ĐỘ BỀN MÀU ÁNH SÁNG LÀ GÌ?

1. ĐỘ BỀN MÀU ÁNH SÁNG LÀ GÌ?

Độ bền màu với ánh sáng của hàng dệt may là khả năng chống chịu của thuốc nhuộm và chất màu trước tác động của nhiệt và năng lượng ánh sáng mặt trời. Phổ điện từ của mặt trời trải dài từ tia gamma đến sóng vô tuyến; trong đó, các bức xạ thuộc dải từ tia cực tím (UV) đến tia hồng ngoại (IR) là những tia truyền tới bề mặt Trái Đất. Đặc biệt, tia UV mang năng lượng cao, làm đẩy nhanh quá trình phai màu của thuốc nhuộm. Tia UV được chia thành các loại UV-A, UV-B và UV-C. Tia UV-A có bước sóng dài (320–400 nm) và không bị tầng ozone hấp thụ; tia UV-B có bước sóng trung bình (280–320 nm) và bị hấp thụ một phần; còn tia UV-C có bước sóng ngắn (100–280 nm) và bị hấp thụ hoàn toàn. Do tia UV-A và UV-B không bị tầng ozone hấp thụ hoàn toàn, chúng truyền tới bề mặt Trái Đất với năng lượng photon từ 315 đến 400 kJ/mol – mức năng lượng vượt quá năng lượng của liên kết đơn carbon-carbon (335 kJ/mol). Điều này dẫn đến hiện tượng phai màu của thuốc nhuộm và chất màu.

2. TẠI SAO ÁNH SÁNG LÀM PHAI MÀU?

Khi ánh sáng tia cực tím (UV) chiếu vào các loại thuốc nhuộm và chất màu, các photon UV mang năng lượng cao sẽ kích thích electron của thuốc nhuộm chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích. Ở trạng thái kích thích, thuốc nhuộm có độ hoạt động hóa học cao và không bền vững, do đó nó sẽ quay trở lại trạng thái cơ bản ban đầu. Trong quá trình chuyển đổi từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản, oxy ở trạng thái triplet trong khí quyển sẽ phản ứng với thuốc nhuộm để tạo thành oxy đơn-trạng-thái (singlet oxygen). Dưới tác động của ánh sáng khả kiến, các phân tử thuốc nhuộm ở trạng thái kích thích phản ứng với oxy trong khí quyển để tạo thành gốc tự do superoxide. Oxy đơn-trạng-thái và gốc tự do superoxide được tạo thành có khả năng phản ứng mạnh và có thể phá hủy thuốc nhuộm. Các phân tử thuốc nhuộm ở trạng thái kích thích trải qua nhiều quá trình khác nhau dẫn đến hiện tượng phai màu. Các quá trình đó bao gồm:

✅Photolysis – Quá trình quang phân

Khi các photon năng lượng cao thuộc vùng tử ngoại (UV) chiếu vào các loại thuốc nhuộm có năng lượng phân cắt liên kết phù hợp, sự phân cắt đồng ly sẽ xảy ra trong hệ thống tạo màu (chromophore) của thuốc nhuộm, dẫn đến hiện tượng phai màu.

✅Photo oxidation- Quá trình quang oxy hóa

Phân tử thuốc nhuộm ở trạng thái kích thích sẽ trải qua quá trình oxy hóa khi có mặt oxy. Trong quá trình này, hệ tạo màu (chromophore) của thuốc nhuộm phản ứng với oxy để tạo thành hệ không còn khả năng tạo màu, dẫn đến hiện tượng phai màu. Các loại thuốc nhuộm có nhóm carbonyl đóng vai trò là nhóm tạo màu thường dễ dàng bị oxy hóa để chuyển thành dạng không còn nhóm carbonyl tạo màu.

