Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология пигментов и красителей. Учебное пособие
.pdf
чение других цветов обусловлены взаимодействием этих рецепторов
друг с другом. Э. Геринг в своей теории опирался на пять психологических ощущений (красного, синего, желтого, зеленого, белого цветов),
которые, действуя в противоположных парах, взаимно дополняют или
исключают друг друга, т.е. различные цвета образуют промежуточные
или новые цвета. Э. Геринг выделил три пары рецепторов: краснозеленые, желто-голубые, черно-белые, которые, как и в случае с трехкомпонентным цветоощущением, отраженным в теории Юнга―Гельмгольца, чувствительны к свету волн разной длины, но максимально ― к волнам определенной длины.
В настоящее время в получении колористических решений пользуются теорией цветности, которая построена на трех законах сложения
цветов Грассмана.
Первый закон Грассмана гласит, что любой цвет является совокуп-
ностью трех линейно независимых цветов, каждый из которых не может быть получен сложением двух других.
Второй закон Грассмана указывает на то, что вся цветовая гамма
непрерывна, т.е. никакой цвет не может существовать, не примыкая к
другим цветам, а за счет непрерывных изменений излучения любой
цвет может преобразиться в другой.
В третьем законе отмечается, что какой-либо цвет, полученный
вследствие сложения нескольких составляющих, зависит только от их
цветов и не зависит от их спектральных составов. В соответствии с
этим законом установлено, что вследствие различных цветовых сочетаний может быть получен какой-то другой цвет, являющийся одним
и тем же.
Обычно какой-то цвет рассматривают как совокупность линейно
независимых цветов (синего, зеленого, красного), но третий закон
Грассмана допускает бесконечное число различных комбинаций из
трех независимых цветов, вследствие чего был построен цветовой график и определены координаты цветности.
Для построения графика были использованы цвета монохроматического излучения с длинами волн 700 (красный); 546,1 (зеленый);
435,5 нм (синий), которые обозначили заглавными латинскими буквами
R, G, В, соответственно. Далее эти первичные цвета расположили в
пространстве в векторной форме, исходящими из одной точки. Соответствующие первичным цветам единичные векторы обозначали
строчными латинскими буквами r, g, b. Таким образом, для нахождения
любого цвета F, полученного вследствие сложения цветов R, G, В,
можно воспользоваться векторной суммой:
21
F = Rr + Gg +Bb, (1)
zyx
z
z
zyx
y
y
zyx
x
x ;;
где R, G, В ― модульные характеристики цветов, соответствующие ко-
личеству первичных цветов в составе суммарного цвета и называемые
координатами цвета.
Координаты цвета односторонне характеризуют цвет, т.е. человеческий глаз не видит разницы в цветах, имеющих одинаковые координаты, которые к тому же могут иметь различный спектральный состав.
Объекты, цвет которых обладает разными спектрами и имеет одинаковые координаты цвета, называются метамерными. Воспринимае-
мый человеческим глазом цвет окрашенного объекта зависит от источника света, через который он просматривается. Таким образом, метамерные объекты, рассматриваемые в свете одного источника как одинаковые, в другом будут казаться различными.
Для выражения измерения цвета в системе Х, Y, Z были приняты
цвета за три первичных, не существующие в реальности, но линейно с
ними связанные. В результате чего любой цвет можно выразить в виде
векторной суммы:
F = Xx + Yy + Zz. (2)
В отличие от системы R, G, В все реальные цвета в системе Х, Y, Z
имеют положительные координаты. Обычно координаты Х и Z равны
нулю, следовательно, любой цвет может характеризоваться только координатой цвета Y. Эта координата отвечает за яркость цвета в трехцветной системе и является характеристикой количества света, отраженного от объекта.
За цветность в трехцветной системе отвечает координата цветности,
которая является отношением координаты цвета к сумме всех трех координат цвета и обозначающаяся малыми латинскими буквами х, y, z:
Следовательно:
х + у + z = 1. (4)
. (3)
22
Координаты цветности остаются неизменными при соответствен-
или
yy
yy
y
y
P
c
ca
a
c
ca
a
xx
xx
y
y
P
ном увеличении или уменьшении всех координат цвета. Координаты
цветности не отвечают за яркость цвета, а характеризуют только цветность. Графически цветность изображается в координатах х и y и называется цветовым графиком (рис. 1).
Рис. 1. Цветовой график
К основным характерист икам цвета также относятся цветовой тон
и насыщенность цвета. Цветовой тон является доминирующей длиной
волны, которая соответствует максимуму на спектрах отражения/пропускания объекта, а также длиной волны монохроматического
излучения в комплексе с белым, необходимым для получения определенного цвета.
