למה צבעים דוהים תחת השמש?

מדוע צבעים דוהים תחת השמש? לפני שנבין את הסיבה, עלינו תחילה לדעת מהי "עמידות לשמש".

עמידות לשמש: מתייחסת ליכולתו של צבע לשמור על צבעו המקורי תחת חשיפה לאור שמש. על פי התקנות הכלליות, קביעת עמידות השמש מבוססת על אור השמש. על מנת להקל על הבקרה במעבדה, משתמשים בדרך כלל במקורות אור מלאכותיים ומכוילים אותם במידת הצורך. מקורות האור המלאכותיים הנפוצים הם נורות הרניה ונורות קשת פחם. תחת הקרנת אור, הצבע סופג אנרגיית אור, ורמת האנרגיה של מולקולת הצבע נמצאת במצב מעורר. מערכת הצביעה של מולקולת הצבע משתנה או נהרסת, וכתוצאה מכך הצבע מתפרק ושינוי צבע או דהייה.

1. השפעת האור על ייצור צבע

כאשר מולקולת צבע סופגת את האנרגיה של פוטון, היא גורמת לאלקטרוני הערכיות החיצוניים של המולקולה לעבור ממצב יסוד למצב מעורר.

בהתאם למבנים השונים שלהן, מולקולות צבע יכולות לעבור תהליכי עירור שונים תחת פעולת גלי אור באורכי גל שונים, כולל π→π*, n →π*, CT (העברת מטען), S → S (מצב סינגלטי), S → T (מצב שלישייה), מצב יסוד → מצב עירור, ומצב יסוד → מצב עירור שני. מצב היסוד של מצב הסינגלט נכתב כ-S0, ומצב הסינגלט המעורר השני נכתב כ-S1 ו-S2, בהתאמה. מצב השלושה המתאים מיוצג על ידי T0, T1 ו-T2.

במהלך תהליך העירור, מולקולות צבע עוברות עירור למצבי עירור של אלקטרונים עם רמות אנרגיית ויברציה שונות. רמות אנרגיית הוויברציה שלהן יורדות במהירות, מה שהופך אנרגיה לחום ומפזר אותה. תהליך זה של הורדת רמות האנרגיה נקרא פסיבציה ויברציונית. במהלך תהליך פסיבציה של ויברציה, מצב העירור S2 עם רמת אנרגיית ויברציה נמוכה יהפוך גם הוא למצב העירור S1 עם רמת אנרגיית ויברציה גבוהה יותר, וימשיך לעבור פסיבציה של ויברציה. בדרך זו, מצב העירור S2 עם רמת אנרגיה גבוהה יותר הופך במהירות למצב העירור S1 עם רמת אנרגיית ויברציה נמוכה יותר.

ההמרה בין מצבי אלקטרונים S2 ו-S1 בתנאי חיתוך אנרגיה שווה אינה כרוכה בשינויים בריבוי ספין האלקטרונים, ונקראת המרה פנימית. ישנו גם מעבר בין מצבי סינגלט וטריפלט, ממצב מעורר S1 למצב T1. סוג זה של מעבר מצב אנרגיה אלקטרוני המלווה בשינויים בריבוי ספין האלקטרונים בתנאי חיתוך אנרגיה שווה נקרא חצייה בין-מערכתית. בשל האפקט "האסור" של סלקטיביות ספין האלקטרונים, קצב החצייה הבין-מערכתית הוא בדרך כלל נמוך יחסית.

מולקולות הצבע המועצמות עוברות תגובות פוטוכימיות עם מולקולות אחרות, וכתוצאה מכך דהיית הצבע ושבירותם האופטית של הסיבים.

2. גורמים המשפיעים על עמידות האור של צבעים

1. אורך הגל של מקור האור והאור המאיר;

2. גורמים סביבתיים;

3. תכונות כימיות ומבנה ארגוני של סיבים;

4. חוזק הקשר בין צבע לסיבים;

5. מבנה כימי של צבעים;

6. ריכוז צבע ומצב צבירה;

7. השפעת הזיעה המלאכותית על דהיית הצבע;

8. השפעת התוספים.

3. שיטות לשיפור עמידות הצבעים לשמש

1. שיפור מבנה הצבע כדי למזער את ההשפעה על מערכת צביעת הצבע תוך צריכת אנרגיית אור, ובכך שמירה על הצבע המקורי; ידוע בדרך כלל כצבעים בעלי עמידות גבוהה לשמש. סוג זה של צבע יקר בדרך כלל מצבעים רגילים, ועבור בדים עם דרישות חשיפה גבוהות לשמש, הצעד הראשון צריך להיות בחירת הצבע.

2. אם ה- בַּד אם החומר כבר צבוע אך עמידותו לשמש אינה עומדת בדרישות, ניתן להשתמש גם בתוספים כדי לשפר אותו. ניתן להוסיף תוספים מתאימים במהלך או אחרי תהליך הצביעה, כך שהם יעברו תגובה קלה לפני הצבע כאשר הם נחשפים לאור, ויצרכו אנרגיית אור כדי להגן על מולקולות הצבע. מחולקים בדרך כלל לסופגי אולטרה סגול וחומרים נוגדי אולטרה סגול, המכונים יחד משפרי עמידות לשמש.

עמידות השמש של בדים צבועים בצבעים בהירים עם צבעים ריאקטיביים

דהייה מושרת אור של צבעים ריאקטיביים היא תגובת כלורינציה פוטו-חמצונית מורכבת מאוד. לאחר הבנת מנגנון הדהייה המושרה על ידי אור, אנו יוצרים במודע מכשולים לתגובת הפוטו-חמצון בתכנון המבנה המולקולרי של צבעים כדי לעכב את הדהייה המושרה על ידי אור. לדוגמה, צבעים צהובים המכילים קבוצות חומצה סולפונית דול ופיראזולון, צבעים כחולים המכילים פתאלוציאנין מתיל זן וטבעות טריכלדינג דיאזו, וצבעים אדומים המכילים קומפלקסים של מתכת, אך עדיין חסרים צבעים ריאקטיביים אדומים עזים עם עמידות חזקה לשמש.

עמידות השמש של בדים צבועים משתנה עם שינוי ריכוז הצביעה. עבור בדים צבועים באותו צבע על אותו סיב, עמידות השמש עולה עם עליית ריכוז הצביעה, בעוד שעבור בדים בצבעים בהירים, עמידות השמש יורדת בהתאם כאשר ריכוז הצביעה נמוך. עם זאת, עמידות השמש של צבעים נפוצים על כרטיסי צבע מודפסים נמדדת בריכוז צביעה של 1/1 מהעומק הסטנדרטי (כלומר 1% owf או ריכוז צבע של 20-30 גרם/ליטר). אם ריכוז הצביעה הוא 1/6, 1/12 או 1/25, עמידות השמש תפחת משמעותית.

יש אנשים שהציעו להשתמש בסופגי קרינה אולטרה סגולה כדי לשפר את עמידות השמש, אך זו אינה שיטה מומלצת. קרינה אולטרה סגולה דורשת הרבה וניתן להשתפר רק בחצי רמה, ויש לשפר את העלות באופן משמעותי. לכן, רק בחירה הוגנת של צבעים יכולה לפתור את בעיית עמידות השמש.