Инструментальные методы.

В основе этих методов лежит количественная оценка цвета - спектр от­ражения - зависимость коэффициента отражения от длины волны видимого света (рисунок 18):

Рисунок 18 - Спектр отражения свин­цового крона в полном тоне (1) и в смеси с ZnO (2, 3)

На практике пользоваться такой характеристикой цвета неудобно, по­этому были разработаны другие способы количественного выражения цвета, имеющие в основе спектр отражения.

Стандартизация этих методов была осуществлена в глобальном мас­штабе Международной комиссией по освещению (МКО). МКО, взяв за осно­ву физиологию человеческого цветного зрения и аддитивный принцип сло­жения цветов, приняла, что любой цвет можно составить из трех первичных цветов, в качестве которых взяты следующие цвета:

красный - цвет (X), спектр отражения которого соответствует кривой чувствительности красных центров человеческого глаза (рисунок 15);

зеленый — цвет (Y), спектр отражения которого соответствует кривой чувствительности зеленых центров человеческого глаза;

синий - цвет (Z), спектр отражения которого соответствует кривой чувствительности синих центров человеческого глаза.

Тогда любой цвет, получаемый путем сложения цветов X, Y, Z (рисунок 19) можно выразить в виде векторной суммы:

Модули цветов называются координатами цвета, т.к. они однозначно характеризуют цвет.

МКО разработала методику обсчета спектров отражения для получения координат цвета, стандартизовала условия освещения т.к. цвет зависит от спектрального состава источника света. В результате было разработано не­сколько вариантов количественного выражения цветовых характеристик:

а) координаты цвета X, Y, Z;

б) координаты цветности - удельные координаты цвета:

Преимуществом этого варианта является возможность изображения всей совокупности цветов на плоскостной диаграмме, общий вид которой показан на рисунке 20. По линии, ограничивающей диаграмму располагают­ся цветовые тона, точка С соответствует белому свету, соответственно на ли­ниях, соединяющих точку С с цветовыми тонами, располагаются тона пони­женной насыщенности. Количественной мерой яркости при данном варианте является коодината цвета Y;

Измерение цветовых характеристик производят на специальных прибо­рах, включающих стандартный источник света (ксеноновая лампа), спектро­фотометр, измеряющий коэффициент отражения в диапазоне видимого бело­го света (380 - 720нм), процессор, рассчитывающий цветовые характеристи­ки по данным спектра отражения, дисплей и печатное устройство.

Виды цветовых сочетаний.

В технологии лакокрасочных покрытий, цветовое решение отделки ин­терьеров, живописи имеет место понятие цветовых сочетаний, которые опре­деляются их взаиморасположением на цветовом круге (рисунок 20):

контрастные - на противополжных сторонах цветового круга (фиоле­товый - желтый);

родственные - в пределах двух основных соседних цветов (красный - пурпурный):

родственно - контрастные - в пределах соседних секторов и содержа­щие оттенки одного основного цвета и двух соседних основных цветов (фио­летовой - желто-оранжевый);

эквитональные - один тон различной насыщенности и яркости.

1.3.4 Красящая, разбеливающая способность

Красящая способность (интенсивность) - способность хроматических пигментов передавать свою окраску другим пигментам. Для белых пигмен­тов - разбеливающая способность.

Факторы, определяющие красящую и разбеливающую способности

Коэффициент поглощения определенной части спектра белого света - чем он выше, тем выше красящая способность;

Коэффициент рассеяния для белых пигментов - чем он выше, тем выше разбеливающая способность;

Дисперсность - чем выше дисперсность, тем выше красящая способ­ность, т.к. при этом возрастает удельная поверхность пигмента.

Методы оценки

Визуально-инструментальный метод - по количеству испытуемого пигмента, которое нужно добавить к единице массы другого стандартного пигмента, для получения смеси определенного оттенка (определяемого визу­ально) и сопоставления этого количества с количеством эталонного пигмента красящая или разбеливающая способность которого принимается за 100%.

G, - масса эталонного пигмента;

G₂- масса испытуемого пигмента.