Насыщенность цвета или его чистота является отношением яркости
монохроматического компонента к сумме яркостей монохроматического и белого компонента и определяется с помощью цветового графика
(рис. 1) по формулам:
или
. (5)
где уλ ― координата цветности доминирующей длины волны определенного цвета;
х
, уа и хс, ус ― координаты цветности определенного и белого цветов,
а
соответственно.
23
Таким образом, цвет характеризуется координатами цвета Х, Y, Z;
;
...
2211
ZYX
XmXmXm
x
nn
.
...
2211
ZYX
YmYmYm
y
nn
координатами цветности х и y в комплексе с координатой цвета Y; цветовым тоном λ, чистотой цвета Р и яркостью Y.
Измерение белизны. В оценке качества белых пигментов и наполнителей имеет большое значение белизна. Она показывает, насколько
цвет белого пигмента или наполнителя приближен к идеально белому.
Идеально белая поверхность ― это поверхность, способная диффузионно отражать во всей видимой области спектра весь падающий на
нее свет.
Белизну (W) можно определять различными колориметрическими и
спектрофотометрическими методами, но в основном пользуются сравнительным анализом измеряемого образца с принятым эталоном, вычисляя ее по формуле:
W = 100 – ΔE. (6)
Аддитивное и субтрактивное смешение. Цветовую палитру воз-
можно получить в пространстве в векторной форме путем сложения и
вычитания двух или нескольких цветов. Смешение цветов, происходящее вследствие сложения цветов, называется аддитивным смешением.
Вследствие сложения нескольких единичных цветов, обозначенных
f1, f2… fn, с координатами х1, у1, z1; x2, y2, z2; …; xn, yn, zn получается но-
вый цвет:
mf = m1f1 + m2f2 +… + mnfn, (7)
где m1, m2, mn и m ― модули 1-го, 2-го, n-го и нового цветов.
Координаты цветности нового цвета, полученного вследствие сложения нескольких цветов, выражаются по формулам:
(8)
Так как модуль суммы векторов равен сумме модулей 1-го, 2-го,
n-го цветов, то:
m = X + Y + Z = m1 +m2 + … + mn. (9)
24
Уравнения (8) и (9) показывают, что в результате аддитивного
12
1
12
1
xx
xx
yy
yy
смешения двух цветов соотношение координат цветности выражается
следующим образом:
. (10)
Выражение (10) является уравнением прямой, проходящей через
две точки с координатами х1у1 и х2у2, отвечающие на цветовом графике
за два исходных цвета. Из этого следует, что новый цвет, полученный в
результате аддитивного смешения этих двух исходных цветов, будет
находиться на прямой, проходящей через точки, соответствующие им.
Смешение цветов, происходящее за счет вычитания, называется
субтрактивным смешением. Оно возможно только при взаимном перекрывании спектров пропускания или отражения.
При субтрактивном смешении синего и желтого цветов получается
зеленый (рис. 2).
Рис. 2. Субтрактивное смешение цветов:
1, 2 ― спектр пропускания синего и желтого светофильтра
Белый свет от источника, пройдя через синий светофильтр, приобретает спектр пропускания синего светофильтра. Правая часть этого
спектра обрежется, и через желтый светофильтр пройдет только его
25
определенный участок, соответствующий заштрихованному (рис. 3),
имеющему максимум в точке с длиной волны, равной 550 нм, которая
отвечает за зеленый цвет.
Благодаря субтрактивному смешению вследствие механического
смешения или соосаждения синих и желтых пигментов (например, смеси железной лазури с желтым кроном) получают смешенные зеленые
пигменты. Также на субтрактивном смешении основана цветная типографская печать.
Приборы для измерения цвета. Для измерения цвета применяются
фотометрические приборы, которые классифицируются:
1) по способу получения координаты цвета X, Y, Z, различают ко-
лориметры, компараторы, спектрофотометры.
Колориметры служат для измерения координат цвета при ограниченном наборе колориметрических условий (измерения проводятся относительно белой поверхности).
Компараторы измеряют искомый цвет путем сравнения его цветовых характеристик с эталоном, имеющим идентичный цвет.
Спектрофотометры служат для измерения цвета по спектру с последующим расчетом цветовых координат по полученным спектральным
данным во всех возможных вариациях, источник ― колориметрический наблюдатель;
2) по типу измеряемого излучения и объекта (измеряющие отражен-
ный, пропущенный, отраженный свет или относящиеся к гибридным ―
отражение / пропускание, отражение / излучение);
3) по оптической геометрии измерения ― 45/0 и 0/45; Д/0 и 0/Д; 0/0;
с принимающей полусферой; многоугловые (гониоспектрофотометры);
с фокусирующей оптикой; спектрорадиометры и эмиссионные колориметры;
4) по условиям применения ― настольные, портативные, On-Line
(для производственных линий).
