Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Оптические свойства полиграфических материалов и продуктов. Учебное пособие
.pdf
порошкообразные кристаллические люминофоры. У органических
Промышленная
номенклатура
Характеристики люминофоров
Средний размер
частиц (мкм)
ФК-2
Голубое свечение при облучении 250–
380 нм
20–30
ФК-9
Белое свечение при облучении 320–380
нм
20–30
Ф(а)СД-660-2
Красное свечение при облучении 940–
980 нм (лазер)
35–45
ФСВ-650
После возбуждения в 350 нм оранжевая
вспышка при облучении 940 нм
30–40
ФВ-440Д
Длительное фиолетовое послесвечение
после облучения УФ- или интенсивным
видимым светом
30–40
Фл-370
Преобразует УФ-излучение ртутного
диапазона в длинноволновое
8–15
ФЛП-626/530
Двухдиапазонный индикатор (УФ- и
ИК-диапазоны)
10–20
люминофоров квантовый выход люминесценции гораздо меньше,
соответственно, и количество люминофора, необходимое для достижения
видимого эффекта, должно быть большим, что может отрицательно повлиять
на печатные свойства краски.
Основной проблемой подготовки люминофоров к использованию
является его гранулометрическая характеристика (размер зерна) и ее
соответствие основному пигментному составу краски. Стандартный
выпускаемый размер частиц люминофоров (связанный с технологией
изготовления) составляет 10–30 мкм. В табл. 15 приведен перечень некоторых
выпускаемых люминофоров с различным средним размером частиц.
Таблица 15
Характеристики люминофоров
(производитель ЗАО «НПФ Люминофор», Ставрополь)
61
Средний размер частиц пигмента, применяемого для изготовления
Маркировка
Область
возбуждения,
нм
Цвет
свечения
Основной
действующий
компонент
Компонент
активации
ФК1-М
250–380
Синий
Активированный
сульфид цинка
Медь
ФК5-М
280–500
Желтый
Активированный
сульфид цинка
Медь
ФК8-М
250–550
Красный
Активированный
сульфид кадмия
Медь
офсетных красок, находится в диапазоне 0,05–1,00 мкм. Производитель
люминофоров имеет возможность по требованию заказчика довести
размер зерна до минимального, что составляет около 0,01 мкм. Однако
исследованиями ВНИИ люминофоров и особо чистых материалов
доказано, что предельная величина размера частиц не может быть менее
1,50 мкм, так как в дальнейшем квантовый выход люминесценции
уменьшается почти экспоненциально.
В табл. 16 представлены три типа люминофорных композиций для
изготовления модельных составов, которые были испытаны в условиях
одной из типографий Санкт-Петербурга. Такие цвета выбраны как аналог
триады при субтрактивном синтезе.
Таблица 16
Люминофорные композиции, взятые для исследования
освещении и при УФ-освещении.
На рис. 21 и 22 показан внешний вид люминофоров при обычном
62
Рис. 21. Внешний вид ФК8-М при обычном освещении (слева) и при УФ-освещении
Рис. 22. Внешний вид ФК5-М при обычном освещении (слева) и при УФ-освещении
На рис. 23 представлены оттиски трафаретной печати при обычном
освещении (а) и при УФ-освещении (б).
а) б)
Рис. 23. Оттиски трафаретной печати с применением люминофоров
Проведенные эксперименты и тиражная печать позволили сделать
следующие выводы:
технология добавления люминофоров в краски проста и не требует
дополнительного оборудования, т. е. введение люминофоров не
вносит радикальных изменений в процесс печати;
63
проблемы, возникающие при создании люминофорных красочных
композиций, вполне поддаются прогнозированию; они типичны для
каждого способа печати (офсетная, флексографская, трафаретная) и
устранимы корректировкой стандартных технологических операций;
стандартные испытания показывают, что свойства красочной пленки
на оттиске после добавления люминофоров не изменяются.
Таким образом, изготовление красок в условиях конкретного
полиграфического предприятия вполне возможно. Порошки люминофоров
не требуют никаких специальных условий хранения: их можно держать в
любом месте печатного цеха отдельно от других материалов, но в
герметичной упаковке (защита от влаги).
