книги из ГПНТБ / Ершов, А. П. Цвет и его применение в текстильной промышленности

спектральных цветов близко к нулю (0,00002). Кривые на графи­ ке расположены эксцентрично и сильно сдвинуты в сторону пря­

ет 0,85). Для красных цветов коэффициент отражения излучений достигает 0,70, а для зеленых — только 0,35. Синим, голубым и фиолетовым цветам соответствует малый коэффициент отра­ жения излучений.

Приведенные выше данные показывают, что далеко не все цвета легко получить с помощью красителей, если к ним предъ­ являть строгие требования в отношении чистоты цвета. Так, си­ ние цвета можно получать только за счет большой потери в яр­ кости по сравнению с яркостью осветителя. Желтые же цвета, наоборот, обладают большой яркостью при большой чистоте цве­ та. При воспроизведении цвета ткани несколькими красителями путем визуального подбора цветов получают цвет образца, близ­ кий к цвету стандарта. Это происходит потому, что среди воз­ можных сочетаний красителей колорист выбирает такие, которые дадут цвет, максимально приближающийся по яркости-к цвету стандарта. Оценка колористических свойств красителей произ­ водится по ощущению цвета образца ткани, окрашенного дан­ ным красителем. Поэтому необходимо рассмотреть не только цветовые свойства красителей, но и отображения их в нашем сознании.

Наиболее ценны красители, с помощью которых можно по­ лучить максимально возможные насыщенности при возможно большей светлоте. Цвета, удовлетворяющие этим требованиям, называются идеальными, или полноцветными (по Оствальду). Насыщенность и светлота связаны друг с другом: увеличение одной из этих характеристик обычно приводит к уменьшению второй.

Чтобы найти область идеальных цветов, нанесем на цветовой график рис. 66 прямую BS, соединяющую точку спектральных цветов с точкой цветности осветителя (в примере Б). В точке S чистота цвета максимальна (равна единице), но яркость мини­ мальна (равна нулю). В точке Б, наоборот: яркость максималь­ на, но чистота цвета равна нулю. Переходя от точки 5 к точке Б, рассматриваемые характеристики будут изменяться во взаимно противоположных направлениях. Следовательно, точку идеаль­ ного цвета следует искать где-то на прямой S. Цвета точек на этой прямой можно рассматривать как сумму цвета осветите­

рис. 63). Для более удаленной точки 2 нужно расширить преде­ лы Я]—Я( в обе стороны: Я]—Яг и Я(—Я^, причем цвета этих до­ полнительных излучений должны быть дополнительными друг

100

ничных цветов, и спектр отражения будет иметь вид в и г (см.

рис. 63).

Из изложенного следует, что идеальными могут быть либо граничные цвета, либо оптимальные с двумя дополняющими друг друга участками спектра. На рис. 67 представлены кривые иде­ альных цветов, соответствующие кривым отражения (см. рис. 63). Идеальные (полноцветные) цвета, по Оствальду, получают сме­ шением цветов половины его цветового круга.

Изложенные данные являются той основой, на которой дол­ жны базироваться колористы при оценке колористических свойств красителей.

§2. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЦВЕТ КРАСИТЕЛЕЙ (РЕАЛЬНЫХ)

ВРАСТВОРЕ И НА ВОЛОКНЕ

Цвет ткани, окрашенной одним и тем же красителем, зависит от ряда факторов; в частности, он может сильно изменяться при крашении различных волокон. Точно так же растворы красителя в разных растворителях могут резко отличаться друг от друга. Ниже рассматриваются основные причины этого явления.

Красящие вещества отличаются от окрашенных органических соединений наличием в молекуле системы сопряженных связей, на концах которой расположены полярные заместители. В целом образуется осциллятор, поглощающий те из излучений, энергия которых соответствует энергии их возбуждения. Возбужденная молекула красителя очень быстро (10-7—10~8 с) расходует энер­ гию возбуждения на физические или фотохимические процессы, протекающие в окрашенной ткани. Основными физическими про­ цессами являются флюоресценция и процессы вибрации молеку­ лы, приводящие в конечном итоге к выделению тепла. Фотохи­ мические процессы в молекулах красителей весьма разнообраз­ ны и зависят как от характера волокна, так и от вида связи меж­ ду красителем и волокном. Из них наиболее важны следующие: фотоприсоединение молекул кислорода и воды, фотораспад, фо­ тодиссоциация, перегруппировки и сенсибилизация.

