Concepts clés à connaître sur le séchage par lumière LED UV

Beaucoup d’entre nous ont eu le malheur d’être exposés au soleil pendant de longues périodes, ce qui a entraîné des coups de soleil et des désagréments. En conséquence, la lumière émise par le soleil a été comparée négativement à l’énergie générée par les systèmes de séchage UV, ce qui a provoqué chez les gens une certaine anxiété, voire de la peur. L’exposition aux rayons UV est devenue une préoccupation pour les opérateurs qui utilisent ces systèmes dans un environnement industriel et pour les personnes qui utilisent des lampes UV pour polymérisation les gels et les vernis à ongles dans les salons ou dans des kits DIY à domicile.

On pense souvent à tort que les lampes UV photopolymérisables et les lampes LED (diodes électroluminescentes) sont différentes et que les lampes LED sont plus sûres. Cependant, ce n'est pas nécessairement le cas, car les deux systèmes émettent une lumière ultraviolette dans le spectre de 320 à 405 nm. Les lampes UV traditionnelles utilisent des ampoules à large spectre pour polymérisation par vaporisation, tandis qu'une LED est un semi-conducteur qui génère de la lumière lorsqu'un courant électrique le traverse. Les lampes LED utilisent un ensemble de diodes électroluminescentes pour générer une lumière de polymérisation.

Grâce à une bonne compréhension du spectre électromagnétique UV/Visible, de la manière dont différentes lampes et longueurs d'onde sont utilisées dans des capacités variables et des protocoles de protection appropriés à mettre en œuvre, les opérateurs peuvent déterminer la meilleure utilisation des lampes de durcissement pour leur application afin de se sentir en sécurité et en confiance lors de l'utilisation d'un processus de photopolymérisation.

Comment tout a commencé

La technologie de lumière UV/visible est utilisée depuis plus de 60 ans pour ses nombreux avantages, en particulier pour les fabricants qui l'utilisent pour augmenter la vitesse et le rendement d'assemblage, réduire les coûts des matériaux et concevoir des processus d'assemblage plus respectueux de l'environnement. Historiquement, de nombreux composants, pièces et sous-ensembles utilisaient des rivets, des vis et d'autres éléments de fixation mécaniques pour les assembler. Avec la création d' adhésifs polymérisables et, par la suite, de lampes photopolymérisables, cette technologie a permis aux ingénieurs de concevoir des méthodes de fabrication qui créaient des liaisons plus solides, permettaient un assemblage beaucoup plus rapide (en quelques secondes), répartissaient le poids et les contraintes de manière plus uniforme et offraient la possibilité de coller des substrats dissemblables tout en mettant en œuvre un processus respectueux de l'utilisateur et de l'environnement.

La photopolymérisation s'est généralisée dans le secteur manufacturier, et la technologie a évolué, passant des ampoules à arc au mercure et aux halogénures à large spectre traditionnelles aux LED. Les LED ont été initialement intégrées aux lampes dentaires pour polymérisation les matériaux de restauration photoactifs. Aujourd'hui, elles sont utilisées dans de nombreuses applications différentes, des applications de polymérisation industrielle et d'éclairage domestique au polymérisation des gels à ongles à LED UV.

Mais quelle est cette énergie lumineuse et d’où vient-elle ? Une connaissance de base du spectre électromagnétique et des différents types de lumière est essentielle pour comprendre le fonctionnement de cette technologie.

Le spectre électromagnétique et les différences entre les rayons ultraviolets UVA, UVB et UVC

Le spectre électromagnétique est le terme générique désignant toutes les fréquences connues et les longueurs d'onde associées des photons connus (rayonnement électromagnétique). Le spectre est une vaste gamme de rayonnements qui se déplacent à la vitesse de la lumière et qui sont divisés en différentes régions en fonction des longueurs d'onde qui s'étendent des ondes radio (~1 m - 11 km), en passant par le visible et l'UV (~300-800 nm), jusqu'aux rayons gamma (~0,001 nm). Les longueurs d'onde dans ces régions sont généralement mesurées en nanomètres (nm), ce qui équivaut à un milliardième de mètre ou à un millième de micron.

Toutes les longueurs d’onde UV ne sont pas égales.

La lumière ultraviolette est une forme d'énergie qui occupe une petite partie du spectre électromagnétique entre les rayons X et la lumière visible. Les UV sont naturellement présents dans la lumière du soleil, mais sont également présents dans de nombreux systèmes manufacturés. Les UV varient d'environ 200 à 400 nm et sont divisés en trois régions, UVA, UVB et UVC. La gamme UVA est généralement considérée comme la plus sûre des trois.

Figure 1. Spectre électromagnétique

Voici un aperçu des différentes longueurs d'onde UV et de leurs avantages et inconvénients.

UV-A

• Longueur d'onde de 400 à 320 nm
• Généralement considéré comme le plus sûr des gammes UV
• Il représente 90 à 95 % du rayonnement UV sur Terre
• Couramment utilisé pour polymériser les adhésifs UV et dans les processus d'inspection fluorescente.

UV-B

• Longueur d'onde moyenne de 320 à 280 nm
• Une cause principale de coups de soleil et de cancer de la peau
• Il représente 5 à 10 % du rayonnement UV sur Terre
• Souvent utilisé pour polymérisation les encres et les laques UV car les UVB aident à éliminer l'adhérence de surface.

