1.2 Вклады групп в мольную рефракцию

После подстановки числовых значений получим R_LL =102,87 см³/моль;R_{G d} = 175,585 см³/моль.

Выразим показатель преломления в явном виде:

Определим расчетный показатель преломления для полиэфирного лака плотностьюq = 1,23 г/см³иМ = 388 г/моль по формулам (1.7) и (1.8):п.. = 1,566;n_GD = 1,556. Экспериментальное значение пока­зателя преломления для этого лака составляетП_э = 1,571. Таким обра­зом, расчетные значения имеют вполне приемлемую точность.

Показатель преломления твердых прозрачных пленок определяют с помощью микроскопа МБИ-1.

При переходе света через границу раздела двух сред с различными плотностями происходит преломление световых лучей, т. е. во второйсреде световые лучи изменяют направление распространения.

При этом луч, падающий на поберхность раздела нормально к по­верхности, и луч преломления лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления — величина постоян­ная для данных двух сред и называется относительным показателем преломления второй среды по отношению к первой: sina/sin0= л₂1.

Если рассматривать предмет через плоскопараллельный слой прозрач­ной лаковой пленки, имеющей большую оптическую плотность, чем плот­ность воздуха, то вследствие преломления световых лучей на обеих плоских поверхностях слоя рассматриваемый предмет будет казаться нам приподнятым, т. е. расположенным ближе, чем в действительности,на величину, зависящую от толщины слоя и показателя его преломления. Это явление и положено в основу данного метода определения показате­ля преломления.

Рассмотрим ход лучей через плоскопараллельный слой лаковой пленки. Предварительно на исследуемой пленке толщиной d наносят метки-штрихи (крестиком) на обеих поверхностях одна против другой.

Определим показатель преломления в точке О (метку-штрих) на нижней поверхности пленки (рис. 1.2). Проведем из точки О два световых луча:ОВ иОС. После преломления эти лучи, выходя из слоя пластинки в точкахВ иС, пойдут по направлениямCD иBE, т. е. отклонятся от пер­пендикуляра на угол а, как и всякий другой луч, идущий под углом к поверхности разделаMN пленка - воздух. Не преломляется только лучОА, идущий перпендикулярно к поверхности раздела. Наблюдая сверху, мы увидим точкуО на пересечении продолжения лучейCD иBE, т.е. в точкеОу. Таким образом, точка О покажется нам приподнятой, распо­ложенной ближе на величину00х. Обозначив истинную толщину пленки лака черезd, величину кажущегося поднятия череза, получимd - а -кажущуюся толщину пленки. Количественная связь между показателем преломления лаковой пленкип, ее толщинойd и величиной а кажущего­ся поднятия изображения точки (опуская промежуточные преобразова­ния по рис. 1.2) выражается формулой

При определении показателя преломления с помощью микроскопа МБИ-1 на столик микроскопа помещают исследуемую пленку толщи­ной d, на обе поверхности которой нанесены крестиком метки-штрихи. Микроскоп фокусируют на метку, на нижней поверхности пластинки. Но в результате преломления света нижняя метка будет казаться распо­ложенной ближе, т.е. приподнятой на величинуа. Поэтому фактически микроскоп фокусируется на мнимом изображении нижней метки (рис.1.3).

Пусть Р - расстояние между объектом микроскопа и мнимым изоб­ражением нижней метки. Поднимаем тубус микроскопа и фокусируем его на метку, находящуюся на верхней поверхности лаковой пленки. Для этого поднимем тубус микроскопа на величину х, равнуюd_x, так чтобы расстояние от объектива до верхней мет^и лаковой пленки вновь

Рис. 1.2. Схема хода лучей через плоскопараллельную лаковую пленку

Рис. 1.3. Фокусировка микроскопа на мнимое изображение нижней метки-штриха равнялось В. Таким образом, перемещение микроскопа на величинух при фокусировании последовательно на нижнюю и верхнюю поверх­ности лаковой пленки дает непосредственно кажущуюся толщину плен­киdy =x. Поэтому, зная величины истинной толщины пленкиd и переме­щения тубуса микроскопаd, равную кажущейся толщине лаковой плен­ки, можно вычислить показатель преломленияп по формуле(1.9).

