Lichtechtheit ist eine Eigenschaft eines Farbstoffs wie Farbstoff oder Pigment, die beschreibt, wie widerstandsfähig gegen Ausbleichen es ist, wenn es Licht ausgesetzt wird. Farbstoffe und Pigmente werden beispielsweise zum Färben von Stoffen, Kunststoffen oder anderen Materialien und zum Herstellen von Farben oder Druckfarben verwendet.
Das Bleichen der Farbe wird durch den Einfluss elektromagnetischer Strahlung in der chemischen Struktur der Moleküle verursacht, die die Farbe des Subjekts ergeben. Der Teil eines Moleküls, der für seine Farbe verantwortlich ist, wird als Chromophor bezeichnet.
Licht, das auf eine lackierte Oberfläche trifft, kann die chemischen Bindungen des Pigments entweder verändern oder brechen, wodurch die Farben in einem als Photodegradation bekannten Prozess bleichen oder sich verändern. Materialien, die diesem Effekt widerstehen, werden als lichtecht bezeichnet. Das elektromagnetische Spektrum der Sonne enthält Wellenlängen von Gammawellen zu Radiowellen. Insbesondere die hohe Energie der ultravioletten Strahlung beschleunigt das Verblassen des Farbstoffs.
Die Photonenenergie von UVA-Strahlung, die nicht von atmosphärischem Ozon absorbiert wird, übersteigt die Dissoziationsenergie der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindung, was zur Spaltung der Bindung und zum Verblassen der Farbe führt. Anorganische Farbstoffe gelten als lichtechte als organische Farbstoffe.Schwarze Farbstoffe gelten normalerweise als die lichtechtesten.
Die Lichtechtheit wird gemessen, indem eine Probe für eine vordefinierte Zeitspanne einer Lichtquelle ausgesetzt wird und dann mit einer unbelichteten Probe verglichen wird.
Chemische Prozesse
Während des Verblassens unterliegen Farbstoffmoleküle verschiedenen chemischen Prozessen, die zum Verblassen führen.
Wenn ein UV-Photon mit einem Molekül reagiert, das als Farbstoff wirkt, wird das Molekül vom Grundzustand in einen angeregten Zustand angeregt. Das angeregte Molekül ist hochreaktiv und instabil. Während des Löschens des Moleküls vom angeregten Zustand in den Grundzustand reagiert der atmosphärische Triplett-Sauerstoff mit dem Farbstoffmolekül unter Bildung von Singulett-Sauerstoff- und Superoxid-Sauerstoffradikalen. Das Sauerstoffatom und das Superoxidradikal, die aus der Reaktion resultieren, sind beide hochreaktiv und in der Lage, die Färbemittel zu zerstören.
Photolyse
Photolyse, dh photochemische Zersetzung ist eine chemische Reaktion, bei der die Verbindung von den Photonen zerlegt wird. Diese Zersetzung tritt auf, wenn ein Photon ausreichender Energie auf eine Farbstoffmolekülbindung mit einer geeigneten Dissoziationsenergie trifft. Die Reaktion verursacht eine homolytische Spaltung in dem chromophoren System, was zu einem Verblassen des Farbstoffs führt.
Photooxidation
Photooxidation, dh photochemische Oxidation. Ein Farbstoffmolekül unterliegt, wenn es durch ein Photon ausreichender Energie angeregt wird, einem Oxidationsprozess. Dabei reagiert das chromophore System des Farbstoffmoleküls mit dem Luftsauerstoff zu einem nicht chromophoren System, was zu einem Verblassen führt. Farbstoffe, die eine Carbonylgruppe als Chromophor enthalten, sind besonders anfällig für Oxidation.
Photoreduktion
Photo-Reduktion, dh photochemische Reduktion. Ein Farbstoffmolekül mit einer ungesättigten Doppelbindung (typisch für Alkene) oder einer Dreifachbindung (typisch für Alkine), die als Chromophor wirkt, wird in Gegenwart von Wasserstoff und Photonen mit ausreichender Energie reduziert und bildet ein gesättigtes chromophores System. Sättigung verringert die Länge des chromophoren Systems, was zum Verblassen des Farbstoffs führt.
Photosensibilisierung
Photosensibilisierung, dh photochemische Sensibilisierung. Das Aussetzen von gefärbtem Cellulosematerial, wie Fasern auf Pflanzenbasis, gegenüber Sonnenlicht ermöglicht es den Farbstoffen, Wasserstoff aus der Cellulose zu entfernen, was zu einer Photoreduktion auf dem Cellulosesubstrat führt. Gleichzeitig wird das Färbemittel in Gegenwart von Luftsauerstoff oxidiert, was zu einer Photooxidation des Färbemittels führt. Diese Prozesse führen sowohl zum Verblassen des Farbstoffs als auch zum Festigkeitsverlust des Substrats.
Fotografieren
Photometallierung, dh photochemische Ausschreibung. Als Ergebnis von UV-Licht liefert das Substratmaterial Wasserstoff an die Farbmoleküle, wodurch das Farbstoffmolekül reduziert wird. Wenn der Wasserstoff entfernt wird, wird das Material oxidiert.
