Почему красители выцветают на солнце?

Почему красители выцветают на солнце? Прежде чем понять причину, нам сначала нужно узнать, что такое «стойкость к солнечному свету».

Устойчивость к солнечному свету: относится к способности красителя сохранять свой первоначальный цвет под воздействием солнечного света. Согласно общим правилам, определение устойчивости к солнечному свету основано на использовании солнечного света. Для облегчения контроля в лаборатории обычно используются искусственные источники света, которые при необходимости калибруются. Наиболее часто используемые искусственные источники света — это лампы для освещения и угольные дуговые лампы. Под воздействием света краситель поглощает световую энергию, и энергетический уровень молекулы красителя переходит в возбужденное состояние. Окрашивающая система молекулы красителя изменяется или разрушается, что приводит к разложению красителя и обесцвечиванию.

1. Влияние света на производство красителей

Когда молекула красителя поглощает энергию фотона, это приводит к переходу внешних валентных электронов молекулы из основного состояния в возбужденное.

В зависимости от своей структуры молекулы красителей могут подвергаться различным процессам возбуждения под действием световых волн разной длины волны, включая π→π*, n→π*, CT (перенос заряда), S→S (синглетное состояние), S→T (триплетное состояние), основное состояние → возбужденное состояние и основное состояние → второе возбужденное состояние. Основное состояние синглетного состояния обозначается как S0, а второе возбужденное синглетное состояние — как S1 и S2 соответственно. Соответствующие триплетные состояния обозначаются как T0, T1 и T2.

В процессе возбуждения молекулы красителя переходят в электронно-возбужденные состояния с различными уровнями колебательной энергии. Их уровни колебательной энергии быстро понижаются, преобразуя энергию в тепло и рассеивая её. Этот процесс понижения уровней энергии называется колебательной пассивацией. В процессе колебательной пассивации возбужденное состояние S2 с низким уровнем колебательной энергии также трансформируется в возбужденное состояние S1 с более высоким уровнем колебательной энергии и продолжает подвергаться колебательной пассивации. Таким образом, возбужденное состояние S2 с более высоким уровнем энергии быстро трансформируется в возбужденное состояние S1 с более низким уровнем колебательной энергии.

Переход между электронными состояниями S2 и S1 при условии пересечения равных энергий не сопровождается изменениями мультиплетности электронного спина и называется внутренней конверсией. Также происходит переход между синглетным и триплетным состояниями, из возбужденного состояния S1 в возбужденное состояние T1. Этот тип перехода между электронными энергетическими состояниями, сопровождающийся изменением мультиплетности электронного спина при условии пересечения равных энергий, называется межсистемным переходом. Из-за «запрещенного» эффекта селективности электронного спина скорость межсистемного перехода, как правило, относительно низка.

Усиленные молекулы красителя вступают в фотохимические реакции с другими молекулами, что приводит к выцветанию красителя и оптической хрупкости волокон.

2. Факторы, влияющие на светостойкость красителей.

1. Длина волны источника света и освещающего света;

2. Факторы окружающей среды;

3. Химические свойства и организационная структура волокон;

4. Прочность связи между красителем и волокном;

5. Химическая структура красителей;

6. Концентрация красителя и состояние агрегации;

7. Влияние искусственного пота на выцветание красителя;

8. Влияние добавок.

3. Методы повышения устойчивости красителей к солнечному излучению.

1. Улучшение структуры красителя для минимизации воздействия на систему окрашивания при одновременном потреблении световой энергии, тем самым сохраняя первоначальный цвет; обычно такие красители известны как красители с высокой стойкостью к солнечному излучению. Этот тип красителя, как правило, дороже обычных красителей, и для тканей, подверженных воздействию солнечных лучей, первым шагом должен быть выбор красителя.

2. Если ткань Если ткань уже окрашена, но её устойчивость к солнечному излучению не соответствует требованиям, для её улучшения можно использовать добавки. Соответствующие добавки добавляются во время или после процесса окрашивания, чтобы они подвергались световой реакции до окрашивания при воздействии света, поглощая световую энергию для защиты молекул красителя. Обычно их делят на поглотители ультрафиолетового излучения и антиультрафиолетовые агенты, которые в совокупности называются усилителями устойчивости к солнечному излучению.

Устойчивость к солнечному свету светлых тканей, окрашенных реактивными красителями.

Светоиндуцированное выцветание реактивных красителей представляет собой очень сложную фотоокислительную реакцию хлорирования. Поняв механизм светоиндуцированного выцветания, мы целенаправленно создаём препятствия для фотоокислительной реакции в молекулярной структуре красителей, чтобы замедлить это выцветание. Например, жёлтые красители, содержащие сульфоновые кислоты Доля и пиразолон, синие красители, содержащие метилзанил фталоцианина и диазотрихелдинговые кольца, а также красные красители, содержащие металлокомплексы, всё ещё испытывают недостаток в ярких красных реактивных красителях с высокой устойчивостью к солнечному свету.

Устойчивость окрашенных тканей к солнечному свету изменяется в зависимости от концентрации красителя. Для тканей, окрашенных одним и тем же красителем на одном и том же волокне, устойчивость к солнечному свету увеличивается с повышением концентрации красителя, тогда как для светлых тканей устойчивость к солнечному свету соответственно снижается при низкой концентрации красителя. Однако устойчивость к солнечному свету обычных красителей, измеренная на печатных цветовых картах, составляет 1/1 от стандартной глубины (т.е. 1% от массы ткани или 20-30 г/л концентрации красителя). Если концентрация красителя составляет 1/6, 1/12 или 1/25, устойчивость к солнечному свету значительно снизится.

Некоторые предлагали использовать поглотители ультрафиолетового излучения для повышения устойчивости к солнечному излучению, но это нецелесообразный метод. Ультрафиолетовое излучение требует значительных затрат и позволяет улучшить устойчивость лишь наполовину, а стоимость должна быть существенно снижена. Поэтому решить проблему устойчивости к солнечному излучению может только тщательный подбор красителей.