3.4. ДИСПЕРСНОСТЬ ПИГМЕНТОВ
Дисперсные системы и их классификация. Две фазы или тела и
более могут образовывать системы, в которых они почти не смешиваются и не вступают в химическое взаимодействие друг с другом. Эти
системы называются дисперсными, а входящие в их состав фазы или
тела, из которых одна фаза или одно тело распределяется в виде мельчайших раздробленных частиц или пор в другой фазе или другом теле,
26
называют сядисперсной фазой и дисперсионной средой соответственно.
Несколько фаз отделяются друг от друга физическими методами, такими как центрифугирование, сепарирование и др.
Дисперсные системы классифицируются по следующим призна-
кам: дисперсности; агрегатному состоянию фаз; лиофильности (силы
молекулярного взаимодействия на границе раздела фаз, образующих
дисперсную систему); степени структурированности, т.е. наличию или
отсутствию пространственной дисперсной структуры (каркаса или сетки); топографическому признаку, к которому относятся форма частиц и
типичные геометрические особенности распределения фаз в дисперсной системе.
Основной характеристикой дисперсной системы является дисперсность. Это физическая величина, отвечающая за размер взвешенных
частиц в дисперсной системе и показывающая, какое количество частиц вплот ную укладываются в одном метре. Количественным показателем дисперсности вещества служит степень дисперсности D. Эта величина обратна размеру частиц и обозначается буквой а. Таким образом, D = 1/а м-1, что указывает на следующее: чем меньше размер частиц, тем больше дисперсность.
Для измерения размера частиц может быть использован диаметр
сферических или волокнистых частиц, длина ребра кубических частиц,
толщина пленок.
По дисперсности дисперсные системы разделяют на грубодисперсные системы с размерами частиц более 1 мкм и тонкодисперсные (коллоидные) с размером частиц меньше 1 мкм или даже меньше 0,1 мкм
(100 нм). Частицы грубодисперсных систем видны в оптический микроскоп, не проходят через бумажный фильтр, не диффундируют. Тонкодисперсные системы подвержены броуновскому движению, и для их
исследования необходимо применение электронных микроскопов,
ультрацентрифуг, ультрафильтров и диализа.
По агрегатному состоянию обеих фаз дисперсные системы разделяют на суспензии и дымы (твердая дисперсная фаза и жидкая и газообразная дисперсионная среда, соответственно); эмульсии (две несмешивающиеся жидкости); туманы (жидкая дисперсная фаза в газообразной дисперсионной среде); пены (пузырьки газа разграничены тонкими
пленками жидкой дисперсионной среды); дисперсные системы с газовыми и жидкими вкраплениями в твердых фазах (адсорбенты, почвы,
грунты) или частицы твердой фазы, сросшиеся друг в друге. К последним относятся минералы, сплавы, ситаллы, а также сорбенты: силикагель, активированный уголь.
27
По силе молекулярного взаимодействия между фазами на их поверхности дисперсные системы разделяются на лиофильные и лиофобные.
Молекулярное взаимодействие в лиофобных дисперсных системах
слабое. Это связано с большой разностью в полярностях образующих
их веществ, что приводит к большому избытку свободной энергии на
единицу площади поверхностного слоя на границе раздела фаз и свидетельствует о термодинамической неустойчивости системы, т.е. частицы
дисперсной фазы способны самопроизвольно коагулировать или коалесцировать, переходя от мелких частиц к более крупным.
В лиофильных дисперсных системах происходит интенсивное молекулярное взаимодействие между фазами, возникающее вследствие
незначительного различия в их полярностях и приводящее к взаимной
растворимости образующих эти фазы веществ. В таких системах свободная поверхностная энергия на границе раздела фаз очень мала, но не
равна нулю, что способствует самопроизвольному образованию их в
виде двухфазных, предельно высокодисперсных систем ― коллоид-
ных растворов.
Лиофобные дисперсные системы в отличие от лиофильных нуждаются в стабилизации, т.е. требуют введения веществ, адсорбирующихся
на поверхности частиц дисперсной фазы и образующих защитные слои,
предотвращающие сближение частиц друг к другу.
По степени структурирова нности дисперсные системы бывают
бесструктурными со свободными частицами дисперсной фазы ― золи
(коллоидные растворы), агрегатное состояние которой определяется
дисперсионной средой, и структурированные дисперсные системы ―
гели. К ним также относят пены или концентрированные эмульсии.
При довольно прочной пространственной решетке такие дисперсные
системы приобретают некоторые свойства твердых тел независимо от
агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды в отдельности. Структурированные дисперсные системы обладают достаточно высокой структурной вязкостью и упругостью формы. При разрушении пространственной структуры структурированные дисперсные
системы переходят в свободнодисперсные системы, т.е. переход золь в
гель является обратимым процессом и называется тиксотропией.