Цвет покрытий. Цвет и степень контрастов между фоном и предмета­ми оказывают большое влияние на восприятие объема, формы и поло­жения предметов в пространстве. Поэтому цвет всегда выступает как одно из основных декоративных свойств поверхности лакокрасочного покрытия. Помимо функционального значения цвет обладает и само­стоятельными художественными возможностями, поэтому нужно учиты­вать его эмоциональное воздействие. Цвет как композиционное средство должен быть согласован с другими средствами композиции. В восприя­тии цвета важную роль играет особенность зрительного аппарата челове­ка. Наиболее правильное представление о цвете поверхности можно получить при солнечном освещении, когда видимые световые волны количественно распределены достаточно равномерно. Лампа накалива­ния дает все видимые световые волны, но уже неравномерно распреде­ленные. При освещении ими в восприятии цвета происходят искажения вследствие различия количественного отражения света различных волн, т. е. яркости различных цветовых поверхностей. Если источник излучает не все видимые волны, соответствующие цвета или не воспринимаются или сильно искажены. Например, при освещении натриевыми лампами, излучающими только желтый цвет, все цвета, кроме желтого, воспри­нимаются серыми.

Однако цветовые искажения, вызываемые неодинаковой интенсив­ностью излучения различных волн, могут быть компенсированы так называемым явлением константности цвета. Чувствительность глаз к цвету обратно пропорциональна коэффициенту отражения каждой из видимых волн, составляющих этот цвет. Так, если излучается больше желтого и меньше синего света, чувствительность к первому снижается, а ко второму возрастает. Поэтому при таком освещении окрашенные поверхности вследствие снижения чувствительности к желтому цвету практически воспринимаются такими же, даже несколько светлее. Повышение чувствительности к фиолетовому цвету позволит лучше воспринимать цвет, хотя поверхности темнеют из-за недостатка соответ­ствующих излучений лампами накаливания. Отмеченные особенности адаптации глаз к свету необходимо учитывать при выборе источников освещения при оценке качества покрытий.

В технике отделки древесины для создания цветных прозрачных покрытий можно окрашивать поверхность самой древесины, или нано­сить прозрачные окрашенные лаки.

Чтобы придать цвет лакокрасочному материалу без существенного изменения прозрачности и не вуалировать текстуру древесины, применяют добавки, способные поглощать волньгнежелательных длин волн видимо­го света, отражать световые лучи, длина волн которых соответствует желаемому цвету, и пропускать остальные. Такие вещества называются красителями. Обычно это органические вещества, причем показатели пре­ломления красителя, лакокрасочного материала и древесины не оченьразличаются. В этом случае размер частиц, даже если они полностью не растворяются, мало влияет на характеристики прохождения света. Производство широкого ассортимента красителей экономически и технически затруднено, поэтому используют смеси красителей.

В спектре разложения белого цвета доминируют красный, зеленый и синий цвета, которые называются основными. Сложением пучков света этих основных цветов в различных сочетаниях можно получить все цвета спектра (аддитивный способ сложения цветов). При сложении попарно двух первичных цветов в одинаковых количествах получаются следую­щие новые цвета: красный + синий = пурпурный; красный + зеленый = = желтый; синий + зеленый = голубой. Полученные новые цвета называ­ются вторичными.

Помимо смешения цветов путем их сложения (аддитивное смещение) существует и другой метод смешения, основанный на вычитании цветов (субстрактивное смешение). Оказывается, что комбинированием вто­ричных цветов можно прийти к исходному цвету. Например, пурпурный и желтый образуют красный цвет, так как только красный может про­пускаться обоими этими цветами. При использовании трех вторичных цветов, каждого в отдельности или парами в одинаковых количествах, образуются шесть цветов (табл. 1.3). Используя их в различных долях, можно получить полный круг цветности, включающий разные "цветовые тона".

1.3. Схемы субстрактивного смешения
Видимые вторичные цвета или их смеси	Пропускаемый свет (видимый цвет)	Поглощаемый цвет
	Вторичные цвета
Пурпурный Желтый Голубой	Синий и красный Красный и зеленый Зеленый и синий	Зеленый Синий Красный
	Смесь вторичных цветов
Пурпурный + желтый Желтый + голубой Голубой + пурпурный	Красный Зеленый Синий	Зеленый + синий Синий -1- красный Красный + зеле­ный
Пурпурный + желтый + + голубой	Черный	Красный + зеле­ный+ +синий

По способности к растворению красители для лакокрасочных мате­риалов делятся на спирторастворимые (растворимые в спиртах, кетонах, простых и сложных эфирах) и маслорастворимые (растворимые в аро­матических соединениях, содержащих аминные, азотные группы).

Выбор красителя для данного лакокрасочного материала проводится с учетом растворимости красителя и полимера в одном из упомянутых растворителей. Для древесины используются, как правило, водораство­римые.

