光降解与光致变色

光降解的机理

• **基本过程**：
• ① **染料分子吸收光子** → 进入**激发态**
• —— 染料之所以有颜色，就是因为它**选择性吸收**可见光
• —— 吸收的光能一部分**以热或荧光**释放（无害）
• —— 但如果能量**没有安全释放** → 可能引发**化学反应**
• ② **激发态的染料**发生反应：
• —— **光氧化**（**最主要**）：
• —— 激发态染料**把能量传给氧** → 生成**单线态氧（¹O₂）**或**超氧自由基**
• —— 这些**活性氧**攻击染料的**发色团** → **破坏** → **褪色**
• —— **需要氧气**！
• —— 所以：**在真空或惰性气体中，耐光牢度会好很多**
• —— **光还原**：
• —— 激发态染料从**纤维**或**其他物质**夺取氢（或电子）
• —— 染料被**还原** → 褪色
• —— 在某些纤维（如蛋白质纤维、醋酯纤维）上更明显
• ③ **发色团破坏** → 染料**失去颜色**
• —— 例：偶氮染料（-N=N-）被氧化断裂
• —— 例：蒽醌染料被还原
• **影响因素**：
• ① **光的波长**：
• —— **紫外线（UV，< 400 nm）能量最高** → 破坏力最强
• —— 可见光也能引起（但弱）
• —— **红外**：主要是**热效应**
• —— 所以：**窗玻璃能挡住大部分 UV** → 室内耐光好于室外
• ② **染料结构**：
• —— **蒽醌类**：耐光**好**
• —— **酞菁类**（如翠蓝）：耐光**极好**
• —— **偶氮类**：差异大（有的好有的差）
• —— **三芳甲烷类**（如某些艳蓝、艳绿）：耐光**很差**
• —— **荧光染料**：耐光**普遍差**
• ③ **染料浓度（深度）**：
• —— **深色**耐光**好**（染料多，"消耗得起"，褪色一点不明显）
• —— **浅色**耐光**差**（染料少，褪一点就明显了）
• —— 这就是为什么**浅色的耐光牢度更难达标**
• ④ **纤维**：
• —— 同一染料在不同纤维上耐光不同
• —— 例：
• —— 某些分散染料在**涤纶**上耐光好，在**醋酯**上差
• —— **羊毛、丝**：纤维本身**光氧化泛黄** → 影响外观
• —— **锦纶**：容易光老化
• —— **腈纶**：耐光**极好**（所以腈纶适合做户外用品）
• ⑤ **环境**：
• —— **湿度**：湿度高**加速**褪色（促进光化学反应）
• —— **温度**：温度高加速
• —— **氧气**：必需
• —— **汗液、洗涤剂残留**：可能**加速**或**改变**褪色
• ⑥ **后整理**：
• —— **树脂整理**可能**降低**耐光（某些树脂）
• —— **紫外线吸收剂**（UV absorber）可以**提高**耐光
• —— **柔软剂**（某些）可能降低耐光

耐光牢度

• **评价方法**：
• —— **日光曝晒法**（最真实，但慢，受天气影响）
• —— **氙弧灯曝晒法**（**最常用**，模拟日光光谱，含 UV）
• —— **碳弧灯**（较老的方法）
• —— **紫外灯**（快速筛选）
• **蓝色羊毛标准（Blue Wool Scale）**：
• —— 最经典的耐光评级体系
• —— 用 **8 级**（有的体系到 8 级，有的用 L2～L9）
• —— 标准：**1 级最低（极易褪色），8 级最高（极耐光）**
• —— 原理：
• —— 用 8 种**耐光性已知**的蓝色羊毛标样（每种染一种特定染料）
• —— 与试样**同时曝晒**
• —— 当试样**刚好开始褪色**时，看哪个标样也刚好褪色
• —— 试样的耐光级别 = 那个标样的级别
• —— 优点：**直观、可比**
• —— 标准：**GB/T 8427、ISO 105-B01、AATCC 16**
• **常见要求**：
• —— **窗帘、汽车内饰、户外用品**：**6～8 级**（要求最高）
• —— **外衣、衬衫**：**4～5 级**
• —— **内衣、里布**：**3～4 级**
• —— **礼服、舞台服装**（不常晒）：要求低
• —— 品牌客户（如 IKEA、汽车厂）有**明确的分级要求**
• **提高耐光牢度的方法**：
• ① **选耐光好的染料**：
• —— 蒽醌、酞菁 > 偶氮（部分）> 三芳甲烷
• —— 向染料供应商索取**耐光数据**
• ② **拼色时注意"最弱环节"**：
• —— 拼色时，**耐光最差的那个染料**决定了整体的耐光
• —— 例：用耐光 6 级的黄 + 耐光 3 级的蓝 → 整体可能只有 **3～4 级**
• —— 而且要**同时褪色**（否则会**变色**，不只是变浅）
• —— 所以拼色要选**耐光等级相近**的染料
• ③ **加深颜色**（如果允许）
• ④ **加紫外线吸收剂（UV absorber）**：
• —— 吸收 UV，把它变成热释放 → **保护染料**
• —— 常用：**苯并三唑类、二苯甲酮类**
• —— 用于：**汽车内饰、户外用品、窗帘**
• —— 注意：UV 吸收剂本身也可能**泛黄**
• ⑤ **加光稳定剂（HALS）**：
• —— 受阻胺类光稳定剂
• —— 捕获自由基 → **阻断光氧化链反应**
• —— 主要用于**纤维**保护（如丙纶）
• ⑥ **涂层/贴合**（物理遮挡）
• ⑦ **避免不利的后整理**
• **耐光牢度差的后果**：
• —— **服装褪色**（消费者投诉）
• —— **窗帘、汽车内饰褪色**（严重的质量问题）
• —— **褪色不匀**（如衣服的折叠处、衣架接触处不褪）→ 更难看

