ทำไมสีจึงซีดจางเมื่อโดนแดด?

ทำไมสีจึงซีดจางเมื่อโดนแดด? ก่อนที่จะเข้าใจเหตุผล เราต้องรู้ก่อนว่า "ความคงทนต่อแสงแดด" คืออะไร

ความคงทนต่อแสงแดด: หมายถึงความสามารถของสีย้อมในการคงสีเดิมไว้ภายใต้การสัมผัสกับแสงแดด ตามข้อกำหนดทั่วไป การกำหนดความคงทนต่อแสงแดดจะพิจารณาจากแสงแดดเป็นหลัก เพื่อความสะดวกในการควบคุมในห้องปฏิบัติการ โดยทั่วไปจะใช้แหล่งกำเนิดแสงเทียมและปรับเทียบหากจำเป็น แหล่งกำเนิดแสงเทียมที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ หลอดไฟแบบไส้และหลอดไฟอาร์คถ่าน ภายใต้การฉายแสง สีย้อมจะดูดซับพลังงานแสง และระดับพลังงานของโมเลกุลสีย้อมจะอยู่ในสถานะกระตุ้น ระบบการสร้างสีของโมเลกุลสีย้อมจะเปลี่ยนแปลงหรือถูกทำลาย ส่งผลให้สีย้อมสลายตัวและเปลี่ยนสีหรือซีดจาง

1. อิทธิพลของแสงต่อการผลิตสีย้อม

เมื่อโมเลกุลของสีย้อมดูดซับพลังงานจากโฟตอน อิเล็กตรอนวงนอกสุดของโมเลกุลจะเปลี่ยนสถานะจากสถานะพื้นฐานไปสู่สถานะกระตุ้น

โมเลกุลของสีย้อมสามารถเกิดกระบวนการกระตุ้นได้หลายแบบภายใต้การกระทำของคลื่นแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกัน เนื่องจากโครงสร้างที่แตกต่างกัน ได้แก่ π→π*, n →π*, CT (การถ่ายโอนประจุ), S → S (สถานะซิงเกล็ต), S → T (สถานะทริปเล็ต), สถานะพื้นฐาน → สถานะกระตุ้น และสถานะพื้นฐาน → สถานะกระตุ้นที่สอง โดยสถานะพื้นฐานของซิงเกล็ตจะเขียนแทนด้วย S0 และสถานะซิงเกล็ตกระตุ้นที่สองจะเขียนแทนด้วย S1 และ S2 ตามลำดับ ส่วนสถานะทริปเล็ตที่สอดคล้องกันจะเขียนแทนด้วย T0, T1 และ T2

ในระหว่างกระบวนการกระตุ้น โมเลกุลของสีย้อมจะถูกกระตุ้นไปยังสถานะกระตุ้นอิเล็กตรอนที่มีระดับพลังงานการสั่นสะเทือนต่างๆ ระดับพลังงานการสั่นสะเทือนของโมเลกุลเหล่านี้จะลดลงอย่างรวดเร็ว เปลี่ยนพลังงานเป็นความร้อนและกระจายออกไป กระบวนการลดระดับพลังงานนี้เรียกว่า การลดการสั่นสะเทือน (vibrational passivation) ในระหว่างกระบวนการลดการสั่นสะเทือน สถานะกระตุ้น S2 ที่มีระดับพลังงานการสั่นสะเทือนต่ำจะเปลี่ยนเป็นสถานะกระตุ้น S1 ที่มีระดับพลังงานการสั่นสะเทือนสูงกว่า และยังคงเกิดการลดการสั่นสะเทือนต่อไป ในลักษณะนี้ สถานะกระตุ้น S2 ที่มีระดับพลังงานสูงกว่าจะเปลี่ยนเป็นสถานะกระตุ้น S1 ที่มีระดับพลังงานการสั่นสะเทือนต่ำกว่าอย่างรวดเร็ว

การเปลี่ยนสถานะอิเล็กตรอนระหว่าง S2 และ S1 ภายใต้เงื่อนไขจุดตัดพลังงานเท่ากันนั้น ไม่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของมัลติพลิซิตี้ของสปินอิเล็กตรอน และเรียกว่าการแปลงภายใน (internal conversion) นอกจากนี้ยังมีการเปลี่ยนสถานะระหว่างสถานะซิงเกล็ตและทริปเล็ต จากสถานะกระตุ้น S1 ไปยังสถานะกระตุ้น T1 การเปลี่ยนสถานะพลังงานอิเล็กตรอนประเภทนี้ที่มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของมัลติพลิซิตี้ของสปินอิเล็กตรอนภายใต้เงื่อนไขจุดตัดพลังงานเท่ากัน เรียกว่าการข้ามระบบ (intersystem crossing) เนื่องจากผล "ต้องห้าม" ของการเลือกสปินอิเล็กตรอน อัตราของการข้ามระบบจึงโดยทั่วไปค่อนข้างต่ำ

โมเลกุลของสีย้อมที่มีความเข้มข้นสูงจะเกิดปฏิกิริยาทางเคมีแสงกับโมเลกุลอื่นๆ ส่งผลให้สีย้อมจางลงและเส้นใยเปราะบางทางแสง