Цвет покрытия определяется с помощью спектрофотометров по коэф­фициенту пропускания или отражения для всех спектральных цветов видимого света.

Таким образом, качественные характеристики цвета, его чистота, выразительность, декоративность являются теми образами-ощуще­ниями, из которых складывается представление о качестве .(внешнем виде) покрытия.

Блеск лакокрасочных покрытий. При оценке внешнего вида покры­тия необходимо учитывать также блеск покрытия, зависящий от его структуры и гладкости поверхности.

Физические свойства поверхностного слоя лакокрасочного покрытия проявляются при оценке блеска по отражению, поглощению и рассеи­ванию светового потока. На поверхности, отражающей свет в определен­ном направлении, усиливается блеск. На поверхности, обеспечивающей диффузное отражение падающего на него света, блеск ослабляется.

Отношение количества света, отраженного от поверхности лакокра­сочного покрытия, к количеству падающего на нее света рассчитывают по формуле Френеля

где I_r- интенсивность отраженного света;I_e - интенсивность падаю­щего света; φ— угол падения;ψ— угол преломления.

Как следует из формулы (1.10), основное влияние на блеск покры­тия оказывают оптические свойства, зависящие от поглощения и пре­ломления света, которые, в свою очередь, определяются структурой лакокрасочного покрытия и свойствами лакокрасочного материала.

Применяемые для отделки древесины структуры лакокрасочных покрытий можно разделить на три типа:

1) поверхность с волнами с регулярным шагом, характеризуемая шелковистым блеском (полублеск или полуглянец); 2) шероховатая поверхность с волнами, вершины и впадины которых скруглены, харак­теризуемая слабым матовым блеском, структура древесины хорошо просматривается; 3) оптически гладкая поверхность с микронеровнос­тями, высотой меньше половины длины волны видимого света, характеризуемая зеркальным блеском. Оптическая гладкость поверхности обеспечивает максимальную прозрачность покрытия, в результате чего структура древесины просматривается под покрытием особенно четко.

Образование покрытий с волнистой поверхностью характерно для использования лаков, высыхание которых сопровождается значительной усадкой, пропорциональной толщине слоя лака. Поэтому при нанесе­нии слоя лакокрасочного материала на древесину с порами и капилляра­ми, каким бы ровным не получался этот слой, при высыхании лак будет втягиваться в поры (проседать), образуя характерную бороздчатую структуру лакокрасочного покрытия. Формирование зеркально глад­ких структур, покрытий при использовании лаков со значительной усад­кой можно только при условии заполнения всех неровностей поверхнос­ти за счет перераспределения лака с вершин неровностей во впадины или наращивания микроскопически тонких пленок на волнистых поверх­ностях и создания структуры, близкой к оптически гладкой.

Оптически гладкие поверхности получают при использовании лаков, пленкообразование которых происходит в результате полимеризации без испарения растворителей и не сопровождается значительной усадкой. Получение таких покрытий без специальных операций по облагоражи­ванию затруднено тем, что кроме неровностей подложки на поверхности лакового покрытия могут быть дефекты, вызванные недостаточным розливом, неравномерным нанесением лака, дефектами отверждения, наличием пыли на поверхности лака, неравномерным всплытием пара­фина у полиэфирных лаков и др.

Покрытие после отверждения приобретает структуру, которая схема­тически показана на рис. 1.4. Неровности такого покрытия можно услов­но разделить на волнистость (неровности с большим шагом L) и шерохо­ватость (неровности с малым шагомВ). Устранение волнистости, т. е. выравнивание поверхности, осуществляют на практике шлифованием покрытия, шероховатости устраняют полированием с применением абра­зивных паст.

Применяя лаки, содержащие матирующие добавки, или обрабатывая лакокрасочные покрытия тонкими абразивными материалами, специаль­ными металлическими сетками или металлической шерстью, можно получать покрытия с матовой структурой. Физические свойства поверх­ности с матовой структурой определяются изменением показателей отражения и преломления пучка света по сравнению с показателями зеркального отражения и преломления света, описываемым формулой (1.10). При падении света на шероховатую поверхность его угловое распределение в отраженном и преломленном пучках изменяется по сравнению с распределением в падающем пучке подобно тому, как это происходит при прохождении света через неоднородную среду. Наблю­дается рассеяние отраженного и прошедшего света.

