Свет и цвет

 Одним из важнейших требований к лакокрасочному покрытию является внешний вид, который зависит от оптических свойств покрытия. И хотя оптические свойства не оказывают влияния на другие показатели пленки – прочность, пористость, твердость, часто по внешнему виду покрытия можно судить о качестве окрасочной работы, а значит, и о качестве полученного покрытия.

Внешний вид покрытия оценивают, исходя как из поддающихся измерению характеристик, так и визуально.

Вопросы изучения света, его распространения в различных средах, взаимодействия света с веществами, являющиеся предметом специального раздела физики – оптики, чрезвычайно важны для понимания оптических свойств лакокрасочных материалов и покрытий.

Прежде чем перейти непосредственно к оптическим характеристикам лакокрасочных материалов, вспомним некоторые основные положения оптики.

Еще древнегреческие исследователи доказали, что при переходе из менее плотной среды (воздуха) в более плотную (стекло, воду, а в нашем случае – пленку лака, пигмент, наполнитель) световой луч отклоняется от вертикали к поверхности раздела двух фаз на меньший угол, чем падающий. Позднее было доказано, что явление преломления света связано с изменением скорости света при переходе из одной среды в другую. Показатель преломления одной среды по отношению к другой равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления и для данного вещества является постоянной величиной. Если для воздуха (вакуума) он равен 1, то относительно воздуха вода имеет показатель преломления 1,33, кварцевое стекло – 1,52, масла – 1,48, смолы – 1,55, мел – 1,58, оксид цинка – 2,08 и т.д.

Показатель преломления больше единицы означает, что луч света, попадая в более плотную среду, как бы замедляет свой «бег».

Другим важным свойством света является его отражение. При падении световой волны на поверхность раздела двух сред с различными показателями преломления волна возвращается в первую среду.

Благодаря отражению света мы способны видеть предметы, не излучающие свет.

Различают зеркальное отражение света от поверхностей, имеющих размеры неровностей меньше длины световой волны, и диффузное отражение, когда неровности больше длины световой волны. На практике оба вида отражений могут проявляться одновременно.

Наиболее интересным и сложным свойством света является цвет. Свет и цвет неразрывно связаны между собой. Все многообразие окружающего мира мы воспринимаем в цвете. Природа цвета занимала умы мыслителей древности. Демокрит предполагал наличие атомов, исходящих от предметов и вызывающих в глазу их образы; Эвклид считал, что из глаза исходят «зрительные лучи», которые притягиваются телами, ощупывают их и вызывают зрительные ощущения.

Фундамент учения о цвете заложил Исаак Ньютон, который с помощью призмы разложил пучок белого цвета, получил спектр и выделил в нем семь основных цветов, при этом видимый, или «белый», цвет составляет очень малую часть электромагнитного спектра. Ощущение цвета возникает в результате воздействия на органы зрения человека электромагнитных колебаний с длиной волны от 400 до 760 нм (нанометров). Если воздействует вся совокупность колебаний в этом интервале, то создается ощущение белого цвета. Если же воздействуют только отдельные участки, то возникает ощущение другого цвета.

Тело кажется белым, если оно в одинаковой степени отражает лучи всей видимой части спектра, черным – когда полностью их поглащает. Если вещество поглощает какую-либо часть спектра, то оно будет окрашено в дополнительный к поглощаемому цвет (дополнительный цвет при сложении с поглощенным способен давать белый цвет).

В основе современного учения о цвете лежит теория о трехцветных цветовых ощущениях. Она базируется на трех основных законах смешения цветов. Первый закон утверждает, что любой цвет можно рассмотреть как совокупность  трех независимых цветов, т. е. таких трех цветов, из которых ни один не может быть получен смешением двух других. Второй закон говорит о непрерывности цветовой гаммы: не может существовать цвет, не примыкающий к другим цветам; путем непрерывных изменений излучения любой цвет может быть превращен в другой. Третий закон гласит, что цвет, полученный путем смешения нескольких других, зависит от их цветов и не зависит от спектрального состава. Иными словами, один и тот же цвет может быть получен путем разных сочетаний других цветов.

Основные цвета – желтый, синий, красный, - из которых могут быть составлены все остальные цвета. При смешении этих трех цветов в определенных отношениях всегда получают серый цвет.

Путем смешения двух основных цветов получаются составные цвета. Например, оранжевый, получаемый смешением желтого и красного; фиолетовый – смешением красного и синего. При смешении составных цветов получаются более сложные – цвет охры получается от смешения зеленого и оранжевого.

