بهبود ثبات نوری

تعاریف و واژه ها

ثبات نوری، مقاومت رنگینه به تأثیر انرژی نوری، به ویژه بخش ماوراء بنفش طیف الكترومغناطیسی است. این طیف به چند دسته nm ) UVB ، ( ۳۲۰ – ۶۰۰ mm ) UVA۳۲۰۲۸۰) و( mm۱۰۰ – ۲۸۰ ) UVC تقسیم می شود. طول موج کوتاهتر (لاندا)، انرژی E) )بالاتر و تخریب رنگینه بیشتری دارد . خوشبختانه، UVC توسط ازن در بخشهای بالایی اتمسفر جذب می شود. از طرفی محتوای معمول UVB در شدت تابش کلی کمتر از ۱٪ است و مقدار UVA حدود 5/6 ٪ می باشد .

رنگ پریدگی:

اصطلاح رنگ پریدگی در رنگ در صورت فقدان حفاظت کافی در نور مهم بوده و تنها سبب روشن شدن رنگ می شود. محافظت نوری رنگینه های به کار رفته، وابسته به محافظت نوری لیف است به طوریکه که آسیب لیف، موجب افزایش تخریب رنگینه می شود. رنگ پریدگی توسط نور، معمولا با رطوبت، حرارت (ثبات حرارتی – نوری به ویژه برای منسوجات به کار رفته در اتومبیل مهم است)، اکسیژن موجود در هوا (اکسیداسیون نوری) و دیگر عوامل نشان داده شده در جدول افزایش می یابد.

عوامل مؤثر بر ثبات نوری	مثالها و نکته ها
عوامل تأثیر گذار بر ثبات نوری نوع نور (محتوی انرژی شامل زمان تابش، دوره تغییر از روشنایی تا تاریکی)	به شدت توسط روشهای آزمون ثبات نوری تنظیم می شود.
رنگینه و رنگدانه: نوع، غلظت وتوزيع	ثبات نوری بهتر در غلظت بالاتر و سطح مخصوص پایین تر رنگینه (ذرات رنگدانه، ثبات نوری بهتری از رنگینه های دارای توزیع مولکولی دارند). توزیع متعادل رنگینه بر سطح مقطع ليف، در مقایسه با رنگرزی حلقه ای با رنگینه های متمرکز در نزدیک سطح لیف از اثبات نوری بهتری برخوردارند.
ترکیب رنگینه	رنگ پریدگی سریع (رنگینه دیگر موجب تسريع تخریب نوری می شود، به ندرت محافظ ثبات نوری
نوع لیف	PES نسبت به PA با رنگینه دیسپرس یکسان، دارای ثبات نوری ابهتری می باشد. رنگینه کاتیونی بر PAN، ثبات نوری بهتری نسبت به متاآرامید (برای مثال نومکس) دارد.
رطوبت	ثبات نوری بهتر با محتوی آب کمتر
حرارت	ثبات نوری کمتر با دمای بالاتر (برای مثال ثبات نوری حرارتی برای پارچه های اتومبیل)
مواد همراه	کاهش ثبات نوری با دی اکسید تیتانیوم به عنوان ماده مات کننده(حتی با وجود اینکه یک ماده قوی جاذب ماوراء بنفش است)  غلظت دهنده ها، مواد کمکی از قبیل بهبود دهنده ثبات مرطوب کاتیونی، مواد تراکمی فرمالدئید، مواد احیاکننده و اکسید کننده و مواد کمکی بهبود دهنده ثبات نوری از این قاعده مستثنی می باشند

اساس اثر بهبود ثبات نوری

مواد محافظت کننده دارای برهم کنشی با نور یا رنگینه می باشند. مثالی از دسته اول، جذب کننده یا فیلتر کننده UV (با قابلیت فیلتر کردن نور) است. به منظور برهم کنش ماده محافظ با رنگینه ها می توان از عملیات تکمیلی با نمک های مس (تشکیل کمپلکس های مس با ثبات نوری بالا) و تله های رادیکالی ، معروف به آنتی اکسیدان ها (که اغلب از نظر فضایی، بازدارنده فنول ها و آمین ها می باشند) استفاده کرد. دیگر مکانیزم موجود شامل تخریب پراکسیدهای واسطه و خاموش کردن اکسیژن یکتایی است. با این حال، امکان تداخل مکانیزم های مختلف برای افزایش محافظت در برابر نور وجود دارد.