Согласно представлениям, впервые предложенным Бугером, матовая поверхность состоит из множества микронеровностей, каждая из кото­рых ограничена рядом плоских граней, обращенных в разные стороны. Она характеризуется распределением элементарных зеркальных площа­док по углам наклона к макроповерхности. Отражение и преломление света элементарной площадкой определяются ее наклоном к макроповерхности, что дает возможность делать заключение о фактуре поверх­ности по угловому распределению рассеянного света. Такое представле­ние применимо, когда лакокрасочный материал прозрачен и светопрони­цаем и рассеяние происходит только на поверхности.

Для лакокрасочных материалов чаще всего наблюдается одновремен­но рассеяние поверхностью и рассеяние на неоднородностях внутри мате­риала (матирующих добавках).

Таким образом, структура поверхности покрытия и свойства лако­красочных материалов оказывают влияние на блеск и прозрачность покрытия. При диффузном отражении от матовых покрытий снижается прозрачность и как бы вуалируется текстура и цвет подложки.

В настоящее время оценка качества глянцевых и матовых покрытий носит субъективный характер. Блеск не является четко определяемой физической величиной, он воспринимается зрением и осязанием. Внеш­ний вид покрытия оценивают не только по поддающимся измерению показателям, но необходимо учитывать также физиологическое и психо­логическое воздействие его на наблюдателя. Поэтому с эстетической точ­ки зрения покрытие лаком изделия не всегда способствует лучшему выражению замысла конструкции. Несомненно, что при покрытии поверхности прозрачным лаком цвет древесины становится насыщеннее, а рисунок яснее.

При субъективной оценке блеска не может быть достигнуто постоян­ство результатов. Органы зрения отдельных индивидуумов различны по чувствительности, которая меняется у каждого человека с возрастом. Достоверность результатов субъективной оценки блеска может быть достигнута в определенной степени по теории вероятности.

Впечатление от блеска не поддается прямому количественному опре­делению без применения условных переходных критериев. Большинство методов измерения блеска поверхности основано на преобразовании отдельных явлений, сопутствующих блеску, в формы, поддающиеся количественному измерению.

Рис. 1.4. Структура лакового по­крытия на древесине: δ₀ — общая толщина нанесенного покрытия; а — толщина слоя, уда­ляемого при выравнивании;с — толщина слоя, удаляемого при поли­ровании; δ_к — толщина слоя готово­го покрытия

Суждение о блеске поверхности можно строить условно по заметным глазу изменениям блеска. При таком методе оценки сравнение отделан­ных поверхностей по блеску может осуществляться только в определен­ных границах, вне которых сравнение теряет смысл. Мы можем сравни­вать блеск материалов, одинаковых по структуре и цвету. Сравнение блеска поверхностей должно строиться на основе физических закономер­ностей оптики.

Из формул 1.10 видно, что отношение интенсивности отраженного потока к интенсивности падающего будет приближаться к единице при увеличении ψ. При постоянном φ это соотношение будет увеличи­ваться при увеличении коэффициента преломления: n = sin φ/sin ψ.

Если принять значение п= 1,5, которое характерно для многих поли­мерных материалов, то уравнение Френеля можно представить графи­чески (рис. 1.5).

Распределение света, диффузно отраженного поверхностью (рис. 1.6), подчиняется закону Ламберта, описываемому следующим выражением:

где I— поток, отраженный под углом;I₀— нормально отраженный

поток.

Из рисунка следует, что весь отраженный поверхностью поток света рассеивается в пространстве полусферы. Поскольку часть падающего на поверхность света поглощается ею, то количество падающего на по­верхности света всегда больше отраженного. Если на поверхность напра­вить луч под углом <р = 90 °, то по закону Ламберта интенсивнось диф­фузно отраженного света должна быть равна нулю. Практически этого не бывает, так как поверхность физически не однородна.

Рис. 1.5. Зависимость соотношения отраженного света и падающего от угла встречи

с поверхностью (п — 1,5)

Рис. 1.6. Схема отражения светового потока: 1a — падающий поток;/₀ — нормально отраженный поток; / —поток, отраженный

под углом φ

Она состоит из участков с различными коэффициентами преломления, в результате чего будет происходить различное отражение. Кроме того, размеры ис­точника света и расстояние его от поверхности никогда не обеспечивают равенство углов падения различных путей всего потока.

На поверхности всегда имеются неровности, размеры которых могут быть больше или меньше длины световой волны или равны ей. Во вто­ром случае (рис. 1.7, б) всю поверхность можно представить состав­ленной из большого числа элементарных участков, наклоненных относи­тельно друг друга. Отраженный ими свет будет интегрироваться из отдельных различно направленных пучков света. Направление этихпучков света будет предопределяться направлением нормали к элемен­тарным участкам поверхности, которые не будут совпадать. В таком случае получается рассеянное отражение.

