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

между точками цветности образца и стандарта на равноконт­ растном графике Мак-Адама, выполненном в прямоугольной си­

ливателя, что приводит к ощущению синего цвета.

Для расчета белизны при оптическом белении в 1959 г. Бер­ гер предложила следующую формулу:

W = - ^ + ( z - x ) ,

где у — координата цвета, х и z — ординаты кривых сложения.

§ 3. БЛЕСК И ГЛЯНЕЦ

Блеском называется восприятие цвета излучения, отраженно­ го от. неоднородной поверхности, состоящей из отдельных участ­ ков, диффузно рассеивающих и зеркально отражающих излуче­ ние под разными углами. Блеск поверхности сильно изменяется при изменении угла наблюдения в зависимости от изменения расположения зеркально отражающих участков. Блеск очень тонко подмечается нашим сознанием и является одной из важ­ ных характеристик текстильных изделий. Для одних тканей он является обязательным, для других нежелателен и требует уст­ ранения. До сих пор не разработаны какие-либо характеристики блеска как психологической величины. В технике используется психофизическая характеристика блеска, показывающая распре­ деление яркости, отраженной от поверхности ткани. Такая харак­ теристика не дает представления о блеске и относится к числу условных технических показателей. В текстильной промышлен­ ности довольствуются измерением коэффициента яркости в од­ ном направлении. Так, в соответствии с ГОСТом 896—41 коэф­ фициент яркости измеряется под углом 45° как для падающего,

130

так и для отраженного излучения. При этом зеркальное отра­ жение от стеклянной поверхности, поставленной в те же условия наблюдения, принимается за 100%.

Глянцем называется восприятие цвета излучения, отраженно­ го от однородной поверхности, обладающей большим коэффици­ ентом зеркального отражения. Для полированных поверхностей с большим глянцем зеркальное отражение превышает 70%. Сред­ ний глянец наблюдается при зеркальном отражении от 30 до 70%, а малый — от 6 до 30%. Придание глянца текстильным изделиям относится к числу специальных операций по заключи­ тельной отделке ткани, требующей стандартизации. Каких-либо

§ 4. ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ЦВЕТА ТЕКСТИЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Воспроизведение цвета образца (стандарта) текстильных изделий выполняется в два этапа:

а) выбирают технологию процесса крашения образца под стандарт, учитывая род волокна для воспроизводимого образца, наличие красителей, требование прочности, экономичность и име­ ющееся на фабрике оборудование;

б) отбирают конкретные красители для крашения, устанав­ ливают режим крашения, вспомогательные вещества и решают вопрос, какие красители из числа отобранных и в каких количе­ ствах следует взять для воспроизведения стандарта.

Первая задача решается химиком-технологом и рассматри­ вается в курсе химической технологии волокнистых материалов. Вторую задачу можно решать двумя принципиально разными методами:

1) путем опытного крашения на основании знаний и интуи­ ции колориста фабрики, используя разные соотношения отобран­

пользованием законов цветоведения.

Данные расчетов при фабричном воспроизведении могут потребовать введения поправок, связанных с переходом от лабо­ раторных методов к производственным. Такие поправки вводят­ ся при помощи поправочных коэффициентов, вычисляемых одно­ временно с расчетом требуемых количеств красителей. Выбор оптимальной комбинации красителей производится на основании данных расчета возможных комбинаций исследуемых красите­ лей. Та из них, которая дает наиболее пригодные результаты, выбирается для фабричного воспроизведения.

Методы воспроизведения цвета стандарта. Под воспроизведе­ нием цвета стандарта понимается получение образца, тождест­

131

венного по цвету со стандартом в пределах допустимых отклоне­ ний. Выполнить эти условия можно одним из следующих трех методов:

а) точным воспроизведением цветовых свойств стандарта (физическое воспроизведение);

б) неточным воспроизведением цветовых свойств стандарта, но так, чтобы ощущения цвета стандарта и образца лежали в пределах допуска (приближенно физическое воспроизведение);

Воспроизведение восприятия внешнего вида образца выходит за пределы работы инженера-химика и относится к области дея­ тельности художника.

При физическом воспроизведении добиваются тождества спектра отражения образца и стандарта. Это возможно только в том случае, когда стандарт и образец выполнены из одного и того же волокна, окрашенного одними и теми же красителями, по одному и тому же рецепту крашения.