ساختار شیمیایی به کار رفته

مواد جذب کننده نور ماوراء بنفش، ترکیبات آلی بدون رنگ با ساختار آروماتیکی نظیر بنزوفنون، بنزوتری آزول، فنیل تری آزین و مشتقات آلفا- سیانو-آکریلیک اسید می باشند. دی اکسید تیتانیوم که به عنوان یک ماده مات کننده متداول در تولید الیاف مصنوعی مورد استفاده قرار می گیرد، جذب کننده قوی نور ماوراء بنفش نیز به شمار می رود این مواد، انرژی ماوراء بنفش جذب شده را به انرژی حرارتی تغییر می دهند، به طوری که در مرحله اول، انرژی زیاد پر تو ماوراء بنفش را جذب و بدون گسستن پیوندها (تخریب نوری)، بخش زیادی از آن را به انرژی ارتعاشی مولکولهای جذب کننده تبدیل می کنند.

در مرحله بعدی، مجددا بدون نیاز به تخریب لیف یا رنگینه، انرژی ارتعاشی را به صورت حرارتی به مواد اطراف منتقل می سازند. دیگر اثرات مفید ماده جذب کننده ماوراء بنفش ممکن است غیرفعال کردن کروموفورهای رنگ تهیج شده و جذب رادیکال ها باشد. مقایسه تفاوت ها و شباهت های این مواد با ترکیبات سفید کننده فلوروسنتی که حرارت و نور مرئی را از جذب انرژی ماوراء بنفش تولید می کنند، جالب است.

عیب اصلی مواد جذب کننده پرتو ماوراء بنفش، قیمت نسبتا بالای آنها و غلظت زیاد ( 2-0.5٪درصد وزن لیف) مورد نیاز برای حفاظت مؤثر است. لذا این مواد، اغلب در ترکیب با دیگر مواد بهبود دهنده ثبات نوری استفاده می شوند .

برای رنگینه های بازیک، سدیم فسفورو مولیبدینیوم تنگستنات نیز به عنوان عملیات تکمیلی محافظت در برابر نور مشهور است.

دو گروه از آنتی اکسیدان ها شامل پایدار کننده های نوری فنولی بازدارنده (HLPS) و پایدار کننده های نوری آمینی بازدارنده (HALS) دارای اهمیت کاربردی می باشند

کاربردها و روشهای ارزیابی

مواد جذب کننده پرتو ماوراء بنفش می توانند همراه با رنگرزی یا عملیات تکمیل به وسیله روش های رمق کشی یا پد – خشک به کار روند. شیوه های مفید ارزیابی منسوجات به کار رفته در اتومبیل شامل روشهای FAKRA وAATCC

، ISO 105 B01 – B06 و SAE J1885 می باشد.

رفع عیوب تکمیل بهبود دهنده ثبات نوری

بسیاری از مواد شیمیایی کمکی، به استثنای لیف و رنگینه، ثبات نوری را کاهش می دهند (جدول  بالا). بنابراین شستشوی کامل و دقیق باقیمانده های مواد آهاری و تمام مواد کمکی به کار رفته در عملیات مقدماتی، رنگرزی و چاپ (غلظت دهنده ها) حائز اهمیت است. گاهی ترکیب مواد محافظ نوری با بافرهای pH یا مواد محافظ در برابر اکسید شدن زیاد (با مواد احیا کننده مانند گلوكز، دکسترین یا NaNO3  ) یا احیا شدن بیش از حد (مواد اکسید کننده از قبیل متا – نيتروبنزول سولفونیک اسید) مفید است.

انتخاب رنگینه خمی: برخی از رنگینه های خمی، مواد محافظ ليف نامیده می شوند و بعضی دیگر به لیف آسیب می رسانند. کروموفور مواد محافظ ليف غالبا حاوی اتم های نیتروژن است. این رنگینه های خمی دارای ثبات نوری خوبی هستند و اثر مواد مخرب را خنثی می کنند. مواد مخرب و یا محصولات حاصل از تجزیه نوری آنها موجب تسریع تخریب لیف از طریق فتوليز (تجزیه شیمیایی در اثر نور تابشی) می شوند.