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摘要：從理論和實踐出發(fā), 全面地論述了光、顏色、色度坐標、調色和顏色控制。重點介紹了粉末涂料調色方面的一些技術問題。

調色在粉末涂料的生產中, 一直占有一個特別重要的地位, 準確和快速的調色方法直接影響到粉末涂料產品的銷售。然而, 有關粉末涂料的調色及調色技術卻少見文獻報道。

筆者曾撰文" 粉末涂料中顏填料的配方設計及其調色方法" 發(fā)表過一些心得體會,在此想進一步就粉末涂料生產中顏料調色理論、調色方法及生產實踐中的體會談一些心得, 以此拋磚引玉喚起更多的同行對此問題的關注。

1 光、顏色和色度坐標

我們知道, 光除了能透過物體和被反射、散射以外, 還可以被吸收。光的吸收作用是受Lamber 和Beer 這兩個物理定律支配的。

前者指出, 在一定波長下, 光的吸收量與吸收材料的厚度成正比。后者指出, 在一定的波長下, 光的吸收量與吸光材料的數量成正比。顏色是光線的一部分被物體吸收后所發(fā)生的變化在我們頭腦中產生的一種反映。

這種反映( 即顏色感覺) 不僅與物體固有的色彩特性有關, 而且受時間、空間、被涂物外表狀態(tài)以及該物體所處周圍環(huán)境的影響, 還與各人的客觀經歷、主觀看法和視覺靈敏度等因素有關。

國際照明委員會( CIE) 所規(guī)定的測量和評價顏色的全部方法, 都是以這些可變因素為基礎的。從色板返回到觀察者眼睛的光, 通常等于入射光的反射與散射部分之和, 再加上透射光和吸收光的平衡值。

對于每一塊色板來說, 上述幾部分光通常因波長不同而發(fā)生變化。因此, 觀察者所接受的光一般與光源所發(fā)出的光完全不同。

我們所能看出的兩個物體顏色的差別, 可以用色調( 主色) 、色值( 明度) 和色度( 色的飽和度) 這3 個量來表征。這3 個量叫做色度坐標。兩種獨立的顏色之間最明顯的差別叫做色調。

目前可以辨別出來的色調多達500 多種, 但在這500 多種色調中, 只有4 種為單色色調。這4 種色調規(guī)定為絕對紅色、黃色、綠色和藍色, 其他色調均被看作是這四種色調中任意兩種或兩種以上色調的混合產物。

兩種相同或不同色調的顏色之間第二個差別是可見色調的量。這一變量叫做顏色的色度或色的飽和度。在色度坐標中, 對顏色飽和度的上限尚未作出明確規(guī)定, 只規(guī)定了一個零飽和度。

當顏色處于零飽和度時, 則失去了色調感覺而成為了白色。明度是兩種顏色之間第3 個明顯的差別。利用色度坐標我們可表征一種顏色。在形形色色的各種顏色系統(tǒng)中, 最有名的是Munsell 系統(tǒng), 如圖1 所示。

圖1   Munsell 顏色系統(tǒng)

各種顏色的次序是按色調盤中的色調從下向上的明度或色值, 以及離中心灰色柱的距離而變化的彩度( 或飽和度) 進行排列的。

Munsell 系統(tǒng)中顏色用紅( R) 、黃( Y) 、綠( G) 、藍( B) 、紫( P) 5 種主要色調和5 種中間色調組成色調圓盤。

這10 種色調中的每一種色調又分為10 個等級。色調圓盤的中心是灰色柱, 其亮度從下端的0 一直增大到頂端的10, 這一亮度尺度稱為明度。

從灰色柱開始, 顏色的飽和度隨色調圓盤半徑的增大而增大。飽和度標尺叫做彩度( 從中心灰色柱到圓周線的距離變化代表飽和度的變化) 。

Munsell 系統(tǒng)表示法其顏色間隔由大約1 500 種顏色的彩印紙片所組成, 其每一個顏色都有一個色位坐標。

例如, 3RP 3. 65/ 4. 50,這一組數字表示: 色調紅-紫色為3, 明度為3. 65, 飽和度為4.50。Munsell 系統(tǒng)有二個顯著的特點: 一是與人的視覺一致; 二是標志的方法不受樣品的限制。

2 粉末涂料的顏色調配與控制

調配顏色意味著要顏色甲等于顏色乙。如何將著色劑的各個變量( 如顏料、分散度、用量及比例等)調節(jié)到能再現這種視覺特性?

