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    1. 影響金屬漆正側面亮度和白度的幾個因素?

      2022-03-23 11:25:14 772

      金屬閃光漆是以透明有機顏料和片狀效應顏料如鋁粉、珠光粉、銅金粉等配制成的具有顆粒狀閃爍效果的一類涂料,涂裝后在光源照射下,漆膜中的片狀顏料交輝閃爍,呈現出強烈的金屬質感,并且隨著觀察角度的變化呈現出層次豐富的明暗和色調變化,給人以奢華艷麗的視覺沖擊,因而成為面漆涂裝的主流,其用量已超過面漆涂裝需求的70%。金屬閃光漆雖然色彩艷麗明快,修補卻是一大難題,由于受效應顏料的定向、粒徑大小等影響,在金屬漆修補時,很難在各個角度都做到與原漆膜一致。而現在面漆修補又追求快速,甚至達到了立等可取的程度,所以在金屬漆修補調色時的基本要求是達到正面與原漆膜一致,兼顧側面效果,修補目視色差的控制則通過過渡的手法來實現,但是此種方式處理常常仍會有色差存在,并且采用過渡的手法修補有時需要擴大修補面積,增加成本。本文介紹了影響金屬漆正側面亮度、白度的幾個因素,可以在調色時盡量做到正側面一致,減少目視色差。

      1、金屬漆的隨角異色效應及原理

      隨角異色效應是指隨觀察角度的不同,顏色會呈現出明度和色調不同的一種光學效應,一般是由片狀效應顏料如鋁粉或珠光粉對入射光的不同散射和反射方式所導致,而納米金屬氧化物和干涉珠光能使閃光漆的隨角異色效應更加強烈和豐富。

      1.1不同入射光下的隨角異色

      對于金屬底色漆加罩光清漆的涂層體系,入射光線會先在清漆層發生反射和折射,折射光再在金屬漆層發生反射;對于不同的入射光線,根據折射定律可知,入射角越小,則折射角越小,折射光強度越大;所以平行于法線的0°入射光(圖1b)有最強的折射光在金屬漆層發生反射,在鏡面反射角觀察呈現最強烈的金屬質感;對于入射角逐漸增大的入射光(圖1a),其折射光強度也逐漸變弱,在金屬漆層反射后的鏡面反射光逐漸呈現暗灰色,這在銀灰色涂裝時則顯得尤為明顯。

      圖 1 不同角度入射光下的隨角異色

      1.2不同觀察角度下的隨角異色效應顏料對光線的反射率較高,比如鋁粉對可見光、紫外光和紅外光的全反射率就高達75%~80%,而其中鏡面反射率可能達到40%~60%,所以在入射光線不變,改變觀察角度或觀察角度不變,改變入射角時,在接近鏡面反射處觀察,效應顏料產生最強反射,此處亮度最高,在遠離鏡面反射角處觀察,則以漫反射為主,亮度偏暗沉。為評估金屬漆的色差,發展出了5°、6°甚至12°的多角度色差儀,其中5°色差儀最為常用,其原理如圖2所示,在與鏡面反射角成15°、25°、45°、75°和110°的位置分別設置傳感器,模擬采集不同觀察角度下的顏色數據。其中15°和25°接近于鏡面反射,其顏色受效應顏料的影響最大;75°和110°角遠離鏡面反射,以漫反射為主,主要受著色顏料的影響;45°角為直視角,受效應顏料排列的雙重影響,能較好地反映人眼的視覺效果 。


      圖 2 不同觀察角度下的隨角異色

      1.3納米二氧化鈦和珠光顏料產生的隨角異色效應BASF的配色專家Sol Panush把類似片狀金屬的顏料,主要指云母珠光歸為第二代效應顏料,把納米金屬氧化物歸為第三代效應顏料。納米二氧化鈦粒徑較小,在10-50 nm,雖然此粒徑下對可見光的透射能力很高,但是仍能散射可見光中的短波藍色光。納米二氧化鈦只有在與其他片狀效應顏料如鋁粉或云母珠光粉拼用時才會產生隨角異色效應,納米二氧化鈦散射短波的藍色光獲得呈藍色相的散射角,而透射的較長波長的綠色至紅色光被片狀顏料反射,形成金黃色的正視角,從而增強了金屬漆的深度與層次感。

      對于珠光顏料,其表面具有與鋁粉顏料相似的對入射光線的散射和反射作用,從而引起不同觀察角度下明暗的變化,此外更具有在其多層結構中干涉產生的顏色變化。常用的透明或半透明的云母鈦型珠光顏料干涉色主要產生在鏡面反射角方向,在其他散射角度觀察時則顯示出干涉色的補色或底材的本色,同樣也會呈現隨角異色效應。

