Главная » Книжные издания

1 ... 40 41 42 43 44 45 46 ... 51

фталоцианинового голубого пропорциональность между К и 1/d. наблюдается для размера частиц ниже 0,15 мкм, тогда как для менее интенсивного Пигмента зеленого В эта зависимость не соблюдается.

14.4. ЦВЕТ СМЕСЕЙ ПИГМЕНТОВ И ПИГМЕНТИРОВАННЫХ ПЛЕНОК

14.4.1. Восприятие цвета

\ Полное рассмотрение цветового восприятия в этой главе не предусмотрено. Читатель отсылается к работам [12-16]. Для общего представления достаточно знать, что в дневном свете человеческий глаз различает цвета с длинами волн 0,40-0,75 мкм в виде трех первичных составляющих (приблизительно, синих, зеленых и красных) и что различаемый цвет представляет собой определенное сочетание этих составляющих. Сопоставление результатов анализа цветовых различий для света с известным распределением спектральной энергии показывает, что любое восприятие какого-либо цвета вызвано сочетанием разных цветов в широком диапазоне длин волн. Рис. 14.8 иллюстрирует распре-

400 500 600 700

Длина волны, им

Рис. 14.8. Распределение спектральной чувствительности по CIE

деление спектральной чувствительности в системе трех координат X, Y и Z, в соответствии с международной системой CIE. Следует j отметить, что ощущение красного цвета вызывается светом с дли- , нами волн 0,43-0,45 мкм в фиолетовой части спектра и 0,55- 0,65 мкм в желтой, оранжевой и красной частях спектра. Приве-1 денные усредненные кривые получены на основе данных несколь- ких наблюдателей (все с достоверно нормальным цветоощущением), производивших измерения в стандартизованных условиях. Цветовосприятие любого конкретного наблюдателя, вероятно, несколько отличается от усредненного, и на него, безусловно, влияют окружающие цвета, возбудители, воздействующие на глаза, и другие факторы. Однако большинство практических цветовых измерений укладывается на среднюю кривую как показано на рис. 14.8; эти кривые получены с помощью колориметров.

Из набора соответствующих кривых для любого распределения энергии падающего света (£;.) и значений коэффициентов отражения {Rk) можно рассчитать значения соответствующих координат -ц-вета Матем^тйческтг-это ЗБф^ Ж атетсяур авр1ёнйями:

Z = \R;E>.Z;d-,.

На практике обычно представляют в виде таблицы^еличинь! распределения энергии источника освещения £х и Хд, у- , z>. при интервале длин волн, например, 10 нм и вычисляют X, У, Z путем суммирования. Если интервал длин волн велик, то несколько снижается точность, особенно для материалов с резкими пиками поглощения.

Относительные величины X, У, Z соответствуют глубине цветового восприятия, и в системе CIE называются координатами цветности и обозначаются как х, у ц z, при этом

xX/(X+Y + Z)- y=Y/{X+Y + Z)\ z = Z/{X+Y + Z). (14.6) Абсолютные значения А', У, Z соответствуют яркости цвета. Основные цвета в системе CIE выбраны так, что значение У соответствует количеству отраженного света, xwy показывают степень отклонения цвета от нейтрального белого или серого. Таким образом, У, X и У полностью характеризуют цвет поверхности при определенном освещении. Если освещение меняется, например, от дневного тусклого света к свету вольфрамовой лампы, Y, х ц у изменяются. Поскольку все кривые на рис. 14.8 пгирокие, возможно для двух различных кривых спектрального отражения получить одинаковые интегральные величины X, У и Z при одинаковом освещении. Такие цветовые пары разрушаются путем изменения источника освещения. Два цвета такого типа называются метамерными , а явление образования цветовых пар только при одном освещении и не соблюдающееся при другом - метамерией . Цвет, кото-

	с
1 1

500 600

Длина волны, им

Рис. 14.9. Кривые отражения при метамерическом смешении цветов

рый воспринимается как изменение оттенка при изменении освещения называется дихроическим . На рис. 14.9 показаны кривые отражения для трех образцов. Для образцов А и В освещение осуществлялось лампой дневного света Макбета с цветовой температурой 7500 К; для ВиС - холодной флуоресцентной лампой белого света. При освещении вольфрамовой лампой подобные цветовые пары получить не удалось.

