La résistance à la lumière est la propriété d’un colorant tel qu’un colorant ou un pigment qui décrit à quel point il est résistant à la décoloration lorsqu’il est exposé à la lumière. Des colorants et des pigments sont utilisés par exemple pour la teinture de tissus, de matières plastiques ou d’autres matériaux et pour la fabrication de peintures ou d’encres d’imprimerie.
Le blanchiment de la couleur est causé par l’impact du rayonnement électromagnétique dans la structure chimique des molécules donnant la couleur du sujet. La partie d’une molécule responsable de sa couleur s’appelle le chromophore.
La lumière rencontrant une surface peinte peut altérer ou briser les liaisons chimiques du pigment, provoquant le blanchiment ou le changement des couleurs dans un processus connu sous le nom de photodégradation. Les matériaux qui résistent à cet effet sont réputés pour leur résistance à la lumière. Le spectre électromagnétique du soleil contient des longueurs d’onde allant des ondes gamma aux ondes radio. La haute énergie du rayonnement ultraviolet accélère en particulier la décoloration du colorant.
L’énergie photonique du rayonnement UVA qui n’est pas absorbée par l’ozone atmosphérique dépasse l’énergie de dissociation de la liaison simple carbone-carbone, ce qui entraîne le clivage de la liaison et la décoloration de la couleur. Les colorants inorganiques sont considérés comme étant plus résistants à la lumière que les colorants organiques. Les colorants noirs sont généralement considérés comme les plus résistants à la lumière.
La résistance à la lumière est mesurée en exposant un échantillon à une source de lumière pendant une période de temps prédéfinie, puis en le comparant à un échantillon non exposé.
Procédés chimiques
Pendant la décoloration, les molécules colorantes subissent divers processus chimiques qui entraînent une décoloration.
Quand un photon UV réagit avec une molécule agissant comme colorant, la molécule est excitée de l’état fondamental à un état excité. La molécule excitée est hautement réactive et instable. Au cours de la trempe de la molécule de l’état excité à l’état fondamental, l’oxygène triplet atmosphérique réagit avec la molécule colorante pour former l’oxygène singulet et le radical oxygène superoxyde. L’atome d’oxygène et le radical superoxyde résultant de la réaction sont à la fois très réactifs et capables de détruire les colorants.
Photolyse
La photolyse, c’est-à-dire la décomposition photochimique, est une réaction chimique où le composé est décomposé par les photons. Cette décomposition se produit lorsqu’un photon d’énergie suffisante rencontre une liaison de molécule de colorant avec une énergie de dissociation appropriée. La réaction provoque un clivage homolytique dans le système chromophore résultant de la décoloration du colorant.
Photo-oxydation
Photo-oxydation, c’est-à-dire oxydation photochimique. Une molécule colorante, lorsqu’elle est excitée par un photon d’énergie suffisante, subit un processus d’oxydation. Dans le processus, le système chromophore de la molécule de colorant réagit avec l’oxygène de l’atmosphère pour former un système non chromophore, ce qui entraîne une décoloration. Les colorants qui contiennent un groupe carbonyle en tant que chromophore sont particulièrement vulnérables à l’oxydation.
Photoréduction
Photo-réduction, c’est-à-dire réduction photochimique. Une molécule colorante avec une double liaison insaturée (typique des alcènes) ou une triple liaison (typique des alcynes) agissant comme chromophore subit une réduction en présence d’hydrogène et de photons d’énergie suffisante, formant un système chromophore saturé. La saturation réduit la longueur du système chromophore, entraînant la décoloration du colorant.
Photosensibilisation
La photosensibilisation, c’est-à-dire la sensibilisation photochimique. L’exposition de la matière cellulosique teintée, telle que des fibres végétales, à la lumière du soleil permet aux colorants d’éliminer l’hydrogène de la cellulose, ce qui entraîne une photoréduction sur le substrat cellulosique. Simultanément, le colorant subira une oxydation en présence de l’oxygène atmosphérique, entraînant une photo-oxydation du colorant. Ces processus entraînent à la fois une atténuation du colorant et une perte de résistance du substrat.
Phototendering
Phototendering, c’est-à-dire, soumission photochimique. À la suite de la lumière UV, le matériau du substrat fournit de l’hydrogène aux molécules du colorant, réduisant ainsi la molécule de colorant. Lorsque l’hydrogène est éliminé, le matériau subit une oxydation.
Normes et échelles de mesure
Certaines organisations publient des normes pour évaluer la résistance à la lumière des pigments et des matériaux. Les tests sont généralement effectués par une exposition contrôlée à la lumière du soleil ou à la lumière artificielle générée par une lampe à arc au xénon. Les aquarelles, les encres, les pastels et les crayons de couleur sont particulièrement sensibles à la décoloration au fil du temps. Il est donc particulièrement important de choisir des pigments résistants à la lumière.
