第八章-漆膜的表观与颜色

Chapter8漆膜的表观与颜色8.1.1光的反射与折射入射角i和折射角r正弦之比为一定值，为折射率：rinsinsin反射率：反射光强I和入射光强I0的比值称为反射率R。0IIR入射角对R有很大影响，若入射角接近0o，R与折射率大小有如下关系。21212nnnnR一般聚合物的n2=1.5，空气的折射率为n1=1，因此R＝0.04。若入射角接近90o，R接近1。8.1基本光物理概念8.1.2光的吸收光的吸收遵守朗伯－比耳定律：KclcleII＝或　00II10其中ε为消光系数；K为吸收系数；c为摩尔浓度；l为光程长度。也可用下式表示，一般将A称为吸收率，用A表示：clIIA0lg8.1.3光的散射质点与照在其上的光相互作用，使一部分光离开原来的方向发生偏折，称为光的散射。(1)散射光与入射光之比称为散射率。散射率与两相的折光指数之差有关，折光指数差越大，散射率越高。当漆膜中的颜料与聚合物的折光指数相同时，散射率为0。(2)散射率和介质中微粒大小与分布有关，粒子太大或太小都不能发生散射，每一种物质都有其最佳粒径。(3)ScleII0其中，S为散射系数，决定于体系的性质，粒子大小，分布及折光指数差等。c为含量（浓度）；l为厚度。在涂料的应用中，c的值并非越高越利于散射。8.2遮盖力遮盖力是指涂料覆于基材上，由于光的吸收、散射和反射而不能见到基材表观的能力，遮盖力是涂料赋予被涂物装饰性的一项重要性质。漆膜对于基材的遮盖力分两种情况：(1)吸收光线，使光线不能到达底部，如加有碳黑的黑漆；(2)光在颜料和成膜物界面之间发生散射，使光不能达到底部（如白色漆）。对于大部分彩色涂料来说，吸收和散射可同时起作用。所以，遮盖力来自于漆膜对光的吸收和对光的散射能力。如果漆膜的颜料不吸收光，其折光率又与成膜物相同，漆膜为透明状，因而无遮盖力。遮盖力的大小用两种方式表示：(1)是遮盖单位面积所需的最小用漆量。(2)遮盖住底面所需的最小漆膜厚度。影响遮盖力的因素：(1)颜料与成膜物的折光指数差→散射能力→遮盖力(2)颜料的用量(浓度)，c并非越高越好，如金红石二氧化钛用量控制在18%左右，超过22%，遮盖力反而下降。(3)颜料的粒径，需要大小合适。一般应为光线在空气中波长的一半，即0.2-0.4μm。(4)颜料的分散。絮凝→遮盖力↓。(5)PVC，当PVC＞CPVC时，由于漆膜中有气泡出现，遮盖力会大大提高。8.3光泽漆膜的外观和漆膜的光学性质有密切的关系。通过一定的方法将光泽数据测定出来。但为了真正表征人们对漆面装饰性质量的视觉感受，还需要补充一些新的概念和新的表征方法，如鲜映性。8.3.1光泽的概念光泽被认为是漆膜表面把投射其上的光线向镜面反射出去的能力，反射光量越大，则光泽越高，这称为镜面光泽。镜面反射方向的反射光称镜面反射光，而非镜面方向的反射光称为扩散反射光。实测的光泽数据并不能和人们视觉对光泽高低评价相吻合。漆膜的反射光强弱不仅和表面形貌有关，也和入射角大小有关。8.3.2光泽的测定国内通常用光泽计以不同的角度测定相对的反射率来判断光泽。即将平行光以一定的角度α投射到表面上，测定由表面以同样角度α反射出的光即镜面反射光。不同角度下测得的反射光强是不同，一般用45o或60o角测量。按60o光泽计测量的结果，可将涂料分为以下等级：高光泽:70%以上半光泽或中光泽：70%－30%蛋壳光：30%－6%蛋壳光－平光：6%－2%平光：2%以下这里的光泽百分数，并非反射率，而是一个相对值。是将一个样板与一个标准样板比较得到的。将标准板的光泽定为100%，然后测出样品的百分数。为了更好地评价光泽，需要采用如对比光泽以及用多角或变角的光泽计来测定不同角度的反射光强。8.3.3影响光泽的各种因素主要有如下两个因素：（1）光泽和漆面的平滑度有关。如果是镜面，反射角方向的反射最强，凹凸不平，发生乱反射，这样会削弱反射角方向的光强。