Светостойкость
Светостойкость — это свойство красителя, такого как краситель или пигмент , которое характеризует его устойчивость к выцветанию под воздействием света. [1] [2] [3] Красители и пигменты используются, например, для , пластмасс окрашивания тканей и других материалов, а также для производства красок или печатных красок .
Обесцвечивание цвета вызвано воздействием ультрафиолетового излучения на химическую структуру молекул, придающих цвет предмету. Часть молекулы, отвечающая за ее цвет, называется хромофором . [4] [5]
Свет, попадающий на окрашенную поверхность, может либо изменить, либо разрушить химические связи пигмента, вызывая обесцвечивание или изменение цвета в процессе, известном как фотодеградация . [6] Материалы, устойчивые к этому эффекту, называются светостойкими . Электромагнитный спектр Солнца содержит длины волн от гамма-волн до радиоволн. Высокая энергия ультрафиолетового излучения особенно ускоряет выцветание красителя. [7]
Энергия фотонов - излучения UVA , не поглощаемого атмосферным озоном, превышает энергию диссоциации углерод-углерод одинарной связи , что приводит к разрыву связи и выцветанию окраски. [7] Неорганические красители считаются более светостойкими, чем органические красители. [8] Черные красители обычно считаются наиболее светостойкими. [9]
Светостойкость измеряется путем воздействия на образец источника света в течение заранее определенного периода времени, а затем сравнения его с неэкспонированным образцом. [2] [3] [10]
Химические процессы
[ редактировать ]Во время выцветания молекулы красителя подвергаются различным химическим процессам, которые приводят к выцветанию.
Когда УФ-фотон реагирует с молекулой, действующей как краситель, молекула переходит из основного состояния в возбужденное состояние. Возбужденная молекула очень реакционноспособна и нестабильна. Во время тушения молекулы из возбужденного состояния в основное состояние триплетный кислород воздуха реагирует с молекулой красителя с образованием синглетного кислорода и супероксидного радикала кислорода . Атом кислорода и супероксидный радикал, образующиеся в результате реакции, обладают высокой реакционной способностью и способны разрушать красители. [7]
Фотолиз
[ редактировать ]Фотолиз , то есть фотохимическое разложение, представляет собой химическую реакцию, при которой соединение расщепляется фотонами. Это разложение происходит, когда фотон достаточной энергии встречает связь молекулы красителя с подходящей энергией диссоциации. Реакция вызывает гомолитическое расщепление хромофорной системы, что приводит к обесцвечиванию красителя. [7]
Фотоокисление
[ редактировать ]Фотоокисление , т. е. фотохимическое окисление . Молекула красителя при возбуждении фотоном достаточной энергии подвергается процессу окисления. При этом хромофорная система молекулы красителя реагирует с кислородом воздуха, образуя нехромофорную систему, что приводит к выцветанию. Красители, содержащие карбонильную группу в качестве хромофора, особенно уязвимы к окислению. [7]
Фоторедукция
[ редактировать ]Фотовосстановление , т. е. фотохимическое восстановление . Молекула красителя с ненасыщенной двойной связью (характерна для алкенов ) или тройной связью (характерна для алкинов ), действующая как хромофор, подвергается восстановлению в присутствии водорода и фотонов достаточной энергии, образуя насыщенную хромофорную систему. Насыщение уменьшает длину хромофорной системы, что приводит к выцветанию красителя. [7]
Фотосенсибилизация
[ редактировать ]Фотосенсибилизация , т. е. фотохимическая сенсибилизация. Воздействие солнечного света на окрашенный целлюлозный материал, такой как волокна растительного происхождения, позволяет красителям удалять водород из целлюлозы, что приводит к фотовосстановлению на целлюлозном субстрате. Одновременно краситель подвергается окислению в присутствии кислорода воздуха, что приводит к фотоокислению красителя. Эти процессы приводят как к выцветанию красителя, так и к потере прочности основы. [7]
Фототендеры
[ редактировать ]Фототендер , то есть фотохимический тендер. Под воздействием ультрафиолета материал подложки поставляет водород к молекулам красителя, восстанавливая молекулу красителя. По мере удаления водорода материал подвергается окислению. [7]
Эталоны и шкалы измерения