Энергия, поглощаемая красителем, определяется величиной осциллирующего заряда. Заряд осциллятора, выраженный в ве­ личине заряда электрона, носит название силы молекулярного осциллятора и может быть рассчитан по данным спектрального анализа:

(30)

Для окрашенных органических растворителей сила молеку­ лярного осциллятора имеет порядок одной сотой, а для красите­ лей — десятых долей и даже единиц заряда осциллятора. Так, водный раствор метиленового голубого имеет величину заряда молекулярного осциллятора, равную 1,38.

102

В красителях обычно имеется не один, а несколько осцилля­ торов и не одна, а несколько полос поглощения, накладывающих­ ся друг на друга. Полосы поглощения красителей, как все моле­ кулярные спектры, носят размытый характер, поскольку в их образовании принимают участие также вибрационные спектры. Для таких кривых характерен вид отлого падающей кривой от точки максимума оптической плотности в сторону коротких и круто — в сторону длинных волн спектра (рис. 68). При пере­ ходе от одного растворителя к другому или от одного волокна к другому для одних красителей вид спектра не изменяется, в то время как для других происходит резкое изменение. Изменения в спектре связаны с изменением силы молекулярного осциллято­ ра и объясняются:

1)перестройкой осциллятора из-за таутомерных превраще­ ний красителя;

2)воздействием внешних полей, изменяющих заряд осцилля­ тора, например, при образовании связи между молекулами кра­ сителя и молекулами среды (растворителя, волокна и т. п.).

Как на волокне, так и в растворе красители способны давать самые разнообразные виды связи в результате действия как кулоновских сил, так и сил, образующихся при обобщении элек­ тронных пар. Так, с молекулами волокна могут образовываться как нестойкие комплексные соединения, так и стойкие ковалент­ ные соединения. При диссоциации нестойких комплексов образу­ ются продукты, имеющие разные спектры, накладывающиеся друг на друга. Но чем более будет выражено влияние среды, тем более будет преобладать один из спектров. В качестве примера на рис. 69 представлен спектр поглощения целлюлозного, шер­ стяного и полиамидного волокон, окрашенных ализариновым

103

прочнозеленым CS'. Как видно, спектры имеют не только разные максимумы, но и различный вид, что указывает на разное воз­ действие молекул волокна на осциллятор красителя.

На рис. 70 представлены спектры растворов метиленового голубого в воде при разной концентрации. Чем больше разбав­ лен раствор, тем больше увеличивается длинноволновый макси­ мум и уменьшается коротковолновый. Такая «перекачка» часто наблюдается для красителей, образующих в растворе агрегаты

молекул. Любые причины, вы­ зывающие дезагрегацию, на­ пример введение в раствор дис­ пергаторов, приводят к увели­ чению длинноволнового макси­ мума, а введение веществ, способствующих агрегации, например поваренной соли, да­ ет увеличение коротковолново­ го максимума.

Все изменения спектра кра­ сителя в растворах и на волок­

f = 4,3 • 10~9 3

При помощи этой формулы можно вычислить энергию связи между красителем и волокном.

Г Л А В А IX

АТЛАСЫ ЦВЕТОВ

§ I. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

В повседневной и производственной деятельности человек выносит свои суждения о цвете тел по цветовому ощущению. Используя набор стандартных эталонов, можно сравнивать цве­ та, давать им достаточно точные характеристики и устанавли­

104

вать допуски на отклонения по цветовому ощущению от стандар­ та. Такие наборы цветов известны давно и широко используются в настоящее время для работы с несамосветящимися телами. В качестве универсального набора используются атласы цветов, утвержденные в ряде стран в качестве государственного стан­ дарта. В текстильной промышленности применяется набор окра­ шенных образцов ткани (цветники), в строительном деле — колерские книжки, а у художников — прейскуранты и проспекты фирм, выпускающих художественные краски.

