Лако-красочные материалы — производство

Если способность человеческого глаза воспринимать цвет отно­сится к области чувств, то измерение цвета характеризует его фи­зические свойства. В связи с этим одна из основных проблем ко­лориметрии состоит в том, чтобы интерпретировать результаты физических измерений цвета в соответствии с восприятием его гла­зом.

Известно, что всякое излучение в зависимости от длины волны (воспринимается сетчатой оболочкой глаза по-разному: от 400 до 430 ммкм — как фиолетовое, от 430 до 485 ммкм — как синее, от 485 до 570 ммкм — как зеленое, от 570 до 585 ммкм — как желтое, от 585 до 610 ммкм — как оранжевое и более 610 ммкм — как красное[2].

Естественно, чтобы увидеть цвет окрашенного предмета, он дол­жен быть освещен светом. Цвет источника света, т. е. распреде­ление спектральной энергии излучения, освещающей объект, в зна­чительной степени влияет на характеристики окраски предмета. Это проявляется особенно заметно, если наблюдать предмет в сильно окрашенном или меняющемся свете прожекторов.

Для измерения цвета в соответствии с международной нор­малью используют лишь два источника: средний дневной свет (ис­точник С) и лампу накаливания (источник А). Свет, достигнув наблюдаемого объекта, частично отражается, частично поглощает­ся и частично преломляется. При измерении цвета оттиска обычно считают, что измеряемые объекты непрозрачны, поэтому оценива­ют лишь отраженную и поглощенную часть излучения. Фактор отражения определяется как отношение количества света, отражен­ного освещенным объектом, к количеству света, отраженного иде­ально белой поверхностью (для определенной длины волны па­дающего света). При этом идеально белая поверхность должна находиться в тех же условиях наблюдения и освещения, что и объ­ект. Ее отражение составляет 100%, т. е. она диффузно отражает весь падающий свет.

Измерив фактор отражения от какого-либо предмета при раз­личных длинах волн падающего света, можно построить кривую отражения, которая и является физической характеристикой цвета (рис. 6). На кривой видно, какая доля падающей энергии (равная для каждой длины волны) отражается образцом при каждой длине волны л. Эта световая энергия, равная Ек */?х, про­никает в глаз. Размещенные на сетчатой оболочке глаза чувстви­тельные к цвету рецепторы воспринимают эту энергию и трансфор­мируют ее в нервные сигналы, которые вызывают в мозге впечат­ления цвета. В результате многочисленных опытов установлено, что можно точно физически охарактеризовать восприятие цвета 78 человеческим глазом, если принять, что в сетчатой оболочке глаза существуют три рецептора различной спектральной чувствитель­ности.

Зоны спектральной чувствительности трех рецепторов глаза были определены опытным путем и обозначены X, у, 2. Один из центров возбуждения (г) наиболее чувствителен к синсму цвету, второй (у) обозначает зону чувствительности центра, реагирующе­го на зеленый цвет, третий (х) особенно чувствителен к красному цвету.

Энергия света, отраженная объектом, аккумулируется рецеп­торами в зависимости от их чувствительности к той или иной дли­не волны и посылается в мозг в виде нервных сигналов. При этом величина сигналов, посылаемых каждым из трех рецепторов, про­порциональна доле отраженного от объекта света соответствую­щей области длин волн, к которой данный рецептор наиболее чув­ствителен. Ее можно выразить как Е •/?>, ЕА •/?>, — ухи ЕА.

/?х. Тогда степень раздражения каждого рецептора выра­

Зится суммой этих величин, измеренных для каждой длины волны, например:

700 _

X ^ У, Ек /?х *>.;

400

700 __

100

700

2=2с, яха.

400

Подсчитанные гаким образом величины А”, У, I называются трихром этическим и составляющими.

Величины Е -х , Е — ух и Еу нормализованы и представ­лены в виде соответствующих таблиц, тогда как величина оп­ределяется по кривой отражения. Таким образом, трихроматиче — ские составляющие X, У, 1 характеризуют цвет с точки зрения восприятия его глазом по кривой отражения, т. е. по физической величине.

Чтобы графически представить цвет, можно нанести величины X, У, 1 в пространстве, изображающем цвет. Однако оказалось более удобным вначале рассчитать трихроматические коэффици­енты х, у и нанести их па план.

Коэффициент х характеризует долю красной составляющей X в сумме XJt-Y—Z, а коэффициент у представляет долю зеленого. Эти коэффициенты соответственно равны:

Таким образом, трихроматические коэффициенты составляют вместе Х1роматичность цвета, т. е. описывают цветовой тон и его насыщенность. В то же время яркость цвета не оказывает ника­кого влияния на величины х и у. Например, если удвоить все зна­чения отражения X, У и 1, величины х и у не изменятся. Мерой яркости служит трихроматическая составляющая У, так как было установлено, что рецептор, являющийся наиболее чувствительным к зеленому цвету, одновременно служит и для восприятия ярко­сти. Величина яркости может быть нанесена вертикально на хро­матический план.