首先一個好的調色人員必須有良好的視覺, 并經長期實踐和良好訓練, 其次配色人員應根據顏色甲篩選出適合顏色乙用的著色劑和著色劑適當的用量比例。

這一方面粉末涂料的調色更難一些, 因為粉末涂料必須通過制粉( 由于樹脂、添加劑及顏填料的性質不同, 需通過與之相適應的混合、熔融擠出、粉碎等工序, 從原來的無規(guī)狀態(tài)轉變成另一種均勻分布狀態(tài)) 、噴板、烘烤固化后才能看到色板的顏色效果, 且在配制過程中受到的可變因素較多。

例如我們在選擇粉末涂料用的有機顏料時,需考慮其顏料的耐熱性、耐起霜性、沉析貼層性以及顏色穩(wěn)定性等性能2。

有機顏料的耐熱性主要受被著色介質的影響, 耐熱性不良會導致色調和色強度的變化, 這種色相的變化是由于顏料與固化劑之間的反應引起的。

含有氨基或酰胺基化合物的環(huán)氧樹脂固化促進劑, 特別容易發(fā)生這類反應。目前, 人們還不能根據顏料的化學結構來預測某種顏料在粉末涂料中的適用性。起霜現象通常在涂料烘烤后呈現。

有機顏料起霜時, 在涂層表面形成一層彩色的沉積層,沉積層能被擦去。產生起霜的原因是在較高溫度下,溶解在基料中的某些有機顏料重新結晶。

沉析貼層與起霜很相似, 其形成與基料/ 固化劑體系有關, 是固化交聯(lián)后粉末涂層表面形成的一層可除去的彩色沉積物, 與起霜的區(qū)別是, 沉析貼層一經擦去后, 不會再出現。

因此, 嚴格地考查可用著色劑的顏色、著色力、成本、分散性、加工穩(wěn)定性等方面的問題以后, 才能決定能基本滿足配色的要求, 同時還要考慮如下一些問題:

第一, 粉末涂料待配顏色的種類, 是高光、半光、無光或美術型涂層? 是否有金屬顏料的特點? 是透明還是半透明?

第二, 如何使配色準確? 在放大生產中怎樣使小試配色與生產配色一致? 即怎樣解決色彩漂移問題。

適當地選擇著色劑固然重要, 但這并不等于能獲得關于著色劑正確用量的信息。著色劑用量的確定,目前絕大多數廠家是根據配色人員的實踐經驗及常用各色粉末涂料中樹脂與顏料的比例 用嘗試的辦法決定的。

這種嘗試的過程有人用植物油調色的方法, 有人用加熱熔融粉末涂料的方法試驗, 由于存在與實際生產過程中顏料分散及潤濕過程條件的差別,這種嘗試的準確性不高, 特別是當含有酞菁系有機顏料時, 常表現出分散不均, 顯色不夠。

然而不管怎樣,配色技術人員首先應根據銷售部門提供的色板, 就兩個問題會同銷售部門與客戶達成一致意見: 第一, 色板是否可以在任意光源下觀察? 第二, 甲和乙顏色之間的差異為多少客戶能接受, 換言之即公差將是多大?