При приближенно физическом воспроизведении добиваются возможно более близкого совпадения спектров отражения стан­ дарта и образца. Оценка результатов воспроизведения произво­ дится определением величины цветоразличения (АЕ) при источ­ нике С и сравнением его с заданным допуском. Из разных ком­ бинаций красителей выбирают ту, которая дает наименьшую величину цветоразличения.

При метамерном воспроизведении цвета добиваются тожде­ ства координат цвета при заданном источнике освещения. Сте­

возможных комбинаций красителей, которая имеет наименьшую степень метамерии.

Допуски цветоразличения текстильных изделий. Величина допуска отклонения ощущения цвета от стандарта устанавлива­ ется заказчиком и задается обычно в широких пределах в зави­ симости от цвета, волокна и назначения материала. Большин­ ство текстильных фабрик Европы и Америки оценивают допуск в единицах NBS и рассчитывают по формулам Никерсон — Штульца или Скотфильда. Величина единицы NBS была в свое время согласована с требованиями и возможностями текстиль­ ной промышленности: 0,5 единицы визуально обнаруживается как едва ощутимое различие ощущений. Такое различие можно получить, если сравнивать одинаковые образцы, различающиеся только концентрацией красителя на волокне, равной 3% от об­ щей концентрации. Если увеличить разницу в концентрациях до 10%, то цветоразличение будет оцениваться в 1,0—1,5 едини­ цы NBS. Объективные колориметры позволяют определить 0,3—0,5 единицы NBS, но компараторы цвета дают более точные данные (до 0,2 единицы NBS).

•132

В текстильной практике последних лет использовались сле­ дующие три класса допусков:

1 класс. Допуск не более 1,4 единицы NBS. Применяется для атласов цвета, эталонных фильтров и т. п.

2 класс. Допуск не более 2,4 единицы NBS. Используется для точных промышленных измерений, например, набора образцов для определения точности окраски, ахроматических шкал, уста­ новки на тип красителя и т. п.

3 класс. Допуск до 6 единиц NBS для воспроизведения цвета обычных текстильных изделий.

В настоящее время добиваются при фабричном воспроизве­ дении цвета большей точности, чем это указано выше. Так, при крашении проционовыми красителями, по расчетным данным фирмы ICI, цветоразличение редко превышает 0,5 единицы NBS. С другой стороны, простое изменение структуры поверхности ткани может привести к сильному отклонению от стандарта. Так, прессование льняных тканей на гидравлическом прессе вызывает изменение цветоощущения до 1,5 единицы NBS.

Практика работы текстильной промышленности показала, что рассматриваемый метод определения отклонений по цвету недо­ статочно точно отображает цветоразличение. Наиболее сильно ощущается отклонение по цветовому тону, в то время как откло­ нения по насыщенности и светлоте стандарта менее заметны. В настоящее время начинают изучать методы определения раз­ личия в цвете раздельно по трем характеристикам ощущения цвета.

В научных, а иногда и производственных работах использу­ ются единицы цветоразличения Мюнселла, Мак-Адама и Джад­ да. Единица NBS в 10 раз больше Value Мюнселла, в 6,6 раза больше, чем Chroma, и в 2 раза больше, чем Hue. Единица МакАдама в 3—5 раз больше единицы NBS и соответствует 0,03— 0,10 ступени германского стандарта DIN.

Компараторы цвета определяют разность между координата­ ми цвета сравниваемых образцов (АА, АУ и AZ ) . Эти разности можно измерить значительно точнее, чем абсолютные значения координат цвета. Современные приборы позволяют определять разность координат цвета с точностью до 0,0001, что соответству­ ет цветоразличению, не уловимому при визуальном наблюдении. Данные, полученные с помощью компараторов, используют для расчета цветоразличения по любым расчетным формулам и для любого вида освещения. Для этого применяются специальные счетные устройства.

Из иностранных компараторов цвета лучшим является «Color

Еуе», выпускаемый в США фирмой «Instrument Development».