✅Photo reduction – Quá trình khử quang học

Phân tử thuốc nhuộm có chứa liên kết đôi không no đóng vai trò là nhóm mang màu sẽ trải qua quá trình khử khi có mặt hydro để tạo thành hệ mang màu no. Do sự bão hòa này, chiều dài của hệ mang màu bị rút ngắn, dẫn đến hiện tượng phai màu.

✅Photo sensitization- Sự nhạy quang

Khi vật liệu xenlulo đã nhuộm màu tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, các phân tử thuốc nhuộm sẽ tách hydro từ xenlulo, dẫn đến quá trình quang khử của nền xenlulo. Đồng thời, thuốc nhuộm cũng bị oxy hóa dưới tác động của oxy trong khí quyển, gây ra quá trình quang oxy hóa thuốc nhuộm. Trong các quá trình này, cả hiện tượng phai màu thuốc nhuộm và sự suy giảm độ bền của vật liệu nền đều diễn ra. Như vậy, cả thuốc nhuộm và vật liệu đều là nguyên nhân dẫn đến sự phai màu này.

✅Sự suy giảm chất lượng do tác động của ánh sáng (photo-tendering)

Dưới tác động của tia cực tím (UV), vật liệu cung cấp hydro cho các phân tử thuốc nhuộm, gây ra phản ứng khử. Khi hydro bị tách ra khỏi vật liệu, vật liệu sẽ trải qua quá trình oxy hóa. Trong trường hợp này, chính vật liệu là tác nhân gây ra sự phai màu của thuốc nhuộm.

3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ BỀN MÀU VỚI ÁNH SÁNG CỦA HÀNG DỆT MAY

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền màu với ánh sáng của hàng dệt may bao gồm:

✅Lựa chọn thuốc nhuộm

Việc lựa chọn thuốc nhuộm đóng vai trò then chốt trong việc quyết định độ bền màu dưới tác động của ánh sáng. Thuốc nhuộm tự nhiên có độ bền sáng kém nhất; thuốc nhuộm hoạt tính có độ bền ở mức trung bình, trong khi thuốc nhuộm hoàn nguyên (vat dyes) lại có độ bền sáng tốt. Các loại thuốc nhuộm có kích thước hạt lớn thường có khả năng chống phai màu tốt (ví dụ: thuốc nhuộm Indigo). Những loại thuốc nhuộm có khả năng kết tụ tốt thường có khả năng chống lại tia cực tím (UV) hiệu quả (ví dụ: thuốc nhuộm hoàn nguyên).

✅Dưới đây là các loại thuốc nhuộm được sắp xếp theo thứ tự tăng dần về độ bền màu với ánh sáng:

Thuốc nhuộm tự nhiên > Thuốc nhuộm phản ứng > Thuốc nhuộm hoàn nguyên > Thuốc nhuộm chàm (Indigo)

✅Thuốc nhuộm phức kim loại có khả năng chống phai màu tốt hơn so với thuốc nhuộm axit, do kim loại có thể hấp thụ năng lượng tia cực tím (UV) và chuyển hóa nó thành nhiệt năng.

✅Các loại thuốc nhuộm có tông màu sáng thường có độ bền với ánh sáng kém. Do độ linh động của electron ở các loại thuốc nhuộm này cao, các electron dễ dàng chuyển sang trạng thái kích thích, gây đứt gãy hệ thống tạo màu (chromophore) của thuốc nhuộm và dẫn đến hiện tượng phai màu.

✅Độ đậm nhạt của màu

Các tông màu nhuộm đậm thường có độ bền sáng tốt, trong khi các tông màu nhạt lại có độ bền sáng kém. Ở những tông màu đậm, do mật độ phân tử thuốc nhuộm cao, chỉ một phần nhỏ phân tử bị biến đổi dưới tác động của ánh sáng, trong khi phần còn lại giúp duy trì độ đậm của màu. Ngược lại, ở những tông màu nhạt, do số lượng phân tử thuốc nhuộm ít hơn, tỷ lệ phân tử bị ảnh hưởng bởi ánh sáng lại lớn hơn, khiến màu sắc trở nên xỉn hơn.

