黑色的多彩本质

对大多数人来说,比色法给人的印象是明亮明亮的色彩。黑色的生产者自然有不同的视角。他们的职业本质上让他们想到黑色的颜色和涂层。灰色不时加入他们的调色板。这可能听起来相当单调,但实际上并不是这样。当涉及到所谓的底色时,灰色调尤其表现出显著的变化。深黑色的涂料也都有自己的底色,这可以与最终用户高度相关。一般来说,蓝色和棕色(红色)的底色是有区别的,揭示了隐藏在深黑色底色下的多彩的世界。

除了光谱之外,还有一个令人兴奋和具有挑战性的障碍需要掌握:测量是在几乎没有反射的表面上进行的。这就对工作过程中的勤奋和工作能力提出了很高的要求测量技术使用。这个话题已经引起了很长一段时间的兴趣,并启发了,除其他外,发展了一种测量与颜色相关的黑度值和底色(MC和dM)。1这些已经发展成为深黑色涂层测量颜色和涂层的标准。


烟气黑度值MC,米Y, dM

黑色涂料的测量在L*a*b*颜色空间内进行,L*轴上的值小于5。这相当于光的反射率低于0.1%。当我们尝试使用深黑色时,例如汽车oem使用的标准面漆,我们很快就会达到L* < 1的范围。

黑色涂料系统的比色特性可以用与颜色无关的黑度值M来描述Y(jetness)。测量方法在din55979中有规定。这是由色相dM的绝对贡献加入的,这也经常被称为底色。黑度值决定了黑色的含量,换句话说,从比色/光学角度看,黑色有多深。底色描述色度的比色/光学感知。如果dM为>,则称底音为蓝色,如果dM < 0,则称底音为棕色。蓝色底色通常是技术应用的首选,特别是在汽车面漆系统,因为它产生更茂盛的结果和明亮的颜色印象。另一方面,棕色的底色往往被认为是温暖的,因此是室内应用的首选,尤其是木纹涂料。射流度相关性MY作为反射的函数,如图1所示。2

射流度M<下标>Y</下标>作为反射的函数。
图1”Jetness米Y作为一种反思的功能。2

Y,米C和dM可以用以下公式计算:3.

M<sub>Y</sub>, M<sub>C</sub>和dM可以用这个公式计算

CIE L*a*b*颜色空间

CIE L*a*b*颜色空间的开发是为了更好地实现与人类颜色感知的相关性。亮度L*和颜色坐标a*和b*组成了这个颜色空间。根据三刺激值X、Y、z计算。当使用光源D65和10°角度的观察者时,所需的标准色值定义为Xn= 94.81, Yn= 100,0和Zn= 107.34。3.这里,Y表示感知亮度的相关值,它与CIE L*a*b*颜色空间中的L*值相关,而X和Z是计算a*和b*值所必需的。相关公式如下:

CIE L*a*b*颜色空间

研究了光度L*与色无关喷流度M之间的关系Y作为三刺激值Y的函数如图2所示。3.这种对数表示的优点是显著地扩展了极低反射区域(Y < 1),这更清楚地强调了黑色和深黑色范围的区别。如果不使用这种对数描述,肉眼可见的差异就不能充分地用数字表示。

明度L*与黑度值(喷气度)M<sub>Y</sub>的相关性。
图2”明度L*与黑度(喷气度)M的相关性Y

色相dM的绝对贡献与颜色坐标a*和b*之间的关系如图3所示。这里的负b*值表示dM为> 0的蓝色底音。当b*值在黄色范围内为正时,dM值为负,对应于棕色底色。

色相dM的绝对贡献显示在CIE a*b*颜色坐标系中。
图3»色相dM的绝对贡献显示在CIE a*b*颜色坐标系中。

根据涂层的吸收和反射性能,可分为不同的颜色范围,如表1所示。只有反射率低于1%的颜色才被归为黑色;对于深黑色,这个值甚至更低,小于0.1%的反射。碳黑按照一般适用的分类又细分为不同程度的黑。在表1中,按此命名法生产的涂料还列出了普通(RCG)、中等(MCG)和高色气黑(HCG)的名称。

