粉末涂料、噴墨打印的顏色測量與色差控制方法(一)

2011-01-17

                 粉末涂料、噴墨打印的顏色測量與色差控制方法(一)

      粉末涂料開發早期主要用于金屬腐蝕防護，隨著粉末涂料生產及應用技術的不斷進步、世界各國環保意識與法規的強化，粉末涂料應用范圍不斷擴大，粉末涂料的裝飾美化作用也越來越引起人們的重視，而現代化企業的流水線加工裝配(如冰箱、空調、儀器儀表、金屬門窗、鋁型材、機電設備等廠家)更要求涂裝產品內外質量的高度穩定，批次間涂層顏色一致成了客戶的重要要求。
　　1.顏色測量

　　1.1目測

　　GB/T9761-98《色漆和清漆色漆的目視比色》等效果均采用ISO3668-1976標準，規范了涂層顏色的目視比色方法，可在自然光、比色箱的人造標準光源下進行檢測，常用光源為D65、A兩類。目視比色對觀察者要求較高，負責比色檢驗的觀察者應通過色盲檢查鏡的檢查，戴有眼鏡的其鏡片必須在整個可見光譜內有均勻的光譜透過率；由于色視覺隨年齡變化很大，40歲以上的觀察者也要接受色盲檢查鏡的檢查。觀察者連續工作會降低比色質量。目測是直接、感性強烈的檢測方式，配色中儀器測量只能是質量控制的重要輔助手段。

　　1.2儀器測量

　　1.2.1測量原理

　　光與材料的相互作用產生了鏡面反射、漫反射、定向透射、散射透射以及光吸收，而物體的顏色主要決定于它的漫反射，使用光譜光度計測定粉末涂料涂層的光譜反射因數(如K/S比)，即可計算其三刺激值，進而對不同顏色的差別進行計算對比，測量裝置見圖1。將其連接電腦與專用軟件，可以將顏色數據、顏色效果、K/S曲線、色差進行顯示、儲存及輸出。

圖1采用棱鏡分光的掃描光譜光度計

　　1.2.2測量儀器

　　顏色的測量儀器主要有色差儀、測色儀兩大類。色差儀價格便宜、易于攜帶，能進行方便快捷的顏色測量比對，也可以給配色人員提供數據參考，但誤差大，也無法直接進行配色操作。測色儀有兩類，一類為便攜式，似色差計，但是測量更精確，可以進行系統數據輸出，但不能用于配色；另一類可以同時進行測量與配色操作，價格較高，只適用工廠使用。目前色差儀、便攜測色儀使用較廣泛，而可配色的測色儀只有規模較大的少數粉末涂料企業應用，這類儀器的代表商有美國X-Rite(愛色麗)、日本日本(日本)公司等。

　　1.2.3測量操作

　　測色儀的操作程序是：開機→進入操作界面→黑白板校正→試樣測量→數據輸入→比色→數據輸出→關機。

　　一般的色差儀在開機預熱后(30min左右)，直接進行標樣、試樣的測量和色差對比，也可以將結果簡單輸出。測色儀則不需要專門預熱，電腦開機后，直接進入操作界面進行各類操作，并將各種光源下的顏色數據、色差、光譜曲線、直觀顏色效果等顯示出來，形成報告。
2.配色

　　2.1配色原理

　　常規粉末涂料的配色屬于混色定律中的復雜減色法混合，Kubellka-Munk理論認為，光在著色層中是完全漫射的，“二常數Kubellka-Munk理論”采用涂層的K/S光譜圖(K-吸收度、S-散射度)來表征顏料，后使用光譜匹配算法以實現恒定匹配。配色儀就是利用這一原理，運用配色軟件，從顏料庫中篩選顏料進行K/S光譜復配計算，后將預測色差較為理想的配方提供給配色人員選擇。由于儀器設置的光源總是有限的，電腦配色仍屬于條件匹配。

　　2.2電腦配色流程

　　2.2.1顏料選擇

　　根據顏料廠家的技術說明或產品介紹，按粉末涂料生產與應用的基本要求(如耐熱性200℃、耐酸堿、抗遷移性)，初步選擇可以使用的顏料，然后對選出的顏料進行試驗檢驗，一般要進行200℃/2h、Q-UV250h檢驗；要求嚴格的還要進行200℃/4h、Q-UV500h及500h鹽霧試驗。用于戶外的顏料必須具有良好的耐光、耐候牢度。根據試驗結果，進行篩選和分類，如戶內顏料、戶外顏料、通用顏料、耐蝕性顏料等。配色人員對顏料的著色力、吸油值、分散性包括價格、供應量、生產廠家等也要加以注意。要強調的是：生產廠家的技術說明甚至是質量保證均不能替代自我的試驗檢驗。