При изготовлении атласа цветов встречается ряд трудностей: так, по Джадду, насчитывается около 10 млн различных ощуще­ ний цвета. Конечно, все их невозможно передать в виде атласа. Приходится выбирать те, которые наиболее часто используются в науке и технике (около 500). Кроме того, атлас должен быть выполнен так, чтобы не ощущалось влияния на цвет фактуры, образцы сохранялись без изменения длительное время и при за­ грязнении их можно было очистить. Набор цветов в атласах рас­ полагается так, чтобы каждый цвет можно было быстро оты­ скать. Поскольку ощущения цвета характеризуются тремя вели­ чинами: цветовым тоном, насыщенностью и светлотой, то распо­ ложить все образцы можно только в пространстве в виде так называемого цветового тела атласа. В атласе помещаются раз­ личные сечения цветового тела так, чтобы образцы на каждом листе имели один цветовой тон, но различались по насыщенности и светлоте.

Прежде чем рассматривать отдельные образцы атласов цве­ та, необходимо познакомиться поближе со шкалой ахроматиче­ ских (серых) цветов и цветовым кругом.

Шкалой серых цветов называется набор ахроматических цве­ тов, расположенных в порядке изменения их светлот (белизны). Реальные шкалы выполняются в пределах технически осуще­ ствимых границ максимума и минимума светлот. В цветовых атласах используется до 10 равных ступеней светлот. Равноступенчатость достигается изменением коэффициента отражения образцов в соответствии с законом Вебера — Фехнера. При этом в атласах использованы логарифмические, степенные и более сложные зависимости между отражением и светлотой, а также учитываются отклонения от закона Вебера — Фехнера при боль­ ших и малых светлотах.

Цветовой круг служит системой расположения цветовых то­ нов, в том числе и пурпурных цветов. Со времен Ньютона все цветовые тона представляются в виде отдельных образцов, рас­ положенных в виде замкнутого круга. Такое расположение осно­ вано на том, что при рассмотрении спектральных цветов нетруд­ но заметить, что ощущение красного цвета длинноволновой части спектра как бы убывает к середине спектра, а затем вновь воз­ растает так, что красный цвет как бы является продолжением фиолетового. Если между красным и фиолетовым цветами рас­ положить пурпурные, то создается ощущение плавного перехода

105

от цвета начала к цвету конца спектра. Цветовые круги выпол­ няются так, чтобы на концах одного и того же диаметра круга располагались или дополнительные, или контрастные цвета, изменение же цветового тона по кругу протекало равными сту­ пенями.

Цветовой круг, кроме систематизации цветового тона, исполь­ зуется в текстильной практике для ряда целей. Так, рассматри­ вая такой круг, легко заметить, что ощущение цвета плавно переходит от красного к желтому, от желтого к зеленому, от зе­ леного к синему. Остальные цвета ощущаются как переходные. Красный, желтый, зеленый и синий цвета носят название основ­ ных и чаще всего используются в текстильной промышленности. Цветовой круг делят на интервалы: б о л ь ш о й интервал со­ держит цвета, расположенные в секторе в 180°, например от жел­ того до синего, с р е д н и й интервал содержит цвета в секторе в 90°, например от желтого до красного, и м ал ы й интервал — в секторе в 45°, например от желтого до оранжевого, от синего до фиолетового. При аддитивном синтезе цветов малого интер­ вала получаются цвета, ощущаемые как промежуточные между ощущением слагаемых. Синтез цветов, расположенных на кон­ цах большого интервала, приводит к малой насыщенности цвета вплоть до полной ее потери.

§ 2. ЦВЕТОВОЙ АТЛАС МЮНСЕЛЛА

Американский художник А. Мюнселл разработал в 1918 г. атлас цветов, эталоны которого отличаются друг от друга рав­ ными ступенями цветового топа (Hue), насыщенности (Chroma!

исветлоты (Value). Атлас неоднократно переиздавался в США

иявляется там государственным стандартом цветов. Многочис­ ленные исследования цветов атласа показали, что в нем с до­ статочной точностью соблюдена равноступенчатость всех харак­

со светлотами отдельных эталонов шкалы серых цветов. Цвето­ вые круги расположены перпендикулярно шкале серых цветов, так, чтобы центры кругов пересекались шкалой и их светлоты совпадали. Шкала серых цветов (вертикальная ось цветового тела) имеет девять ступеней светлоты, обозначаемых порядковы­ ми номерами от 1 для черного до 9 для белого цветов. В первых

+ 0,23951 V3—0,021009V4 +0,0008404 V5. В этой формуле светлота идеально белого тела принята за единицу, а отражение поверх­ ности окиси магния — за 97,5%.

