La solidez a la luz es una propiedad de un colorante como colorante o pigmento que describe la resistencia a la decoloración cuando se expone a la luz. Los tintes y pigmentos se utilizan, por ejemplo, para teñir telas, plásticos u otros materiales y para fabricar pinturas o tintas de impresión.
El blanqueo del color es causado por el impacto de la radiación electromagnética en la estructura química de las moléculas que dan el color del sujeto. La parte de una molécula responsable de su color se llama cromóforo.
La luz que se encuentra con una superficie pintada puede alterar o romper los enlaces químicos del pigmento, haciendo que los colores se blanqueen o cambien en un proceso conocido como fotodegradación. Se dice que los materiales que resisten este efecto son resistentes a la luz. El espectro electromagnético del sol contiene longitudes de onda desde ondas gamma hasta ondas de radio. La alta energía de la radiación ultravioleta en particular acelera el desvanecimiento del tinte.
La energía fotónica de la radiación UVA que no es absorbida por el ozono atmosférico excede la energía de disociación del enlace simple carbono-carbono, lo que da como resultado la ruptura del enlace y la decoloración del color. Los colorantes inorgánicos se consideran más resistentes a la luz que los colorantes orgánicos.Los colorantes negros generalmente se consideran los más resistentes a la luz.
La resistencia a la luz se mide exponiendo una muestra a una fuente de luz durante un período de tiempo predefinido y luego comparándola con una muestra no expuesta.
Procesos químicos
Durante el desvanecimiento las moléculas de colorante se someten a diversos procesos químicos que provocan la decoloración.
Cuando un fotón UV reacciona con una molécula que actúa como colorante, la molécula se excita desde el estado fundamental a un estado excitado. La molécula excitada es altamente reactiva e inestable. Durante el enfriamiento de la molécula del estado excitado al estado fundamental, el oxígeno triplete atmosférico reacciona con la molécula de colorante para formar oxígeno singlete y un radical de oxígeno superóxido. El átomo de oxígeno y el radical superóxido que resulta de la reacción son altamente reactivos y capaces de destruir los colorantes.
Fotólisis
La fotólisis, es decir, la descomposición fotoquímica es una reacción química en la que los fotones descomponen el compuesto. Esta descomposición ocurre cuando un fotón de energía suficiente encuentra un enlace de molécula colorante con una energía de disociación adecuada. La reacción provoca la división homolítica en el sistema cromóforo que resulta en la decoloración del colorante.
Foto-oxidación
Fotooxidación, es decir, oxidación fotoquímica. Una molécula de colorante, cuando es excitada por un fotón de suficiente energía, se somete a un proceso de oxidación. En el proceso, el sistema cromóforo de la molécula de colorante reacciona con el oxígeno atmosférico para formar un sistema no cromóforo, lo que produce un desvanecimiento. Los colorantes que contienen un grupo carbonilo como el cromóforo son particularmente vulnerables a la oxidación.
Fotoreducción
Fotoreducción, es decir, reducción fotoquímica. Una molécula de colorante con un doble enlace insaturado (típico de los alquenos) o triple enlace (típico de los alquinos) que actúa como cromóforo experimenta una reducción en presencia de hidrógeno y fotones de suficiente energía, formando un sistema cromóforo saturado. La saturación reduce la longitud del sistema cromóforo, lo que provoca la decoloración del colorante.
Fotosensibilización
Fotosensibilización, es decir, sensibilización fotoquímica. La exposición del material celulósico teñido, tal como fibras basadas en plantas, a la luz solar permite que los colorantes eliminen el hidrógeno de la celulosa, dando como resultado una fotorreducción sobre el sustrato celulósico. Simultáneamente, el colorante sufrirá oxidación en presencia del oxígeno atmosférico, dando como resultado la fotooxidación del colorante. Estos procesos resultan tanto en la decoloración del colorante como en la pérdida de resistencia del sustrato.
Fototendering
Fototendering, es decir, licitación fotoquímica. Como resultado de la luz UV, el material del sustrato suministra hidrógeno a las moléculas colorantes, reduciendo la molécula de colorante. A medida que se elimina el hidrógeno, el material sufre oxidación.
Estándares y escalas de medida
Algunas organizaciones publican estándares para calificar la solidez a la luz de pigmentos y materiales. Las pruebas se realizan normalmente mediante exposición controlada a la luz solar o a la luz artificial generada por una lámpara de arco de xenón. Las acuarelas, tintas, pasteles y lápices de colores son particularmente susceptibles a desaparecer con el tiempo, por lo que la elección de pigmentos resistentes a la luz es especialmente importante en estos medios.