, 14.4.2. Цвет пигментированных пленок

Объективной величиной, определяющей цвет пленки, является количество света, отраженного при каждой длине волны видимого спектра, или, точнее, количество такого света, воспринятое наблюдателем. Первая успешная попытка соотнести отражение со светорассеянием и светопоглощением в пленке сделана Кубелкой и Мунком [17, 18]. Они сделали допущения, что тонкий горизонтальный срез пленки (рис. 14.10) будет, во-первых, одинаково рассеивать свет в прямом и обратном направлениях пропорционально коэффициенту светорассеяния S и объему среза, и, во-вторых.

Рис. 14.10. Поглощение и рассеивание в слоях покрытий по Кубелке-Муику:

/ - падающий свет (/); 2 - свет, рассеянный в обратном направлении (ISdh); 3 - слой толщиной dh: 4 - попощено IKdh, 5 - свет, рассеянный в прямом направлении (ISdh)

поглощать свет пропорционально коэффициенту абсорбции К и объему среза.

Из этих простых предпосылок можно вычислить поток пропущенного и отраженного света. Для пленки определенной толщины h конечное выражение для R сложное.

/?Р=--Ib!-\--Р=-- (14.7))

K+S+-4k{K+2S)-K+S-4K(K+S) e-2V/C(/(-i-2S)

Для пленок неопределенной толщины выражение упрощается: R = S/[K + S+.lK(K + 2S) ], (14.8)

и его можно преобразовать:

K/S=(l-/?p)V2/?p. (14.9)

Отношение K/S, таким образом, определяет отражение от пигментированного слоя некоторой толщины, которая обеспечивает полную укрывистость. Ввиду того, что отражение на поверхности разделя воздух/тгокрьттиё не рассматривается в исходных уравнениях Кубелки-Мунка, не является таким же, как и отражение от пленки краски (см. 14.3.2 выше). Однако, имея дело с цветом пигментированных пленок, удобно вычислить Rp при каждой длине волны и затем, сделав соответствующие поправки, получить Rx.

Дальнейшим развитием теории цвета пигментированных пленок явилось предположение Дункана [19] о том, что коэффициенты поглощения и рассеяния различных пигментов должны складываться пропорционально концентрации пигментов:

K/S=(C,K,-bC2K2-f...)/(C,S,-bC2S2-b...). (14.10)

Предположение о том, что присуствие других пигментов в пленке не влияет на степень светорассеяния или светопоглощения каждой пигментной частицей, подобно ряду аналогичных законов в физике, например закону Дальтона для парциальных давлений, является полезным рабочим правилом Оно позволяет вычислить Rp и затем R для любой смеси пигментов, если известны соответствующие коэффициенты поглощения и светорассеяния для индивидуальных пигментов.

14.4.3. Предсказание цвета

Составление смеси пигментов, дающей желаемый цвет пленки, путем расчетов в значительной степени вытеснило составление смесей методом проб и ошибок. Первые программы предсказания цвета были составлены для упрощенного случая (для толщин пленок, обеспечивающих укрывистость), но мощные современные ком пьютеры сделали возможным распространить такие вычисления и на пленки с меньшей толщиной. В таких более сложных вычислениях применяются абсолютные концентрации пигментов, а не отно-

