Medición de la irradiación de las fuentes de luz UV de alta potencia (curado UV)
La radiación UV de alta intensidad está presente en una serie de aplicaciones. Por ejemplo, las fuentes de luz UV de alta potencia se utilizan ampliamente para el curado UV, lo que presenta una serie de desafíos de medición que deben ser abordados.
El curado UV es un proceso fotoquímico en el que la polimerización se inicia cuando los fotoiniciadores, mezclados dentro del material, absorben la energía UV de alta intensidad [1]. El control de la exposición de las piezas a la energía UV (tiempo e intensidad) es esencial en los procesos de curado ampliamente utilizados para el revestimiento, la impresión, los adhesivos, los encapsulantes y los compuestos para macetas. Para controlar y ajustar la energía UV, es necesario medir la irradiación lo más cerca posible de la superficie de las piezas irradiadas para representar la misma exposición. El éxito del curado requiere la dosis correcta de UV en las longitudes de onda apropiadas para el material en particular. La dosis, medida en J/cm², es el producto de la intensidad UV y el tiempo de exposición (W/cm² x segundos). La intensidad UV (irradiancia) se mide con un radiómetro UV en W/cm², pero también puede mostrarse directamente como dosis en J/cm². Un radiómetro adecuado también debe ser capaz de soportar un entorno de alta temperatura o tener la opción de ofrecer una corrección para los efectos de la temperatura. Dado que estos radiómetros permiten un rendimiento excepcional para aplicaciones de tan alta intensidad, la tecnología se utiliza también para aplicaciones de litografía UV (véase
App. 038 UV measuring devcies for mask aligners (lithography)).
Hay dos tipos principales de fuentes UV que se utilizan para generar la irradiación UV de alta intensidad necesaria:
- Lámparas de descarga de gas de alta potencia (por ejemplo, lámparas de mercurio de media presión): Estas lámparas de descarga de gas producen una intensa radiación UV mediante la vaporización del mercurio en un gas de plasma de temperatura extremadamente alta dentro de un tubo de cuarzo sellado que contiene una mezcla de gases inertes. La composición espectral puede modificarse en cierta medida añadiendo metales dopantes como el hierro o el galio. La luz emitida está muy bien definida en cuanto a sus picos espectrales debido a transiciones atómicas internas con energías definidas. Además de la radiación ultravioleta, las lámparas de descarga de gas también producen niveles muy altos de radiación infrarroja procedente de la envoltura de cuarzo de la lámpara, que puede ser una ayuda o un obstáculo para el endurecimiento satisfactorio de los materiales.
RCH009
2. LEDs UV de alta potencia (por ejemplo, a 365 nm): En los últimos años, la tendencia ha sido claramente hacia el uso de LEDs de alta potencia como fuentes de luz. Con los desarrollos más recientes, ofrecen rendimientos UV cada vez mayores, así como las ventajas del encendido instantáneo y la consiguiente eficiencia energética. En combinación con las ventajas de estabilidad y vida útil [2], los LEDs se encuentran ahora en un nivel muy competitivo y seguirán mejorando. Sin embargo, hay que tener en cuenta otros temas como la estabilidad de la longitud de onda debido a los efectos del calentamiento. Dado que la absorción dentro del material de curado también está estrechamente relacionada con la longitud de onda de la irradiación, las desviaciones en este aspecto pueden provocar cambios en el proceso de curado y su duración. El control de la dosis debido a las restricciones de la vida útil sigue siendo, por supuesto, una tarea importante. Como se ha mencionado, los LED han mejorado significativamente para las aplicaciones UV, pero el envejecimiento es un efecto significativo [3].
Un dato importante: la intensidad de salida tanto de las lámparas de descarga de gas como de los LED se degrada con el tiempo. Por lo tanto, para asegurar que se alcanza la dosis requerida, la irradiación debe ser monitoreada de cerca. Utilizando esta información, se pueden ajustar los tiempos de proceso para garantizar que se complete el proceso de curado UV dentro del material. Los programas de sustitución de las lámparas también pueden optimizarse basándose en estas mediciones radiométricas.
