粉末涂料、喷墨打印的颜色测量与色差控制方法(一)

2011-01-17

                 粉末涂料、喷墨打印的颜色测量与色差控制方法(一)

      粉末涂料开发早期主要用于金属腐蚀防护，随着粉末涂料生产及应用技术的不断进步、世界各国环保意识与法规的强化，粉末涂料应用范围不断扩大，粉末涂料的装饰美化作用也越来越引起人们的重视，而现代化企业的流水线加工装配(如冰箱、空调、仪器仪表、金属门窗、铝型材、机电设备等厂家)更要求涂装产品内外质量的高度稳定，批次间涂层颜色一致成了客户的重要要求。
　　1.颜色测量

　　1.1目测

　　GB/T9761-98《色漆和清漆色漆的目视比色》等效果均采用ISO3668-1976标准，规范了涂层颜色的目视比色方法，可在自然光、比色箱的人造标准光源下进行检测，常用光源为D65、A两类。目视比色对观察者要求较高，负责比色检验的观察者应通过色盲检查镜的检查，戴有眼镜的其镜片必须在整个可见光谱内有均匀的光谱透过率；由于色视觉随年龄变化很大，40岁以上的观察者也要接受色盲检查镜的检查。观察者连续工作会降低比色质量。目测是直接、感性强烈的检测方式，配色中仪器测量只能是质量控制的重要辅助手段。

　　1.2仪器测量

　　1.2.1测量原理

　　光与材料的相互作用产生了镜面反射、漫反射、定向透射、散射透射以及光吸收，而物体的颜色主要决定于它的漫反射，使用光谱光度计测定粉末涂料涂层的光谱反射因数(如K/S比)，即可计算其三刺激值，进而对不同颜色的差别进行计算对比，测量装置见图1。将其连接电脑与专用软件，可以将颜色数据、颜色效果、K/S曲线、色差进行显示、储存及输出。

图1采用棱镜分光的扫描光谱光度计

　　1.2.2测量仪器

　　颜色的测量仪器主要有色差仪、测色仪两大类。色差仪价格便宜、易于携带，能进行方便快捷的颜色测量比对，也可以给配色人员提供数据参考，但误差大，也无法直接进行配色操作。测色仪有两类，一类为便携式，似色差计，但是测量更精确，可以进行系统数据输出，但不能用于配色；另一类可以同时进行测量与配色操作，价格较高，只适用工厂使用。目前色差仪、便携测色仪使用较广泛，而可配色的测色仪只有规模较大的少数粉末涂料企业应用，这类仪器的代表商有美国X-Rite(爱色丽)、日本日本(日本)公司等。

　　1.2.3测量操作

　　测色仪的操作程序是：开机→进入操作界面→黑白板校正→试样测量→数据输入→比色→数据输出→关机。

　　一般的色差仪在开机预热后(30min左右)，直接进行标样、试样的测量和色差对比，也可以将结果简单输出。测色仪则不需要专门预热，电脑开机后，直接进入操作界面进行各类操作，并将各种光源下的颜色数据、色差、光谱曲线、直观颜色效果等显示出来，形成报告。
2.配色

　　2.1配色原理

　　常规粉末涂料的配色属于混色定律中的复杂减色法混合，Kubellka-Munk理论认为，光在着色层中是完全漫射的，“二常数Kubellka-Munk理论”采用涂层的K/S光谱图(K-吸收度、S-散射度)来表征颜料，后使用光谱匹配算法以实现恒定匹配。配色仪就是利用这一原理，运用配色软件，从颜料库中筛选颜料进行K/S光谱复配计算，后将预测色差较为理想的配方提供给配色人员选择。由于仪器设置的光源总是有限的，电脑配色仍属于条件匹配。

　　2.2电脑配色流程

　　2.2.1颜料选择

　　根据颜料厂家的技术说明或产品介绍，按粉末涂料生产与应用的基本要求(如耐热性200℃、耐酸碱、抗迁移性)，初步选择可以使用的颜料，然后对选出的颜料进行试验检验，一般要进行200℃/2h、Q-UV250h检验；要求严格的还要进行200℃/4h、Q-UV500h及500h盐雾试验。用于户外的颜料必须具有良好的耐光、耐候牢度。根据试验结果，进行筛选和分类，如户内颜料、户外颜料、通用颜料、耐蚀性颜料等。配色人员对颜料的着色力、吸油值、分散性包括价格、供应量、生产厂家等也要加以注意。要强调的是：生产厂家的技术说明甚至是质量保证均不能替代自我的试验检验。

