Valonkesto

Valonkesto on väriaineen tai pigmentin ominaisuus, joka määrittelee, kuinka hyvin se säilyttää värinsä valolle altistettuna. Väriaineita ja pigmenttejä käytetään esimerkiksi kankaiden ja muovien värjäämiseen sekä painovärien ja maalien valmistukseen.

Värin haalistuminen perustuu sähkömagneettisen säteilyn vaikutukseen värin aiheuttavien molekyylien kemiallisessa rakenteessa. Molekyylin värillisyyden aiheuttavaa osaa kutsutaan kromoforiksi.

Molekyyliin vaikuttava valo voi muuttaa tai purkaa sen kemiallisia sidoksia, mikä johtaa värin haalistumiseen tai muutokseen. Auringon sähkömagneettinen säteily sisältää aallonpituuksia gamma-aalloista radioaaltoihin. Eritoten ultraviolettisäteiden sisältämä suuri energiamäärä kiihdyttää värin haalistumista.

Ilmakehän läpäisevän UVA-säteilyn fotonienergia on korkeampi kuin orgaanisille pigmenteille tyypillisen hiili-hiili-sidoksen purkamiseen vaadittava energia, mikä aiheuttaa sidoksen purkautumisen ja värin haalistumisen. Epäorgaanisilla pigmenteillä on yleisesti ottaen parempi valonkesto kuin orgaanisilla. Valonkestoltaan paras pigmentti on musta.

Valonkeston mittaaminen suoritetaan altistamalla näyte valolle määrätyksi ajaksi ja vertaamalla sitä valolle altistamattomaan näytteeseen.

Kemialliset prosessit 
Haalistuessaan väriainemolekyyli käy läpi useita haalistumista edistäviä kemiallisia prosesseja.

UV-fotonin reagoidessa väriaineena toimivan molekyylin kanssa molekyyli siirtyy perustilasta viritystilaan. Virittynyt molekyyli on reaktiivinen ja epästabiili. Väriainemolekyylin palautuessa viritystilasta perustilaan ilmakehän sisältämä happimolekyyli reagoi väriainemolekyylin kanssa muodostaen yksittäisen happiatomin ja superoksidi-happiradikaalin. Reaktion tuotteena syntyvä yksittäinen happiatomi ja pigmenttimolekyylin superoksidiradikaali ovat molemmat erittäin reaktiivisia ja alttiita uusille värin haalistumista edistäville reaktioille.

Fotolyysi 
Fotolyysi eli valokemiallinen hajoaminen on kemiallinen reaktio, jossa yhdiste hajoaa fotonien vaikutuksesta. Suurienergiainen fotoni kohtaa väriainemolekyylissä sidoksen, jolla on tarpeeksi alhainen dissosiaatioenergia. Reaktio johtaa sidoksen purkautumiseen kromoforisessa järjestelmässä, minkä vaikutuksesta väri haalistuu.

Foto-oksidaatio 
Foto-oksidaatiossa eli valokemiallisessa hapettumisessa virittynyt väriainemolekyyli käy läpi hapettumisprosessin. Prosessissa väriaineen kromoforinen järjestelmä reagoi ilmakehän sisältämän hapen kanssa muodostaen epäkromoforisen järjestelmän, minkä vaikutuksesta väri haalistuu. Eritoten väriaineet, joiden kromoforisena osana on karbonyyliryhmä, ovat alttiita karbonyyliryhmän purkautumiselle hapettumisen vaikutuksesta.

Fotoreduktio 

Fotoreduktiossa eli valokemiallisessa pelkistymisessä väriainemolekyyli, jossa kromoforina toimii alkeenille tyypillinen kaksois- tai alkyynille tyypillinen kolmoissidoksia sisältävä tyydyttymätön hiiliketju, altistuu vedylle ja pelkistyessään muodostaa tyydyttyneen yhdisteen. Tyydyttymisen seurauksena kromoforinen järjestelmä lyhenee, minkä vaikutuksesta väri haalistuu.

Fotosensitisaatio 

Kun selluloosapohjainen värjätty materiaali altistetaan auringonvalolle, väriaineet erottavat selluloosasta vetyä, mikä aiheuttaa selluloosapohjaisen materiaalin pelkistymisen. Tällöin tapahtuu fotosensitisaatio eli valokemiallinen herkistyminen. Samanaikaisesti väriaineet käyvät läpi hapettumisreaktion ilmakehän sisältämän hapen vaikutuksesta, mistä seuraa väriaineen foto-oksidaatio. Tällaisesta reaktiosta seuraa niin värin haalistuminen kuin materiaalin lujuuden heikkeneminen.

