太阳光对染料日晒牢度的影响与作用

光是导致染料褪色的主要诱因, 光致褪色的过程主要是由于染料的发色基团如偶氮键等发生了光致氧化反应或者光致还原反应 ,以及这两种反应同时作用所导致的。

1.光致氧化作用

染料的光致氧化作用主要是由活化态的氧对染料进行的氧化作用 。在这一反应中 , 活化态的氧的产生和形态成为主要的研究对象。活活化氧的产生主要有以下两种方式：

其中机理 (1)认为是由于光敏化的染料与三线态的氧发生淬灭, 产生的单线态氧与染料进行氧化反应 。机理(2)则认为光致氧化是由于染料被光激发后 ,激发态的染料分子与三线态的氧发生电子转移反应,进而生成带负电的氧自由基进行反应。

虽然普遍的研究都将单线态氧作为光致氧化反应的主要诱发因素 , 但是实际上染料的光氧化反应是非常复杂的,根据不同染料 、不同纤维以及各种外界环境的不同而改变。

2.光致还原作用

染料的光致还原褪色是其光褪色的另一条重要途径, 其机理如下 (以偶氮染料为例)

相对于光氧化过程来说 , 光还原过程在文献中讨论较少,在蛋白质纤维 (如羊毛和丝绸 )和少数疏水的高分子纤维上的染料都可能发生光还原褪色,主要是由于纤维上的还原性基团的存在 (氨基等 ),并终将染料还原生成芳香胺。而且光还原还特别容易在汗液存在的环境中发生, 这也是由于汗液中存在的少量具有还原性的氨基酸(谷氨酸等)的作用。

3.太阳光的组成对染料日晒牢度的影响

太阳光中可以对染料发生光褪色作用的部分主要是紫外线与可见光部分。

通过表 1中三个条件对光褪色减少量的平均值计算可以得出,当没有紫外线时染料褪色量(UV%)平均减少 22.5%, 在没有 O2 时平均褪色量 (O2 %)减少41%,而在没有 O2 和紫外线同时存在下 (UV+O2%)平均可以减少 69.5%。因此根据 UV%可以发现可见光与 O2 的共同作用造成的光褪色量可以占到 ～ 80%。同时将以上染料褪色减少量的平均值计算后可以得到这样一个近似的等式:

UV+O2% 褪色减少量 ≈UV%褪色减少量 +O2%褪色减少量

这说明紫外线可以在没有氧气存在的情况下使染料发生褪色 ,否则上式的加和关系就无法实现。而可见光则一定程度上需要在氧气的存在下进行反应。当然 ,考虑到 S.N.Batchelor等人试验中的真空条件只有 2000 ～ 4000Pa(水泵抽真空 ), 因此这一试验结果也可能存在一定的误差 。但也可以推定紫外线和可见光对染料的作用机理很可能是不完全相同的。