UV-C

• Longueur d'onde courte de 280 à 200 nm
• Les UV les plus nocifs n’atteignent pas la Terre car l’atmosphère les filtre.
• On le trouve dans des sources artificielles comme les torches à souder et certaines ampoules à mercure
• Couramment utilisé pour les applications de stérilisation et germicides

Lampes de photopolymérisation à large spectre UV et LED

Les systèmes de séchage à large spectre et à LED sont les deux principaux types de systèmes de séchage qui utilisent la lumière UVA. Les différences d'intensité relative des sources lumineuses LED ont une longueur d'onde d'énergie très distincte par rapport aux lampes à arc à large spectre conventionnelles.

Les premiers systèmes de séchage UV utilisaient des lampes à large spectre pour polymérisation les adhésifs et les revêtements. Ces lampes à arc au mercure classiques sont des sources lumineuses à large bande car elles émettent de la lumière sur une large gamme de longueurs d'onde, notamment les UV à ondes courtes, les ondes longues visibles et même les infrarouges à ondes plus longues, ce qui entraîne de multiples pics d'énergie. Les systèmes de séchage à large spectre utilisent des ampoules aux halogénures métalliques à haute pression qui produisent de l'énergie lumineuse dans la gamme de 300 à 450 nm et fournissent 50 à 1 000 mW/cm2 de lumière UVA à la surface de séchage.

Les lampes LED génèrent de l'énergie de polymérisation à l'aide d'un ensemble de LED montées en surface au lieu des ampoules traditionnelles aux halogénures métalliques ou au mercure. Ce sont des sources d'énergie à semi-conducteurs qui émettent des longueurs d'onde d'énergie lumineuse très discrètes, ce qui donne un spectre d'émission unique, étroit et en forme de cloche. La distribution des longueurs d'onde d'une source lumineuse LED peut atteindre un pic dans la gamme de lumière visible , généralement à 365, 385 ou 405 nm, selon la LED sélectionnée.

Figure 2. Différences de distribution de longueur d’onde entre une lampe à arc et une source lumineuse LED.

Il existe de nombreuses raisons de passer du séchage à large spectre à la technologie LED, notamment l'absence d'ampoules à changer et une durée de vie plus longue (économies de coûts au fil du temps), l'absence de préchauffage nécessaire (les lampes sont immédiatement prêtes à l'emploi) et l'absence de mercure, comme les ampoules à arc (moins dangereuses à utiliser et à éliminer).

L’utilisation des deux types de systèmes présente des avantages inhérents, mais les lampes LED UV génèrent des durcissements plus froids, ce qui conduit probablement certains opérateurs à penser qu’elles sont plus sûres. Dans une certaine mesure, les lampes LED sont capables de polymérisation les surfaces, comme les vernis à ongles, beaucoup plus rapidement, réduisant ainsi la quantité de lumière UV exposée à la peau et aux ongles. Les lampes UV et LED traditionnelles peuvent polymérisation les vernis et les vernis à ongles en gel et sont nécessaires pour fixer les gels à ongles et accélérer les manucures régulières. Les lampes UV peuvent prendre jusqu’à deux minutes pour polymérisation une couche de revêtement lors du durcissement des gels à ongles, tandis que les lampes LED peuvent polymérisation les revêtements en quelques secondes. Le temps de durcissement réduit est un avantage certain car il limite l’exposition des mains aux rayons UV.

Limiter l'exposition aux rayons UV

Récemment, des études ont été menées sur les effets des cellules humaines exposées de manière répétée à des lampes à ongles à séchage UV et sur leur lien avec une modification potentielle de la structure de l'ADN. Cependant, selon le Site Web de la FDA , « ....la FDA considère que les lampes de séchage des ongles présentent un faible risque lorsqu'elles sont utilisées conformément aux instructions... À ce jour, la FDA n'a reçu aucun rapport de brûlures ou de cancer de la peau attribués à ces lampes. » Le séchage des ongles par UV ou LED est relativement inoffensif lorsque les procédures de sécurité appropriées sont respectées, que quelqu'un utilise les lampes dans un environnement industriel pour coller des composants ensemble ou dans un salon pour sécher les revêtements d'ongles appliqués.

Dans les environnements de fabrication, l'exposition aux UV est souvent mal comprise, mais c'est dans ces environnements que les fabricants ont le plus de contrôle sur la santé et la sécurité des travailleurs. Les systèmes de photopolymérisation UV industriels sont souvent dotés de contrôles de sécurité ou d'ingénierie intégrés. Ces contrôles, tels que le blindage, les verrouillages de sécurité, la conception intuitive et les plastiques absorbant la lumière, permettent aux opérateurs de les utiliser sans s'exposer à la lumière ultraviolette nocive.

Bien que toutes les sources de lumière UV puissent être dangereuses si elles sont utilisées sans précaution, les UV à ondes courtes (UV-C) représentent le risque le plus important pour les personnes qui les utilisent. La plupart des sources UV vendues sur le marché des matériaux photopolymérisables et des produits de consommation intègrent une énergie UVA plus sûre. Il est néanmoins essentiel d'utiliser un équipement de protection individuelle et de ne désactiver aucun des dispositifs de sécurité conçus pour la source de lumière UV. En apprenant aux utilisateurs à se protéger de l'exposition aux UV et en les formant à travailler en toute sécurité à proximité de ces systèmes UV, vous minimiserez tout risque potentiel de blessure. Les opérateurs doivent vérifier les spécifications de leur source UV avant de l'utiliser.

Lorsqu'elles sont utilisées correctement dans un environnement approprié, en conjonction avec un équipement de protection individuelle et une formation, les lampes de séchage UV à large spectre et LED peuvent être utilisées en toute sécurité pour de nombreuses applications.

Contactez notre équipe d’ingénierie d’application pour plus de conseils sur l’utilisation des systèmes de séchage à la lumière UV/Visible et LED.