Перламутровые и интерферентные пигменты
Такие пигменты также относятся к специальным видам. Этот класс
пигментов более точно описывается термином «пигменты с
металлическим эффектом», в то время как термин «перламутровые» не
дает всестороннего описания всего диапазона их возможностей. Так,
собственно перламутровые пигменты – это блестящие пигменты на основе
прозрачных и полупрозрачных пластинок оксидов металлов с высоким
коэффициентом преломления. Они могут состоять из нескольких
параллельных слоев, по-разному преломляющих свет. Первые пигменты
подобного рода были изготовлены из чешуек слюды, покрытых оксидами
титана и железа (рис. 24). Эти пигменты демонстрируют так называемый
жемчужный или перламутровый блеск, полученный многократным
преломлением и отражением световых лучей.
64
Рис. 24. Частицы слюды, покрытые диоксидом титана
Природный жемчуг состоит из нескольких прозрачных слоев с
разными коэффициентами преломления. Это слои карбоната кальция
(арагонит – белый или серый минерал с n = 1,7) и протеина (n = 1,4). Очень
узкий луч света на поверхности небольшой площадки отражен таким
образом, что он подчиняется законам отражения, но в то же время
рассеивается и создает ощущение объема из-за постепенного снижения
интенсивности. Глазу виден трехмерный блеск, и время от времени
кажется, что он появляется из глубины объекта. Этот эффект усилен
округлой формой жемчужин. Он получил название «перламутровый
блеск».
В конце 90-х гг. ХХ в. появились пигменты на основе пластинок
других материалов: Al2O3, SiO2, боросиликатов.
Перламутровые пигменты, образующие дополнительные цвета,
создаваемые интерференцией света, называются интерферентными.
Хорошо известными примерами интерференции являются мыльные
пузыри или тонкая масляная пленка. Таким образом, интерферентные
пигменты – это пигменты с эффектами, цвет которых получен полностью
или большей частью за счет процессов интерференции. (Интерференция
света – пространственное перераспределение энергии светового излучения
при наложении двух или нескольких световых волн. Наблюдается в виде
65
характерного чередования светлых и темных полос или пятен (для
абв
г
д
монохроматического света) или окрашенных участков – для белого света.)
Появление новых классов интерферентных пигментов, основанных на
пластинках непрозрачных материалов, сделало классификацию более
сложной. Поэтому был создан новый термин «пигменты со специальными
эффектами» (special effect pigments). Он включает:
перламутровые пигменты жемчужного блеска;
прозрачные и непрозрачные интерферентные пигменты.
Позднее появились пигменты на жидкокристаллических полимерах и
пигменты со структурированными поверхностями, которые также
отнесены к этой группе. Пигменты с металлическим эффектом
(металлические пигменты), состоящие только из металлических частиц, к
этой классификации не относятся, хотя имеют высокий уровень блеска.
Рассмотрим, какие оптические явления происходят при взаимодействии
пигментов различных классов с падающим светом. На рис. 25 показаны схемы
взаимодействия со светом для белых (а), цветных – красных (б), черных (в),
металлических (г) и перламутровых (д) пигментов.
Рис. 25. Схемы взаимодействия пигментов со светом
66
В качестве пигментов рассматриваются: а – диоксид титана; б –
красный пигмент; в – газовая сажа; г – алюминиевый (металлический
эффект); д – перламутровый (слюда с покрытием из рутила (TiO2) –
интерферентный красный). На рис. 26 показаны кривые отражения для
этих пигментов.
Диоксид титана Красный пигмент
Газовая сажа Металлический (алюминиевый)
Перламутровый
Рис. 26. Кривые отражения пигментов разных типов
Белые, черные и цветные пигменты сформированы в основном из
нерегулярных структур и взаимодействуют со светом следующим образом.
Белые пигменты (А): частицы пигмента полностью рассеивают
падающий свет одинаково во всех направлениях (диффузное отражение).
67
Цветные пигменты (Б): частицы пигмента поглощают определенные
длины волн видимого света и рассеивают остальные длины волн в
зависимости от цвета (выборочное поглощение).
Черные пигменты (В): частицы пигмента поглощают все длины волн
видимого света (полное поглощение).
Металлические пигменты (Г): это тонкие непрозрачные пластинки,
отражающие весь падающий свет в одном направлении. Они действуют
как маленькие зеркала (или рыбьи чешуйки), когда ориентированы
параллельно поверхности (зеркальное отражение).
Перламутровые пигменты (Д): выборочно отражают часть света,
который падает на гладкую поверхность пластинки. Другая часть света
проходит через прозрачные частицы пигмента и частично отражается от
нижней части самой пластинки или от находящихся под ней пластинок.