2. ปัจจัยที่มีผลต่อความคงทนต่อแสงของสีย้อม

1. ความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดแสงและแสงที่ส่องสว่าง;

2. ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม;

3. คุณสมบัติทางเคมีและโครงสร้างองค์ประกอบของเส้นใย;

4. ความแข็งแรงของการยึดเกาะระหว่างสีย้อมและเส้นใย;

5. โครงสร้างทางเคมีของสีย้อม;

6. ความเข้มข้นของสีย้อมและสถานะการรวมตัว

7. ผลกระทบของเหงื่อเทียมต่อการซีดจางของสีย้อม

8. ผลกระทบของสารเติมแต่ง

3. วิธีการปรับปรุงความคงทนต่อแสงแดดของสีย้อม

1. ปรับปรุงโครงสร้างของสีย้อมเพื่อลดผลกระทบต่อระบบการย้อมสีในขณะที่ใช้พลังงานแสง จึงช่วยรักษาสีเดิมไว้ได้ โดยทั่วไปเรียกว่าสีย้อมที่มีความคงทนต่อแสงแดดสูง สีย้อมประเภทนี้มักมีราคาแพงกว่าสีย้อมทั่วไป และสำหรับผ้าที่ต้องการความทนทานต่อแสงแดดสูง ขั้นตอนแรกที่ควรพิจารณาคือการเลือกใช้สีย้อม

2. ถ้าหาก ผ้า หากผ้าผ่านการย้อมสีแล้วแต่ความคงทนต่อแสงแดดไม่เป็นไปตามข้อกำหนด สามารถใช้สารเติมแต่งเพื่อปรับปรุงได้ โดยการเติมสารเติมแต่งที่เหมาะสมในระหว่างหรือหลังกระบวนการย้อมสี เพื่อให้สารเติมแต่งทำปฏิกิริยากับแสงก่อนที่สีย้อมจะสัมผัสกับแสง โดยจะใช้พลังงานจากแสงเพื่อปกป้องโมเลกุลของสีย้อม โดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นสารดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตและสารป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลต ซึ่งรวมเรียกว่าสารเพิ่มความคงทนต่อแสงแดด

ความคงทนต่อแสงแดดของผ้าสีอ่อนที่ย้อมด้วยสีย้อมรีแอคทีฟ

การซีดจางของสีย้อมรีแอคทีฟที่เกิดจากแสงเป็นปฏิกิริยาคลอริเนชันแบบโฟโตออกซิเดชันที่ซับซ้อนมาก หลังจากเข้าใจกลไกการซีดจางที่เกิดจากแสงแล้ว เราจึงสร้างอุปสรรคต่อปฏิกิริยาโฟโตออกซิเดชันในโครงสร้างโมเลกุลของสีย้อมอย่างตั้งใจ เพื่อชะลอการซีดจางที่เกิดจากแสง ตัวอย่างเช่น สีย้อมสีเหลืองที่มีหมู่กรดโดลซัลโฟนิกและไพราโซโลน สีย้อมสีน้ำเงินที่มีฟทาโลไซยานีนเมทิลแซนและวงแหวนไดอะโซไตรเชลดิง และสีย้อมสีแดงที่มีสารประกอบเชิงซ้อนของโลหะ แต่ก็ยังขาดสีย้อมรีแอคทีฟสีแดงที่สดใสและทนต่อแสงแดดได้ดี

ความคงทนต่อแสงแดดของผ้าที่ย้อมสีจะแตกต่างกันไปตามความเข้มข้นของสีย้อม สำหรับผ้าที่ย้อมด้วยสีย้อมชนิดเดียวกันบนเส้นใยชนิดเดียวกัน ความคงทนต่อแสงแดดจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มข้นของสีย้อมเพิ่มขึ้น ในขณะที่สำหรับผ้าสีอ่อน ความคงทนต่อแสงแดดจะลดลงตามไปด้วยเมื่อความเข้มข้นของสีย้อมต่ำ อย่างไรก็ตาม ความคงทนต่อแสงแดดของสีย้อมทั่วไปบนแผ่นตัวอย่างสีย้อมจะวัดที่ความเข้มข้นของสีย้อม 1/1 ของความเข้มข้นมาตรฐาน (เช่น 1% owf หรือความเข้มข้นของสีย้อม 20-30 กรัม/ลิตร) หากความเข้มข้นของสีย้อมเป็น 1/6, 1/12 หรือ 1/25 ความคงทนต่อแสงแดดจะลดลงอย่างมาก

บางคนเสนอให้ใช้สารดูดซับรังสียูวีเพื่อปรับปรุงความคงทนต่อแสงแดด แต่วิธีนี้ไม่แนะนำ เพราะต้องใช้ปริมาณมากในการดูดซับรังสียูวี และสามารถปรับปรุงได้เพียงครึ่งระดับเท่านั้น อีกทั้งยังต้องเพิ่มต้นทุนอย่างมาก ดังนั้น การเลือกใช้สีย้อมอย่างเหมาะสมเท่านั้นที่จะแก้ปัญหาเรื่องความคงทนต่อแสงแดดได้