      2影響金屬漆正側面亮度的因素

      2.1顏料粒徑及粒徑分布的影響

      金屬閃光漆的隨角異色效應主要由平行排列的效應顏料對光線的反射引起,而效應顏料具有一定的厚度,除表面反射光線外,其側面邊緣同樣會反射光線,且以漫反射為主。以鋁粉為例,鋁粉的邊緣不如表面規整,存在比表面更大程度的散射,而且側面成豎環狀,照射到鋁粉側邊的光線反射角方向也與表面不同。正是邊緣與表面的這種光學差異,使得即使鋁粉疊置時也能明顯區分其邊緣,從而使金屬漆具有強烈的顆粒閃爍感。如圖3所示,鋁粉粒徑大,正面有更大的反射面積,呈現更強烈的閃爍感,側面散射光線更少,目視側面更暗,正側面對比明顯,金屬感更強烈。鋁粉粒徑越細,顆粒越多,正面反射面積小,由鋁粉邊緣產生的漫反射越強,側面亮度也就相對越高,隨角異色效應較弱。此外當使用粒徑分布窄的鋁片時,其面視和側視明亮度間的反差較粒徑分布寬的顏料要高,即粒徑分布越窄的鋁粉隨角異色效應更明顯。圖 3 不同粒徑鋁粉邊緣對光的散射

      2.2效應顏料形狀的影響

      非浮型的片狀鋁粉在金屬閃光漆中最為常用。其中最常見的為銀元形和玉米片形鋁粉,如圖4所示。玉米片型鋁粉由于在球磨過程中存在鋁粉的破裂、熔接,粘附等情況,因而形狀不規則,邊緣不平滑,表面相對粗糙,粒徑分布較寬,在光線照射到鋁片表面時,鏡面反射率不高,產生較多的漫反射;銀元形鋁粉采用特殊工藝制備,有些表面還經拋光,邊緣也更加光滑,在光線照射到鋁片表面時,以鏡面反射為主。所以玉米片形鋁粉的正側面明暗對比不如銀元形鋁粉,銀元形鋁粉側面的白度更高。

      圖 4 銀元型與玉米片型鋁粉

      2.3定向助劑的影響

      閃光漆要具有良好的外觀效果取決于良好的效應顏料的定向,通過添加醋酸丁酸纖維素或硝化棉,獲得較快的溶劑釋放性,在噴涂后,溶劑迅速揮發,漆膜收縮,效應顏料在收縮力作用下接近水平排列,如圖5所示,此時大多數入射光都在鏡面反射角反射,正面有最大亮度,而側面的散射光線很少,目視感覺偏暗沉,隨角異色效應強烈。

      圖 5 平行定向的鋁粉光路

      金屬漆在使用大量的定向蠟或消光劑時,濕膜具有一定的觸變性,限制了濕膜中效應顏料的隨機移動,從而幫助實現了效應顏料的定向,獲得均勻一致的濕膜表面。隨后,由于定向蠟或消光劑與基料樹脂的收縮程度不同,隨著漆膜中溶劑的揮發,基料樹脂收縮,定向蠟或消光劑上的漆膜變薄,定向蠟或消光劑逐漸凸出于漆膜,形成粗糙表面,這使得定向劑處的效應顏料不能平行排列,如圖6所示。在光線照射到漆膜表面時,部分光線被非平行排列的效應顏料反射至平視面,降低了漆膜正側面明暗的對比程度;隨著定向劑用量的增加,平行排列的效應顏料逐漸減少,反射至平視面的光線逐漸增加,最終會發生正側面明暗的翻轉。


      圖 6 定向劑對效應顏料排列和光路的改變

      2.4高遮蓋顏料的影響

      金屬漆中為保證良好的金屬質感和閃光效果,所采用的顏料一般都為具有高透明性的有機顏料。有時為提高遮蓋力或為提高側面白度,會加入少量高遮蓋無機顏料。如圖7所示,由于無機顏料主要是通過對光的散射來呈現顏色,所以部分入射光線會被覆蓋于效應顏料上的顏料粒子所散射,使側面散射光線增加,側面亮度增加,并呈現遮蓋顏料的色相;而由于有無機顏料粒子的覆蓋,效應顏料的目視粒徑減小,反光面積變小,通過效應顏料反射的光線也減少,正面亮度降低,涂膜整體的隨角異色效果減弱。

      圖 7 無機顏料對漆膜光路的影響

      2.5

      珠光顏料的影響

      珠光粉是由不同折射率的材料組成的多層復合片狀效應顏料、其呈色的光學原理比較復雜,存在光的多次的折射、反射、干涉以及透射,如圖8所示。從鏡面反射角觀察,反射最強,亮度最大并呈現干涉色;從側面觀察,由于珠光本身的透明性,部分光線會透射并在底色上被散射,呈現出底色的顏色;在鋁粉漆中加入云母鈦型珠光后,與純的鋁粉漆相比,側面散射光線會增強,側面亮度增加。關鍵詞:關鍵詞:水性色漿,涂料色漿,紡織色漿,UV,通用色漿,輕防腐色漿,木器漆色漿,乳膠色漿,工業涂料色漿。圖 8 珠光光路示意圖

      3結語

      金屬漆正側面的亮度與效應顏料種類、形狀、粒徑、定向等有關。效應顏料粒徑越大、形狀越規整,鏡面反射越強烈,正面亮度越高,側面亮度越低,隨角異色效應越強。效應顏料平行定向越好,正面亮度越高;定向蠟、消光劑會改變效應顏料的排列方向,使側面變亮;遮蓋顏料、珠光粉的加入也會使側面變亮變淺。


      來源:涂層與防護

      完整內容請見《涂層與防護》2022-1期

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