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耐光色牢度

耐光色牢度（英語：Lightfastness）是染料或顏料等着色劑的一種特性，指它在暴露於光線時的抗褪色性。[1][2][3]染料和顏料用於如織物和塑料等其他材料的染色以及製造油漆或印刷油墨。

土質顏料，例如赭褐色，通常具有很高的耐光色牢度。

顏色的漂白是由紫外線輻射（UV）對賦予主體顏色的分子的化學結構的影響造成的。分子中負責其顏色的部分被稱為發色團。[4][5]

當光線遇到油漆表面時可以改變或破壞顏料的化學鍵，導致顏色漂白或改變，這個過程被稱為光降解。[6]抵抗這種效應的材料被稱為耐光的。太陽的電磁波譜包含從伽馬波到無線電波的波長，其中紫外線輻射含有高能量，加速了染料的褪色。[7]

未被大氣臭氧吸收的長波紫外光[錨點失效]（UVA）輻射的光子能超過了碳-碳單鍵的離解能，導致鍵斷裂和顏色褪色。[7]無機着色劑被認為比有機着色劑更耐光。[8]黑色着色劑通常被認為是最耐光的。[9]

耐光性的測量是通過將樣品暴露在光源下一段時間，將其與未曝光的樣品進行比較。[2][3][10]

化學過程 編輯

在褪色過程中，着色劑分子會經歷各種導致褪色的化學過程。

當UV-光子與充當着色劑的分子發生反應時，該分子會從基態激發到激發態。激發的分子具有高反應性和不穩定性。在分子從激發態淬火到基態的過程中，大氣中的三線態氧與着色劑分子發生反應形成單線態氧和超氧化物自由基。由反應產生的氧原子和超氧化物自由基都具有高反應性，能夠破壞着色劑。[7]

光解 編輯

光解，即光化學分解，是化合物被光子分解的化學反應。當具有足夠能量的光子遇到具有合適離解能的着色劑分子鍵時，就會發生這種分解。該反應在發色團系統中引起均裂，導致着色劑褪色。[7]

光氧化 編輯

光氧化，即光化學氧化。着色劑分子在被足夠能量的光子激發時會經歷氧化過程。在此過程中，着色劑分子的發色體系與大氣中的氧氣發生反應，形成非發色體系，從而導致褪色。含有羰基作為發色團的着色劑特別容易被氧化。[7]

光還原 編輯

光還原，即光化學還原。具有不飽和雙鍵（烯烴的典型特徵）或三鍵（炔烴的典型特徵）作為發色團的着色劑分子在氫和足夠能量的光子存在下發生還原，形成飽和發色團系統。飽和度會縮短發色體系的長度，導致着色劑褪色。[7]

光敏化作用 編輯

光敏化作用，即光化學敏化作用。將染色的纖維素材料（例如基於植物的纖維）暴露在陽光下可以使染料從纖維素中去除氫，從而導致纖維素基質發生光還原。同時，着色劑在大氣氧的存在下發生氧化，導致着色劑發生光氧化。這些過程導致着色劑褪色和基材強度損失。[7]

光嫩化 編輯

光嫩化，即光化學嫩化。作為紫外線的結果，基底材料向着色劑分子提供氫，從而還原着色劑分子。隨着氫氣的去除，材料會發生氧化。[7]

標準和測量尺度 編輯

一些組織發布了對顏料和材料的耐光性進行評級的標準。測試通常是通過受控暴露在陽光下或氙弧燈產生的人造光下進行地。[11]水彩、墨水、粉彩和彩色鉛筆等特別容易隨着時間的推移而褪色，因此選擇耐光顏料在這些介質中尤為重要。[1]

最著名的耐光性測量標準是藍色羊毛標準、灰色標準和ASTM（美國材料和試驗協會）定義的標準。[11][12][13][14]在藍色羊毛標準中，耐光性等級被分為1至8級。1表示耐光性非常差，而8表示有極佳的耐光性。而在灰色標準中，耐光性等級被分為1至5級。1表示耐光性非常差，5 表示有極佳的耐光性。[1][2][10]在ASTM標準中，耐光性等級被分為I至V級。I具有出色的耐光性，對應於藍色羊毛標準的7至8級；V代表非常差的耐光性，對應於藍色羊毛標準的1級。[10]

 
應用科學大學標誌的一側朝向東南方向，從黎明到下午的直射陽光已經使該機構標誌的紅色和黃色褪色。
 
標誌朝向西北方向的一側，仍然可以清楚地辨認出紅色和黃色。

實際的耐光性取決於太陽輻射的強度，因此耐光性與地理位置、季節和照射方向有關。下表列出了不同測量尺度的耐光性等級的提示性關係，以及與陽光直射和正常顯示條件下的時間關係：遠離窗戶，在間接陽光下，並在防紫外線玻璃後面適當裝框。[10]