106

б е л ы й

□

Рис. 71. Сечение цветового тела атласа цветов Мюнселла вдоль ахромати­ ческой шкалы.

По горизонтали — ряды ‘равной светлоты, по вертикали — ряды равной насыщенности.

Ао 0о

РВ

Рис. 72. Сечение цветового тела атласа цветов Мюнселла перпендикулярно ахроматической шкале.

107

Цветовые круги атласа состоят из следующих основных цве­ тов: красного (R), оранжевого (YR), желтого (К), желто-зеле­ ного (GY), зеленого (G), зелено-синего (BG), синего (В), фио­ летового (RB), пурпурного (Р) и пурпурно-красного (RP).

В цветовом круге по радиусу каждого цветового тона распо­ лагаются цвета одного и того же тона и светлоты, но разной насыщенности, максимальной на периферии и нулевой в центре. Насыщенности нумеруются следующими порядковыми номера­ ми: 0 (для ахроматического цвета), 2, 4, 6, 8, 10 и 12. На рис. 71 изображено сечение цветового тона по оси шкалы серого цвета, захватывающее фиолетовый (RB) и контрастный ему желтый

(Y) цвет. На рис. 72 дано сечение цветового тела, перпендику­ лярное шкале серых цветов, по пятой ступени светлоты. На каж­ дом листе атласа типографским способом нанесены образцы цвета в виде сечения цветового тела по одному из цветов цвето­ вого круга (см. рис. 71). Каждый образец обозначается тремя индексами, указывающими тон, светлоту и насыщенность. На­ пример, индекс 10GF5/2 означает десятый лист образцов желтозеленого цвета, пятой ступени светлоты и второй ступени насы­ щенности. В специальных таблицах приводятся для каждого образца координаты цвета МКО.

Normeblat 6164». В основу набора цветов положено цветовое те­

лицы, указывающие координаты цвета каждого образца в систе­ ме МКО и индексы цветов по атласам Мюнселла и Оствальда. В атласе использована следующая связь между светлотой и яр­

костью: .0=10—6,17231g(40,7~ + 1), где А — яркость данного

Ю 8

цвета, Ао — яркость оптимального цвета того же цветового тона. Одна ступень атласа составляет 0,3—1,0 ступени атласа Мюнселла.

§ 4. АТЛАС ОСТВАЛЬДА

Цветовой атлас Оствальда основан на оригинальных пред­ ставлениях автора о цвете, не принятых в настоящее время. Со­ гласно этим представлениям, любой цвет можно получить сме­ шением полноцветного цвета с черным или белым цветами. В ос­ нове построения цветового атласа лежит «однотонный треуголь­ ник», схема которого представлена на рис. 74. В вершинах этого

Цб

Рис. 74. Образование цветового тела атласа цветов Ост­ вальда.

треугольника располагаются черный, белый и полноцветный цве­ та. На сторонах треугольника располагаются смеси цветов, на­ ходящихся в вершинах, так, чтобы получился равноступенчатый переход в 8 ступеней, обозначаемых буквами: а, с, е, g, i, l, п, р. На стороне треугольника черный — белый цвет располагается, шкала серых цветов, при этом связь между светлотой и отра­ жением выражается логарифмическим законом E = k]gR, где Е — светлота, k — коэффициент пропорциональности, R — отражение. На стороне треугольника белый — полноцветный цвет размеща­ ются различные смеси белого и полноцветного цветов с таким расчетом, чтобы получился ряд цветов с разным «содержанием белого цвета». Содержание белого цвета в разных ступенях опре­ деляется следующими числами: а — 89%, с — 56%, е — 35%,

8 - 22%, t — 1 4 % , / — 8,9%, п — 5,6%, р - 3,5%.

Аналогично построена сторона треугольника черный — полно­ цветный цвет, но с той разницей, что количества черного цвета

109