С помощью такого рода приборов можно определять координаты цвета, коэффициенты спектрального отражения и производить ряд других оптических измерений. Прибор «Color Еуе» представ­ ляет собой шаровой фотометр с 16 светофильтрами с узкими по­ лосами пропускания, а также фильтрами для получения разных

источников освещения и коррекций спектральной чувствитель­ ности фотоумножителя. Оптическая схема прибора представлена на рис. 91. Излучение от источника 9 отражается от образца 10 и эталона сравнения 13, попеременно попадает на фотоумножи­ тель 1. Если эти излучения равны, то фототок постоянен и уси­ литель переменного тока не дает на выходе сигналов. Если име­ ется различие, то на выходе появляется ток, по величине кото­ рого определяется разность координат цвета сравниваемых образцов.

Рис. 91. Оптическая схема компаратора цвета.

Источник А помещен в центре шарового фотометра 8. Излу­ чение источника отражается от сравниваемых образцов и при помощи оптической системы направляется на линзу 4. Эта линза вращается с определенной скоростью, фиксируя на фотоумножи­ теле попеременно изображения сравниваемых образцов.

Второй тип компаратора, выпускаемого той же фирмой, но­ сит название «Color Master» и представляет собой шаровой фотометр, на сфере которого укреплены два фотоэлемента, а на­ против них расположены две заслонки для прижатия сравнивае­ мых образцов, а также для так называемого промежуточного

женный напротив промежуточного образца сравнения, имеет диафрагму для компенсации фототока первого элемента. Ком­ пенсационная диафрагма снабжена измерительным барабаном. Перед измерением устанавливают коррегирующий светофильтр, промежуточный образец сравнения и эталон, после чего компен­ сируют фототоки при помощи диафрагмы. Заменяют эталон образцом и вновь компенсируют фототоки. Разность по шкале указателя положения диафрагмы укажет на величину разности

134

сравнения 7. В интегрирующей сфере шарового фотометра 6 уста­ новлен стакан 11 для увеличения зеркальной составляющей отра­ женного потока и пластмассовый светопровод, заканчивающийся фотоумножителем ФЭУ-27. На фотоумножитель попеременно по­ падает отражение от сравниваемых образцов, предварительно прошедшее корректирующие и коррегирующие светофильтры. Ток фотоумножителя имеет прямоугольные импульсы, преобра­ зуемые электронной схемой в логарифмические. При равенстве сравниваемых образцов переменная составляющая равна нулю. При различии в цвете образцов переменная составляющая про­ порциональна разности логарифмов фототоков от сравниваемых образцов:

n = l g г’обр - lg г'втал = lg *этал .

lg^-э

и аналогично пх —ny = Algp.

Необходимость вычитания отпадает, если изменить освещен­ ность образцов сравнения до значения nY, равного нулю. Такое изменение достигается поворотом зачерненной сетки 4 при свето­ фильтре У. Тогда отсчет прибора при светофильтре X равен Alga, а при светофильтре Z равен Algp. Связь между ХПр и X системы МКО выражается равенством

2Г = 1 , 2 ^ - 0 , 4 Y -1-0,2Z.

Для определения цветоразличения откладывают на прямо­ угольной системе координат векторы Alga и Algp, тогда в нача­ ле координат расположится точка цвета эталона, и отклонение от нее точки пересечения векторов вверх укажет, что образец не­ сколько более синего цвета, чем эталон. Отклонение вниз укажет на желтизну, вправо — на красноватый, а влево — на зеленова­ тый оттенок по сравнению с эталоном. Если Algp откладывать

136

в масштабе, в пять раз большем, чем Alga, то получится равно­ контрастный график. Нанеся на этот график ступени цветоразличения, можно по ним непосредственно отсчитывать значе­ ние АЕ.

В настоящее время равноконтрастные графики широко ис­ пользуются для быстрого определения цветоразличения по коор­ динатам цветов сравниваемых образцов. Так, Американская цинамидная компания печатает сетку равноконтрастного графи­ ка Джадда на графике МКО. Нанеся на такой график точки цветности образцов, отсчитывают число порогов между ними по равноконтрастному графику. Английская фирма ICI наносит точки цветности на обычный цветовой график МКО и строит на точке цветности эталона эллипс Мак-Адама в единицах NBS. Значение цветоразличения находят экстраполяцией по положе­ нию точки образца на этом графике.