描述 測量標準 直接曝光 正常顯示條件
藍色羊毛標準 ASTM標準 夏天 冬天
耐光性極差 1 V 少過2年
耐光性差 2 IV 2至15年
3 4至8天 2至4星期
耐光性一般 4 III 2至3星期 2至3月 15至50年
5 3至5星期 4至5月
耐光性非常好 6 II 6至8星期 5至6月 50至100年
耐光性極佳 7 I 3至4月 7至9月 超過100年
8 超過1.5年

測試程序 編輯

可以使用標準試紙測量和研究褪色的相對量。在藍色羊毛測試的工作流程中，一組參考試紙條應避光保存。同時，將另一組等效試紙暴露在標準規定的光源下。例如，如果着色劑的耐光性在藍色羊毛標尺上顯示為5，則可以預期它的褪色量與藍色羊毛測試條組中的5號條相似。通過將測試條組與避光保存的參考組進行比較，可以確認測試是否成功。[12][13]

在圖形行業中 編輯

在印刷中，有機顏料主要用於油墨中，因此，由於紫外線的存在，印刷品的顏色發生偏移或漂白通常只是時間問題。與無機顏料相比，有機顏料的使用主要是因為它們的成本低廉。無機顏料的粒徑往往大於有機顏料的粒徑，因此無機顏料往往不適合用於膠印。[15]

在絲網印刷中，顏料的粒徑不是限制因素。因此，它是需要極高耐光性的印刷作業的首選印刷方法。油墨層的厚度通過鋪設在承印物上的顏料量影響耐光性。絲網印刷的墨層比膠印的墨層厚。換言之，它每單位面積包含更多的色素。這導致更好的耐光性，即使兩種方法中使用的印刷油墨基於相同的顏料。[7]

混合印刷油墨時，耐光性較弱的油墨決定了整個混合色的耐光性。其中一種顏料的褪色導致色調向耐光性更好的組分偏移。如果要求印刷時有可見的東西，即使它的主要顏料會褪色，也可以混合少量耐光性好的顏料。

參見 編輯

參考文獻 編輯

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 引用錯誤：沒有為名為about的參考文獻提供內容
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 Simmons, Rosemary. Dictionary of Printmaking Terms. London: A & C Black (Publishers) Ltd. 2002: 30. ISBN 978-0-7136-5795-1 （英語）. 
  3. ^ 3.0 3.1 Lightfastness. Printwiki. [2017-02-06]. （原始內容存檔於2017-01-12） （英語）. 
  4. ^ IUPAC Gold Book: Chromophore. IUPAC – International Union of Pure and Applied Chemistry. [2017-02-06]. （原始內容存檔於2016-03-12） （英語）. 
  5. ^ Mälkönen, Pentti. Orgaaninen kemia. Otava. 1979: 237–238. ISBN 978-951-1-05378-1 （芬蘭語）. 
  6. ^ Why does ultraviolet light cause colors to fade?. Library of Congress. 2010-08-23 [2015-03-05]. （原始內容存檔於2019-11-10）. 
  7. ^ 7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 Light Fastness of Textiles: Factors Affecting and Control Measures. Textile Learner. [2015-03-05]. （原始內容存檔於2017-02-05）. 
  8. ^ Organic vs Inorganic Pigments. Kolorjet Chemicals Pvt Ltd. [2017-02-06]. （原始內容存檔於2017-02-06） （英語）. 
  9. ^ Art Glossary: Carbon Black. Kolorjet Chemicals Pvt Ltd. [2017-02-06]. （原始內容存檔於2023-04-22） （英語）. 
  10. ^ 10.0 10.1 10.2 10.3 lightfastness tests. Bruce MacEvoy. 2015 [2017-02-06]. （原始內容存檔於2015-09-07）. 
  11. ^ 11.0 11.1 ASTM D4303 – 10(2016), Standard Test Methods for Lightfastness of Colorants Used in Artists' Materials. American Standard Test Measure International. 2016 [6 February 2017]. （原始內容存檔於2021-09-28）. 
  12. ^ 12.0 12.1 ISO 105-B01:2014 Textiles – Tests for colour fastness – Part B01: Colour fastness to light: Daylight. International Organization for Standardization. 2014 [6 February 2017]. （原始內容存檔於2017-02-06）. 
  13. ^ 13.0 13.1 ISO 105-B02:2014, Textiles – Tests for colour fastness – Part B02: Colour fastness to artificial light: Xenon arc fading lamp test. International Organization for Standardization. 2014 [6 February 2017]. （原始內容存檔於2017-02-06）. 
  14. ^ ISO 12040:1997, Graphic technology – Prints and printing inks – Assessment of light fastness using filtered xenon arc light. International Organization for Standardization. 1997 [6 February 2017]. （原始內容存檔於2017-02-06）. 
  15. ^ Pigments. BASF SE. 2016 [6 February 2017]. （原始內容存檔於2016-04-23） （英語）. 

外部連結 編輯

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