По топографическому признаку дисперсные системы разделяются
по форме: частицы дисперсной фазы могут быть в виде листочков, чешуек, которые по двум направлениям (длина и ширина) могут иметь
большие размеры, а по третьему (толщине) ― малый размер. Также
частицы могут быть в виде нитей или волокон с большой длиной и малой толщиной. Если д исперсная фаза мала по трем направлениям, то ее
28
частицы можно рассматривать как эквивалентные по дисперсности кубы или шары. По распределению в пространстве дисперсные системы
разделяют на трехмерные, двухмерные и одномерные системы. В трехмерной дисперсной системе распределение частиц происходит в ее
объеме; в двухмерных и одномерных дисперсных системах ― частицы
распределяются в виде дисперсного покрытия (одночастичного слоя)
на поверхности данной фазы (тела) или внутри нити (волокна).
Дисперсность пигментов. Дисперсность в значительной степени
влияет на свойства пигментов и пигментированных материалов и покрытий. К ним относятся укрывистость, красящая способность цветных
пигментов и разбеливающая белых, реологические свойства, агрегативная и кинетическая устойчивость, цвет. Последний меняется в достаточно широких пределах при постоянстве химического состава и
кристаллической структуры пигмента.
На дисперсный состав пигментов оказывает значительное влияние
способ их синтеза, и он существенно изменяется на завершающих стадиях таких, как сушка, размол сухой или мокрый, микронизация (измельчение на струйных мельницах). Также дисперсный состав изменяется в результате длительного хранения.
Порошковые пигменты ― это агрегаты, образованные из первичных частиц, которые были получены в ходе химической реакции
при осаждении пигментов из растворов и прокоагулировании еще на
стадии их синтеза. Агрегаты при взаимодействии с отдельными частицами образуют непрочные коагуляционные структуры ― агломераты.
В среде пленкообразователя коагуляционные структуры пигментов связываются прослойками компонентов жидкой фазы, адсорбирующихся
на их поверхности. В таком виде коагуляционные структуры представляют собой флоккулы.
Первичные частицы могут иметь различную форму ― параллелепипедов, пластинок, чешуек, сдвоенных пирамид, игл. Вследствие механической обработки во время размола первичные частицы могут
приобретать практически сферическую форму.
Дисперсный состав пигментов и пигментированных материалов
оценивают следующими методами:
1) микроскопия в оптическом диапазоне (размер частиц > 0,25 мкм);
2) электронная микроскопия (размер частиц от 0,001 до 1 мкм);
3) метод контактной микрорадиографии;
4) методы ультрамикроскопии;
5) метод седиментации в гравитационном (размер частиц не менее
0,5 мкм) или центробежном (размер частиц от 0,001 до 10 мкм) поле;
29
6) ситовый анализ, основанный на сухом или мокром просеивании
образца через набор сит с уменьшающимися отверстиями и с последующим определением массы фракции на каком-либо сите (размер частиц > 40 мкм).
3.5. СВЕТОСТОЙКОСТЬ И ФОТОХИМИЧЕСКАЯ
АКТИВНОСТЬ ПИГМЕНТОВ
В большинстве случаев пигменты, как неорганические, так и высококачественные органические, способны сохра нять свой цвет под действием света. Эта характеристика пигментов, отвечающая за сохранение цвета при воздействии солнечных лучей, называется светостойкостью. Но все же световое излучение может приводить к структурным
изменениям или изменениям в составе неорганических пигментов, что
влияет начистоту цвета и цветового тона таких пигментов. Цвет может
изменяться необратимо и обратимо. В последнем случае это явление
называется фототропия.
В основном цвет изменяется за счет протекания фотохим ических
окислительно-восстановительных реакций в самом пигменте или в дисперсной системе пигмент ― пленкообразователь. Световое излучение
значительно влияет на изменение цвета таких пигментов, как железная
лазурь, свинцовые кроны, если в них присутствуют другие пигменты,
являющиеся носителями основных свойств. Фототропия характерна для
литопона и диоксида титана.
Фотохимические реакции в пигменте или в дисперсной системе
пигмент ― пленкообразователь в основном вызваны светом, спектр
которого обладает малой отражательной способностью пигмента.
Обычно это коротковолновая ультрафиолетовая область спектра.
Светостойкость определяется по изменению светлоты или по полному изменению цвета во время облучения в стандартных условиях.
Есть такие пигменты, которые под действием света способны ускорить сенсибилизацию окислительно-восстановительных процессов, что,
в свою очередь, приводит к деструкции пленкообразователя около поверхности пигментных частиц. Это свойство пигментов получило название фотохимическая активность. Она зависит от химической природы пигментов, размера и формы их частиц, параметров кристаллической решетки и ее дефектности. Дисперсность частиц также оказывает
влияние на фотохимическую активность пигмента. Оно обусловлено
изменением площади поверхности, на которой протекают фотохимические процессы в пигментированном покрытии.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]