光致变色（与光降解不同）

• **光致变色（photochromism）**：
• —— 物质在光照下**改变颜色**，移去光照后**恢复原色**
• —— 是**可逆**的！
• —— 与光降解（**不可逆**褪色）**完全不同**
• **机理**：
• —— 光照使分子发生**可逆的结构变化**（如顺反异构、开环闭环、电离）
• —— 结构变了 → **吸收光谱变了** → **颜色变了**
• —— 停止光照 → **恢复**原来的结构 → 颜色恢复
• **常见的光致变色**：
• —— **变色眼镜**（遇阳光变深）
• —— **光致变色染料/涂料**：
• —— **变色 T 恤**（阳光下变出图案）
• —— **变色油墨**（防伪、玩具）
• —— 用于纺织：
• —— **光致变色印花**（阳光下显现花纹）
• —— 需要**微胶囊化**保护（提高耐洗性和寿命）
• —— 缺点：
• —— **寿命有限**（反复变色后"疲劳"）
• —— **耐洗性差**（微胶囊改善）
• —— **成本较高**
• **"光致变色"造成的误会**：
• —— 有些染料在**不同光源下**看起来颜色不同 → 这不是光致变色，是**同色异谱**
• —— 有些染料刚下机时颜色会**变化**（冷却后、吸湿后）→ 这是**热致变色/湿致变色**或**未充分固色**
• —— 区分的关键：**是否可逆、是否需要光照**

相关的其他"变色"

• **热致变色（thermochromism）**：
• —— 随**温度变化**而变色（可逆）
• —— 应用：**变色杯、温变印花、示温标签**
• —— 纺织：**温变印花**（如"手摸变色"的 T 恤）
• **湿致变色（hydrochromism）**：
• —— 遇**水变色**
• —— 应用：**遇水显现的印花、雨伞、泳装**
• **压致变色（piezochromism）**：
• —— 受压变色（少见）
• **"变色"的质量问题**：
• —— **泛黄**（见"黄度与泛黄"）
• —— **酚醛黄变**
• —— **气体褪色（gas fading）**：
• —— **锦纶**上的某些**分散染料**
• —— 与空气中的**氮氧化物（NOx）**反应 → **变色/褪色**
• —— 这是**锦纶 + 特定分散染料**的经典问题
• —— 预防：
• —— 选**耐气体褪色**的染料（"**gas fading resistant**"）
• —— 或加**抗气体褪色剂**
• —— **臭氧褪色**：
• —— 空气中的**臭氧**也会导致某些染料褪色
• —— **汗光复合牢度**：
• —— 汗液 + 光照**共同作用**
• —— 往往比单独的日晒或汗渍**更严重**
• —— 测试：**GB/T 14576、ISO 105-B07、AATCC 125**
• —— 对**运动服、户外服装**很重要

相关词条

• 耐光色牢度（light-fastness）
• 黄度与泛黄（term-yellowness）
• 抗紫外整理剂（aux-uv-absorber）
• 同色异谱（metamerism）
• 升华（term-sublimation）