Связь между спектром отражения и концентрацией красите­ ля на волокне. Расчет количеств красителей, необходимых для воспроизведения цвета, основан на зависимости между световы­ ми свойствами окрашенного образца и концентрацией этих же красителей на волокне. Из световых свойств образца достаточно знать спектр отражения, полученный на обычном спектрофото­ метре.

Для вывода зависимости коэффициента спектрального отра­ жения от концентрации красителя на волокне используют закон Ламберта — Веера, выражающий зависимость коэффициента по­ глощения k раствора красителя и концентрации С от интенсив­ ности падающего / 0 и прошедшего раствор / световых потоков:

/= / oe~hcl, где / — путь светового потока в растворе. Пропускание ( I = ^ - = e - hcl) связано с концентрацией краси-

теля нелинейной зависимостью. Логарифм величины, обратной пропусканию, взятый с обратным знаком (оптическая плот­ ность D), связан с концентрацией красителя линейной зависи­ мостью:

£> = 1пА = 1п-~г = £ а .

Кроме того, оптическая плотность является аддитивной вели­ чиной для смеси красителей, не реагирующих друг с другом. Обозначив через D оптическую плотность раствора смеси краси­ телей, через D\, D2, D3, . . . — оптические плотности каждого из красителей при концентрациях в растворе Си С2, С3, . . ., а кон­ центрации тех же красителей в смеси — через Са, Сд, Св, . . ., можно написать:

Составим для разных длин волн столько уравнений (31), сколько красителей в растворе. Тогда оптическую плотность

137

раствора смеси красителей D замеряют непосредственно, дроби же Di/Cu D2/C2 можно определить по плотностям Du D2 раство­ ров отдельных красителей, концентрации Сь С2 которых извест­ ны. В системе уравнения (31) остаются неизвестными концент­ рации отдельных красителей в растворе Са, Св, которые легко определяются решением системы уравнений. Точность определе­ ния концентраций красителей зависит от выбора длин волн при составлении уравнений (31). Чем дальше друг от друга распо­ ложены эти длины волн в спектре и чем ближе они к максиму­ мам поглощений отдельных красителей, тем более точен расчет. При использовании рассмотренной зависимости для определения количеств красителей на волокне по данным спектрального отра­ жения нужно найти линейную зависимость функции R от кон­ центрации:

где а — коэффициент пропорциональности, R — отражение моно­ хроматического излучения.

Связь между отражением Rt. и концентрацией красителя на волокне нелинейна. В качестве примера на рис. 93 приведены кривые спектрального отражения для шерсти, окрашенной раз­ ными концентрациями красителя ксиленового фиолетового РИ, а на рис. 94 приведена зависимость R от С для монохроматиче­ ского излучения при длине волны 550 нм для того же образца. Кривая 1 указывает не только на отсутствие прямой пропорцио­ нальности, но и на большие ошибки при отсчетах величины отра­ жения при малых и больших концентрациях красителя. На том

138

же рисунке, но в ином масштабе приведена зависимость отраже­ ния от логарифма концентрации (кривая 2). И в этом случае за­ висимость далека от линейной. На рис. 95 приводится зависи­ мость обратной величины отражения от концентрации краси­ теля. Эта зависимость настоль­ ко близка к линейной, что мо­ жет быть использована для практических расчетов, и ее можно выразить в виде следу­ ющего уравнения:

но рассеивающего материала, освещаемого идеальным диффуз­ но рассеивающим источником. Для монохроматического излуче­ ния она имеет вид

^ - i + - § У ( - J —) + 2 (~зг)> (34)

где К и 5 — коэффициенты поглощения и рассеивания. Решив это уравнение в отношении величины К/S, получим:

В работах Нолана и Фута было показано, что коэффициент поглощения К пропорционален концентрации красителя на во­ локне С и не зависит от рассеивания 5. Для смеси красителей, а также для волокна оба эти коэффициента обладают аддитив­ ными свойствами:

П

ZKi о - / ? ) 2

п2R

ЯSi

Р а с с е и в а н и е и з л у ч е н и я к р а с и т е л е м н а в о л о к н е Sk м а л о п о

с р а в н е н и ю с р а с с е и в а н и е м в о л о к н о м S 0, и и м м о ж н о п р е н е б р е ч ь .

139