Диаграмма цвета, построенная, по значениям х и у, имеет фор­му, похожую на треугольник (рис. 7).

Точка с координатами х= —; у =— представляет собой ней-

3 3

Тральную черно-белую точку С. В пространстве между черно-бе­лой точкой и кривой, ограничивающей треугольник, находятся все спектральные цвета различной насыщенности и цветового тона. 80

Все цвета одного и того же тона лежат на прямой, связывающей черно-белую точку с кривой. Равнонасыщенные цвета лежат на овальных кривых вокруг черно-белой точки. Величина яркости на­носится на перпендикуляр к плоскости треугольника в черно-белой точке. Таким образом, цвет может быть полностью охарактеризо­ван тремя величинами — трихроматическими коэффициентами х, у и яркостью У. Для расчета этих величин используют кривые зави­симости фактора отражения от длины волны, полученные с по­мощью специальных приборов.

Прибор для измерения цвета обычно состоит из четырех основ­ных элементов: источника света, монохроматора, держателя об­разца и фотоэлемента. От источника света (обычно лампы нака­ливания) требуется, чтобы он испускал непрерывный спектр, т. е. свет всех длин волн в интервале от 400 до 700 ммкм. Излучение от источника света попадает в монохроматор, который разлагает его на индивидуальные длины волн. Разложение белого света ис­точника на составляющие может осуществляться с помощью филь­тров. Свет, разложенный монохроматором, попадает затем на об­разец и на стандартный белый эталон. Оба они должны находить­ся в одинаковых условиях измерения и наблюдения. Свет, отра­женный как от белого эталона, так и от образца, попадает в ячей­ку фотоэлемента, с помощью которого определяется фактор отражения образца по отношению к эталону для каждой длины волны, выделенной монохрохматором. По результатам измерения строится кривая.

Результаты измерений существенно зависят от угла освещения и наблюдения образца и эталона. В настоящее время наиболее широко используются измерительные приспособления, в которых образцы освещают под углом 45°, а отраженный свет замеряют под углом 0°.

В соответствии с типом монохроматора аппараты делятся на спектрофотометры и колориметры с фильтрами.

С помощью спектрофотометра можно измерять спектральный фактор отражения и пропускания для каждой длины волны. Оп­ределение кривой отражения является наиболее точным методом измерения цвета. Кроме расчета трихроматических составляющих, кривая служит основой для расчета рецептур и интенсивности красок, так как существует соотношение между концентрацией пигмента и спектральным фактором отражения.

Колориметры с фильтрами отличаются от обычных спектрофо­тометров тем, что вместо монохроматоров у них имеется доста­точно большое количество фильтров. В этом случае кривая отра­жения измеряется лишь по стольким точкам, сколько фильтров есть в аппарате.

Описанный выше способ позволяет определить тр’ихроматиче- ские составляющие достаточно точно, однако он требует использо­вания сравнительно дорогостоящего оборудования и сложных рас­четов. Поэтому были разработаны приборы, имеющие только три фильтра. Они позволяют оценивать х, у и У лишь приблизительно, но просто и быстро. В этих аппаратах измерения проводятся по­следовательно с помощью каждого из трех фильтров. Светопро­ницаемость фильтров рассчитана с учетом зон чувствительности трех рецепторов: х, у или г. Если источник света соответствует стандартному, то результаты измерений соответствуют трихрома — тическим составляющим X, У и Z. Абсолютная точность аппаратов с тремя фильтрами ограничена. Сравнивая результаты измерений на двух аппаратах даже одной модели нельзя ждать их совпа­дения.

Измерение трихроматических составляющих особенно важно при оценке красок для четырехцветной печати. Введенные в пос­ледние горы Европейские стандарты CEI 12—66 и CEI 13—67 на краски для трехцветной печати как типографским, так и офсет­ным способами строго регламентируют эти величины.

При определении цветовых свойств печатных красок в некото­рых случаях, например при контроле интенсивности цвета или ка­чества наложения одного слоя краски на другой как в черно-бе­лой, так и в цветной печати, бывает достаточно денситометриче — ских испытаний.