Проходящий световой поток, преломляясь, покидает пределы одной
частицы, взаимодействует со смежными частицами пигмента, создавая
дальнейшие отражения (многократное отражение). Частичное отражение
света и оптическое наложение создает явление интерференции, все это
приводит к характерному виду перламутровых пигментов.
Перламутровые пигменты могут состоять из одного слоя (например,
BiOCl – хлороксид висмута) или нескольких слоев с различными
коэффициентами преломления (например, TiO2 на слюде). Они могут
состоять из пластинок одинаковой или переменной толщины.
Как уже отмечалось, различие в коэффициентах преломления между
пигментом (типичные значения от 1,8 до 2,9) и применяемой передающей
средой (типичные значения от 1,5 до 1,6) является необходимым условием
для возникновения данных оптических явлений. Спрос на такие пигменты
для изготовления упаковки, высококачественных бумаг и картонов
дизайнерских сортов, красок и лаков устойчиво растет. Одно из многих
68
преимуществ – возможность создания металлического эффекта без
использования металлов.
Оптические законы отражения света пигментами этой группы – те же,
что и при отражении света от белой бумаги. Согласно формуле Френеля
(6), при зеркальном отражении для углов падения ниже 30º значения
коэффициента отражения ρ являются почти постоянными и составляют
4 %.
Таким образом, световой поток, падающий почти вертикально из
воздуха на границу раздела с водой, будет отражен на 2 % (n = 1,33 для
воды), с карбонатом свинца PbCO3 (n = 2,0) – на 11 %, с рутилом TiO2
(n = 2,7) – на 21 %.
К перламутровым пигментам предъявляются достаточно жесткие
требования:
высокий коэффициент преломления;
хорошая прозрачность без собственного цвета, чтобы получать
чистые интерферентные цвета (это требование значительно сужает
выбор подходящих материалов);
структура в виде пластинок с гладкой поверхностью для
оптимального направленного отражения (большинство веществ не
кристаллизуется самопроизвольно в форме гладких пластинок:
необходимы специальные условия);
оптимальная толщина (при толщине частиц от 85 до 140 нм
серебристо-белые перламутровые пигменты достигают своего
максимального отражения).
Ниже приведено несколько примеров синтетических перламутровых
пигментов (в отличие от натуральных – на основе слюды).
Карбонат свинца PbCO3. Удовлетворяет всем требованиям к
пигментам подобного типа: имеет высокий коэффициент преломления
n = 2, прозрачен, бесцветен, толщина частиц 50 нм, диаметр около 20 нм,
69
кристаллизуется в виде правильных шестиугольных пластинок с
постоянным размером и очень гладкой поверхностью. Если толщина
пластинок составляет 40 нм, появляется синий металлический блеск, от 70
нм – желтоватое, более теплое сияние.
Более тонкие кристаллы не отражают достаточно видимого света, к
тому же являются очень хрупкими. Диаметр пластинок тоже должен
находиться в определенном диапазоне. Слишком маленькие размеры
кристаллов ограничивают их параллельное выравнивание по отношению к
подложке, необходимое для оптимального оптического эффекта.
У больших частиц – плохая механическая стабильность. Если их размер
больше, чем 25–30 мкм, они могут придать пигментному слою явную
зернистую поверхностную структуру.
Недостатками карбоната свинца являются высокая плотность (6,4
г/см3), что приводит к его быстрому осаждению в используемой среде,
низкая термостойкость (до 200 ºС) и низкая химическая стойкость
(взаимодействует с кислотами и сульфидами).
Ранее применялся для изготовления пуговиц и искусственного
жемчуга. Сейчас применение спорно из-за содержания свинца, поэтому
некоторые производители полностью прекратили его выпуск.
Хлороксид висмута BiOCl. Был первым синтетическим нетоксичным
перламутровым пигментом из существующих видов. Но у него –
неправильные кристаллы в виде восьмиугольников, рост которых трудно
контролировать: малейшее отклонение в условиях получения
(температура, показатель pH, концентрация) ухудшает качество продукта.
Однако мягкий блеск, хорошая кроющая способность и нетоксичность
сделали его незаменимым для декоративной косметики. Он доступен в
трех формах, с различным перламутровым эффектом, в зависимости от
коэффициента пропорциональности (отношение длины к ширине) и
размера кристаллов:
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]