज़ार में फैल जाती हैं, जिससे नई तकनीक के वास्तविक गुण छिप जाते हैं और उसे अपनाने में और देरी होती है।

इतिहास भर में, और नई तकनीकों को अपनाने में हिचकिचाहट के बावजूद, हाइब्रिड डिज़ाइनों को अक्सर मौजूदा और नई तकनीकों के बीच एक संक्रमणकालीन सेतु के रूप में अपनाया गया है। हाइब्रिड डिज़ाइन उपयोगकर्ताओं को आत्मविश्वास प्राप्त करने और यह तय करने की अनुमति देते हैं कि नए उत्पादों या विधियों का उपयोग कैसे और कब किया जाना चाहिए, बिना वर्तमान क्षमताओं का त्याग किए। यूवी क्योरिंग के मामले में, एक हाइब्रिड सिस्टम उपयोगकर्ताओं को मरकरी वेपर लैंप और एलईडी तकनीक के बीच जल्दी और आसानी से स्विच करने की सुविधा देता है। कई क्योरिंग स्टेशनों वाली लाइनों के लिए, हाइब्रिड प्रेस को 100% एलईडी, 100% मरकरी वेपर, या किसी दिए गए कार्य के लिए आवश्यक दोनों तकनीकों के किसी भी मिश्रण पर चलाने की अनुमति देते हैं।

GEW वेब कन्वर्टर्स के लिए आर्क/एलईडी 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 नॉन-वेब अनुप्रयोगों में भी किया जा सकता है (चित्र 6)। आर्क/एलईडी में एक कॉमन लैंप हेड हाउसिंग होता है जिसमें मर्करी वेपर या एलईडी कैसेट लगाया जा सकता है। दोनों कैसेट एक यूनिवर्सल पावर और कंट्रोल सिस्टम से संचालित होते हैं। सिस्टम में मौजूद इंटेलिजेंस कैसेट के प्रकारों में अंतर करने और उपयुक्त पावर, कूलिंग और ऑपरेटर इंटरफ़ेस को स्वचालित रूप से प्रदान करने में सक्षम बनाता है। GEW के मर्करी वेपर या एलईडी कैसेट को निकालना या लगाना आमतौर पर एक सिंगल एलन रिंच का उपयोग करके कुछ ही सेकंड में किया जा सकता है।

चित्र 6 »वेब के लिए आर्क/एलईडी सिस्टम।

एक्साइमर लैंप

एक्साइमर लैंप एक प्रकार के गैस-डिस्चार्ज लैंप होते हैं जो लगभग एकवर्णी पराबैंगनी ऊर्जा उत्सर्जित करते हैं। हालांकि एक्साइमर लैंप कई तरंग दैर्ध्य में उपलब्ध हैं, लेकिन सामान्य पराबैंगनी आउटपुट 172, 222, 308 और 351 एनएम पर केंद्रित होते हैं। 172 एनएम के एक्साइमर लैंप निर्वात यूवी बैंड (100 से 200 एनएम) के अंतर्गत आते हैं, जबकि 222 एनएम पूरी तरह से यूवीसी (200 से 280 एनएम) होता है। 308 एनएम के एक्साइमर लैंप यूवीबी (280 से 315 एनएम) उत्सर्जित करते हैं, और 351 एनएम पूरी तरह से यूवीए (315 से 400 एनएम) होता है।

172-nm वैक्यूम यूवी तरंगदैर्ध्य यूवीसी की तुलना में छोटी और अधिक ऊर्जा वाली होती हैं; हालांकि, ये पदार्थों की गहराई में प्रवेश करने में असमर्थ होती हैं। वास्तव में, यूवी-निर्मित रसायन के ऊपरी 10 से 200 nm के भीतर 172-nm तरंगदैर्ध्य पूरी तरह से अवशोषित हो जाती हैं। परिणामस्वरूप, 172-nm एक्सिमर लैंप केवल यूवी फॉर्मूलेशन की सबसे बाहरी सतह को ही क्रॉसलिंक कर पाते हैं और इन्हें अन्य क्यूरिंग उपकरणों के साथ एकीकृत किया जाना आवश्यक है। चूंकि वैक्यूम यूवी तरंगदैर्ध्य हवा द्वारा भी अवशोषित हो जाती हैं, इसलिए 172-nm एक्सिमर लैंप को नाइट्रोजन-युक्त वातावरण में संचालित किया जाना चाहिए।