Денситометрический метод широко используется для контроля идентичности оттисков в тиражной печати. Он основан на том, что существует определенная зависимость между толщиной слоя крас­ки на оттиске и коэффициентом пропускания. Известно, что коэф­фициент пропускания, т. е. отношение количества света, прошед­шего через образец, ко всему падающему свету, уменьшается с увеличением толщины слоя образца. Если принять, что толщина какого-либо слоя состоит из нескольких равных слоев с одинако­вым коэффициентом пропускания, то очевидно, что коэффициент пропускания суммы таких слоев равен коэффициенту пропускания единичного слоя в степени, соответствующей числу этих слоев. На­пример, если единичный слой пропускает 10% падающего на него

Света, т. е. коэффициент пропускания Т = то второй такой же

1 * / 1 2 .

СЛОИ пропустит— ОТ ЭТОЙ величины, Т. е. I ; третии слои —

0T(lпп) ’ Т* e’(l^) И Т — д* ® общем случае для п слоев коэф­фициент пропускания а п =—

Отрицательный логарифм коэффициента пропускания называ­ется оптической плотностью D. Эта величина всегда положительна,, так как коэффициент пропускания 7Ж1. Измерение коэффициентов пропускания или оптической плотности образцов на непрозрачной основе (например, слоя краски на бумаге) производится в отра­женном свете. При этом оптическая плотность, так же как и ко­эффициент отражения, изменяется в зависимости от длины волны

Рис. 8. Зависимость оптической плотности от толщины слоя краски на оттиске

Падающего света (рис. 8). Установлено, что наибольшее различие в коэффициенте отражения для различных по толщине слоев крас­ки на оттиске наблюдается для спектральных зон наибольшего поглощения света, например: для пурпурной краски — в зеленой зоне спектра, для голубой — в красной, для желтой — в синей. К’роме того, для всех красок в области максимального поглоще­ния имеется достаточно большой участок, для которого коэффици­ент отражения меняется очень мало. Целесообразно производить измерение именно в этой области, так как результаты измерения: будут близки к монохроматическим. Выбор фильтра оказывает су­щественное — влияние на результаты измерения оптической плотно­сти. Как видно из рис. 8, имеется существенное различие в поло­жении ‘кривых, одна из которых (1) измерена при правильно подо­бранном фильтре, а вторая (2) измерена без фильтра.

Широкое распространение для контроля оттисков в тиражной печати получил отражающий денситометр «Макбет» типа ЯО-ЮО (рис. 9). Этот прибор состоит из электронного блока и электронно — оптической головки переносного типа, так что при измерениях ее свободно можно переносить в любое место оттиска. Принцип ра­боты прибора заключается в следующем. Отраженная от подлож­ки часть падающего на образец света попадает на фотоэлемент, который преобразует свет в электрический ток, что вызывает от­клонение стрелки прибора. Оптические плотности измеряются с использованием зональных фильтров — желтого, красного, зеле­ного и синего. Настройка прибора осуществляется по белому и черному эталонам, оптическая плотность которых принята соот­ветственно за 0 и 2,5. Прибор рассчитан на использование в обыч­ных цеховых условиях.

В описанных выше методах измерение колористических свойств красок осуществляется путем оценки оттисков, т. е. комбинации бумаги и краски. При этом свойства бумаги существенно влияют на получаемый результат.

Для объективной оценки и контроля интенсивное™ и оттенка красок широкое применение нашел метод разбела (ГОСТ 6587—53). Метод состоит в том, что определенное весовое количество стан­дартной краски (эталона) смешивают с определенным количеством цинковых белил. Точно так же разбеливают испытуемую юраску и обе пробы наносят рядом на стеклянную пластину. Если коло­рист визуально устанавливает различие в интенсивности обеих проб, то он изготовляет новые пробы, меняя соотношение между испытуемой краской и белилами до тех пор, пока образец не бу­дет выглядеть так же, как этало-н.

Интенсивность испытуемого образца по отношению к эталону рассчитывается по формуле:

У = С} -100 62

Где и С2 — вес цинковых белил, пошедших на разбеливание испытуемого образца и эталона.

Этот метод достаточно прост, не требует специальной аппара­туры. Однако он имеет ряд существенных недостатков:

1) результаты зависят от субъективного восприятия цвета ко­лористом, от его опыта, а также от освещенности помещения и других трудно контролируемых факторов;

2) результаты сравнения оттенков выражаются словами: «бли­зок», «несколько», «незначительно» и т. д., что является недоста­точно точным;

3) трудно сравнивать по интенсивности краски, если их оттенки имеют небольшое различие;

4) для сравнения используют слои красок, толщина которых значительно превышает толщину слоя на оттиске, что может при-

Вести к ошибкам, так как с изменением толщины» слоя цветовой тон краски меняется в той или ирой степени, и краски, близкие по оттенку в толстом слое, могут существенно различаться по спек­тральным характеристикам в тонком слое.