Pourquoi les teintures se décolorent-elles au soleil ?

Pourquoi les teintures se décolorent-elles au soleil ? Avant de comprendre la raison, il faut d’abord savoir ce qu’est la « résistance aux UV ».

Résistance au soleil : elle désigne la capacité d’un colorant à conserver sa couleur d’origine sous l’effet de la lumière solaire. Conformément à la réglementation, la détermination de la résistance au soleil est basée sur l’exposition à la lumière solaire. Afin de faciliter les contrôles en laboratoire, on utilise généralement des sources de lumière artificielle, étalonnées si nécessaire. Les sources de lumière artificielle les plus courantes sont les lampes à incandescence et les lampes à arc au charbon. Sous l’effet de la lumière, le colorant absorbe l’énergie lumineuse et la molécule de colorant passe à un état excité. Le système colorant de la molécule se modifie ou est détruit, ce qui entraîne la décomposition du colorant et sa décoloration.

1. L'influence de la lumière sur la production de colorants

Lorsqu'une molécule de colorant absorbe l'énergie d'un photon, cela provoque la transition des électrons de valence externes de la molécule de l'état fondamental à l'état excité.

Selon leur structure, les molécules de colorant peuvent subir différents processus d'excitation sous l'action d'ondes lumineuses de longueurs d'onde différentes, notamment π→π*, n→π*, CT (transfert de charge), S₀ → S₁ (état singulet), S₁ → T₂ (état triplet), état fondamental → état excité et état fondamental → second état excité. L'état fondamental singulet est noté S₀, et les seconds états excités singulets sont notés S₁ et S₂, respectivement. Les états triplets correspondants sont représentés par T₀, T₁ et T₂.

Lors de l'excitation, les molécules de colorant passent à des états excités électroniques présentant différents niveaux d'énergie vibrationnelle. Ces niveaux diminuent rapidement, convertissant l'énergie en chaleur qui se dissipe ensuite. Ce processus d'abaissement des niveaux d'énergie est appelé passivation vibrationnelle. Au cours de ce processus, l'état excité S2, de faible énergie vibrationnelle, se transforme en état excité S1, de niveau d'énergie vibrationnelle plus élevé, et poursuit ainsi sa passivation. De cette manière, l'état excité S2, de niveau d'énergie élevé, se transforme rapidement en état excité S1, de niveau d'énergie vibrationnelle plus faible.

La conversion entre les états électroniques S2 et S1, dans des conditions d'égale intersection d'énergies, n'entraîne aucune modification de la multiplicité de spin électronique et est appelée conversion interne. Il existe également une transition entre les états singulet et triplet, de l'état excité S1 à l'état excité T1. Ce type de transition d'état électronique, accompagnée d'une modification de la multiplicité de spin électronique dans des conditions d'égale intersection d'énergies, est appelé conversion intersystème. En raison de l'effet « interdit » de la sélectivité de spin électronique, la fréquence de conversion intersystème est généralement relativement faible.

Les molécules de colorant intensifiées subissent des réactions photochimiques avec d'autres molécules, ce qui entraîne la décoloration du colorant et la fragilité optique des fibres.

2. Facteurs affectant la résistance à la lumière des colorants

1. La longueur d'onde de la source lumineuse et de la lumière d'éclairage ;

2. Facteurs environnementaux ;

3. Propriétés chimiques et structure organisationnelle des fibres ;

4. Force de liaison entre la teinture et la fibre ;

5. Structure chimique des colorants ;

6. Concentration du colorant et état d'agrégation ;

7. L'influence de la sueur artificielle sur la décoloration des teintures ;

8. L'impact des additifs.

3. Méthodes d'amélioration de la résistance des colorants au soleil

1. Améliorer la structure du colorant afin de minimiser son impact sur le système de coloration tout en consommant l'énergie lumineuse, et ainsi préserver la couleur d'origine ; il s'agit généralement de colorants à haute résistance aux UV. Ce type de colorant est généralement plus cher que les colorants ordinaires, et pour les textiles soumis à de fortes exigences d'exposition au soleil, le choix du colorant est primordial.

2. Si le tissu Si un tissu a déjà été teint mais que sa résistance au soleil ne répond pas aux exigences, des additifs peuvent être utilisés pour l'améliorer. Ces additifs, ajoutés pendant ou après la teinture, réagissent à la lumière avant le colorant, absorbant ainsi l'énergie lumineuse et protégeant les molécules de colorant. On distingue généralement les absorbeurs d'ultraviolets et les agents anti-ultraviolets, collectivement appelés agents améliorant la résistance au soleil.

La résistance au soleil des tissus teints de couleur claire avec des colorants réactifs

La décoloration des colorants réactifs sous l'effet de la lumière est une réaction de chloration photo-oxydative très complexe. Après avoir compris le mécanisme de cette décoloration, nous créons délibérément des obstacles à la réaction de photo-oxydation lors de la conception de la structure moléculaire des colorants afin de la retarder. Par exemple, bien que des colorants jaunes contiennent des groupes acide dolesulfonique et pyrazolone, des colorants bleus contiennent des cycles méthylzane de phtalocyanine et diazotrichélateux, et des colorants rouges contiennent des complexes métalliques, il n'existe toujours pas de colorants réactifs rouges vifs présentant une forte résistance au soleil.

La résistance au soleil des tissus teints varie en fonction de la concentration de la teinture. Pour des tissus teints avec la même teinture sur une même fibre, la résistance au soleil augmente avec la concentration de teinture. En revanche, pour les tissus clairs, elle diminue lorsque la concentration de teinture est faible. Cependant, la résistance au soleil des teintures courantes sur les nuanciers imprimés est mesurée à une concentration de teinture égale à la moitié de la profondeur standard (soit 1 % pf ou 20-30 g/l). Si la concentration de teinture est de 1/6, 1/12 ou 1/25, la résistance au soleil diminue significativement.

Certains ont proposé d'utiliser des absorbeurs d'ultraviolets pour améliorer la résistance au soleil, mais cette méthode est déconseillée. L'exposition aux ultraviolets est importante et ne permet d'améliorer la résistance que de moitié, sans compter le coût élevé. Par conséquent, seule une sélection rigoureuse des colorants peut garantir une bonne résistance au soleil.