अधिकांश एक्साइमर लैंप में एक क्वार्ट्ज ट्यूब होती है जो डाइइलेक्ट्रिक अवरोधक का काम करती है। ट्यूब में दुर्लभ गैसें भरी होती हैं जो एक्साइमर या एक्सिप्लेक्स अणु बनाने में सक्षम होती हैं (चित्र 7)। अलग-अलग गैसें अलग-अलग अणु बनाती हैं, और ये अलग-अलग उत्तेजित अणु निर्धारित करते हैं कि लैंप से कौन सी तरंगदैर्ध्य उत्सर्जित होंगी। क्वार्ट्ज ट्यूब की भीतरी लंबाई के अनुदिश एक उच्च-वोल्टेज इलेक्ट्रोड और बाहरी लंबाई के अनुदिश ग्राउंड इलेक्ट्रोड लगे होते हैं। लैंप में उच्च आवृत्तियों पर वोल्टेज स्पंदित किए जाते हैं। इससे इलेक्ट्रॉन आंतरिक इलेक्ट्रोड के भीतर प्रवाहित होते हैं और गैस मिश्रण में बाहरी ग्राउंड इलेक्ट्रोड की ओर डिस्चार्ज होते हैं। इस वैज्ञानिक घटना को डाइइलेक्ट्रिक बैरियर डिस्चार्ज (DBD) के नाम से जाना जाता है। जैसे ही इलेक्ट्रॉन गैस में प्रवाहित होते हैं, वे परमाणुओं के साथ परस्पर क्रिया करते हैं और ऊर्जावान या आयनित कण बनाते हैं जो एक्साइमर या एक्सिप्लेक्स अणु उत्पन्न करते हैं। एक्साइमर और एक्सिप्लेक्स अणुओं का जीवनकाल बहुत कम होता है, और जैसे ही वे उत्तेजित अवस्था से ग्राउंड अवस्था में विघटित होते हैं, लगभग एकवर्णी वितरण वाले फोटॉन उत्सर्जित होते हैं।

चित्र 7 »एक्साइमर लैंप

पारे की वाष्प वाली लैंपों के विपरीत, एक्सिमर लैंप की क्वार्ट्ज ट्यूब की सतह गर्म नहीं होती। परिणामस्वरूप, अधिकांश एक्सिमर लैंपों को बहुत कम या बिल्कुल भी शीतलन की आवश्यकता नहीं होती। कुछ मामलों में, कम स्तर के शीतलन की आवश्यकता होती है जो आमतौर पर नाइट्रोजन गैस द्वारा प्रदान किया जाता है। लैंप की तापीय स्थिरता के कारण, एक्सिमर लैंप तुरंत चालू/बंद हो जाती हैं और इन्हें गर्म होने या ठंडा होने के चक्रों की आवश्यकता नहीं होती।

जब 172 एनएम पर विकिरण करने वाले एक्सिमर लैंप को क्वासी-मोनोक्रोमैटिक यूवीए-एलईडी-क्योरिंग सिस्टम और ब्रॉडबैंड मरकरी वेपर लैंप के साथ एकीकृत किया जाता है, तो मैट सतह प्रभाव उत्पन्न होते हैं। यूवीए एलईडी लैंप का उपयोग पहले रासायनिक प्रक्रिया को जेल करने के लिए किया जाता है। फिर क्वासी-मोनोक्रोमैटिक एक्सिमर लैंप का उपयोग सतह को पॉलीमराइज़ करने के लिए किया जाता है, और अंत में ब्रॉडबैंड मरकरी लैंप शेष रासायनिक प्रक्रिया को क्रॉसलिंक करते हैं। अलग-अलग चरणों में लागू की गई तीनों तकनीकों के अद्वितीय स्पेक्ट्रल आउटपुट लाभकारी ऑप्टिकल और कार्यात्मक सतह-क्योर प्रभाव प्रदान करते हैं जो किसी भी यूवी स्रोत से अकेले प्राप्त नहीं किए जा सकते।

