耐光性着色剤

耐光堅牢性は、染料または顔料などの着色剤の特性であり、光に暴露されたときにそれがどのように退色しにくいかを記述する。 染料および顔料は、例えば、織物、プラスチックまたは他の材料の染色および製造用塗料または印刷インクに使用される。

色の漂白は、被験者の色を与える分子の化学構造における電磁放射線の影響によって引き起こされる。 その色の原因となる分子の部分は発色団と呼ばれます。

塗装された表面に遭遇する光は、顔料の化学結合を変化させたり破壊したりして、光劣化として知られるプロセスで漂白または変化させることができる。 この効果に抵抗する材料は耐光性であると言われています。 太陽の電磁スペクトルには、ガンマ波から電波までの波長が含まれています。 紫外線の高いエネルギーは、特に染料の退色を促進する。

大気中のオゾンに吸収されないUVA線の光子エネルギーは、炭素 – 炭素単結合の解離エネルギーを超えるため、結合が切断され、色が退色する。 無機着色剤は、有機着色剤よりも耐光性が高いと考えられている。 黒色の着色剤は、通常、最も耐光性が高いと考えられています。

耐光性は、サンプルを光源に所定の時間暴露し、未露光サンプルと比較することによって測定される。

化学プロセス
フェーディングの間、着色剤分子は種々の化学的プロセスを受け、その結果フェーディングが生じる。

UV光子が着色剤として作用する分子と反応すると、分子は基底状態から励起状態に励起される。 励起された分子は反応性が高く、不安定である。 励起状態から基底状態への分子のクエンチの間、大気三重項酸素は、着色分子と反応して一重項酸素およびスーパーオキシド酸素ラジカルを形成する。 反応から生じる酸素原子およびスーパーオキシドラジカルは、反応性が高く、着色剤を破壊することができる。

光分解
光分解、すなわち光化学分解は、化合物が光子によって分解される化学反応である。 この分解は、十分なエネルギーの光子が適切な解離エネルギーを有する色素分子結合に遭遇したときに起こる。 この反応は、発色系においてホモリシス切断を引き起こし、着色剤の退色をもたらす。

光酸化
光酸化、すなわち光化学酸化。 着色剤分子は、十分なエネルギーの光子によって励起されると、酸化プロセスを受ける。 このプロセスでは、着色剤分子の発色系は大気中の酸素と反応して非発色系を形​​成し、退色する。 発色団としてカルボニル基を含む着色剤は、酸化に対して特に脆弱である。

光還元
光還元、すなわち光化学的還元。 発色団として作用する不飽和二重結合（アルケンに典型的な）または三重結合（アルキンに特有の）を有する着色剤分子は、飽和発色系を形​​成するのに十分なエネルギーの水素および光子の存在下で還元を受ける。 彩度は、発色系の長さを減少させ、着色剤の退色をもたらす。

光感受性
光増感、すなわち光化学増感。 太陽光に植物ベースの繊維のような染色セルロース材料を暴露すると、色素がセルロースから水素を除去することができ、セルロース基質上で光還元が起こる。 同時に、着色剤は大気中の酸素の存在下で酸化され、着色剤の光酸化を生じる。 これらのプロセスは、着色剤の退色および基材の強度損失の両方をもたらす。

フォトエンタテインメント
光産生、すなわち光化学入札。 UV光の結果として、基板材料は、着色剤分子を還元して、着色剤分子に水素を供給する。 水素が除去されると、材料は酸化される。

標準と測定スケール
いくつかの組織は、顔料や材料の耐光性を評価するための基準を公開しています。 試験は、通常、太陽光またはキセノンアークランプによって生成される人工光に制御された暴露によって行われる。 水彩画、インク、パステル、および色鉛筆は、時間の経過とともに特に褪色しやすいため、これらの媒体では、光沢のある顔料を選択することが特に重要です。

耐光性を測定する最もよく知られているスケールは、ブルーウールスケール、グレースケールおよびASTM（米国標準試験測定）によって規定されるスケールである。 ブルーウールスケールでは、耐光性は1〜8の間で評価されます。 1は非常に貧弱であり、8は優れた耐光性である。 グレースケールでは、耐光性は1〜5の間で評価される。 1は非常に貧弱であり、5は優れた耐光性である。 ASTMスケールでは、耐光性はIVの間で評価される。 私は耐光性に優れており、ブルーウールスケールの定格7-8に対応しています。 Vは耐光性が非常に悪く、ブルーウールスケール評価1に相当する。

実際の耐光堅牢性は、太陽の放射線強度に依存するので、耐光堅牢性は、地理的位置、季節、および露出方向に関連する。 次の表は、異なる測定スケールでの耐光性評価と、直射日光や通常の表示条件における時間に対する相対的な関係を示しています。窓から離れ、間接的な太陽光が当てられ、UV保護ガラスの裏側に正しく取り付けられています。

試験手順
フェーディングの相対的な量は、標準のテストストライプを使用して測定し、調査することができます。 ブルーウール試験のワークフローでは、1本の基準ストライプセットが光の暴露から保護されて保管されなければならない。 サンプルと同時に、別の同等のテストストライプセットが、標準で定義された光源の下で露光される。 例えば、着色剤の耐光堅牢度がブルーウールスケールで5であると示される場合、ブルーウールテストストリップセットのストリップ番号5と同様の量を退色させることが期待できる。 試験の達成は、テストストライプセットを、光から保護されて保存された基準セットと比較することによって確認することができる。

グラフィック業界
印刷インキでは、主に有機顔料が使用されるので、UV光の存在による印刷製品の色のシフトまたは漂白は、通常、時間の問題である。 有機顔料の使用は、特に無機顔料と比較して安価であることによって正当化される。 無機顔料の粒子サイズはしばしば有機顔料よりも大きいので、全ての無機顔料はオフセット印刷に使用するのに適していない。

スクリーン印刷において、顔料の粒子サイズは制限要因ではない。 したがって、極度の耐光性を必要とする印刷ジョブを印刷するための好ましい印刷方法である。 インク層の厚さは、基材上に置かれた顔料の量の耐光性に影響を及ぼす。 スクリーン印刷で印刷されたインク層は、オフセット印刷で印刷された層よりも厚い。 換言すれば、それは面積当たりより多くの顔料を含む。 両方の方法で使用される印刷インキが同じ顔料をベースとしていても、これにより良好な耐光堅牢性が得られる。

印刷インキを混合するとき、その耐光堅牢性により弱いインキの耐光堅牢性は、全色の耐光性を規定する。 顔料の1つの退色は、良好な耐光堅牢性を有する成分への色調シフトにつながる。 その支配的な顔料が消えても印刷から何かが見えるようにする必要があれば、耐光性に優れた少量の顔料を混合することができます。