La solidez a la luz es una propiedad de un colorante , como un tinte o pigmento , que describe su resistencia a la decoloración cuando se expone a la luz. [1] [2] [3] Los colorantes y pigmentos se utilizan, por ejemplo, para teñir tejidos , plásticos u otros materiales y para fabricar pinturas o tintas de impresión .
La decoloración del color es causada por el impacto de la radiación ultravioleta en la estructura química de las moléculas que dan el color al objeto. La parte de una molécula responsable de su color se llama cromóforo . [4] [5]
La luz que entra en contacto con una superficie pintada puede alterar o romper los enlaces químicos del pigmento, provocando que los colores se decoloren o cambien en un proceso conocido como fotodegradación . [6] Se dice que los materiales que resisten este efecto son resistentes a la luz . El espectro electromagnético del sol contiene longitudes de onda que van desde ondas gamma hasta ondas de radio. Especialmente la alta energía de la radiación ultravioleta acelera la decoloración del tinte. [7]
La energía fotónica de la radiación UVA que no es absorbida por el ozono atmosférico excede la energía de disociación del enlace simple carbono-carbono , lo que resulta en la ruptura del enlace y la decoloración del color. [7] Se considera que los colorantes inorgánicos son más resistentes a la luz que los colorantes orgánicos . [8] Los colorantes negros suelen considerarse los más resistentes a la luz. [9]
La resistencia a la luz se mide exponiendo una muestra a una fuente de luz durante un período de tiempo predefinido y luego comparándola con una muestra no expuesta. [2] [3] [10]
Durante el desvanecimiento, las moléculas colorantes sufren varios procesos químicos que resultan en el desvanecimiento.
Cuando un fotón UV reacciona con una molécula que actúa como colorante, la molécula se excita desde el estado fundamental a un estado excitado. La molécula excitada es muy reactiva e inestable. Durante el enfriamiento de la molécula del estado excitado al estado fundamental, el oxígeno triplete atmosférico reacciona con la molécula colorante para formar oxígeno singlete y radical de oxígeno superóxido . El átomo de oxígeno y el radical superóxido resultante de la reacción son muy reactivos y capaces de destruir los colorantes. [7]
La fotólisis , es decir, la descomposición fotoquímica , es una reacción química en la que los fotones descomponen el compuesto . Esta descomposición ocurre cuando un fotón de suficiente energía encuentra un enlace de molécula colorante con una energía de disociación adecuada. La reacción provoca una escisión homolítica en el sistema cromofórico, lo que provoca la decoloración del colorante. [7]
Fotooxidación , es decir, oxidación fotoquímica . Una molécula de colorante, cuando es excitada por un fotón de suficiente energía, sufre un proceso de oxidación. En el proceso, el sistema cromóforo de la molécula colorante reacciona con el oxígeno atmosférico para formar un sistema no cromóforo, lo que produce una decoloración. Los colorantes que contienen un grupo carbonilo como cromóforo son especialmente vulnerables a la oxidación. [7]
Fotorreducción , es decir, reducción fotoquímica . Una molécula de colorante con un doble enlace insaturado (típico de los alquenos ) o un triple enlace (típico de los alquinos ) que actúa como cromóforo sufre una reducción en presencia de hidrógeno y fotones de suficiente energía, formando un sistema cromóforo saturado. La saturación reduce la longitud del sistema cromóforo, lo que provoca la decoloración del colorante. [7]
Fotosensibilización , es decir, sensibilización fotoquímica. La exposición de material celulósico teñido , como fibras de origen vegetal, a la luz solar permite que los tintes eliminen el hidrógeno de la celulosa, lo que produce una fotorreducción en el sustrato celulósico. Simultáneamente, el colorante se oxidará en presencia del oxígeno atmosférico, lo que dará como resultado la fotooxidación del colorante. Estos procesos dan como resultado tanto la decoloración del colorante como la pérdida de resistencia del sustrato. [7]
Phototendering , es decir, licitación fotoquímica. Como resultado de la luz ultravioleta, el material del sustrato suministra hidrógeno a las moléculas de colorante, reduciendo la molécula de colorante. A medida que se elimina el hidrógeno, el material sufre oxidación. [7]
