La solidità alla luce è una proprietà di un colorante come la tintura o il pigmento che descrive la resistenza allo sbiadimento quando viene esposta alla luce. Coloranti e pigmenti sono utilizzati ad esempio per la tintura di tessuti, materie plastiche o altri materiali e per la produzione di vernici o inchiostri da stampa.
Lo sbiancamento del colore è causato dall’impatto della radiazione elettromagnetica nella struttura chimica delle molecole che dà il colore del soggetto. La parte di una molecola responsabile del suo colore è chiamata cromoforo.
La luce che incontra una superficie dipinta può alterare o rompere i legami chimici del pigmento, causando la colorazione dei colori o il cambiamento in un processo noto come fotodegradazione. Si dice che i materiali che resistono a questo effetto siano resistenti alla luce. Lo spettro elettromagnetico del sole contiene lunghezze d’onda da onde gamma a onde radio. L’alta energia della radiazione ultravioletta in particolare accelera lo sbiadimento della tintura.
L’energia fotonica della radiazione UVA che non è assorbita dall’ozono atmosferico supera l’energia di dissociazione del singolo legame carbonio-carbonio, determinando la scissione del legame e lo sbiadimento del colore. I coloranti inorganici sono considerati più resistenti alla luce dei coloranti organici. I coloranti neri sono generalmente considerati i più resistenti.
La solidità alla luce viene misurata esponendo un campione a una sorgente luminosa per un periodo di tempo predefinito e quindi confrontandolo con un campione non esposto.
Processi chimici
Durante il dissolvimento le molecole di colorante subiscono vari processi chimici che si traducono in sbiadimento.
Quando un fotone UV reagisce con una molecola che agisce da colorante, la molecola viene eccitata dallo stato fondamentale a uno stato eccitato. La molecola eccitata è altamente reattiva e instabile.Durante la tempra della molecola dallo stato eccitato allo stato fondamentale, l’ossigeno tripletto atmosferico reagisce con la molecola del colorante per formare radicali dell’ossigeno singoletto e dell’ossigeno superossido. L’atomo di ossigeno e il radicale superossido risultanti dalla reazione sono entrambi altamente reattivi e capaci di distruggere i coloranti.
fotolisi
La fotolisi, cioè la decomposizione fotochimica, è una reazione chimica in cui il composto viene scomposto dai fotoni. Questa decomposizione si verifica quando un fotone di energia sufficiente incontra una molecola di colorante legata con un’adeguata energia di dissociazione. La reazione provoca la scissione omolitica nel sistema cromoforo che provoca il sbiadimento del colorante.
Photo-ossidazione
Foto-ossidazione, cioè ossidazione fotochimica. Una molecola colorante, quando eccitata da un fotone di energia sufficiente, subisce un processo di ossidazione. Nel processo il sistema cromoforo della molecola colorante reagisce con l’ossigeno atmosferico per formare un sistema non cromoforo, con conseguente sbiadimento. I coloranti che contengono un gruppo carbonile come cromoforo sono particolarmente vulnerabili all’ossidazione.
fotoriduzione
Riduzione fotografica, ovvero riduzione fotochimica. Una molecola colorante con un doppio legame insaturo (tipico degli alcheni) o triplo legame (tipico degli alchini) che agisce come un cromoforo subisce una riduzione della presenza di idrogeno e fotoni di energia sufficiente, formando un sistema cromoforo saturo. La saturazione riduce la lunghezza del sistema cromoforo, provocando lo sbiadimento del colorante.
fotosensibilizzazione
Fotosensibilizzazione, cioè sensibilizzazione fotochimica. L’esposizione di materiale cellulosico colorato, come le fibre vegetali, alla luce solare consente ai coloranti di rimuovere l’idrogeno dalla cellulosa, con conseguente fotoriduzione del substrato cellulosico. Contemporaneamente, il colorante subirà l’ossidazione in presenza dell’ossigeno atmosferico, con conseguente fotossidazione del colorante. Questi processi determinano sia lo sbiadimento del colorante che la perdita di forza del substrato.
Phototendering
Fototendering, ovvero appalto fotochimico. Come risultato della luce UV, il materiale del substrato fornisce idrogeno alle molecole di colouant, riducendo la molecola del colorante. Quando l’idrogeno viene rimosso, il materiale subisce l’ossidazione.
Standard e scale di misura
Alcune organizzazioni pubblicano standard per valutare la solidità alla luce di pigmenti e materiali. Il test viene generalmente eseguito mediante esposizione controllata alla luce solare o alla luce artificiale generata da una lampada ad arco allo xeno. Gli acquerelli, gli inchiostri, i pastelli e le matite colorate sono particolarmente suscettibili allo sbiadimento nel tempo, quindi la scelta dei pigmenti resistenti alla luce è particolarmente importante in questi supporti.
