在之前的“与迈克配方”文章中，我介绍了颜料添加剂，如分散剂，表面张力调节剂和控制剂。这个月我将讨论光和颜料的相互作用如何影响涂料的隐藏性、着色强度和其他性能。继续关注，因为在这个系列的后面，我们将深入颜料分散过程。

颜料与染料不同，颜料是精细研磨的不溶性颗粒，颜料用于大多数涂料，因为它们为预期的应用提供了关键的特性。所使用的颜料取决于具体的用途。颜料分为三大类:原生颜料、填充颜料和专用颜料。

初级颜料赋予涂料颜色和遮盖力，但它们往往很昂贵。添加增色剂或“填充剂”是为了控制光泽度和影响其他物理性能，但成本较低。特殊颜料是为了特定的目的而添加的，包括防腐颜料、效果颜料和纳米颗粒。

由于主要颜料往往会不成比例地影响涂料的成本，因此优化使用它们是必要的。它们可以是有机的或无机的(天然的或合成的)，也可以是炭黑，因为炭黑具有既非无机也非有机的独特特性。初级色素颗粒与光相互作用，眼睛的感受器向大脑发送信号，大脑将其解读为颜色。

人眼是通过那些没有被吸收的频率来感知颜色的。我们看到从物体进入你眼睛的频率，也被称为减色差。当光与涂层，尤其是主要颜料相互作用时，一些400-700纳米范围(可见光范围)的光以不同的效率被吸收。吸收的光越多，物体的颜色就越深，直到变黑——这是可见光光谱中所有频率都被吸收的结果。如果只有一些频率被吸收，我们就会看到非吸收频率的颜色。如果400-700纳米范围内的频率没有被吸收，我们就会看到白色。

如果光穿过薄膜到达基片，然后离开薄膜，那么就会看到基片的颜色，而不是薄膜的颜色。由于在离开胶片前到达基片的光线越来越少，胶片的颜色开始主宰我们看到的东西。如果没有光线到达基材而离开胶片，我们只看到胶片的颜色，并有充分的隐藏。因此，我们必须防止光到达基板，然后退出胶片。为了做到这一点，我们使用颜料，尤其是初级颜料来散射光线。从图1你可以看到高散射和低散射颜料之间隐藏的差异。虽然颜料倾向于只吸收一些波长来产生颜色，但在与胶片中的颜料或其他物体的每次相互作用中，所有波长的一些能量都会丢失，如果光线离开胶片的速度不够快，就会导致入射光最终消失。这种通过薄膜的曲折路线意味着，具有明显散射、反射或吸收能力的颜料会阻止光线到达基片并流出，从而完全隐藏。

当光线进入胶片时，我们要阻止它到达基片并离开;这些色素通过与光的相互作用来做到这一点。当光与粒子相互作用时，有五种可能的结果:折射、衍射、吸收、反射或不改变。所有这些都被认为是分散的，除了“没有变化”。折射是指光通过粒子和周围介质的边界时路径发生变化。衍射是指光与粒子边缘相互作用而发生弯曲。吸收是指入射光的能量被粒子衰减，但不一定所有频率都相等。反射是指照射到胶片上的光线返回光源。我们想要最大化散射和最小化“无变化”来优化隐藏和颜色。图2说明了这一点。

光通过衍射的散射可以分为几种理论。罗利散射、夫琅和费散射和米氏散射是光与一个小的球形粒子相互作用的结果。米氏理论涵盖了与粒子大小无关的球形散射，虽然它要复杂得多，但通过目前的计算机很容易计算出来，因此罗利和夫琅和费近似不再是必要的。当电磁波(例如光)遇到介质中的物体、障碍物或其他非均匀性时，结果就是光的散射。当波与粒子相互作用时，粒子的电子云轨道就会受到干扰。电子云中的这种变化与入射电磁波的频率相同。受扰动的电子云的振荡导致一个诱导偶极矩，该偶极矩发出辐射，其中大部分与入射电磁波的频率相同。在颜料的情况下，所关心的入射电磁波是可见光。这种光的散射是独特的，因为它不是从表面反射回来的电磁波，而是光和粒子的相互作用。

荧光颜料是一种独特的颜料。它们吸收可见光范围外的波长(如紫外线)，并重新发射可见光范围内的光。散射光与未扰动入射光的比值取决于许多因素，包括粒子和粒子周围介质的折射率、粒子的大小、入射光的波长、观测角度或入射光的偏振。米氏理论的计算也有局限性——粒子必须是球形的、光滑的、光学均匀的。

不幸的是，“吸光度”一词经常被误用在所有的散射现象上，而应该用“消光”。消光是吸收和其他散射的累积效应，导致光在膜内完全丧失。例如，蓝色的消光方法主要是衍射，而炭黑的消光方法主要是吸收。

当介质与粒子之间的折射率差增大时，折射量也随之增大。物体(如吸管进入水中)的明显弯曲是水和空气折射率差异的一个例子。大多数用于涂料的树脂的折射率约为1.4 - 1.6，而水的折射率为1.33，空气的折射率为1.03。与这个值的绝对差越大，光的弯曲越大，外观的变化也越大。金红石二氧化钛的折射率为2.7。这种差异解释了这种色素如何与光相互作用，并产生比折射率为2.5的锐钛矿二氧化钛更大的隐藏力。由于二氧化钛发射的所有可见光频率相同，所以我们看到的是白色。

就折射率而言，这种差异是绝对的。干燥涂料中的空气空隙也会有折射散射，这导致不透明，因为空气的折射率比树脂低0.4-0.6。当超过临界颜料体积浓度(CPVC)时，这种“干隐藏”用于廉价的平面涂料，以降低原色成本。在这种情况下，树脂不能完全覆盖配方中的所有颜料。缺点是一旦超过CPVC，涂层的性能就会急剧下降。

对于三维粒子，光和粒子之间的五种相互作用都发生了。其中哪一个占主导地位，以及相互作用发生的程度取决于粒子相对于入射光波长的大小，相对于入射光角度的观察角度，以及粒子的透明度。

当粒子的直径接近入射光的波长时，吸收和折射变得越来越重要。由于光通过薄膜时增加了光/粒子间的相互作用，许多较小的粒子通常比较小的大粒子有更好的光散射。有一个点，粒子变得太小，有很少的光/粒子干涉，导致不透明度的损失。

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