颜色取决于对光的吸收和反射。
表1”颜色取决于对光的吸收和反射。


测量技术

引入DIN 55979中描述的测量方法是为了更好地区分最低反射区域。这使它也有可能确定黑色涂料的黑与高颜色深度。除了适当的校准,这将在下面更详细地描述,这对测量设备本身有很大的要求。一般来说,测量几何形状可以在45°/0°或0°/45°和d/8°或d/0°之间变化。选择哪种几何形状取决于黑色涂层的类型及其表面纹理。

在光滑表面上测量深黑色涂层时,测量几何尺寸为45°/0°(图4左)。为了保证测量的准确性,大光圈是必要的:检测到最大数量的“潜在”反射是很重要的。此外,测量装置必须保证反射值至少有小数点后四位的准确性,所使用的软件也必须能够处理这一点。重复测量的特征应该是非常小的标准偏差,以保持“设备噪声”到最小。相关的校准标准应为黑色空心体(光阱)。

45°/0°几何测量黑度值和底色。
图4一个»45°/0°几何测量黑度值和底色。
D /8°几何测量黑度值和底色。
图4 b»D /8°几何测量黑度值和底色。


表面反射的影响

例如,对于不太深的黑色和哑光,或非常结构化的表面,可以使用d/8°几何形状。在这种情况下,球面测量几何——所谓的积分球或乌布里希球——被用来产生漫射光(图4右)。这个测量几何图形包含一个光泽陷阱。在封闭条件下(测量包括光泽),生成与表面无关的物镜颜色值;这是人眼无法做到的。在其开放的配置(光泽除外),确定的价值接近人眼的感知。这些值也特别明显地受到哑光和结构化表面的影响。在表2中,d/8°和45°/0°测量几何图形之间的差异在最深的黑色板块3和4中尤为明显。

比较用两种测量装置(45°/0°和d/8°)测量不同黑度的印版的测量值,比较有和没有光阱的测量值。
表2”比较用两种测量装置(45°/0°和d/8°)测量不同黑度的印版的测量值,比较有和没有光阱的测量值。

光泽度是一种光学特性,它被描述为表面反射强聚焦光的能力,类似于镜子(图5)。如果光泽度陷阱保持关闭,所有反射和散射的光都成为被检测光的一部分。这导致有光泽的样品黑度值较低。当比较MYd/8°几何形状的值见表2。

光在平面上的漫射和镜面反射。
图5»光在平面上的漫射和镜面反射。

实际的测量

正如在介绍中已经提到的关于黑度值MY,米C在dM中,黑色涂层的测量发生在L*a*b*颜色空间中,其L*-轴上的值小于5,对于深黑色涂层,甚至小于1。这除了对测量技术有很大的要求外,被测板上最轻微的污染甚至划痕都可能导致测量结果出现很大的偏差。在低至0.005的反射偏差已经可以导致测量结果的巨大变化。举个例子:测量同一个盘子一次有指纹,一次没有指纹会导致显著不同的测量结果。简单地擦去指纹也不能产生与在清洁的涂层表面上进行初始测量相同的结果。这在图6和表3中很明显。

没有指纹和有指纹的涂层面板的比较,以及清洁不充分(从左到右)。
图6»没有指纹和有指纹的涂层面板的比较,以及清洁不充分(从左到右)。
比较完全清洁印版的比色数据,同一印版有指纹和经过几个清洗步骤。
表3”比较完全清洁印版的比色数据,同一印版有指纹和经过几个清洗步骤。

从表中可以看出,颜色深度较低的区域(图1)与颜色深度较高的区域(图2)的差异并不明显。只有在非常仔细地用异丙醇/水多次清洗表面后,才能重复正确的结果。为了评估清洗结果,我们建议在强烈的定向光下观察,因为在正常光/漫射光下无法检测到离散条纹(图7)。在测量各种样品时,还应确保样品始终以相同的方式放置。

在漫反射光(左)和强聚焦光(右)下观察到有条纹的涂层面板。
图7»在漫反射光(左)和强聚焦光(右)下观察到有条纹的涂层面板。

理想情况下,测量设备必须设置在有空调和清洁的环境中,因为在这里进行的测量“接近设计噪音”,这意味着环境温度的偏差会影响测量结果。如果空气中有太多的污垢或灰尘颗粒,它们的反射也会导致较低的黑度值。以上这些也已经适用于设备校准期间。


