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 tintes y pigmentos se utilizan, por ejemplo , para teñir telas , plásticos u otros materiales y para fabricar pinturas o tintas de impresión .
La decoloración del color se produce 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 incide sobre una superficie pintada puede alterar o romper los enlaces químicos del pigmento, lo que provoca que los colores se decoloren o cambien en un proceso conocido como fotodegradación . [6] Los materiales que resisten este efecto se denominan resistentes a la luz . El espectro electromagnético del sol contiene longitudes de onda que van desde las ondas gamma hasta las ondas de radio. La alta energía de la radiación ultravioleta , en particular, 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 da como resultado 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 generalmente se consideran 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 la decoloración, las moléculas de colorante experimentan varios procesos químicos que dan lugar a la decoloración.
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 altamente reactiva e inestable. Durante el enfriamiento de la molécula desde el estado excitado al estado fundamental, el oxígeno triplete atmosférico reacciona con la molécula de colorante para formar oxígeno singlete y un radical superóxido de oxígeno . El átomo de oxígeno y el radical superóxido resultantes de la reacción son ambos altamente 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 se produce cuando un fotón de suficiente energía encuentra un enlace de la molécula de colorante con una energía de disociación adecuada. La reacción provoca una escisión homolítica en el sistema cromóforo, lo que da como resultado 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 de colorante reacciona con el oxígeno atmosférico para formar un sistema no cromóforo, lo que da como resultado la decoloración. Los colorantes que contienen un grupo carbonilo como cromóforo son particularmente 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 da como resultado la decoloración del colorante. [7]
Fotosensibilización , es decir, sensibilización fotoquímica. La exposición de material celulósico teñido , como fibras vegetales, a la luz solar permite que los tintes eliminen el hidrógeno de la celulosa, lo que da como resultado la fotorreducción en el sustrato celulósico. Al mismo tiempo, el colorante sufrirá una oxidación 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]
Fotoafinamiento , es decir, afinamiento fotoquímico. Como resultado de la luz ultravioleta, el material del sustrato suministra hidrógeno a las moléculas de colorante, lo que reduce la molécula de colorante. A medida que se elimina el hidrógeno, el material sufre una oxidación. [7]
Algunas organizaciones publican estándares para calificar la resistencia a la luz de los pigmentos y materiales. Las pruebas se realizan típicamente mediante exposición controlada a la luz solar o a la luz artificial generada por una lámpara de arco de xenón . [11] Las acuarelas , tintas , pasteles y lápices de colores son particularmente susceptibles a decolorarse con el tiempo, por lo que la elección de pigmentos resistentes a la luz es especialmente importante en estos medios. [1]
Las escalas más conocidas para medir 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 una resistencia a la luz muy mala y 8 una resistencia a la luz excelente. En la escala de grises, la resistencia a la luz se clasifica entre 1 y 5, siendo 1 una resistencia a la luz muy mala y 5 una resistencia a la luz excelente. [1] [2] [10] En la escala ASTM, la resistencia a la luz se clasifica entre IV. I es una resistencia a la luz excelente y corresponde a las calificaciones 7-8 en la escala de lana azul. V es una resistencia a la luz muy mala y corresponde a la calificación 1 en la escala de lana azul. [10]
La resistencia a la luz real depende de la intensidad de la radiación solar, por lo que la resistencia a la luz es relativa a la ubicación geográfica, la estación del año y la dirección de la exposición. La siguiente tabla enumera relaciones sugerentes de las clasificaciones de resistencia a la luz en diferentes escalas de medición y la relación relativa al tiempo en la luz solar directa y las condiciones normales de exhibición: lejos de una ventana, bajo la luz solar indirecta y enmarcado adecuadamente detrás de un vidrio protector contra los rayos UV. [10]
La cantidad relativa de decoloración se puede medir y estudiar utilizando tiras de prueba estándar. En el flujo de trabajo de la prueba Blue Wool, un juego de tiras de referencia se debe almacenar protegido de cualquier exposición a la luz. Simultáneamente, otro juego de tiras de prueba equivalente se expone a una fuente de luz definida en la norma. Por ejemplo, si la resistencia a la luz del colorante se indica como 5 en la escala Blue Wool, se puede esperar que se decolore en una cantidad similar a la tira número 5 en el juego de tiras de prueba Blue Wool. El éxito de la prueba se puede confirmar comparando el juego de tiras de prueba 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 impreso debido a la presencia de luz ultravioleta suele ser solo 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 la 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 grosor de la capa de tinta afecta la resistencia a la luz según la cantidad de pigmento depositado sobre el sustrato. La capa de tinta impresa mediante serigrafía es más gruesa que la impresa mediante impresión offset. En otras palabras, contiene más pigmento por área. Esto conduce a una mejor resistencia a la luz, aunque la tinta de impresión utilizada en ambos métodos se base 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 se desvanezca el pigmento dominante, se puede mezclar con él una pequeña cantidad de pigmento con excelente resistencia a la luz.