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

लैंप का जीवनकाल

लैंप या बल्ब की जीवन अवधि की बात करें तो, GEW के आर्क लैंप आमतौर पर 2,000 घंटे तक चलते हैं। लैंप की जीवन अवधि निश्चित नहीं होती, क्योंकि समय के साथ UV आउटपुट धीरे-धीरे कम होता जाता है और यह कई कारकों से प्रभावित होता है। लैंप का डिज़ाइन और गुणवत्ता, साथ ही UV सिस्टम की परिचालन स्थिति और फॉर्मूलेशन की प्रतिक्रियाशीलता भी मायने रखती है। सही ढंग से डिज़ाइन किए गए UV सिस्टम यह सुनिश्चित करते हैं कि विशिष्ट लैंप (बल्ब) डिज़ाइन के लिए आवश्यक सही शक्ति और शीतलन प्रदान की जाए।

GEW द्वारा आपूर्ति किए गए लैंप (बल्ब) GEW क्योरिंग सिस्टम में उपयोग किए जाने पर हमेशा सबसे लंबे समय तक चलते हैं। द्वितीयक आपूर्ति स्रोतों ने आम तौर पर नमूने से लैंप की रिवर्स इंजीनियरिंग की होती है, और कॉपी में समान एंड फिटिंग, क्वार्ट्ज व्यास, पारा सामग्री या गैस मिश्रण नहीं हो सकता है, जो यूवी आउटपुट और ताप उत्पादन को प्रभावित कर सकता है। जब ताप उत्पादन और सिस्टम कूलिंग के बीच संतुलन नहीं होता है, तो लैंप का आउटपुट और जीवनकाल दोनों प्रभावित होते हैं। कम तापमान पर चलने वाले लैंप कम यूवी उत्सर्जित करते हैं। अधिक तापमान पर चलने वाले लैंप कम समय तक चलते हैं और उच्च सतह तापमान पर मुड़ जाते हैं।

इलेक्ट्रोड आर्क लैंप का जीवनकाल लैंप के ऑपरेटिंग तापमान, चलने के घंटों की संख्या और चालू या बंद होने की संख्या पर निर्भर करता है। हर बार चालू होने के दौरान जब लैंप पर उच्च-वोल्टेज आर्क पड़ता है, तो टंगस्टन इलेक्ट्रोड का कुछ हिस्सा घिस जाता है। अंततः, लैंप दोबारा चालू नहीं हो पाता। इलेक्ट्रोड आर्क लैंप में शटर मैकेनिज्म लगे होते हैं, जो चालू होने पर UV किरणों को रोकते हैं। यह लैंप की पावर को बार-बार चालू/बंद करने का एक विकल्प है। अधिक प्रतिक्रियाशील स्याही, कोटिंग और चिपकने वाले पदार्थों से लैंप का जीवनकाल बढ़ सकता है; जबकि कम प्रतिक्रियाशील फॉर्मूलेशन के लिए लैंप को अधिक बार बदलने की आवश्यकता हो सकती है।

यूवी-एलईडी सिस्टम पारंपरिक लैंपों की तुलना में स्वाभाविक रूप से अधिक समय तक चलते हैं, लेकिन यूवी-एलईडी का जीवनकाल भी निश्चित नहीं है। पारंपरिक लैंपों की तरह, यूवी एलईडी की भी एक सीमा होती है और आमतौर पर इन्हें 120 डिग्री सेल्सियस से कम जंक्शन तापमान पर ही चलाना चाहिए। एलईडी को अत्यधिक चलाने और अपर्याप्त शीतलन से उनका जीवनकाल कम हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप वे तेजी से खराब हो जाते हैं या पूरी तरह से नष्ट हो जाते हैं। सभी यूवी-एलईडी सिस्टम आपूर्तिकर्ता वर्तमान में ऐसे डिज़ाइन पेश नहीं करते हैं जो 20,000 घंटे से अधिक के उच्चतम निर्धारित जीवनकाल को पूरा करते हों। बेहतर डिज़ाइन और रखरखाव वाले सिस्टम 20,000 घंटे से अधिक समय तक चलते हैं, जबकि घटिया सिस्टम बहुत कम समय में ही खराब हो जाते हैं। अच्छी बात यह है कि एलईडी सिस्टम के डिज़ाइन में लगातार सुधार हो रहा है और प्रत्येक नए डिज़ाइन के साथ उनका जीवनकाल बढ़ता जा रहा है।