сительные, использовавшиеся в более ранних расчетах. Точность предсказания будет зависеть от того, с какой степенью точности лежащая в основе расчетов теория Кубелки-Мунка позволяет определить светорассеяние и светопоглощение в пленке. Недостатки теории могут быть частично нивелированы-путем использования значений К и S, определенных для каждого пигмента, диспергированного в связующем, при концентрациях, близких к той, которая применяется в конечной смесевой системе. \ Известны многие различные программы предсказания цвета. Они могут основываться на вычислении количества выбранных пигментов, которые по координатам цвета X, Y, Z близки к параметрам желаемого цвета, а также на других вычислениях, например на подборе пар пигментов с близкими величинами /?;.. (( Полезным является изучение влияния на цвет малых изменений концентрации каждого пигмента. Это влияние можно легко вычислить, так как в основе расчетов лежит обычный прием, рснованный на методе аппроксимаций, применяемом для решения многих задач. Зная вклад каждого из оттенков, легко вычислить .coличecтвa добавок, необходимых для корректировки цвета; эти корректировки будут точны только тогда, когда поведение лако-.красочного материала подчиняется зависимостям Кубелки-Мунка и Дункана. Основные возмущения в системе, такие как флотация одного из пигментов или флокуляция в смесевой системе, не могут быть учтены.

14.5. ИЗМЕНЕНИЙ В ПИГМЕНТИРОВАННЫХ ПОКРЫТИЯХ

, 14.5.1. Введение

Обсуждение факторов, влияющих на внешний вид покрытия, будет неполным без учета изменений, происходящих при пленко-рбразовании и после его завершения. Для красок растворного' типа основное изменение - это быстрое сжатие пленки при высыхании и затем продолжающееся медленное сжатие по мере удаления остатков растворителя в течение многих дней и даже месяцев. Окислительная среда также способствует усадке пленки (до 10% за 3 мес.) благодаря удалению разрушающихся летучих продуктов; эти процессы приводят к возрастанию показателя преломления пленкообразователя, уменьшая таким образом светорассеяние на частицах белых пигментов. Некоторые основные пигменты, такие как цинковые и свинцовые белила реагируют с кислотными продуктами окисления, образуя металлические соли на поверхности пигментных частиц. Этот процесс в сочетании с общей усадкой приводит к огрублению поверхности со значительной потерей глянца, если частицы (их конгломераты) велики; примером является помутнение пленок с оксидом цинка.

Латексные краски образуют пленки путем агрегации и частичной коалесценции полимерных глобул по мере удаления воды из

Рис. 14.11. Схематическая структура низкокачественной пленки латексной краски:, / - частично скоалесцировавшие полимерные частицы; 2 - группы пигментных частип

пленки. Этот процесс сопровождается уменьшением светорассеяния на латексных частицах и частичным образованием агрегатов из пигментных частиц. В результате наблюдается дальнейшее уменьшение светорассеяния, приводящее к падению кроющей способности сухой пленки и увеличению глубины цвета, поскольку колеровочные пигменты менее подвержены изменениям. Для латексной пленки трудно достичь высокого глянца, поскольку пигменты имеют тенденцию к образованию конгломератов между группами коалесцировавших полимерных глобул, что приводит Т< увеличению шероховатости поверхности (рис. Г4.11). Одним из методов предотвращения этого является введение части водораст воримого пленкообразователя, который может предотвратить слипание пигментных частиц и ослабить процесс усадки.

14.5.2. Изменение укрывистости пленок

По мере высыхания белые или слегка окрашенные пленки по причинам, приведенным в 14.5.1, а также по ряду других причин, могут сильно изменять укрывистость Основные факторы, влияющие на это явление - изменение показателя преломления и изменение концентрации.

Изменение показателя преломления. Светорассеяние пропорционально {п\ - I{п\пг), где и 2 - показатели преломления пигмента и среды, в которой он диспергирован. При высыхании и окислении пленки алкидной смолы на основе сильнополиме-ризованного растительного масла, полученной из раствора в уайт-спирите, П2 может возрасти от 1,46 до 1,53. Для пигмента (рутильный диоксид титана) уменьшение светорассеяния составляет 14% ( 1=2,7). Для латексной краски, где среда разбавлена по меньшей мере на 60% водой (п=1,34), уменьшение светорассеяния может быть даже больше. Важно, что обратный эффект мож но получить для слегка сшитого латекса, если после пленкообразования часть пигмента находится на границе с воздухом. Рутиль-ная частица на воздухе теоретически рассеивает на 158 % больше света, чем в среде с 2=1,5, однако на практике это полностью не достигается, так как в сухой пленке частицы не полностью изолированы друг от друга. Однако это обстоятельство является главным резервом улучшения укрывистости. Описанное явление иногда называют сухой укрывистостью ; оно объясняет, почему деше-