[ редактировать ]Некоторые организации публикуют стандарты оценки светостойкости пигментов и материалов. Тестирование обычно проводится путем контролируемого воздействия солнечного света или искусственного света, генерируемого ксеноновой дуговой лампой . [11] Акварель , тушь , пастель и цветные карандаши особенно подвержены выцветанию со временем, поэтому для этих материалов особенно важен выбор светостойких пигментов. [1]
Наиболее известными шкалами, измеряющими светостойкость, являются шкала синей шерсти , шкала серого и шкала, определенная ASTM (американская стандартная испытательная мера). [11] [12] [13] [14] По шкале Blue Wool светостойкость оценивается от 1 до 8. 1 – очень плохая светостойкость, 8 – отличная светостойкость. По шкале серого светостойкость оценивается от 1 до 5. 1 — очень плохая светостойкость, 5 — отличная светостойкость. [1] [2] [10] По шкале ASTM светостойкость оценивается между IV. I отличается превосходной светостойкостью и соответствует оценкам 7–8 по шкале Blue Wool. V – очень низкая светостойкость и соответствует рейтингу 1 по шкале Blue Wool. [10]
Фактическая светостойкость зависит от силы солнечного излучения, поэтому светостойкость зависит от географического положения, сезона и направления воздействия. В следующей таблице приведены ориентировочные соотношения показателей светостойкости по разным шкалам измерения, а также зависимость от времени при прямом солнечном свете и нормальных условиях отображения: вдали от окна, под непрямым солнечным светом и в правильной рамке за стеклом, защищающим от ультрафиолета. [10]
| Описание | Измерительные весы | Прямое воздействие | Нормальные условия отображения | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Рейтинг синей шерсти | Рейтинг ASTM | Лето | Зима | ||
| Очень плохая светостойкость | 1 | V | менее 2 лет | ||
| Плохая светостойкость | 2 | IV | 2–15 лет | ||
| 3 | 4–8 дней | 2–4 недели | |||
| Хорошая светостойкость | 4 | III | 2–3 недели | 2–3 месяца | 15–50 лет |
| 5 | 3–5 недель | 4–5 месяцев | |||
| Очень хорошая светостойкость | 6 | II | 6–8 недель | 5–6 месяцев | 50–100 лет |
| Отличная светостойкость | 7 | я | 3–4 месяца | 7–9 месяцев | более 100 лет |
| 8 | более 1,5 лет | ||||
Процедура испытания
[ редактировать ]Относительную степень выцветания можно измерить и изучить с помощью стандартных тест-полосок. В процессе проведения теста Blue Wool один комплект эталонных полосок должен храниться в защищенном от света месте. Одновременно другой эквивалентный набор тест-полосок подвергается воздействию источника света, определенного стандартом. Например, если светостойкость красителя указана как 5 по шкале Blue Wool, можно ожидать, что он выцветет на такую же величину, что и полоска номер 5 в наборе тест-полосок Blue Wool. Успех теста можно подтвердить, сравнив набор тест-полосок с эталонным набором, хранившимся в защищенном от света месте. [12] [13]
В графической индустрии
[ редактировать ]В печати в красках в основном используются органические пигменты, поэтому изменение или обесцвечивание цвета полиграфической продукции из-за присутствия УФ-излучения обычно является лишь вопросом времени. Использование органических пигментов оправдано прежде всего их невысокой стоимостью по сравнению с неорганическими пигментами. Размер частиц неорганических пигментов часто больше, чем у органических пигментов, поэтому неорганические пигменты часто не подходят для использования в офсетной печати . [15]
В трафаретной печати размер частиц пигмента не является ограничивающим фактором. Таким образом, это предпочтительный метод печати для работ, требующих исключительной светостойкости. Толщина слоя краски влияет на светостойкость за счет количества пигмента, нанесенного на подложку. Слой краски, напечатанный трафаретной печатью, толще, чем слой краски, напечатанный офсетной печатью. Другими словами, он содержит больше пигмента на площадь. Это приводит к лучшей светостойкости, хотя печатная краска, используемая в обоих методах, будет основана на одном и том же пигменте. [7]
При смешивании печатных красок чернила с более слабой светостойкостью определяют светостойкость всего смешанного цвета. Выцветание одного из пигментов приводит к сдвигу тона в сторону компонента с лучшей светостойкостью. Если требуется, чтобы на отпечатке было что-то видно, даже если его доминирующий пигмент потускнеет, то к нему можно смешать небольшое количество пигмента с отличной светостойкостью.