ओजोन
जब छोटी यूवीसी तरंगदैर्ध्य ऑक्सीजन अणुओं (O2) पर पड़ती हैं, तो वे ऑक्सीजन अणुओं (O2) को दो ऑक्सीजन परमाणुओं (O) में विभाजित कर देती हैं। मुक्त ऑक्सीजन परमाणु (O) फिर अन्य ऑक्सीजन अणुओं (O2) से टकराकर ओजोन (O3) बनाते हैं। चूंकि ट्राइऑक्सीजन (O3) जमीनी स्तर पर डाइऑक्सीजन (O2) की तुलना में कम स्थिर होता है, इसलिए वायुमंडल में प्रवाहित होते समय ओजोन 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 मिलकर ऑक्सीजन अणु (O2) बनाते हैं।

औद्योगिक यूवी-क्योरिंग अनुप्रयोगों में, ओजोन (O3) तब उत्पन्न होती है जब वायुमंडलीय ऑक्सीजन 240 एनएम से कम तरंग दैर्ध्य वाली पराबैंगनी किरणों के साथ परस्पर क्रिया करती है। ब्रॉडबैंड मरकरी वाष्प-क्योरिंग स्रोत 200 से 280 एनएम के बीच यूवीसी उत्सर्जित करते हैं, जो ओजोन उत्पन्न करने वाले क्षेत्र के एक हिस्से के साथ ओवरलैप करता है, और एक्सिमर लैंप 172 एनएम पर वैक्यूम यूवी या 222 एनएम पर यूवीसी उत्सर्जित करते हैं। मरकरी वाष्प और एक्सिमर क्योरिंग लैंप द्वारा निर्मित ओजोन अस्थिर होती है और पर्यावरण के लिए कोई महत्वपूर्ण चिंता का विषय नहीं है, लेकिन श्रमिकों के आसपास के क्षेत्र से इसे हटाना आवश्यक है क्योंकि यह श्वसन तंत्र में जलन पैदा करती है और उच्च स्तर पर विषाक्त होती है। चूंकि वाणिज्यिक यूवी-एलईडी क्योरिंग सिस्टम 365 से 405 एनएम के बीच यूवीए आउटपुट उत्सर्जित करते हैं, इसलिए ओजोन उत्पन्न नहीं होती है।

ओजोन की गंध धातु, जलते तार, क्लोरीन और बिजली की चिंगारी जैसी होती है। मनुष्य की सूंघने की क्षमता 0.01 से 0.03 पार्ट्स प्रति मिलियन (ppm) तक की कम मात्रा में भी ओजोन का पता लगा सकती है। हालांकि यह व्यक्ति और गतिविधि के स्तर के अनुसार भिन्न हो सकती है, लेकिन 0.4 ppm से अधिक सांद्रता श्वसन संबंधी समस्याओं और सिरदर्द का कारण बन सकती है। श्रमिकों को ओजोन के संपर्क में आने से बचाने के लिए यूवी-क्योरिंग लाइनों पर उचित वेंटिलेशन की व्यवस्था की जानी चाहिए।

यूवी-क्योरिंग सिस्टम आमतौर पर लैंप हेड से निकलने वाली हवा को नियंत्रित करने के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं ताकि इसे ऑपरेटरों से दूर और इमारत के बाहर ले जाया जा सके, जहां यह ऑक्सीजन और सूर्य के प्रकाश की उपस्थिति में स्वाभाविक रूप से विघटित हो जाती है। इसके अलावा, ओजोन-मुक्त लैंप में क्वार्ट्ज़ एडिटिव मिलाया जाता है जो ओजोन उत्पन्न करने वाली तरंग दैर्ध्य को रोकता है, और जो सुविधाएं डक्टिंग या छत में छेद करने से बचना चाहती हैं, वे अक्सर एग्जॉस्ट पंखों के निकास पर फिल्टर लगाती हैं।