Данный метод пригоден для ахроматических и хроматических пигмен­тов, имеющих одинаковые цветовые тона.

Инструментальный метод. В основе метода лежит оценка интенсивно­сти (S) с помощью координат цветности:

и после­дующего определения величины, которую назвали стандартной интенсивно­стью. Стандартная интенсивность определяется путем сопоставления накра- сок, полученных из смеси 1 г. хроматического пигмента с различным количе­ством диоксида титана, со шкалой оттенков, предусмотренной международ­ным стандартом. Соответственно, чем меньше количество диоксида титана тем более высокой красящей способностью обладает пигмент. Данный метод пригоден для хроматических пигментов, имеющих близкие цветовые тона.

1.3.5 Белизна

Белизна - степень приближения цвета пигмента к идеально белому. Обычно в качестве такого эталона принимают белизну бланфикса - синтети­ческого сульфата бария. Коэффициент отражения от этого эталона принима­ется за 100%, а белизну пигмента определяют в % от эталона.

1.3.6 Светостойкость

Светостойкость - способность пигмента сохранять свои свойства после длительного воздействия света. Этот показатель определяет возможность длительной эксплуатации покрытий, наполненных пигментом, в атмосфер­ных или других условиях интенсивного светового воздействия.

Светостойкость пигментов определяет их назначение. Пигменты с низ­кой светостойкостью могут использоваться в ЛКМ для Покрытий, эксплуати­рующихся внутри помещений.

В процессе светового воздействия наиболее уязвимым является цвет пигментов. Изменение цвета может происходить в результате химических или кристаллохимических превращений. Например, изменение цвета лито­пона в результате восстановления металлического цинка при взаимодействии сульфида цинка с оксидом цинка, содержащимся в литопоне в качестве при­меси:

Изменения происходящие в пигментах под действием света могут быть обратимыми (фототропными). Например, титан в диоксиде титана в поверх­ностном слое частиц под действием света восстанавливается до трехвалент­ного состояния, а в темноте идет обратный процесс:

Факторы, определяющие светостойкость пигментов

Химический состав. Наиболее подвержены изменениям при действии света пигменты, содержащие металлы переменной валентности. Например, пигменты - хроматы металлов:

Кристаллическая структура. Чем более дефектна и ассиметрична кри­сталлическая структура, тем более неравновесна в энергетическом плане по­верхность частиц и тем ниже светостойкость.

Дисперсность. Чем выше дисперсность и соответственно, удельная по­верхность, т.е. поверхность, взаимодействующая со светом, тем ниже свето­стойкость.

Форма частиц. Чем большей энергетической активностью обладает по­верхность частиц при их различной форме, тем ниже светостойкость.

Модификация поверхности. Поверхностная обработка пигментных час­тиц оксидами алюминия, цинка и других металлов приводит к снижению ин­тенсивности электронных переходов и повышению светостойкости.

Коэффициент отражения ультрафиолетовой составляющей светового воздействия характерен для технического углерода, обладающего за счет этого повышенной светостойкостью.

Методы определения

В общем случае определение светостойкости проводят путем измере­ния коэффициента отражения накрасок пигмента до (Ко) и после (К) светово­го воздействия (ускоренные методы предусматривают облучение УФ-

лампами со стандартными спектральными характеристиками) и расчета сте­пени снижения коэффициента отражения:

Определение светостойкости для органических пигментов проводят ви­зуальным методом с помощью шкалы серых эталонов, которая содержит пять градаций изменений накрасок под стандартным световым воздействием. Сравнивая интенсивность изменений накрасок, используемого пигмента со шкалой серых эталонов, присваивают соответствующий балл, выражающий светостойкость (рисунок 22).

Соответственно, чем выше светостойкость пигмента, тем меньше изме­нение цвета после светового воздействия, тем выше балл, таким образом 5 - лучшая опенка.

Рисунок 22 - Шкала серых эталонов

1.3.7 Термостойкость

Термостойкость - способность пигментов сохранять свои свойства (главным образом - цвет) при воздействии повышенных температур. Это свойство имеет большое значение при определении температурных пределов эксплуатации пигментированных покрытий и режимов сушки пигментов и покрытий.

