Dlaczego barwniki blakną pod wpływem słońca?

Dlaczego barwniki blakną pod wpływem słońca? Zanim zrozumiemy przyczynę, musimy najpierw zrozumieć, czym jest „odporność na działanie słońca”.

Odporność na światło słoneczne: odnosi się do zdolności barwnika do zachowania pierwotnego koloru pod wpływem światła słonecznego. Zgodnie z ogólnymi przepisami, określenie odporności na światło słoneczne opiera się na świetle słonecznym. Aby ułatwić kontrolę w laboratorium, zazwyczaj stosuje się sztuczne źródła światła, które w razie potrzeby kalibruje się. Powszechnie stosowanymi sztucznymi źródłami światła są lampy przepuklinowe i lampy łukowe węglowe. Pod wpływem światła barwnik pochłania energię świetlną, a poziom energii cząsteczki barwnika znajduje się w stanie wzbudzonym. System barwienia cząsteczki barwnika zmienia się lub ulega zniszczeniu, co prowadzi do rozkładu barwnika i odbarwienia lub blaknięcia.

1. Wpływ światła na produkcję barwnika

Gdy cząsteczka barwnika pochłonie energię fotonu, spowoduje to przejście zewnętrznych elektronów walencyjnych cząsteczki ze stanu podstawowego do stanu wzbudzonego.

Ze względu na swoją zróżnicowaną strukturę, cząsteczki barwników mogą podlegać różnym procesom wzbudzenia pod wpływem fal świetlnych o różnych długościach fali, w tym π→π*, n→π*, CT (przeniesienie ładunku), S→S (stan singletowy), S→T (stan tripletowy), stan podstawowy → stan wzbudzony oraz stan podstawowy → drugi stan wzbudzony. Stan podstawowy stanu singletowego jest zapisywany jako S0, a drugi stan wzbudzony jako S1 i S2. Odpowiedni stan tripletowy jest reprezentowany przez T0, T1 i T2.

Podczas procesu wzbudzenia cząsteczki barwnika są wzbudzane do stanów wzbudzonych elektronami o różnych poziomach energii drgań. Ich poziomy energii drgań szybko spadają, przekształcając energię w ciepło i rozpraszając je. Ten proces obniżania poziomów energii nazywa się pasywacją wibracyjną. Podczas procesu pasywacji wibracyjnej, stan wzbudzony S2 o niskim poziomie energii drgań również przekształca się w stan wzbudzony S1 o wyższym poziomie energii drgań i kontynuuje pasywację wibracyjną. W ten sposób stan wzbudzony S2 o wyższym poziomie energii szybko przekształca się w stan wzbudzony S1 o niższym poziomie energii drgań.

Konwersja między stanami elektronicznymi S2 i S1 w warunkach równej energii przecięcia nie wiąże się ze zmianami krotności spinów elektronowych i jest nazywana konwersją wewnętrzną. Występuje również przejście między stanami singletowymi i tripletowymi, ze stanu wzbudzonego S1 do stanu T1. Ten rodzaj przejścia stanu energetycznego, któremu towarzyszą zmiany krotności spinów elektronowych w warunkach równej energii przecięcia, nazywa się przejściem międzysystemowym. Ze względu na „zakazany” efekt selektywności spinów elektronowych, tempo przejść międzysystemowych jest na ogół stosunkowo niskie.

Wzmocnione cząsteczki barwnika wchodzą w reakcje fotochemiczne z innymi cząsteczkami, co powoduje blaknięcie barwnika i optyczną kruchość włókien.

2. Czynniki wpływające na trwałość barwników na światło

1. Długość fali źródła światła i światła oświetlającego;

2. Czynniki środowiskowe;

3. Właściwości chemiczne i struktura organizacyjna włókien;

4. Wytrzymałość wiązania między barwnikiem i włóknem;

5. Struktura chemiczna barwników;

6. Stężenie barwnika i stan agregacji;

7. Wpływ sztucznego potu na blaknięcie barwników;

8. Wpływ dodatków.

3. Metody poprawy odporności barwników na działanie słońca

1. Poprawić strukturę barwnika, aby zminimalizować wpływ na system barwienia, jednocześnie zużywając energię świetlną, zachowując w ten sposób oryginalny kolor; powszechnie znane jako barwniki o wysokiej odporności na słońce. Ten rodzaj barwnika jest zazwyczaj droższy niż zwykłe barwniki, a w przypadku tkanin wymagających dużej ekspozycji na słońce, pierwszym krokiem powinien być wybór odpowiedniego barwnika.

2. Jeśli tkanina Jeśli farba została już zafarbowana, ale jej odporność na działanie promieni słonecznych nie spełnia wymagań, można ją poprawić za pomocą dodatków. Należy dodać odpowiednie dodatki w trakcie lub po procesie barwienia, aby zaszła reakcja świetlna przed wystawieniem barwnika na działanie światła, pochłaniając energię świetlną i chroniąc cząsteczki barwnika. Ogólnie dzieli się je na absorbery promieniowania ultrafioletowego i substancje anty-ultrafioletowe, zbiorczo nazywane wzmacniaczami odporności na działanie promieni słonecznych.

Odporność na działanie słońca tkanin barwionych na jasno przy użyciu barwników reaktywnych

Blaknięcie barwników reaktywnych pod wpływem światła to bardzo złożona reakcja fotooksydacyjnego chlorowania. Po zrozumieniu mechanizmu blaknięcia pod wpływem światła, świadomie tworzymy przeszkody dla reakcji fotooksydacyjnej w projektowaniu struktury molekularnej barwników, aby opóźnić blaknięcie pod wpływem światła. Na przykład, żółte barwniki zawierające grupy kwasu Dole-sulfonowego i pirazolon, niebieskie barwniki zawierające ftalocyjaninę metylozanową i diazowe pierścienie trichlorkowe oraz czerwone barwniki zawierające kompleksy metali, nadal nie posiadają żywych czerwonych barwników reaktywnych o dużej odporności na działanie słońca.

Odporność na działanie słońca barwionych tkanin zmienia się wraz ze zmianą stężenia barwnika. W przypadku tkanin barwionych tym samym barwnikiem na tym samym włóknie, odporność na działanie słońca wzrasta wraz ze wzrostem stężenia barwnika, natomiast w przypadku tkanin o jasnych kolorach odporność na działanie słońca odpowiednio spada, gdy stężenie barwnika jest niskie. Jednak odporność na działanie słońca popularnych barwników na wydrukowanych kartach kolorów jest mierzona przy stężeniu barwnika równym 1/1 standardowej głębokości (tj. 1% OWF lub stężenie barwnika 20-30 g/l). Przy stężeniu barwnika 1/6, 1/12 lub 1/25, odporność na działanie słońca znacznie spada.

Niektórzy proponują stosowanie absorberów promieniowania ultrafioletowego w celu poprawy odporności na promieniowanie słoneczne, ale nie jest to zalecana metoda. Promieniowanie ultrafioletowe wymaga dużej ilości energii i może poprawić odporność jedynie o połowę, a koszt musi zostać znacząco obniżony. Dlatego tylko odpowiedni dobór barwników może rozwiązać problem odporności na promieniowanie słoneczne.