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

調(diào)色在粉末涂料的生產(chǎn)中, 一直占有一個(gè)特別重要的地位, 準(zhǔn)確和快速的調(diào)色方法直接影響到粉末涂料產(chǎn)品的銷售。然而, 有關(guān)粉末涂料的調(diào)色及調(diào)色技術(shù)卻少見文獻(xiàn)報(bào)道。

筆者曾撰文" 粉末涂料中顏填料的配方設(shè)計(jì)及其調(diào)色方法" 發(fā)表過一些心得體會(huì),在此想進(jìn)一步就粉末涂料生產(chǎn)中顏料調(diào)色理論、調(diào)色方法及生產(chǎn)實(shí)踐中的體會(huì)談一些心得, 以此拋磚引玉喚起更多的同行對(duì)此問題的關(guān)注。

1 光、顏色和色度坐標(biāo)

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(gè)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(shù)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(chǎn)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(guān), 而且受時(shí)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(jīng)歷、主觀看法和視覺靈敏度等因素有關(guān)。

國際照明委員會(huì)( CIE) 所規(guī)定的測(cè)量和評(píng)價(jià)顏色的全部方法, 都是以這些可變因素為基礎(chǔ)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(duì)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(gè)物體顏色的差別, 可以用色調(diào)( 主色) 、色值( 明度) 和色度( 色的飽和度) 這3 個(gè)量來表征。這3 個(gè)量叫做色度坐標(biāo)。兩種獨(dú)立的顏色之間最明顯的差別叫做色調(diào)。

目前可以辨別出來的色調(diào)多達(dá)500 多種, 但在這500 多種色調(diào)中, 只有4 種為單色色調(diào)。這4 種色調(diào)規(guī)定為絕對(duì)紅色、黃色、綠色和藍(lán)色, 其他色調(diào)均被看作是這四種色調(diào)中任意兩種或兩種以上色調(diào)的混合產(chǎn)物。

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

當(dāng)顏色處于零飽和度時(shí), 則失去了色調(diào)感覺而成為了白色。明度是兩種顏色之間第3 個(gè)明顯的差別。利用色度坐標(biāo)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(diào)盤中的色調(diào)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(jìn)行排列的。

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

這10 種色調(diào)中的每一種色調(diào)又分為10 個(gè)等級(jí)。色調(diào)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(diào)圓盤半徑的增大而增大。飽和度標(biāo)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(gè)顏色都有一個(gè)色位坐標(biāo)。

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

2 粉末涂料的顏色調(diào)配與控制

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

首先一個(gè)好的調(diào)色人員必須有良好的視覺, 并經(jīng)長期實(shí)踐和良好訓(xùn)練, 其次配色人員應(yīng)根據(jù)顏色甲篩選出適合顏色乙用的著色劑和著色劑適當(dāng)?shù)挠昧勘壤?/p>

這一方面粉末涂料的調(diào)色更難一些, 因?yàn)榉勰┩苛媳仨毻ㄟ^制粉( 由于樹脂、添加劑及顏填料的性質(zhì)不同, 需通過與之相適應(yīng)的混合、熔融擠出、粉碎等工序, 從原來的無規(guī)狀態(tài)轉(zhuǎn)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?cè)谶x擇粉末涂料用的有機(jī)顏料時(shí),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(jī)顏料的耐熱性主要受被著色介質(zhì)的影響, 耐熱性不良會(huì)導(dǎo)致色調(diào)和色強(qiáng)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(yīng)引起的。

含有氨基或酰胺基化合物的環(huán)氧樹脂固化促進(jìn)劑, 特別容易發(fā)生這類反應(yīng)。目前, 人們還不能根據(jù)顏料的化學(xué)結(jié)構(gòu)來預(yù)測(cè)某種顏料在粉末涂料中的適用性。起霜現(xiàn)象通常在涂料烘烤后呈現(xiàn)。

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

沉析貼層與起霜很相似, 其形成與基料/ 固化劑體系有關(guān), 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(jīng)擦去后, 不會(huì)再出現(xiàn)。

因此, 嚴(yán)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(shí)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(shù)型涂層? 是否有金屬顏料的特點(diǎn)? 是透明還是半透明?