Fototenderöinti 

Fototenderöinnissä eli valokemiallisessa kilpailutuksessa materiaalista siirtyy UV-valon vaikutuksesta vetyä väriainemolekyylille, mikä aiheuttaa väriainemolekyylin pelkistymisen. Vedyn erottaminen materiaalista altistaa materiaalin hapettumiselle.

Standardit ja mitta-asteikot 

Valonkeston määrittelemiseen käytetään Blue Wool -asteikkoa tai ASTM:n () määrittelemää asteikkoa. Blue Wool -asteikolla valonkesto ilmoitetaan numeerisena arvona välillä 1–8. 1 on erittäin heikko ja 8 maksimaalinen valonkesto.  ASTM-asteikolla valonkesto määritellään välillä I–V. I on erinomainen valonkesto ja vastaa Blue Wool -asteikon arvoja 7–8. V on erittäin heikko valonkesto ja vastaa Blue Wool -asteikon arvoa 1.

Konkreettinen valonkesto riippuu auringon säteilyn voimakkuudesta, joten valonkestoon vaikuttaa myös maantieteellinen sijainti, vuodenaika ja altistussuunta. Seuraavassa taulukossa esitetään viitteelliset suhteet mitta-asteikoiden valonkestoarvojen ja valonkeston ajallisesta suhteesta suorassa altistuksessa sekä tavanomaisissa näyttelyolosuhteissa: etäällä ikkunoiden välittömästä läheisyydestä, epäsuorassa auringonvalossa, asianmukaisesti kehystettynä.

Testimenettely 
Suhteellista haalistumisen määrä voidaan mitata ja tarkastella standarditestiliuskoilla. Blue Wool -testin työnkulussa yhtä esimerkkiliuskasarjaa säilytetään valolta suojattuna. Toinen vastaava testiliuskasarja altistetaan testattavien näytteiden kanssa samanaikaisesti standardissa määritellyn valonlähteen vaikutukselle. Esimerkiksi jos väriaineen valonkestoksi ilmoitetaan Blue Wool -asteikolla 5, sen voidaan odottaa haalistuvan saman verran kuin testiliuskasarjan liuska numero 5. Testin onnistuminen varmistetaan vertaamalla testiliuskasarjaa valolta suojattuna säilytettyyn esimerkkiliuskasarjaan.

Painoteollisuudessa 
Painoväreissä käytetään pääasiassa orgaanisia pigmenttejä, joten painotuotteen värien muuttuminen ja haalistuminen auringon UV-säteilyn vaikutuksesta on usein vain ajan kysymys. Syynä käytölle on muun muassa epäorgaanisiin pigmentteihin verrattuna edullinen hinta. Epäorgaanisten pigmenttien hiukkaskoko on myös usein orgaanisia pigmenttejä suurempi, eivätkä kaikki epäorgaaniset pigmentit näin ollen sovellu käytettäväksi offset-painatuksessa.

Silkkipainossa pigmentin hiukkaskoko ei ole rajoittava tekijä. Niinpä se onkin suosittu painomenetelmä erinomaista valonkestoa vaativiin painotöihin. Myös värikerroksen paksuus vaikuttaa pigmentin määrän kautta värin valonkestoon. Silkkipainolla painettu värikerros on offset-menetelmällä painettua kerrosta paksumpi, eli se sisältää enemmän pigmenttiä alaa kohti. Tämä johtaa parempaan valonkestoon, vaikka kussakin menetelmässä käytettävä painoväri perustuisi samaan pigmenttiin.

Värejä sekoitettaessa valonkestoltaan heikomman värin valonkestotaso määrittelee koko värin valonkeston. Toisen pigmentin häviäminen johtaa sävyn muuttumiseen kohti kestävämmän pigmentin sävyä. Toisaalta jos halutaan varmistaa, että väristä jää näkyviin edes jotain, vaikka sen pääasiallinen pigmentti haalistuisi, voidaan väriin sekoittaa valonkestoltaan hyvää pigmenttiä.

Lähteet

Aiheesta muualla 
Pupulandia: Onko taide ikuista – tai kuuluuko sen olla?

54 Kemia
Kirjapainotaito
Valokemia
Kemialliset reaktiot