✅ Lượng thuốc nhuộm không liên kết

Đối với vật liệu cotton, thuốc nhuộm hoạt tính tạo liên kết cộng hóa trị với cellulose của sợi. Các phân tử thuốc nhuộm đã liên kết chặt chẽ với sợi có khả năng chịu tia UV tốt, trong khi những phân tử không liên kết lại có khả năng chịu tia UV kém. Đối với các loại sợi tổng hợp như polyester và polyamide, thuốc nhuộm không liên kết thường nhạy cảm hơn với tia UV.

✅ Vật liệu

Độ bền ánh sáng của cùng một loại thuốc nhuộm sẽ khác nhau tùy thuộc vào loại xơ được nhuộm. Do đó, việc hiểu rõ các đặc tính của xơ là rất quan trọng. Xơ polyester nhuộm bằng thuốc nhuộm phân tán (disperse dye) có độ bền tốt hơn so với xơ polyamide nhuộm cùng loại thuốc nhuộm này. Mỗi loại xơ có phản ứng khác nhau khi tiếp xúc với tia cực tím (UV). Polyester và polyamide có khả năng chống chịu tia UV tốt nhờ vào chất làm mờ (TiO2) có trong xơ giúp hấp thụ tia UV. Len cũng là vật liệu hấp thụ tia UV tốt. Ngược lại, bông và tơ tằm lại có khả năng chống chịu tia UV kém; tia UV xuyên qua xơ và gây ra quá trình phân hủy do ánh sáng (như hiện tượng suy giảm độ bền do ánh sáng, oxy hóa do ánh sáng, v.v.).

✅ Sau khi xử lý bằng các chất phụ trợ hóa học

Các chất dư thừa như hồ vải và các chất phụ trợ khác (ví dụ: chất làm đặc) có thể ảnh hưởng đến độ bền ánh sáng. Chất làm trắng quang học (OBA) có khả năng chịu tia cực tím (UV) kém do dễ bị phân hủy dưới tác động của loại tia này. Các chất cố định màu dạng cation có chứa formaldehyde cũng cho thấy độ bền ánh sáng kém.

✅ Điều kiện môi trường

Độ ẩm và nhiệt độ là hai yếu tố môi trường chính ảnh hưởng đến độ bền ánh sáng. Khi có tia cực tím, độ ẩm sẽ phản ứng với oxy trong khí quyển để tạo ra hydro peroxide và các gốc tự do hoạt động mạnh; chính các tác nhân này sẽ gây phân hủy sợi vải. Sợi vải thường có độ bền ánh sáng kém trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cao.

4. CÁC BIỆN PHÁP KIỂM SOÁT- CONTROL MEASURES

Độ bền ánh sáng của thuốc nhuộm có thể được cải thiện bằng cách giảm tác động của tia cực tím (UV) lên thuốc nhuộm hoặc làm cho thuốc nhuộm có khả năng chống chịu tốt hơn với tia cực tím.

✅Tương tác với ánh sáng

Các chất hấp thụ tia cực tím là những hợp chất hữu cơ thơm được sử dụng để giảm tác động của tia cực tím lên thuốc nhuộm. Các chất hấp thụ tia cực tím thường được sử dụng bao gồm benzophenone, benzotriazole, phenyl salicylate, v.v.

✅Cơ chế hoạt động của chất hấp thụ tia cực tím (UV)

Bước 1:

Các chất hấp thụ tia UV sẽ hấp thụ năng lượng tia UV và chuyển hóa nó thành năng lượng dao động mà không làm đứt gãy các liên kết trong cấu trúc phân tử của chúng.

Bước 2:

Bước tiếp theo là sự chuyển hóa năng lượng dao động này sang vật liệu xung quanh dưới dạng nhiệt năng.