Рис. 1.7. Отражение света шероховатыми

поверхностями: а — зеркальное; б — рассеянное;в —

диффузное; D — диаметр шероховатости;X— длина

световой волны

Рис. 1.8. Кривые, характеризующие блеск

по отражению и рассеиванию светового

потока

Рис. 1.9. Схема рефлектоскопа Р-4: 1 — цилиндр из молочно-белого оргстекла 2 — десятистрочная оценочная шкала из фотопленки;3 — рефлектор;4 — электри­ческая лампочка на 3,5 В и 0,28 А; 5 — корпус прибора;6 — экран с прорезью; 7 — окуляр с очковой линзой в 5 О;8 — контролируемая поверхность

Более сложными и менее объяснимыми будут явления при отражении света поверхностью, у которой размеры неровностей равны или меньше длины световой волны. В этом случае получается более дифференциро­ванное отражение — диффузное (рис. 1.7, в).

Если в расположении площадок наблюдается некоторое преобладаю­щее направление, то появляется и преобладающее направленное отраже­ние, т. е. блеск (рис. 1.7,а).

Таким образом, задача определения блеска покрытия сводится прак­тически к определению соотношения количеств зеркально и диффузно отраженного света. Графически это может быть представлено в виде кривой (рис. 1.8). Высота кривой характеризуется соотношением I_r/I_е, а ширинаН — качеством поверхности. При увеличении ширины кривой отражения четкость изображения уменьшается. Чем выше кривая отра­жения и чем уже она, тем более блестящая поверхность.

Следовательно, отраженный от поверхности лакокрасочного покры­тия свет можно рассматривать и оценивать как интегральное проявление следующих явлений: правильного зеркального отражения всей поверх­ностью плёнки; диффузного отражения от поверхности; прохождения сквозь прозрачную пленку и отражения света от подложки; диффузного прохождения света сквозь отдельные частички наполнителя.; отражения света от загрунтованного слоя подложки; диффузного отражения от наполненного порозаполнителем слоя.

На черной поверхности, покрытой прозрачной пленкой, наблюдаются только два первых явления, а на окрашенных поверхностях и покрытых прозрачной пленкой — все явления.

При оценке блеска по кривой отражения света возможно сочетание значений высоты кривой и ее ширины таким образом, что увеличение одного значения в какой-то степени может быть компенсировано умень­шением другого, что при визуальной оценке не может быть замечено. Чет­кость изображения на блестящей поверхности характеризуется значе­нием высоты кривой (рис. 1.8), а яркость отражения — шириной кри­войН.

Блеск лакокрасочных покрытий измеряют с помощью фотоэлектри­ческого блескомера ФБ-2. Однако применение этого прибора при оценке блеска покрытий на подложке из древесины связано с двумя затрудне­ниями.

Показатель блеска, получаемый с помощью блескомера ФБ-2 и анало­гичных ему приборов, при прочих равных условиях зависит лишь от площади тех участков поверхности, которые отражают свет в главном направлении, и почти не зависит от высоты неровностей покрытия. Кроме того, при углах падения света, близких к 45 °, лишь 5 % падаю­щего света отражается поверхностью лакового покрытия. Большая же часть света, проходя через прозрачную пленку, подвергается изби­рательному поглощению и отражению древесиной. Поэтому показания приборов зависят не только от структуры поверхности лакового покры­тия, но и от цвета древесины.

Этих недостатков лишен метод оценки блеска покрытий по четкости изображения на нем окружающих предметов или нити накаливания источника света. Поэтому принципу работает рефлектоскоп Р-4 (рис. 1.9). Матовые покрытия оценивают по параметру шероховатости Ra , которыйопределяют с помощью профилографа-профилометра.

Контрольные вопросы. 1. По каким признакам классифицируются защитно-декоративные покрытия? 2. Назовите особенности, которые оказывают непосред­ственное влияние на результаты отделочных операций. 3. Какие требования к защитно-декоративным покрытиям необходимо учитывать при эксплуатации из­делий? 4. Назовите основные декоративные свойства древесных материалов. 5. Из каких показателей складывается характеристика цвета древесины? 6. Дайте опре­деление блеска древесины. 7. Дайте определение текстуры древесины. 9. По каким признакам определяют декоративные свойства лакокрасочных покрытий?

33