Les échelles les plus connues qui mesurent la résistance à la lumière sont l’échelle de laine bleue, l’échelle de gris et l’échelle définie par l’ASTM (American Standard Test Measure). Sur la Blue Wool Scale, la résistance à la lumière est évaluée entre 1-8. 1 étant très pauvre et 8 étant une excellente solidité à la lumière.En échelle de gris, la résistance à la lumière est évaluée entre 1 et 5. 1 étant très pauvre et 5 étant excellente résistance à la lumière. Sur l’échelle ASTM, la résistance à la lumière est évaluée entre IV. I est une excellente résistance à la lumière et correspond aux cotes 7-8 sur Blue Wool Scale. V est très faible résistance à la lumière et il correspond à l’échelle 1 de Blue Wool.
La solidité à la lumière réelle dépend de la force du rayonnement du soleil, de sorte que la résistance à la lumière est relative à l’emplacement géographique, à la saison et à la direction de l’exposition. Le tableau suivant répertorie les relations suggestives des cotes de résistance à la lumière sur différentes échelles de mesure et la relation avec le temps en plein soleil et les conditions normales d’exposition: loin d’une fenêtre, sous un éclairage indirect et correctement encadré par un verre protecteur UV.
| La description | Mesurer les échelles | Exposition directe | Conditions normales d’affichage | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Blue Wool rating | Cote ASTM | Été | Hiver | ||
| Très faible résistance à la lumière | 1 | V | moins de 2 ans | ||
| Mauvaise résistance à la lumière | 2 | IV | 2-15 ans | ||
| 3 | 4-8 jours | 2-4 semaines | |||
| Bonne résistance à la lumière | 4 | III | 2-3 semaines | 2-3 mois | 15-50 ans |
| 5 | 3-5 semaines | 4-5 mois | |||
| Très bonne résistance à la lumière | 6 | II | 6-8 semaines | 5-6 mois | 50-100 ans |
| Excellente résistance à la lumière | 7 | I | 3-4 mois | 7-9 mois | plus de 100 ans |
Procédure de test
La quantité relative de décoloration peut être mesurée et étudiée en utilisant des bandes de test standard. Dans le flux de travail du test Blue Wool, un ensemble de bandes de référence doit être stocké à l’abri de toute exposition à la lumière. Simultanément avec les échantillons, un autre jeu de bandes d’essai équivalent est exposé sous la source lumineuse définie dans la norme. Par exemple, si la solidité à la lumière du colorant est de 5 sur l’échelle de la laine bleue, on peut s’attendre à ce qu’elle disparaisse de la même quantité que le numéro de bande 5 dans l’ensemble de bandelettes de test Blue Wool. L’accomplissement du test peut être confirmé en comparant le jeu de bandes de test avec le jeu de référence stocké protégé de la lumière.
Dans l’industrie graphique
Dans les encres d’imprimerie, on utilise principalement des pigments organiques, de sorte que le déplacement ou la décoloration de la couleur d’un produit d’impression en raison de la présence de la lumière UV est habituellement juste une question de temps. L’utilisation des pigments organiques se justifie notamment par leur prix peu élevé par rapport aux pigments minéraux. La taille des particules des pigments inorganiques est souvent plus grande que celle des pigments organiques, de sorte que tous les pigments inorganiques ne sont pas appropriés pour l’impression offset.
Dans la sérigraphie, la taille des particules du pigment n’est pas un facteur limitant. Ainsi, il est préféré un procédé d’impression pour imprimer des travaux d’impression nécessitant une extrême résistance à la lumière. L’épaisseur de la couche d’encre affecte la résistance à la lumière de la quantité de pigment déposée sur le substrat. La couche d’encre imprimée par sérigraphie est plus épaisse que la couche imprimée en impression offset. En d’autres termes, il contient plus de pigment par zone. Cela conduit à une meilleure résistance à la lumière même si l’encre d’impression utilisée dans les deux procédés serait basée sur le même pigment.
Lors du mélange des encres d’impression, la résistance à la lumière de l’encre est plus faible en raison de sa résistance à la lumière qui définit la résistance à la lumière de toute la couleur. La décoloration de l’un des pigments conduit à un changement de tonalité vers une composante avec une meilleure résistance à la lumière. S’il est nécessaire qu’il y ait quelque chose de visible à l’impression même si son pigment dominant s’estompe, une petite quantité de pigment avec une excellente résistance à la lumière peut être mélangée avec lui.