Le scale più conosciute che misurano la solidità alla luce sono la scala di lana blu, la scala di grigi e la scala definita da ASTM (American Standard Test Measure). Sulla scala di lana blu la resistenza alla luce è valutata tra 1-8. 1 è molto scarso e 8 è eccellente resistenza alla luce. In scala di grigio la resistenza alla luce è valutata tra 1-5. 1 è molto scarso e 5 è eccellente resistenza alla luce. Sulla scala ASTM la solidità alla luce è valutata tra IV. Ho un’ottima resistenza alla luce e corrisponde alle classificazioni 7-8 su Blue Wool Scale. V è una resistenza alla luce molto scarsa e corrisponde alla scala 1 della scala Blue Wool.
La solidità alla luce effettiva dipende dalla forza della radiazione solare, quindi la solidità alla luce è relativa alla posizione geografica, alla stagione e alla direzione dell’esposizione. La seguente tabella elenca le relazioni suggestive dei valori di resistenza alla luce su diverse scale di misura e la relazione relativa al tempo alla luce solare diretta e alle normali condizioni di esposizione: lontano da una finestra, sotto la luce solare indiretta e correttamente incorniciato dietro un vetro protettivo UV.
| Descrizione | Misurare le scale | Esposizione diretta | Condizioni normali di visualizzazione | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Valutazione Blue Wool | Valutazione ASTM | Estate | Inverno | ||
| Solidità alla luce molto scarsa | 1 | V | meno di 2 anni | ||
| Scarsa resistenza alla luce | 2 | IV | 2-15 anni | ||
| 3 | 4-8 giorni | 2-4 settimane | |||
| Buona resistenza alla luce | 4 | III | 2-3 settimane | 2-3 mesi | 15-50 anni |
| 5 | 3-5 settimane | 4-5 mesi | |||
| Ottima resistenza alla luce | 6 | II | 6-8 settimane | 5-6 mesi | 50-100 anni |
| Eccellente resistenza alla luce | 7 | io | 3-4 mesi | 7-9 mesi | oltre 100 anni |
Procedura di prova
La quantità relativa di sbiadimento può essere misurata e studiata usando strisce di prova standard.Nel flusso di lavoro del test Blue Wool, un set di strisce di riferimento deve essere conservato al riparo da qualsiasi esposizione alla luce. Contemporaneamente con i campioni, un altro gruppo di strisce reattive equivalenti è esposto sotto la sorgente luminosa definita nello standard. Ad esempio, se la solidità alla luce del colorante è indicata come 5 sulla scala Blue Wool, ci si può aspettare che sbiadisca una quantità simile a quella del numero di strip 5 nel set di strisce reattive Blue Wool. Il completamento del test può essere confermato confrontando la striscia di test impostata con il set di riferimento memorizzato protetto dalla luce.
Nell’industria grafica
Negli inchiostri da stampa vengono utilizzati principalmente pigmenti organici, quindi il cambio o lo sbiancamento del colore di un prodotto di stampa dovuto alla presenza della luce UV è solitamente solo una questione di tempo. L’utilizzo dei pigmenti organici è giustificato soprattutto dal loro prezzo economico rispetto ai pigmenti inorganici. La dimensione delle particelle dei pigmenti inorganici è spesso maggiore rispetto ai pigmenti organici, quindi tutti i pigmenti inorganici non sono adatti per la stampa offset.
Nella serigrafia, la dimensione delle particelle del pigmento non è un fattore limitante. Pertanto è il metodo di stampa preferito per la stampa di lavori di stampa che richiedono una resistenza alla luce estrema. Spessore degli effetti dello strato di inchiostro alla solidità alla luce della quantità di pigmento sul substrato. Lo strato di inchiostro stampato dalla serigrafia è più spesso dello strato stampato sulla stampa offset. In altre parole, contiene più pigmento per area. Ciò porta a una migliore resistenza alla luce, anche se l’inchiostro da stampa usato in entrambi i metodi si baserebbe sullo stesso pigmento.
Quando si miscelano gli inchiostri di stampa, la solidità alla luce dell’inchiostro essendo più debole per la sua resistenza alla luce definisce la solidità alla luce dell’intero colore. Lo sbiadimento di uno dei pigmenti porta a spostare il tono verso il componente con una migliore resistenza alla luce. Se è necessario che ci sia qualcosa di visibile dalla stampa anche se il suo pigmento dominante si attenua, con esso può essere mescolata una piccola quantità di pigmento con eccellente resistenza alla luce.