漆膜中浮在表面的颜料会影响平面的平滑度，因此颜料的含量，粒径、分布、比重等都对漆膜的光泽有重要影响。（2）漆膜分子结构的性质，当表面具有相同平滑度时，光泽的高低和漆膜分子的性质有关，特别是和成膜物的克分子折光度（R）有关。如下式所示：dMNNR1122其中，R为克分子折光指数，M为相对分子质量，d为密度，N为折光指数。一般含有不饱和键的分子具有较高的R值，具有共轭体系的R值更高，这是醇酸树脂涂料的光泽高于干性油；苯丙涂料的光泽高于乙丙涂料；以及不饱和聚酯涂料具有很高光泽的原因之一。R的数值反映了分子结构的特征，R值愈大，光泽愈高。由以上因素可知:为了获得具有高光泽的漆膜，(1)要使漆膜,具有很好的流平性；(2)涂料的颜料体积浓度不能高，粒子不能过细，比重不能过小，这样在成膜过程中，颜料在漆膜中可形成梯度分布，表层的颜料较小，不致于影响光洁度；(3)涂料配方中的各种组分的相容性要好，不致在成膜过程中有析出等问题；(4)成膜物应选择克分子折光指数较高的聚合物。8.3.4鲜映度P136鲜映度（distinctnessofimage）是指漆膜反映影像的清晰程度。它是光泽、表面光滑度等的一种综合指标，能较好地表征光学装饰性。利用标准字码板上的字被漆面反射到观察点的清晰程度来判断。能清晰地读取DOI值旁的数字的最高的DOI值为被测漆面的鲜映度的量度。8.3.5消光漆膜是不具有高光泽的平光状态，称为消光。消光的方法：（1）首先是考虑赋予表面细致的粗糙度A.通过控制漆膜干燥时由于溶剂的挥发（或反应）而产生的漆膜收缩形成。B.调节流变性，提高颜料体积浓度或选择颜料品种来形成。（2）加入消光剂，主要有气相二氧化硅和石蜡或聚烯烃粉末。气相二氧化硅粒径极小，表面上多孔，因此易漂浮于表面，蜡或聚烯烃粉末相对密度小，也易漂浮于膜表面达到消光的效果。SiO2用石蜡处理，效果更好。8.3.6闪光闪光涂料具有极好的装饰性，闪烁发光。闪光涂料一般由以下部分组成：成膜物，透明的彩色颜料（或染料），金属闪光颜料，溶剂。常用的闪光颜料有铝、钼、锌和不锈钢等片状粉末，也可用珠光颜料。最常用的是铝粉。此种涂料在涂布以后，金属片可在溶剂挥发过程中定向地平行排列，漆膜中的颜料是透明的，只吸收非本色的光，不发生反射，由于不同角度反射出的光的光程不同，多次反射，一次反射，不同方向的光强是不同的，从不同的角度观察，其观测效果也不同。8.4光和颜色一、颜色基本概念1.光与色的关系颜色是人眼视神经受到光线刺激引起兴奋，传至大脑中枢神经进行信息处理后产生的视觉感。因此，有光才有色，无光便无色。由于E=hc/λ(h、c为常数)光子能量与波长成反比。不同波长的光能量不同，使人眼视觉感出现差别。用棱镜分离可见光，可得彩虹样色带，各色带波长范围如下：红色780～627nm橙色627～589nm黄色589～550nm绿色550～480nm蓝色480～450nm紫色450～380nm通常将可见光分为红、绿、蓝三段，即400－500nm属蓝光范围，500－600属绿光范围，600－700nm属红光范围。白光即由三种光混合。三原色：红、绿、蓝；三辅色：黄、品、青三色．世间多种颜色的光都可由三原色或三辅色光配合得到．互补色2.物体颜色的呈现光源、对象和人便是颜色的三要素。当可见光照射到物质表面的时候，它会吸收一部分色光，反射、折射或透射其它波段的光，这样物质就呈现出未被吸收波长区域光的颜色。由于各类物质对不同波长光的吸收能力、反射能力、折射能力都是不同的，所以各种物体都有其特定的色彩。不透明物体吸收和反射的色光是互补的；透明物体吸收、反射与透射三部分色光互补；珠光颜料由于折射多种色光产生干涉色，具有丰富的色彩效果。微细的颜料颗粒由于散射（折射）和透射作用小，所以它的颜色主要是由反射决定的。反射分镜面反射和漫反射，镜面反射决定物体外表光泽，漫反射决定物体的外表色彩。3.颜色的特性与表示颜色有三个显著的视觉特性，即色相、明度和纯度，又称颜色三属性。色相：亦即色调。