Benzotriazole khi hấp thụ tia UV

Khi hấp thụ tia UV, Benzotriazole chuyển đổi sang cấu trúc II và sau đó quay trở lại cấu trúc ban đầu đồng thời giải phóng nhiệt năng.

✅Tương tác với thuốc nhuộm

Chất chống oxy hóa là các hợp chất hữu cơ được thêm vào để giảm thiểu quá trình quang oxy hóa của vật liệu dệt. Các chất chống oxy hóa thường được sử dụng bao gồm axit gallic, axit caffeic, axit ascorbic, cũng như các dẫn xuất phenol và amin bị cản trở về mặt không gian (hindered phenols và amines).

hấp thụ oxy đơn (singlet oxygen) tự do được sinh ra trong quá trình dập tắt trạng thái kích thích của thuốc nhuộm.

Các tác nhân này hoạt động bằng cách bẫy các gốc tự do hoặc phân hủy các peroxide. Chúng hấp thụ oxy đơn tự do được sinh ra trong quá trình dập tắt trạng thái kích thích của thuốc nhuộm.

5. KẾT LUẬN

Độ bền màu với ánh sáng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì giá trị thẩm mỹ của sản phẩm may mặc trong quá trình sử dụng. Ngay cả khi sử dụng các chất hấp thụ tia cực tím và chất chống oxy hóa, độ bền màu với ánh sáng cũng chỉ có thể được cải thiện tối đa 1 cấp độ. Do đó, cần đặc biệt lưu ý đến các yếu tố sau:

Lựa chọn loại thuốc nhuộm (như thuốc nhuộm tự nhiên, trực tiếp, hoàn nguyên, hoạt tính, indigo, v.v.).

Lựa chọn độ đậm nhạt của màu sắc (tông màu đậm hoặc nhạt).

Kiểm soát chặt chẽ các thông số quy trình trong quá trình nhuộm.

Loại bỏ lượng thuốc nhuộm không bám cố định trong quá trình giặt.

Sử dụng hóa chất và chất phụ trợ phù hợp trong công đoạn hoàn tất.

Quy trình sấy khô và bảo quản trong quá trình sử dụng thực tế.

6.PHƯƠNG PHÁP TEST ĐỘ BỀN ÁNH SÁNG:

Thông thường một số nhãn hàng trên thị trường đếu có tiêu chuẩn riêng cho độ bền ánh sáng của sản phẩm . Ví dụ : Yêu cầu độ bền ánh sáng là 3.5 cho màu từ trung bình đến đậm sau 20AFU; Là 3.0 cho màu sáng , nhạt , màu Indigo nhạt….

Nghĩa là mẫu màu trong khoảng trung bình đến đậm, phải được phơi sáng Chiếu sáng gia tốc trong máy Fade-O-Meter đạt tổng năng lượng tích lũy là 20AFU (tương đương khoảng 20-24 giờ chiếu sáng liên tục tùy theo cường độ máy). Sau khi chiếu đủ 20AFU, độ bền màu của mẫu vải phải đạt tối thiểu Cấp 3.5 (Grade 3.5) khi so trên Thước xám đánh giá sự biến màu (Grey Scale for Color Change).

(1AFU được định nghĩa là lượng năng lượng ánh sáng vừa đủ để làm phai màu một mẫu chuẩn tiêu chuẩn (AATCC Blue Wool Lightfastness Standard L4) đến một mức độ biến đổi màu nhất định (tương đương cấp 4 trên Thước xám – Grey Scale).)

Tiêu chuẩn áp dụng cho test có thể là AATCC 16 hay ISO 105.

✅Quy trình test AATCC 16 Option 3 có thể tóm tắt như sau:

Quy trình thử nghiệm độ bền màu với ánh sáng theo tiêu chuẩn AATCC 16 (phổ biến nhất là Option 3: Xenon-Arc Lamp, Continuous Light) được thực hiện qua các bước chính sau:

1. Chuẩn bị mẫu thử và Mẫu chuẩn (Specimen & Standard Preparation)

Cắt mẫu thử: Cắt mẫu vải/vật liệu theo kích thước chuẩn của khung gá (thường khoảng 70×120 mm.