Por lo tanto, la selección de radiómetros adecuados para la medición del curado UV empleando lámparas de descarga de gas de alta intensidad, así como LED, requiere que se cumplan los siguientes criterios
- Diseño del detector para minimizar el envejecimiento y la deriva cuando se expone a una intensa radiación UV y térmica
- Detector de campo de visión coseno (f2 pequeño) para una alta precisión de las mediciones de irradiación
- Detector de tipo plano que permite que el plano de medición coincida con el de la superficie de la pieza de trabajo
- Respuesta espectral de los detectores adaptada a la sensibilidad espectral de los fotoiniciadores y al espectro de emisión de la lámpara de descarga de gas, así como de los LED
- Fácil manejo del dispositivo de medición
- Protección del usuario contra el riesgo de radiación UV y térmica intens
- Servicio rápido de recalibración y calibración trazable con opciones de calibración y pruebas ISO 17025
Gigahertz-Optik ofrece diferentes soluciones de medición de curado UV que cumplen estos requisitos.
RCH-xxx Serie: Serie de detectores de alta temperatura para diferentes fuentes de luz
Para las mediciones radiométricas en W/cm² y J/cm² (mediciones integrales), los cabezales detectores RCH-xxx Serie de Gigahertz Optik GmbH son los más adecuados. El innovador diseño de estos cabezales de medición de eficacia probada garantiza que el sensible fotodetector esté aislado térmicamente y protegido de los elevados niveles de UV presentes. Con este concepto, la serie RCH satisface desde hace años las altas exigencias del curado por radiación con un precio atractivo. Hay disponibles diferentes versiones para distintas fuentes de luz.
Cure-Met: Un disco de curado UV
Gigahertz-Optik también ha transferido sus conocimientos para las mediciones integrales al Cure-Met, un disco de curado UV. Ofrece la posibilidad de ser colocado en cintas transportadoras con el fin de correr a través de configuraciones de curado más grandes. Aquí registra continuamente los datos en el almacenamiento interno para ofrecer un perfil de irradiación local.
BTS256-UV: Un magnífico espectrorradiómetro para aplicaciones de curado UV
Una solución diferente es nuestra serie de espectrorradiómetros BTS256-UV. No sólo ofrece una medición integral, sino también detalles espectrales adicionales. Esto es especialmente útil para las fuentes de luz basadas en LED, ya que ofrece nuevas oportunidades para, por ejemplo, controlar la longitud de onda y realizar el binning al seleccionar los LED adecuados.
Calibración
Para cualquier tipo de medición de irradiación radiométrica, la calibración del detector es un parámetro muy crítico para la precisión del resultado final de la medición. Un tema subestimado para las mediciones integrales es el desajuste espectral y su corrección para medir diferentes fuentes de luz con alta precisión respectivamente baja incertidumbre de medición (ver Ap. 020 Incertidumbre de medición reducida para radiómetros UV-A, UV-B y UV-C ). En otras palabras, es importante una baja incertidumbre de calibración en la que se pueda confiar. En este sentido, ofrecemos calibraciones de nuestro laboratorio de calibración y pruebas acreditado por la norma DAkkS ISO 17025. Esto significa que se aplican los más altos estándares según la ISO 17025 a los procesos para garantizar la fiabilidad y la trazabilidad de nuestras calibraciones. Todas las calibraciones son directamente trazables al PTB, al NMI alemán o a NMIs comparables. Nuestro laboratorio de calibración cubre el rango de longitudes de onda de 200 nm - 2500 nm y una variedad de medidores ópticos.
Referencias
[1] Photoinitiators for UV and visible curing of coatings: Mechanisms and properties
[2] Lifetime Analysis of Commercial 3 W UV-A LED
[3] Degradation of external quantum efficiency of AlGaN UV LEDs grown by hydride vapor phase epitaxy