　　2.2.2數據庫建立

　　配色儀的配色軟件都詳盡介紹了數據庫的建立方法，主要是黑板、白板、遮蓋力以及顏料的數據。配方中除要建立數據的顏料外，其他原料應該選擇質量優異的品種或企業常用的品種并保持固定，以保證數據可靠并利于以后生產的顏色調配，忌用質量差(如色雜、不穩定)、非經常用的品種。命名一個數據庫，搭配選擇顏料，一般數額為20～25種(如紅色4種、藍色2種、綠色2種、橙黃2種、橙紅1種、紫色2種、黑色3種、白色2種、其他3種)，將其數據移入，即完成單個數據庫的設立工作，配色時只要指定該數據庫的名稱，系統即隨機篩選該數據庫中的顏料進行匹配。信息建立準確的數據庫可長期有效地指導配色工作，利于配色人員迅速實現預期。但受設備(如擠出機老化)、客戶顏料質量波動、原料調整等客觀因素的影響，試樣與電腦預測結果的偏差也會不斷增加，隨著新顏料的不斷引入，數據庫顏料的補充、更新及修正工作也要持續進行。

　　2.2.3標準輸入

　　這是指國內外顏色標準、客戶標樣或者自選的樣品的數據輸入，其中顏色標準一般是紙質印刷品，客戶標樣多是試板或樣件。上述標準有的是平面，也有的是曲面，有高光也有半光甚至無光(如德國顏色標準RAL841-GL與RAL840-HR)，有平整也有紋理的，有嶄新也有磨損的，而這些測色儀是無法進行識別的。因此，標準測量時要盡量選擇涂層有代表性的測點(區域)，如清潔、平整、無磨損、嶄新，對標樣異常狀態在數據儲存時也要做好標識，有利于隨后的配色參考。磨損舊板、涂層光澤或紋理改變、曲面漏光等情況下，測量的數據都不能用于儀器后的顏色比對，只能作為配色過程中的技術參考。

　　2.2.4配方選擇

　　在配色界面下，選擇預配制的標準顏色，按軟件指定的流程操作選定顏色品種，可讓電腦自動篩選(可事先設定數量)，也可直接要求電腦選擇1～9種顏料進行匹配，設定品種越多，電腦匹配越容易實現，但計算速度越慢，用的時間也越長，為便于生產應用一般選擇2～4種(含白顏料)。電腦自動給出的更佳配方可按色差排列，也可按成本排列，但實際選擇主要依據K/S光譜匹配性、色差大小、顏料品種及經濟性進行。測色儀以主光源列出各類光學數據，次光源只給出色差，其色差結果類似于條件匹配，而企業常用顏料品種是明顯少于數據庫，所以配色人員要綜合考慮后才能選定一個較理想的配方用于試驗；不滿意時還可對顏料品種進行重新設定，讓電腦計算后再給出新的配方，進行新的選擇。

　　2.2.5顏色調整

　　配方選擇后，一般沒有現成產品的配方與之完全相同，配色人員必須按選定配方進行實驗室制粉、噴板、測色，然后進行顏料用量甚至品種的增減予以調節修正(該修正可以人工進行也可以由電腦測算后提供建議方案)再制粉、制板、測量等，直至條件匹配，后確定實驗室更佳配方，這就是配色中顏色調整的全過程。人工調色時，一般不是簡單的缺紅加紅、缺藍加藍，要計算清調整前后每個顏料占顏料總量的比例，結合飽和度、色相，根據L、a、b的綜合情況進行細致調節。調色時，任何顏料都不是飽和度100%的單一色相、配方中顏料相互混合還存在明顯的復合效應，在微調時都要認真分析，保證獲得更佳的配色效果。顏色調整的同時，一般還伴隨著涂層遮蓋力、機械性能、表面效果(如光澤、鮮映度、紋理)及配方成本、粉體性能(如帶電性、上粉率)的調節，有時甚至還要同時進行涂層耐高溫、鹽霧或人工老化的測試，所以顏色調整的過程也是產品配方全面趨于成熟合理的過程。

　　2.2.6車間放大

　　由于實驗室小型設備與車間大生產設施之間在混煉效果上存在一定程度上的差異，無法保證實驗室配方在車間具有良好的重現性，一般都需要進行批量放大以進一步調整，根據混煉效果差異的預估結合產品生產總量和生產線小生產批量確定試驗放大批量(如常規批量的30%、50%或者是100%)。制樣測量后，根據色差效果對放大配方進行進一步調節，再擇量生產制樣測量，直至達到滿意的匹配效果，確定的生產配方。同實驗室調節一樣，車間放大過程中，根據樣品質量的檢測情況，除顏料外也對填料、各種助劑進行微調，保證產品預期的質量與理想的生產成本。需要注意的是，放大過程中會產生較大量的不合格品(顏色匹配差)，需要在當次生產中盡量消化掉，難度較大的也應在下一批次的生產中用掉，可行的話，也可以用于其他產品的生產中。

　　2.2.7批量生產

　　車間放大確定的生產配方在正常情況下是不需要也不允許任意更改的，但在那些中小型粉末涂料企業中，受各種因素影響所用原材料經常出現批次間質量的波動甚至品種和生產廠家的更換，為保證及時供貨，技術人員不得不經常進行配方調節以完成生產；隨著原材料價格持續升高，不少企業也降級使用價格優惠的原輔材料，這些都給批次間產品質量的穩定尤其是批次間色差的控制帶來挑戰。