Mẫu chuẩn: Chuẩn bị tiêu chuẩn len xanh AATCC (AATCC Blue Wool Standard- thường dùng loại L4 để kiểm soát mốc 20 AFU, hoặc L2 cho mức thấp hơn).

Che phủ một phần: Dùng bìa đục lỗ hoặc mặt nạ kim loại che bớt 1/3 đến 1/2 diện tích của cả mẫu thử và mẫu chuẩn len xanh để làm phần đối chứng (không bị chiếu sáng).

2. Thiết lập thông số buồng thử Xenon (Instrument Setup)

Cài đặt máy thử nghiệm độ bền ánh sáng (Fade-O-Meter) tuân thủ các điều kiện môi trường chuẩn của AATCC 16:

Nguồn sáng: Đèn hồ quang Xenon (Xenon-Arc) trang bị bộ lọc mô phỏng ánh sáng mặt trời qua kính cửa sổ (Window Glass Filter).

Cường độ bức xạ (Irradiance):Cài đặt 1.10 W/m² tại bước sóng 420nm.

Nhiệt độ bảng đen (Black Panel Temperature – BPT):63 ±1⁰C.

Độ ẩm tương đối (Relative Humidity – RH):  30 ± 5%

Nhiệt độ buồng (Chamber Temperature):43 ±2⁰C.

3. Tiến hành chiếu sáng (Exposure Protocol)

* Gá các khung chứa mẫu thử và mẫu chuẩn L4 lên giá quay (rotor) bên trong buồng máy.

*Theo dõi năng lượng tích lũy (AFU):

* Máy chạy liên tục cho đến khi bức xạ tích lũy đạt đúng số AFU yêu cầu theo tiêu chuẩn đơn hàng (ví dụ: 20AFU (84kJ/m²tại 420 nm).

* Hoặc kiểm tra khi mẫu chuẩn L4 phai màu đạt đúng cấp độ chuẩn (Cấp 4 trên Thước xám), thời điểm đó xác định là đã chiếu đủ 20AFU.

4. Đánh giá và Ghi nhận kết quả (Evaluation):

* Hồi ẩm  mẫu (Conditioning): Lấy mẫu thử ra khỏi máy, giữ ở môi trường tiêu chuẩn (21 ±1⁰C, 65± 2% RH) trong ít nhất 4 giờ trước khi đánh giá.

*Đánh giá sự đổi màu (Color Change Rating):

* So sánh vùng vải bị chiếu sáng và vùng che phủ đối chứng dưới tủ soi màu chuẩn (nguồn sáng D65).

* Dùng Thước xám đánh giá sự biến màu (AATCC Gray Scale for Color Change) để chấm điểm từ .Cấp 1 (phai màu rất nặng) đến Cấp 5 (không đổi màu), cho phép chấm các nấc nữa cấp như 3.5 hay 4.5.

*Đối chiếu yêu cầu: So sánh kết quả thu được với tiêu chuẩn kỹ thuật của khách hàng (ví dụ: đạt tối thiểu *Grade 3.5 @ 20 AFU*).> Kết luận PASS/FAIL.

✅  Bài viết đã tương đối dài vì chúng ta đi khá sâu vào cơ chế của các quá trình tương tác dẫn đến hiện tượng độ bền ánh sáng yếu gây ra phai màu vật liệu. Nếu các bạn muốn tiếp tục quan tâm khai thác các biện pháp công nghệ để cải thiện độ bền ánh sáng , chúng ta sẽ cùng tiếp tục phân tích trong bài viết sau nha. Nhớ bấm like , theo dõi và commend nếu có.

———————————————————