如何测试和提高皮革的耐光性能？

东莞中鼎检测技术有限公司 陈静

光照作为我们日常环境的一部分，特别是外加空气中氧的存在，其能量不可小估，对材料的影响最直观的体现则是颜色退色，白色或浅色材料黄变和各性能老化等。因此，很多品牌企业在采购原皮革材料时都需要考察耐光性能，特别是汽车品牌企业，化料商，如染料商、涂饰剂商、整饰剂商在开发新产品，特别是研发用于浅色革产品时就必须考虑产品的耐光性能。然而，一些企业却一直用耐黄变的测试方法和指标，来考核“耐光性能”，如采用紫外线灯管法或太阳灯法，这是不全面的。耐光性能，在皮革的检测方法中，主要是指耐光照色牢度，其测试的波长范围、辐照强度、温度、湿度以及评测方法均与耐黄变的测试不同。为了更清晰地阐述耐光照色牢度和耐黄变的差异以及其应用场景，本文主要从以下三个方面阐述。

耐光色牢度主要是考察材料颜色耐受日光和日常环境如耐热的程度。皮革制品在日常使用时，长时间暴露在太阳光下，如果材料在一定时间内“退色”，即颜色变浅或发暗，可以通过测试“耐光色牢度”来评估材料的该项性能。国内皮革的耐光照色牢度测试方法是根据QB/T 2727—2017《皮革 色度试验 耐光色牢度：氙弧》制订的。

该方法中使用的氙弧灯的波长范围在280～800nm，基本模拟了全光谱太阳光。太阳辐射主要集中在可见光部分（400～760nm），红外区（＞760nm）和紫外区（280～400nm）的部分较少。在全部辐射能中，可见光区约占太阳辐射总能量的50%，红外区约占43%，紫外区的太阳辐射能很少，只占总量的7%左右。因此在测试中，光谱氙灯须经过滤光片过滤，使其达到需要的光谱能量分布，不同的滤光片其光谱能量分布不同，如模拟日光暴晒、窗内日光等可选择不同的滤光片，光谱的差异可能会影响耐光色牢度的变化。

除波长和光谱能量分布外，试样的表面温度和有效湿度等对材料的耐光实验（暴晒试验）也会产生显著影响。试样的表面温度和有效湿度与实验舱内的温度和相对湿度是不同的。试样的表面温度主要取决于辐照吸收量、试样辐射系统、试样内热传导量和试样与空气以及试样与试样之间的热传导量。有效湿度则与试样表面温度和试样表面湿气含量有关。为了准确控制试样的温度以及有效湿度，则采用黑标（黑板）温度和湿度控制标样来掌控。

耐黄变性能是指材料在一定温度、光照和时间后，试样表面颜色的变化程度，适用于白色或浅色的材料。目前皮革的耐黄变测试方法主要采用的是HG/T 3689—2014《鞋类耐黄变试验方法》，其中包含了A法（太阳灯法）和B法（紫外灯管法）。这两种方法的设备较便宜，在许多工厂里都有，也被工程师们广泛应用。

该方法中无论是A法使用的太阳灯，还是B法使用的紫外灯管，其波长范围均是280～400nm，基本涵盖了地面上紫外线的全波长，包括近紫外线UVA（315～400nm）和远紫外线UVB（280～320nm）。所不同的是，A法的太阳灯泡有部分可见光，但是“太阳灯泡”并不能完全模拟到普通的太阳光谱，同时，A法和B法的光源强度也不同，所以两个方法的结果也无可比性。

耐黄变性能测试的设备中，A法箱体的温度可以调节，湿度无法控制；B法的温度和湿度均无控制。

1. 测试方法和设备的差异

耐光色牢度和耐黄变测试方法的差异具体见表1。耐光色牢度和耐黄变的测试，无论从设备配置（光源和辐照强度等），温度和湿度的计量方法以及评判方法均不同。但是结果表征的形式和单位是相同的，如4级、4～5（4.5）级等。耐光色牢度中对试样温度和湿度的控制较为精确，且色变等级和时间控制时是以蓝色羊毛标准样的色变为参照。耐光色牢度的条件与暴晒条件最为接近。

表1 耐黄变测试与耐光色牢度的区别

续表(www.xing528.com)

备注：①a、b、c、d不同的标准要求不同，不同客户的要求也可能不同。

②耐黄变色牢度的A法和B法，光源不同，两者没有可比性。

2. 测试原理

耐光色牢度主要反映的是材料在太阳光暴晒下的退色和变色现象。相关研究表明，太阳光中的紫外线、可见光部分以及空气中的氧气都是引起染料退色的关键因素，如可见光对含偶氮/腙异构体系的活性染料的光退色起决定性作用。在可见光作用下，偶氮染料可能发生光致异构化反应、光还原或光氧化反应等，从而变成系列的小分子产物导致染料退色。紫外线对酞菁类染料的光退色起决定性作用，主要是光氧化作用导致染料的结构或者电子及能量发生改变，因此颜色发生变化。同时指出，氧气仅参与有可见光导致的退色过程，但紫外线引起的染料退色不需要氧气作用。

耐黄变色牢度则反映的是在紫外线条件下材料的黄变程度，适用于白色或浅色革。白色或浅色革产生黄变的主要原因是，在光和热的作用下，皮革上的聚合物质或者染料分子中的不饱和键发生了氧化裂解，产生黄变基团。目前研究认为，羰基、醌亚胺的存在会使物品呈现的颜色为黄色。光的能量随着不同波长有所不同，而氧化作用主要是由波长400nm以下的紫外线产生的，普通的日常虽也能活化氧化，但作用较弱。事实上，除了紫外线引起的黄变外，过氧化物与材料中的染料或者聚合物质发生反应，也可能会导致黄变，如酚黄变性能等。但皮革的黄变主要是光引起的。

因此，耐光色牢度和耐黄变所考量的色变机理也有所不同。耐黄变性能仅考量了紫外线对白色或浅色革的作用，但是由于耐黄变实验中用的是紫外线辐照，而紫外线也是光氧化引起色变的主要原因，所以，较多的企业会用耐黄变实验机和测试方法考核各种皮革的耐光性能。然而，通过机理的对比分析可知，这样做是片面的，仅考量了材料中的物质和染料在紫外线作用下发生的色变，对可见光的影响却未有考虑，但可见光确是一些染料和材料退色的主要原因。

综上所述，影响材料耐光性能的因素较多，光谱范围和辐照强度无疑是模拟反映使用环境是否准确的关键。不同材料对光的敏感性不同，光照所引起的变化机理也有所不同，因此，品牌企业可以根据其使用场景对材料的耐光照色牢度和耐黄变性能（太阳灯法或紫外灯管法）的指标进行选择和要求。一些经常在太阳光下暴晒的产品，如汽车内外饰材料等，则必须考量耐光照色牢度。一些主要对紫外线敏感，光氧化作用的物质和染料，在要求不太苛刻的情况下，可采用耐黄变的测试方法考察耐光性能，目前也有一些企业采用荧光紫外灯（QUV）考察材料的耐光性能。由于仪器设备的成本差异较大，氙弧实验机价格高昂，因此耐黄变实验机在企业较为普遍，但企业须知4点：

①耐黄变实验机光照是紫外波长（UVA+UVB），温度可调节，湿度不可调。

②耐黄变实验机模拟波长不是太阳光的全波长，即使是太阳灯，仍是紫外波长。

③耐黄变测试方法不能替代耐光色牢度的测试，不仅仅是可见光部分的缺失，同时紫外线部分的强度也不同。

④如客户提出耐光色牢度或耐光性能，请确认具体测试方法。