См. также
[ редактировать ]- Шкала синей шерсти – показатель стойкости красителя.
- Устойчивость цвета – устойчивость цветов текстиля к выцветанию.
- Беглый пигмент – пигменты, которые со временем подвержены выцветанию или изменению.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Бодди-Эванс, Мэрион. «Художественный глоссарий: светостойкость» . О сайте.com . Проверено 5 марта 2015 г.
- ^ Jump up to: а б с Симмонс, Розмари (2002). Словарь терминов гравюры . Лондон: A&C Black (Publishers) Ltd., с. 30. ISBN 978-0-7136-5795-1 .
- ^ Jump up to: а б «Светостойкость» . Принтвики . Проверено 6 февраля 2017 г.
- ^ «Золотая книга ИЮПАК: Хромофор» . ИЮПАК – Международный союз теоретической и прикладной химии. дои : 10.1351/goldbook.C01076 . Проверено 6 февраля 2017 г.
- ^ Мялконен, Пентти (1979). Органическая химия (на финском языке). Большая Медведица. п.п. 237–238. ISBN 978-951-1-05378-1 .
- ^ «Почему ультрафиолетовый свет приводит к выцветанию цветов?» . Библиотека Конгресса . 23 августа 2010 года . Проверено 5 марта 2015 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я «Светостойкость текстиля: факторы, влияющие и меры борьбы» . Текстильный ученик . Проверено 5 марта 2015 г.
- ^ «Органические и неорганические пигменты» . Колорджет Кемикалс Пвт Лтд . Проверено 6 февраля 2017 г.
- ^ «Художественный глоссарий: технический углерод» . Колорджет Кемикалс Пвт Лтд . Проверено 6 февраля 2017 г.
- ^ Jump up to: а б с д «испытания на светостойкость» . Брюс МакЭвой. 2015 . Проверено 6 февраля 2017 г.
- ^ Jump up to: а б «ASTM D4303-10 (2016), Стандартные методы испытаний светостойкости красителей, используемых в материалах художников» . Американский международный стандарт испытаний. 2016 . Проверено 6 февраля 2017 г.
- ^ Jump up to: а б «ISO 105-B01:2014 Текстиль. Испытания на стойкость окраски. Часть B01: Устойчивость окраски к свету: Дневной свет» . Международная организация по стандартизации. 2014 . Проверено 6 февраля 2017 г.
- ^ Jump up to: а б «ISO 105-B02:2014, Текстильные изделия. Испытания на стойкость окраски. Часть B02. Устойчивость окраски к искусственному освещению: испытание ксеноновой дуговой лампы» . Международная организация по стандартизации. 2014 . Проверено 6 февраля 2017 г.
- ^ «ISO 12040:1997, Графическая технология. Печать и печатные краски. Оценка светостойкости с использованием фильтрованного ксенонового дугового света» . Международная организация по стандартизации. 1997 год . Проверено 6 февраля 2017 г.
- ^ «Пигменты» . БАСФ СЭ. 2016 . Проверено 6 февраля 2017 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Проведение собственных испытаний на светостойкость
- Пупуландия: Искусство вечно или должно быть так? (на финском языке)
- Джайлз, Чарльз Х; Маккей, Роберт Б. (1963). «Светостойкость красителей: обзор». Журнал текстильных исследований . 33 (7): 528. дои : 10.1177/004051756303300707 . S2CID 101986249 .