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

適當(dāng)?shù)剡x擇著色劑固然重要, 但這并不等于能獲得關(guān)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(shù)廠家是根據(jù)配色人員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(diào)色的方法, 有人用加熱熔融粉末涂料的方法試驗(yàn), 由于存在與實(shí)際生產(chǎn)過程中顏料分散及潤濕過程條件的差別,這種嘗試的準(zhǔn)確性不高, 特別是當(dāng)含有酞菁系有機(jī)顏料時(shí), 常表現(xiàn)出分散不均, 顯色不夠。

然而不管怎樣,配色技術(shù)人員首先應(yīng)根據(jù)銷售部門提供的色板, 就兩個(gè)問題會(huì)同銷售部門與客戶達(dá)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(shí)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(duì)他所選用的著色劑有比較清晰的認(rèn)識(shí), 這包括擬使用的各著色劑的使用量及對(duì)色板的顏色會(huì)出現(xiàn)什么情況有一個(gè)正確的估計(jì)。往往是這樣的一種情況: 色調(diào)的精細(xì)微調(diào)較顏色開始時(shí)的近似配色更加復(fù)雜。

色彩漂移是在各道生產(chǎn)工序或某一生產(chǎn)工序中,能引起顏色變化的許多問題的一個(gè)綜合術(shù)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(chǎn)過程中實(shí)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(jì)算、稱量和混合潤濕上的偏差及著色劑本身所含的雜質(zhì)等。

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

在粉末涂料的生產(chǎn)實(shí)踐中, 我們發(fā)現(xiàn)有機(jī)顏料比無機(jī)顏料更容易引起這種變化。圖2 是涂料制備工藝中, 根據(jù)顏料粒徑密度和絮凝程度的差異來預(yù)測(cè)顏料出現(xiàn)浮色和發(fā)花的情況。

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

若樹脂中聚酯與環(huán)氧樹脂的當(dāng)量配比不當(dāng), 導(dǎo)致酸值過剩, 會(huì)出現(xiàn)群青泛黃現(xiàn)象, 這是因?yàn)樗嵝原h(huán)境使群青不穩(wěn)定。

另外, 許多有關(guān)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(xiàn)色彩漂移的最根本的原因是顏料的分散度問題。有機(jī)顏料通常有很大的表面積, 其用量通常不超過3% ~4%, 否則對(duì)粉末涂料的流平性會(huì)產(chǎn)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(yù)測(cè)其顏料狀態(tài)類型的示意圖

兩個(gè)物體在同一光源下觀察時(shí), 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(shí), 其顏色則可能是不同的, 通常將這兩個(gè)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(gè)物體在任何光源下看起來都一樣, 意味著這兩個(gè)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(shí), 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(dá)到完全相等的程度, 幾乎是很難做到的。最后, 還想談?wù)勗谏a(chǎn)中由于顏色調(diào)配誤差, 客戶不能接受而出現(xiàn)不合格產(chǎn)品的處理方法。

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

我們知道,粉末涂料一旦生產(chǎn)好后, 其粉末顆粒有其各自不同的性質(zhì), 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(huì)出現(xiàn)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(chǎn)生的是有小斑點(diǎn)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(yīng)該將需補(bǔ)加的各種生料或粉料與原粉料一起經(jīng)混合、擠出、粉碎成潤濕均勻的體系后方可, 因?yàn)樵陬A(yù)混合階段顏色或原料是容易調(diào)整的。

理論上, 定義粉末涂料的質(zhì)量相當(dāng)簡單, 然而, 實(shí)際上粉末涂料的質(zhì)量是個(gè)復(fù)雜的問題, 與液態(tài)涂料相比在組分、物理狀態(tài)、施工介質(zhì)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(chǎn), 特別是變化諸多的粉末涂料調(diào)色理論與實(shí)踐的關(guān)系, 對(duì)一個(gè)從事粉末涂料研究或生產(chǎn)第一線的粉末涂料技術(shù)人員來說是很有必要的。