解決了這些問題不僅可節(jié)省配色人員的時間, 而且可避免所配制的顏色在符合客戶要求方面與銷售部門或用戶發(fā)生糾紛。

配色人員在配色之前, 必須對他所選用的著色劑有比較清晰的認識, 這包括擬使用的各著色劑的使用量及對色板的顏色會出現什么情況有一個正確的估計。往往是這樣的一種情況: 色調的精細微調較顏色開始時的近似配色更加復雜。

色彩漂移是在各道生產工序或某一生產工序中,能引起顏色變化的許多問題的一個綜合術語。

一般地說, 這些問題可分為兩大類, 一類是配色和觀察問題, 另一類是生產過程中實際色彩變化的控制問題。影響色彩均勻性的加工問題是多方面的, 比較明顯的問題是計算、稱量和混合潤濕上的偏差及著色劑本身所含的雜質等。

許多著色劑受高溫影響變化, 因此,嚴格控制擠出機的溫度是必要的。顏料在介質中分散的差別易產生顏色飽和度和色調的變化, 這一變化與顏料粒徑、密度和絮凝程度的差異有關。

在粉末涂料的生產實踐中, 我們發(fā)現有機顏料比無機顏料更容易引起這種變化。圖2 是涂料制備工藝中, 根據顏料粒徑密度和絮凝程度的差異來預測顏料出現浮色和發(fā)花的情況。

樹脂之間的差異有時也是導致顏色變化的原因。在粉末涂料的生產中, 我們發(fā)現, 在配制環(huán)氧/ 聚酯混合型涂料時, 選用群青這一著色劑。

若樹脂中聚酯與環(huán)氧樹脂的當量配比不當, 導致酸值過剩, 會出現群青泛黃現象, 這是因為酸性環(huán)境使群青不穩(wěn)定。

另外, 許多有關色彩變化的例子, 是由于樹脂基料變黃或變暗引起的, 在淺色涂料或顏料含量低的粉末涂料中, 這種因素最為明顯。

總之, 在加工過程中出現色彩漂移的最根本的原因是顏料的分散度問題。有機顏料通常有很大的表面積, 其用量通常不超過3% ~4%, 否則對粉末涂料的流平性會產生較大的影響。

圖2  不同粒徑、密度和絮凝程度的混合顏料預測其顏料狀態(tài)類型的示意圖

兩個物體在同一光源下觀察時, 其顏色可能是相同的, 而在不同的光源( 如白熾燈或日光燈) 下觀察時, 其顏色則可能是不同的, 通常將這兩個物體叫做條件等色體, 也稱為條件配色或可變配色體。

要求兩個物體在任何光源下看起來都一樣, 意味著這兩個物體的分光反射曲線必須相同。這種配色叫非條件配色或不可變配色。不可變配色要求在粉末涂料配色時, 使用與樣品相同的著色劑。

因此, 想要使配制的顏色與樣品的顏色達到完全相等的程度, 幾乎是很難做到的。最后, 還想談談在生產中由于顏色調配誤差, 客戶不能接受而出現不合格產品的處理方法。

目前有許多廠家對配色不合格產品感到比較棘手, 大多降價處理或堆積在倉庫, 造成了很大的浪費。

我們知道,粉末涂料一旦生產好后, 其粉末顆粒有其各自不同的性質, 若采用添加生粉料或其他粉末涂料的方法來改變粉末涂料的顏色, 由于顏填料的潤濕不均勻, 烘干固化成膜后, 涂料表面不僅會出現不良缺陷, 其顏色也不是理想中的顏色。

例如, 白色粉末與黑色粉末混合產生的是有小斑點的涂層外觀, 而不是均勻的灰色色彩。

因此, 不能象液體涂料那樣用摻混另一批涂料的辦法來校正涂料顏色, 而應該將需補加的各種生料或粉料與原粉料一起經混合、擠出、粉碎成潤濕均勻的體系后方可, 因為在預混合階段顏色或原料是容易調整的。

理論上, 定義粉末涂料的質量相當簡單, 然而, 實際上粉末涂料的質量是個復雜的問題, 與液態(tài)涂料相比在組分、物理狀態(tài)、施工介質和成膜過程等方面有著很大的差別。

因此, 了解和掌握好粉末涂料的配色理論和生產, 特別是變化諸多的粉末涂料調色理論與實踐的關系, 對一個從事粉末涂料研究或生產第一線的粉末涂料技術人員來說是很有必要的。