　　2.2.2数据库建立

　　配色仪的配色软件都详尽介绍了数据库的建立方法，主要是黑板、白板、遮盖力以及颜料的数据。配方中除要建立数据的颜料外，其他原料应该选择质量优异的品种或企业常用的品种并保持固定，以保证数据可靠并利于以后生产的颜色调配，忌用质量差(如色杂、不稳定)、非经常用的品种。命名一个数据库，搭配选择颜料，一般数额为20～25种(如红色4种、蓝色2种、绿色2种、橙黄2种、橙红1种、紫色2种、黑色3种、白色2种、其他3种)，将其数据移入，即完成单个数据库的设立工作，配色时只要指定该数据库的名称，系统即随机筛选该数据库中的颜料进行匹配。信息建立准确的数据库可长期有效地指导配色工作，利于配色人员迅速实现预期。但受设备(如挤出机老化)、客户颜料质量波动、原料调整等客观因素的影响，试样与电脑预测结果的偏差也会不断增加，随着新颜料的不断引入，数据库颜料的补充、更新及修正工作也要持续进行。

　　2.2.3标准输入

　　这是指国内外颜色标准、客户标样或者自选的样品的数据输入，其中颜色标准一般是纸质印刷品，客户标样多是试板或样件。上述标准有的是平面，也有的是曲面，有高光也有半光甚至无光(如德国颜色标准RAL841-GL与RAL840-HR)，有平整也有纹理的，有崭新也有磨损的，而这些测色仪是无法进行识别的。因此，标准测量时要尽量选择涂层有代表性的测点(区域)，如清洁、平整、无磨损、崭新，对标样异常状态在数据储存时也要做好标识，有利于随后的配色参考。磨损旧板、涂层光泽或纹理改变、曲面漏光等情况下，测量的数据都不能用于仪器后的颜色比对，只能作为配色过程中的技术参考。

　　2.2.4配方选择

　　在配色界面下，选择预配制的标准颜色，按软件指定的流程操作选定颜色品种，可让电脑自动筛选(可事先设定数量)，也可直接要求电脑选择1～9种颜料进行匹配，设定品种越多，电脑匹配越容易实现，但计算速度越慢，用的时间也越长，为便于生产应用一般选择2～4种(含白颜料)。电脑自动给出的更佳配方可按色差排列，也可按成本排列，但实际选择主要依据K/S光谱匹配性、色差大小、颜料品种及经济性进行。测色仪以主光源列出各类光学数据，次光源只给出色差，其色差结果类似于条件匹配，而企业常用颜料品种是明显少于数据库，所以配色人员要综合考虑后才能选定一个较理想的配方用于试验；不满意时还可对颜料品种进行重新设定，让电脑计算后再给出新的配方，进行新的选择。

　　2.2.5颜色调整

　　配方选择后，一般没有现成产品的配方与之完全相同，配色人员必须按选定配方进行实验室制粉、喷板、测色，然后进行颜料用量甚至品种的增减予以调节修正(该修正可以人工进行也可以由电脑测算后提供建议方案)再制粉、制板、测量等，直至条件匹配，后确定实验室更佳配方，这就是配色中颜色调整的全过程。人工调色时，一般不是简单的缺红加红、缺蓝加蓝，要计算清调整前后每个颜料占颜料总量的比例，结合饱和度、色相，根据L、a、b的综合情况进行细致调节。调色时，任何颜料都不是饱和度100%的单一色相、配方中颜料相互混合还存在明显的复合效应，在微调时都要认真分析，保证获得更佳的配色效果。颜色调整的同时，一般还伴随着涂层遮盖力、机械性能、表面效果(如光泽、鲜映度、纹理)及配方成本、粉体性能(如带电性、上粉率)的调节，有时甚至还要同时进行涂层耐高温、盐雾或人工老化的测试，所以颜色调整的过程也是产品配方全面趋于成熟合理的过程。

　　2.2.6车间放大

　　由于实验室小型设备与车间大生产设施之间在混炼效果上存在一定程度上的差异，无法保证实验室配方在车间具有良好的重现性，一般都需要进行批量放大以进一步调整，根据混炼效果差异的预估结合产品生产总量和生产线小生产批量确定试验放大批量(如常规批量的30%、50%或者是100%)。制样测量后，根据色差效果对放大配方进行进一步调节，再择量生产制样测量，直至达到满意的匹配效果，确定的生产配方。同实验室调节一样，车间放大过程中，根据样品质量的检测情况，除颜料外也对填料、各种助剂进行微调，保证产品预期的质量与理想的生产成本。需要注意的是，放大过程中会产生较大量的不合格品(颜色匹配差)，需要在当次生产中尽量消化掉，难度较大的也应在下一批次的生产中用掉，可行的话，也可以用于其他产品的生产中。

　　2.2.7批量生产

　　车间放大确定的生产配方在正常情况下是不需要也不允许任意更改的，但在那些中小型粉末涂料企业中，受各种因素影响所用原材料经常出现批次间质量的波动甚至品种和生产厂家的更换，为保证及时供货，技术人员不得不经常进行配方调节以完成生产；随着原材料价格持续升高，不少企业也降级使用价格优惠的原辅材料，这些都给批次间产品质量的稳定尤其是批次间色差的控制带来挑战。