深黑范围测量的校正

自然,对清洁度(例如,防止指纹)的同样的辨别要求也必须放在校准板和光泽陷阱上,通常放在校准黑标准上。用黑标校准时,将装置设为其“零值”,作为待测样品的参考值。因此,尽可能准确地确定这个零值至关重要。市场上有各种各样的黑色标准。除了校准板外,黑阱也很常见。另一种变体是用来设定“黑标准”的空气测量。市面上可用的黑色校准板通常低于人们希望测量的深黑高光范围内的黑色。其主要原因在于新的、更密集的黑色颜料的不断发展,这些颜料仍然需要找到进入校准版生产的方法。

我们已经认识到,校准板,常见的黑阱,和“空气”测量不适合我们的深黑测量。因此,我们使用定制的黑色空心体代替。这个金属圆筒的一侧有一个开口,底部有一个球体安装在里面。内部完全涂上了哑光黑色。现在,如果测量装置的测量孔径封闭了这个黑色空心体,可以假设几乎没有光到达探测器。

校准后,在对应于待测样品颜色深度范围的黑色测量板上进行测试。常用的测量基本标准不能满足这里的测量范围要求;因此,一套六板在MY= 228和MY= 360范围使用。在这里,在进行实际测量之前,测量设备能够检测到整个测量范围是至关重要的。测量结果应始终相对于测量系列进行评估,因为在深黑范围内使用其他独立校准将引入一些差异。因此,有必要总是立即将所选标准包含到测量中,而不是简单地将其作为数据模板使用。


全色调涂料的比色性能

jetness米Y碳黑涂料的底色dM受各种物理和化学参数的影响。说明此方法的是平均初级粒径,颜料浓度,颜料表面的功能化,添加剂的稳定,当然还有前面提到的测量条件。

在满足本文提出的最佳测量条件的前提下,平均初级粒径是影响射流度M的主要因素Y和底色dM。尽管炭黑的分散不会产生初级粒子,而只产生上层结构——聚集体——这一事实都适用。为了测量差异,炭黑颗粒也必须在系统中很好地分散。为此,它们必须在粘结剂系统中以同样适当的方式稳定下来。在含有有机溶剂的涂层系统中,建议使用表面改性的极性炭黑。在水基系统中,非表面处理的非极性炭黑通常更适合。

图8描述了喷流度M的依赖性Y和底色dM对水基PU涂层初级粒径的影响。较细的颗粒通常会产生较高的黑色值和蓝色底色。粗糙的粒子导致较低的黑度值和棕色的底色。值得一提的是,在底色上的效果与透明配色和灰色混合的效果正好相反。颗粒较细的碳黑会产生棕色的底色,颗粒较粗的碳黑会产生蓝色的底色。

水性1K-PU涂料中不同炭黑的比色性能。平均初级粒径从左到右依次增大。
图8»水性1K-PU涂料中不同炭黑的比色性能。平均初级粒径从左到右依次增大。


结果一目了然

  • 深黑涂层的测量对样品制备、测量技术和校准都有很高的要求。使用校准板通常是不够的,因为它们不够黑。取而代之的是一个所谓的黑色空心体,它几乎吸收了所有的光。由于深黑只能在高光泽和干净的盘子上测量,所以在测量之前,必须彻底清除任何污染物,盘子必须绝对没有划痕、指纹和类似的东西。
  • 如果遵循这些规范,深黑色涂层的可复制测量和黑度/喷气度M的信息是可能的Y和底音dM。
  • 底色本身既可以增强黑色的印象(在大多数情况下使用蓝色底色),也可以减弱黑色的印象(在大多数情况下使用棕色底色)。


参考文献

1Lippok-Lohmer:颜色和缺乏92(11), 1024(1986)。

2现代涂料系统中的特种炭黑:工业信息0402,Orion Engineered Carbon GmbH(2017)。

3.特种碳黑在全色调和着色应用中的着色特性-技术信息1464,Orion Engineered Carbon GmbH(2015)。

本文最初发表于2019年5月号的欧洲涂料杂志》