Algunas organizaciones publican estándares para calificar la resistencia a la luz de pigmentos y materiales. Las pruebas generalmente se realizan mediante exposición controlada a la luz solar o a la luz artificial generada por una lámpara de arco de xenón . [11] Las acuarelas , las tintas , los pasteles y los lápices de colores son particularmente susceptibles a decolorarse con el tiempo, por lo que elegir pigmentos resistentes a la luz es especialmente importante en estos medios. [1]
Las escalas más conocidas que miden la resistencia a la luz son la escala de lana azul , la escala de grises y la escala definida por ASTM (American Standard Test Measure). [11] [12] [13] [14] En la escala de lana azul, la resistencia a la luz se clasifica entre 1 y 8. siendo 1 muy pobre y siendo 8 excelente resistencia a la luz. En escala de grises, la resistencia a la luz se clasifica entre 1 y 5. siendo 1 muy pobre y siendo 5 excelente resistencia a la luz. [1] [2] [10] En la escala ASTM, la resistencia a la luz está clasificada entre IV. I tiene una excelente resistencia a la luz y corresponde a las calificaciones 7 a 8 en la escala de lana azul. V es una resistencia a la luz muy pobre y corresponde a la calificación 1 de la escala de lana azul. [10]
La resistencia a la luz real depende de la intensidad de la radiación del sol, por lo que la resistencia a la luz depende de la ubicación geográfica, la estación y la dirección de exposición. La siguiente tabla enumera relaciones sugerentes de las clasificaciones de resistencia a la luz en diferentes escalas de medida y la relación relativa al tiempo bajo luz solar directa y condiciones normales de visualización: lejos de una ventana, bajo luz solar indirecta y debidamente enmarcado detrás de un vidrio protector contra rayos UV. [10]
La cantidad relativa de decoloración se puede medir y estudiar utilizando tiras reactivas estándar. En el flujo de trabajo de la prueba de Lana Azul, un juego de tiras de referencia se almacenará protegido de cualquier exposición a la luz. Simultáneamente, se expone otro juego de tiras reactivas equivalente bajo una fuente de luz definida en la norma. Por ejemplo, si se indica que la resistencia a la luz del colorante es 5 en la escala de lana azul, se puede esperar que se desvanezca en una cantidad similar a la tira número 5 en el juego de tiras reactivas de lana azul. El éxito de la prueba se puede confirmar comparando el juego de tiras reactivas con el juego de referencia que se almacenó protegido de la luz. [12] [13]
En la impresión, los pigmentos orgánicos se utilizan principalmente en las tintas, por lo que el cambio o decoloración del color de un producto de impresión debido a la presencia de luz ultravioleta suele ser sólo una cuestión de tiempo. El uso de pigmentos orgánicos se justifica principalmente por su bajo coste en comparación con los pigmentos inorgánicos. El tamaño de partícula de los pigmentos inorgánicos suele ser mayor que el de los pigmentos orgánicos, por lo que los pigmentos inorgánicos a menudo no son adecuados para su uso en impresión offset . [15]
En la serigrafía , el tamaño de partícula del pigmento no es el factor limitante. Por lo tanto, es el método de impresión preferido para trabajos de impresión que requieren una resistencia a la luz extrema. El espesor de la capa de tinta afecta la resistencia a la luz por la cantidad de pigmento depositado sobre el sustrato. La capa de tinta impresa mediante serigrafía es más gruesa que la impresa mediante impresión offset. Es decir, contiene más pigmento por zona. Esto conduce a una mejor resistencia a la luz, aunque la tinta de impresión utilizada en ambos métodos esté basada en el mismo pigmento. [7]
Al mezclar tintas de impresión, la tinta con menor resistencia a la luz define la resistencia a la luz de todo el color mezclado. La decoloración de uno de los pigmentos provoca un cambio de tono hacia el componente con mejor resistencia a la luz. Si se requiere que haya algo visible en la impresión, aunque su pigmento dominante se desvanezca, entonces se puede mezclar con él una pequeña cantidad de pigmento con excelente resistencia a la luz.