Изменение цвета пигментов при действии повышенных температур обусловлено, главным образом потерей кристаллизационной или гидратной воды. Например - изумрудная зелень:

Методы определения

Определение термостойкости в общем проводят путем измерения цве­товых характеристик пигмента до и после температурного воздействия и расчета степени их изменения, либо устанавливая температуру при которой начинаются эти изменения. В случае органических пигментов термостой­кость при заданной температуре определяют в баллах по шкале серых этало­нов, аналогично оценке светостойкости (рисунок 22).

1.3.8 Стойкость к действию воды, кислот, щелочей и органических растворителей

Стойкость пигментов к действию воды важная характеристика, т.к. это свойство определяет поведение пигмента в водоразбавляемых ЛКМ, а также при эксплуатации пигментированных покрытий в условиях воздействия вод­ных сред. Исходя из этого, содержание в пигментах веществ растворимых в воде должно быть минимальным и быть не более долей процента. Для проти­вокоррозионных пигментов, для эффективного действия которых, необходи­ма некоторая водорастворимость, этот показатель может иметь значение до нескольких процентов.

Определение содержания водорастворимых веществ (X) проводят пу­тем оценки массы веществ, содержащихся на фильтре (m₁) водной суспензии пигмента после ее кипячения в стандартных условиях и соответствующего расчета:

где m - навеска пигмента, г.

Стойкость к действию кислот и щелочей определяет возможность экс­плуатации пигментированных покрытий в химически агрессивных средах, т.е. применения пигмента в химстойких покрытиях.

Определение проводят методами химического и физико-химического анализа. В случае органических пигментов используют визуальный метод

оценки интенсивности окрашивания раствора химического реагента заданной концентрации в присутствии пигмента после 24 часов контакта, выражая по­казатель стойкости в баллах по шкале серых эталонов, аналогично оценке светостойкости (рисунок 21).

Стойкость к действию органических растворителей определяет воз­можность использования органических пигментов в рецептурах органорас­творимых ЛКМ. Определение проводят путем визуальной оценки степени закрашивания растворителя, содержащего пигмент через 24 часа контакта, выражая показатель стойкости в баллах по шкале серых эталонов, аналогич­но оценке светостойкости (рисунок 21).

1.3.1 Фотохимическая активность

Фотохимическая активность (ФХА) - способность пигментов сенсиби­лизировать (облегчать) окислительные процессы, вызывающие разрушение пленкообразователей вблизи поверхности пигментных частиц в покрытиях. При эксплуатации непигменгированных покрытий в атмосферных условиях под действием УФ - части света происходят незначительные изменения в по­лимерном пленкообразователе, т.к. интенсивность этой части солнечного из­лучения с λ > 370нм невелика. Для того чтобы разорвать связи С-С; С-Н; С-О в органических пленкообразователях, необходимо затратить значительно большее количество энергии жесткого излучения, чем то которое есть в обычном свете.

В присутствии фотохимически активного пигмента в покрытии «опас­ные» для пленкообразователей кван ты света возникают за счет электронных переходов и преобразования длинноволновой части спектра белого света в коротковолновое УФ - излучение. Таким образом, под действием белого све­та на поверхности частиц фотохимически активного пигмента происходит переход электронов на более высокий энергетический уровень. При возвра­щении электронов на свой прежний уровень испускаются жесткие кванты с X < 370нм, вызывающие деструкцию пленкообразователей (рисунок 23).

Рисунок 23 — схема возникновения жесткого УФ - излучения вблизи поверхности ФХА - пигмента

В результате деструкции пленкообразователя вокруг частиц пигмента появляется «мертвая» зона разрушенного пленкообразователя и наблюдается выкрашивания пигментных частиц из покрытия при незначительных исти­рающих воздействиях - явление меления. Это приводит к резкому падению блеска покрытий и других декоративных свойств, а также к послойной эро­зии покрытий (рисунок 24).

Рисунок 24 - Схема послойного эрозионного разрушения по­крытия наполненного ФХА - пигментом

Факторы, влияющие на фотохимическую активность пигментов.