15 10

20 25 ОКП, %

Рис. 14.12. Зависимость коэффициента светорассеяния (вычислено по объему

пигментов) от ОКП:

/ - размер частиц 0,34 мкм; 2 - размер частиц 0,44 мкм

вая, неотвержденная пленка водоэмульсионной краски может иметь лучшую укрывистость, чем более дорогая, полностью отвержденная и содержащая бо.пьше основного пигмента.

Изменение концентрации. Пигменты рассеивают свет наиболее эффективно, когда каждая частица находится на достаточном расстоянии от соседней. Эксперименты показали, что коэффициенты рассеяния остаются практически постоянными до ОКП = 5%, а затем быстро падают (рис. 14.12) [20-22]. Из этого следует, что увеличение концентрации по мере испарения растворителя из пленки выше 5% приводит к ухудшению укрывистости. Этот эффект усугубляется некоторой флокуляцией пигментов. В конечном результате происходит большее падение кроющей способности, чем можно ожидать вследствие изменения показателя преломления [23].

14.5.3. Изменение цвета

Уменьшение светорассеяния (по причинам, обсуждавшимся выше) обычно приводит к значительному увеличению глубины цвета по мере высыхания пленки; исключениями являются случаи сильного пигментирования, при которых проявляется сухая укрывистость , а также применение пористых подложек, которые могут впитывать пленкообразователь. Для большинства пленок изменение цвета при высыхании обратимо, так что возможно контролировать цвет сухой пленки путем регулирования цвета жидкой краски. Это дает возможность полностью автоматизировать цветовой контроль при производстве красок добавлением жидких колеровочных паст для получения требуемого цвета.

14.6. ФЛУОРЕСЦЕНЦИЯ И ФОСФОРЕСЦЕНЦИЯ

До сих пор в данной главе обсуждались лишь явления отражения или поглощения падающего света пленкой или подложкой. Рассмотрение оптических свойств покрытий было бы неполным без / упоминания об изменениях отраженного света, которые имеют мес- / то для некоторых материалов, и сопровождаются возбуждением, эмиссии света другими видами энергии. /

Флуоресценция - это явление поглощения излучения материа-; лом, с последующим выделением поглощенной энергии в виде излучения с большей длиной волны (т. е. в виде квантов с более низкой энергией). Выделение энергии может быть мгновенным или происходить в течение значительного промежутка времени, что зависит от возможности возвращения атомов из возбужденного состояния в нормальное. Замедленное выделение энергии называется фосфоресценцией. Последний термин часто употребляется для определения световой эмиссии, связанной с химическими процессами (хемолЮМинесцёнция) й с^радиоактивносТью.

Флуоресценция весьма распространена в покрытиях, ибо некоторые материалы преобразуют часть УФ-излучения, присутствующего в дневлом свете, в видимое излучение, либо синий цвет, например, превращают в зеленый. В результате свет определенных длин волн, отражающийся от поверхности, может по интенсивности превосходить падающий свет тех же длин волн. Флуоресцирующие краски и красители для дневного света используют для нанесения предупредительных надписей. Флуоресценция значительно усложняет цветовые измерения по двум причинам. Во-первых, при измерениях следует принимать в расчет только часть излучения в близкой к ультрафиолетовой области, присутствующей в источнике излучения, под освещением которого рассматривается покрытие. Во-вторых, нельзя предполагать, что свет, отраженный от покрытия, будет той же длины волны, что и падающий, так что необходимо производить освещение в полном спектре (а не последовательно, пучками с узким диапазоном длин волн), и затем анализировать отраженный свет. Фосфоресценция дает еще больше проблем при измерении, но, к счастью, ограничивается малым числом материалов, применяемых только для очень специальных целей.