Las escalas más conocidas que miden la resistencia a la luz son la Blue Wool Scale, la escala de grises y la escala definida por ASTM (American Standard Test Measure). En Blue Wool Scale, la resistencia a la luz se clasifica entre 1-8. 1 es muy pobre y 8 es excelente para la resistencia a la luz. En escala de grises, la resistencia a la luz se clasifica entre 1-5. 1 es muy pobre y 5 es excelente resistencia a la luz. En la escala ASTM, la resistencia a la luz se clasifica entre IV. Tengo una excelente resistencia a la luz y corresponde a las clasificaciones 7-8 en Blue Wool Scale. V es muy poco resistente a la luz y corresponde a la escala de lana azul calificación 1.
La resistencia a la luz real depende de la intensidad de la radiación del sol, por lo que la resistencia a la luz es relativa a la ubicación geográfica, la estación y la dirección de exposición. La siguiente tabla enumera las relaciones sugerentes de las clasificaciones de resistencia a la luz en diferentes escalas de medición y la relación relativa al tiempo en la luz solar directa y las condiciones normales de visualización: lejos de una ventana, bajo luz solar indirecta y debidamente enmarcada detrás de un vidrio protector UV.
| Descripción | Escalas de medida | Exposición directa | Condiciones normales de visualización | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Calificación de lana azul | Clasificación ASTM | Verano | Invierno | ||
| Muy poca resistencia a la luz | 1 | V | menos de 2 años | ||
| Poca resistencia a la luz | 2 | IV | 2-15 años | ||
| 3 | 4-8 días | 2-4 semanas | |||
| Fair lightfastness | 4 | III | 2-3 semanas | 2-3 meses | 15-50 años |
| 5 | 3-5 semanas | 4-5 meses | |||
| Muy buena solidez a la luz | 6 | II | 6-8 semanas | 5-6 meses | 50-100 años |
| Excelente resistencia a la luz | 7 | I | 3-4 meses | 7-9 meses | más de 100 años |
Procedimiento de prueba
La cantidad relativa de desvanecimiento puede medirse y estudiarse mediante rayas de prueba estándar. En el flujo de trabajo de la prueba Blue Wool, un conjunto de bandas de referencia deberá almacenarse protegido de cualquier exposición de luz. Simultáneamente con las muestras, otro conjunto de rayas de prueba equivalentes se expone debajo de la fuente de luz definida en el estándar. Por ejemplo, si se indica que la solidez a la luz del colorante es 5 en la escala de lana azul, se puede esperar que se desvanezca una cantidad similar a la tira número 5 en la tira de prueba de lana azul. La realización de la prueba puede confirmarse comparando el conjunto de rayas de prueba con el conjunto de referencia almacenado protegido de la luz.
En la industria gráfica
En las tintas de impresión se utilizan principalmente pigmentos orgánicos, por lo que el cambio o decoloración del color de un producto de impresión debido a la presencia de luz ultravioleta suele ser solo una cuestión de tiempo. El uso de los pigmentos orgánicos se justifica especialmente por su precio económico en comparación con los pigmentos inorgánicos. El tamaño de partícula de los pigmentos inorgánicos es a menudo mayor que el de los pigmentos orgánicos, por lo que todos los pigmentos inorgánicos no son adecuados para su uso en la impresión offset.
En la impresión de pantalla, el tamaño de partícula del pigmento no es un factor limitante. Por lo tanto, es un método de impresión preferido para imprimir trabajos de impresión que requieran una resistencia extrema a la luz. El espesor de los efectos de la capa de tinta sobre la resistencia a la luz es la cantidad de pigmento colocada sobre el sustrato. La capa de tinta impresa mediante la impresión de pantalla es más gruesa que la capa impresa en impresión offset. En otras palabras, contiene más pigmento por área. Esto conduce a una mejor resistencia a la luz a pesar de que la tinta de impresión usada en ambos métodos estaría basada en el mismo pigmento.
Al mezclar las tintas de impresión, la resistencia a la luz de la tinta es más débil debido a su resistencia a la luz, lo que define la resistencia a la luz de todo el color.El desvanecimiento de uno de los pigmentos conduce a un cambio de tono hacia un componente con una mejor resistencia a la luz. Si se requiere que haya algo visible en la impresión a pesar de que su pigmento dominante se desvanecería, se puede mezclar una pequeña cantidad de pigmento con una excelente resistencia a la luz.