Standards und Messskalen
Einige Organisationen veröffentlichen Normen für die Bewertung der Lichtechtheit von Pigmenten und Materialien. Die Prüfung erfolgt typischerweise durch kontrollierte Exposition gegenüber Sonnenlicht oder künstlichem Licht, das von einer Xenonbogenlampe erzeugt wird. Aquarelle, Tinten, Pastelle und Buntstifte sind besonders anfällig für Ausbleichen im Laufe der Zeit, so dass die Auswahl lichtechte Pigmente in diesen Medien besonders wichtig ist.
Die bekanntesten Skalen, die die Lichtechtheit messen, sind die Blaue Wollskala, die Grauskala und die Skala, die durch ASTM (American Standard Test Measure) definiert ist. Auf der Blauen Wollskala wird die Lichtechtheit zwischen 1 und 8 bewertet. 1 ist sehr schlecht und 8 ist eine ausgezeichnete Lichtechtheit. In Graustufen wird die Lichtechtheit zwischen 1 und 5 bewertet. 1 ist sehr schlecht und 5 ist eine ausgezeichnete Lichtechtheit. Auf ASTM-Skala wird die Lichtechtheit zwischen IV bewertet. Ich habe eine ausgezeichnete Lichtechtheit und entspricht den Werten 7-8 auf Blue Wool Scale. V hat eine sehr schlechte Lichtechtheit und entspricht der blauen Wollskala 1.
Die tatsächliche Lichtechtheit ist abhängig von der Stärke der Strahlung der Sonne, so dass die Lichtechtheit relativ zur geographischen Lage, Jahreszeit und Belichtungsrichtung ist. Die folgende Tabelle listet suggestive Beziehungen der Lichtechtheitsbewertungen auf verschiedenen Maßstäben und das Verhältnis zur Zeit bei direkter Sonneneinstrahlung und normalen Displaybedingungen auf: weg von einem Fenster, unter indirekter Sonneneinstrahlung und richtig eingerahmt hinter einem UV-Schutzglas.
| Beschreibung | Skalen messen | Direkte Belichtung | Normale Bedingungen der Anzeige | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Blaue Wolle Bewertung | ASTM-Bewertung | Sommer | Winter | ||
| Sehr schlechte Lichtechtheit | 1 | V | weniger als 2 Jahre | ||
| Schlechte Lichtechtheit | 2 | IV | 2-15 Jahre | ||
| 3 | 4-8 Tage | 2-4 Wochen | |||
| Faire Lichtechtheit | 4 | III | 2-3 Wochen | 2-3 Monate | 15-50 Jahre |
| 5 | 3-5 Wochen | 4-5 Monate | |||
| Sehr gute Lichtechtheit | 6 | II | 6-8 Wochen | 5-6 Monate | 50-100 Jahre |
| Ausgezeichnete Lichtechtheit | 7 | I | 3-4 Monate | 7-9 Monate | über 100 Jahre |
Testprozedur
Die relative Menge an Fading kann unter Verwendung von Standardteststreifen gemessen und untersucht werden. Im Rahmen des Blue Wool-Tests sollte ein Referenzstreifen-Set vor jeglicher Lichteinwirkung geschützt aufbewahrt werden. Gleichzeitig mit den Proben wird ein anderer äquivalenter Teststreifensatz unter der im Standard definierten Lichtquelle belichtet. Wenn zum Beispiel die Lichtechtheit des Färbemittels auf der blauen Wollskala als 5 angegeben ist, kann erwartet werden, dass sie ähnlich ausbleibt wie die Streifenzahl 5 in dem Teststreifenset Blue Wool. Die Durchführung des Tests kann bestätigt werden, indem der Teststreifensatz mit dem vor dem Licht geschützt gespeicherten Referenzsatz verglichen wird.
In der grafischen Industrie
In Druckfarben werden hauptsächlich organische Pigmente verwendet, so dass das Verschieben oder Bleichen der Farbe eines Druckprodukts aufgrund des Vorhandenseins von UV-Licht normalerweise nur eine Frage der Zeit ist. Die Verwendung der organischen Pigmente ist insbesondere durch ihren günstigen Preis im Vergleich zu anorganischen Pigmenten gerechtfertigt. Die Teilchengröße der anorganischen Pigmente ist oft größer als bei organischen Pigmenten, so dass alle anorganischen Pigmente nicht für den Offsetdruck geeignet sind.
Beim Siebdruck ist die Teilchengröße des Pigments kein begrenzender Faktor. Daher ist es ein bevorzugtes Druckverfahren zum Drucken von Druckaufträgen, die eine extreme Lichtechtheit erfordern. Die Dicke der Farbschicht wirkt sich auf die Lichtechtheit der Menge des auf das Substrat aufgebrachten Pigments aus. Die durch den Siebdruck gedruckte Tintenschicht ist dicker als die im Offsetdruck gedruckte Schicht. Mit anderen Worten, es enthält mehr Pigment pro Fläche. Dies führt zu einer besseren Lichtechtheit, obwohl die verwendete Druckfarbe in beiden Verfahren auf dem gleichen Pigment basieren würde.
Beim Mischen der Druckfarben definiert die Lichtechtheit der aufgrund ihrer Lichtechtheit schwächeren Farbe die Lichtechtheit der gesamten Farbe. Das Verblassen eines der Pigmente führt zu einer Tonverschiebung hin zu einer Komponente mit besserer Lichtechtheit. Wenn es erforderlich ist, dass etwas von dem Druck sichtbar ist, obwohl sein dominantes Pigment verblassen würde, kann eine kleine Menge an Pigment mit ausgezeichneter Lichtechtheit damit gemischt werden.