14.7. ОЦЕНКА ЦВЕТА

14.7.1. Введение

Общеизвестно, что цвет существует только в воображении наблюдателя; никто не может знать, как другой человек ощущает цвет - так же или иначе. Из опыта, однако, известно, что есть общие моменты в восприятии. Также возможно вывести некоторые соотношения между цветовосприятием и физическими факто-

pgjyn - распределением длин волн и интенсивностью (см. 14.4.1). Некоторые из этих соотношений и различий восприятия обсуждаются ниже.

14.7.2. Аномальное цветовосприятие

По крайней мере 10% мужчин, и значительно меньшее число (Женщин имеют цветовосприятие, значительно отличающееся от нормального, описанного в 14.4.1. Аномалии могут быть различных типов, наиболее часто встречаются протоаномалии (уменьшенная чувствительность красных рецепторов) и дейтероаномалии (уменьшенная способность отличать красный и зеленый цвета). Это легко обнаруживается на аномалиоскопе, в котором смешиваются красный и зеленый цвета с образованием спектрально желтого цвета. Для наблюдателя с протоаномалией требуется большая добавка красного цвета, а с дейтероаномалией - большая добавка зеленого цвета, чем наблюдателю с нормальным цветовосприя-тием для получения одинакового желтого цвета. Быструю проверку можно также сделать по тесту Ишихара [24], в котором применяются пластинки с нанесенными на них различными цветными пятнами. Гораздо реже встречаются случаи отсутствия цветовосприя-тия (в основном воспринимаются только оттенки серого цвета) или явление тританопия. В последнем случае уменьшенное восприятие синего цвета приводит к тому, что путаются синие и зеленые цвета, а также некоторые розовые и желтые цвета.

Даже наблюдатель с нормальным цветовосприятием индивидуально дифференцирует свет, поступающий на различные участки сетчатки глаза. Это связано с анатомическими особенностями; около центральной, наиболее чувствительной части сетчатки конические рецепторы расположены близко и дают наибольшее пространственное различие, но дальше к периферии они перемежаются с рецепторами в виде палочек, которые большей частью функционируют в тусклом свете и отвечают за характеристики зрения в сумерках (когда желтый цвет темнеет, а синий относительно светлеет).

14.7.3. Усталость и контрастность

Фотохимические изменения в сетчатке, происходящие под воздействием света, связаны с мозгом электрическими нервными импульсами. Этот сложный механизм исключительно важен в передаче информации об изменении интенсивности, но в определенные моменты при экстремальных условиях или при наличии резких контрастов наступает усталость. Это приводит к ослаблению цве-товосприятия в тех случаях, когда в поле зрения присутствуют очень яркие и насыщенные цвета, и к аномалиям цветовосприя-тия, особенно если цвета контрастные. Эти факторы имеют некото-

рое отношение к визуальной оценке цвета. Так, образцы лучше всего сравнивать со стандартом на фоне, аналогичном по яркости фону стандарта.

14.7.4. Оценка цветовых различий

Для цветовых измерений можно применить систему CIE. Разница между двумя цветами, определяемыми параметрами Xi, Y\, Z\ и Х2, Yi, Z2 (где параметры К. Z измерены вдоль прямолиней-ных осей), равна f(X,-XУ^+{Y, - Y2r + ~(Zl-Z2r К сожалению, равные расстояния между цветами в такой системе не соответствуют одинаковой разнице цветовосприятия. Это наблюдал Мак Адам [25]. На рис. 14.13. показаны эллипсы Мак Адама для цветов с постоянной яркостью, но разными хну. Действительно, на графике y~f{x) разница цвета в зеленой области сильно преувеличена и уменьшена в синей и оранжево-коричневой областях. .-Былотфрдпринято многолодьшж тр-ан,с4)ормировать цветовые характеристики X, Y, Z в другие характеристики, .дающие большее соответствие с визуальной оценкой. Точное решение проблемы

Рис. 14.13. Эллипсы Мак Адама. Размер эллипса соответствует 10-кратному стандартному отклонению цветовой пары по отношению к цвету, представленному

центрально?! точкой

1 ... 40 41 42 43 44 45 46 ... 51