它取决于物体表面对各种波长色光的反射比例，跟光源的光谱组成也有关系，是色彩视觉属性。明度：即色光的明暗程度。它取决于物体对光的反射能力，是光强度的视觉属性。反射率达80%～90%时，对人眼刺激强烈，已感觉是白色；反射率低至4%时，吸光性很强，则感觉已是黑色。色光中，红色、黄色光反射较强，对人眼刺激大，显得较明亮。光源亮度增加，也能使色光的明度增加。纯度：又称饱和度。它表示彩色的纯正程度。色彩中，单色光是最饱和的色；而白色、黑色、灰色是饱和度最低的无彩色，又称中性色。纯色掺入中性色，饱和度下降，甚至会被掩盖而只能感受到中性色。纯度取决于物体表面对光反射的选择性程度。若物体反射光波段很窄，则反射选择性高，色的饱和度也高。由于颜色很难用文字描述，所以要用各种表色系统来表示颜色，主要的有孟塞尔和CIE表色系．孟塞尔表色系是由美国画家Munsell提出的表示颜色的方法．此系统以心理因素为参数，用色相(H)、明度(V)和彩度(C)来表示颜色．色相以红(R)、黄(Y)、绿(G)、蓝(B)、紫(P)为五主色，再加上五主色之间的黄红(YR)、黄绿(GY)、蓝绿(BG)、紫蓝(PB)、红紫(RP)的五色，共十个色相，再将两色相之间分成1一l0个数字，于是共得100个色相，将此100种色相用环状排列成色相环。明度(V)以白色＝10，黑色＝0，中间色＝5，明度轴垂直于立于色相环的中心．彩度的高低，用明度轴与环的距离表示，中心轴位置彩度为0，离中心愈远，离环愈近，彩度愈高．最高彩度的值定为12。0－12分为6个间隔。Munsell色环示意图如一个色卡标注为B7/8，表示色卡为蓝色，明度为7，彩度为8。4.颜色的测量(1)目测法在标准光源下，将被测颜色与Munsell标准图谱进行比较，按Munsell颜色系统表示其色相、明度和纯度。这是一种简单常用的近似方法。由于观察者生理状态的差别，每个人的比较结果是不一样的。用肉眼辩别纯度比较困难，在不同的光源下，得到的色相和明度也是不一致的。(2)仪器测量用分光光度测色仪(即分光光度计)进行测量。仪器分单色器和光度计两部分。单色器用以产生单色光，光度计测量该单色光在标准样(如标准白板)和待测样表面反射能力的差别，即反射率R(λ)，计算机将内部贮存的标准光源的、及值，与显示的R(λ)相乘并在可见光波长区域内进行积分，便得被测样的三刺激值或色度坐标。二、配色配色有加色法和减色法两种。将几种有色光线混合所得混合色是与几种有色颜料混合所得的混合色很不一样的。有色光线混合（1）加色法：加色法配色，例如电视上的颜色便是由加法得到。（2）减色法：例如电影胶片的显色采用减色法原理透过自己的色光，吸收其它的光。涂料中用颜料配色，是一种减色法配色，将等量标准青颜料和黄颜料混合，得到的应是绿色。颜料的颜色一般不是单纯色，而是介于单纯色之间．将两种不互补色的颜料混合，得到的颜色将介于这两种颜色之间的颜色．由于每种颜料都要从照射的白光中吸收一定的光线，因此减色法配色后，颜色变暗．必须注意在比较用于涂料中颜料的颜色时，需在油中进行。配色是涂料生产过程中重要的一道工序。一般先制成颜色相近的色漆，再细致、逐步地将适宜的调色浆混入到色漆中，使之达到规定颜色。对涂料使用者来说，是用三原色漆调配成样板规定的颜色。配色有人工配色和计算机配色两种。人工配色则是一项精细的工作，调色的难易程度跟调色者的经验积累有极大的关系。例如调色者的辩色能力及对成色规律的掌握，决定了他是否能胜任该项工作。因此，无论是颜色的辩别和对比。还是颜色的混合操作，都必须按一定规则来进行。配色的操作过程如下：①确定标准光源、色卡或标准样板。在标准光源下进行辩色，确定样板的色相、明度和纯度，然后确定它的主色是什么，根据成色规律确定需要哪些调色料。另外，标准样板的面积应大些，这样比色时，色相、明度和纯度都较有层次，比色就较为准确；②准备调色料(如果用色漆，则各色都应是同类漆基)和调色工具，并对色料颜色也进行对比；③先配小样，确定所需颜色的主次顺序和配比；④配色时