Различия в цвете объектов обусловлены различиями частот колебаний электронов в атомных и молекулярных структурах. Когда частота колебаний становится соответствующей какой-либо частоте видимого спектра, соединение поглощает свет, имеющий такую же частоту, и отражает свет остальных частот. Например, если электронная структура такова, что ее колебания происходят с частотой, соответствующей зеленой части видимого спектра, то соединение будет поглощать зеленый свет (сложенный из синего и желтого) и отражать другие. Для глаза такое соединение будет казаться красным.

Здоровый человек различает до 200 оттенков цветов. Но есть люди с уникальным цветовым зрением. Специалисты, изучившие картины И. Репина, полагают, что он различал 2000 оттенков!

Наконец несколько слов о цветоощущении у животных. У них оно развито значительно хуже, чем у человека, в особенности у тех, кто ведет ночной образ жизни. А вот у дневных птиц способность различать цвета очень высокая, у некоторых же – просто уникальная. Голубь, например, находясь на крыше многоэтажного дома, способен различить маленькое желтоватое зернышко, лежащее на темно-сером асфальте.

Стоит отметить, что один и тот же цвет в сочетании с другими выглядит совершенно по-иному. Недаром в народе говорят: «Краска краску красит». А известный художник – глава французского романтизма Э. Делакруа – восклицал: «Дайте мне уличную грязь и я сделаю из нее прелестный оттенок женской кожи».

Можно привести еще много интересных примеров из области света и цвета. Однако стоит рассмотреть, как эти оптические свойства проявляются в покрытиях.

Лакокрасочные покрытия могут быть прозрачными или укрывистыми, белыми или цветными, матовыми или глянцевыми. Разнообразие покрытий зависит от того, будет ли свет отражаться, проходить, преломляться или поглощаться покрытием, либо некоторые факторы будут действовать одновременно.

Бесцветные прозрачные покрытия пропускают бóльшую часть света через пленку до подложки, на которую они нанесены. Если подложка белая, то бóльшая часть света отражается через покрытие в обратном направлении, если черная – часть света поглощается поверхностью.

Цветные прозрачные покрытия получают из растворов красителя (или смеси красителей) в высыхающем масле или лаке. Вследствие избирательного поглощения волн падающего света материал приобретает определенный цвет. Окраска зависит также от толщины покрытия, концентрации компонентов, количества растворителя.

Шагрень и другие дефекты, образующие неровности на поверхности пленки, вызывают рассеяние света, влияя на прозрачность и интенсивность окраски отдельных участков.

Большинство лакокрасочных покрытий непрозрачны. В таких покрытиях свет может либо поглощаться, либо возвращаться к глазу наблюдателя, но уже от самого покрытия, а не от подложки. Степень видимости сквозь покрытие окрашиваемой поверхности характеризует его прозрачность и зависит от толщины и угла наблюдения.

Для обеспечения требуемой непрозрачности лакокрасочного материала и придания ему заданного цвета в него вводят пигменты. Пигменты избирательно поглощают свет одних волн и отражают свет других, но они могут и рассеивать свет внутри пленки, не давая ему возможности достичь подложки, и за счет отражения возвратиться к наблюдателю.

Рассеяние представляет весьма сложное оптическое явление. Его можно охарактеризовать как прохождение света через частицы пигмента в сочетании с последовательным отражением света от поверхности одной частицы к другой. Обычно, чем больше показатель преломления пигмента, тем выше непрозрачность лакокрасочного пигментированного покрытия. Поскольку пигмент находится в среде пленкообразователя, последний также влияет на непрозрачность покрытия.

При выполнении окрасочных работ следует учитывать, что показатель преломления высыхающих масел, лаков, смол возрастает при протекании окислительных и полимеризационных превращений, поэтому непрозрачность пигментированного покрытия при высыхании может уменьшаться.

При достаточно большой разнице в коэффициентах преломления пигментов и связующего наблюдается рассеяние света покрытием. Когда рассеяние велико, свет не проникает к подложке и покрытие становится непрозрачным.

Особо стоит отметить покрытия, содержащие металлические пигменты чешуйчатой формы, например алюминиевую пудру. Применение алюминиевой пудры дает возможность получать непрозрачные покрытия даже при толщине, равной десятым долям микрометра.

С непрозрачностью связан один из важнейших показателей пигментированных лакокрасочных материалов – укрывистость, характеризующая способность делать невидимой поверхность, на которую наносится покрытие. Укрывистость выражается количеством материала, которое необходимо нанести на 1 м² поверхности для того, чтобы сделать невидимой окрашиваемую поверхность. В ряде стран для характеристики укрывистости используется другой показатель – площадь поверхности, которую можно укрыть, израсходовав 1 кг или 1 л лакокрасочного материала.

Укрывистость, или кроющая способность, определяется отражением и поглащением света, что в свою очередь зависит от рассеяния и поглощения света частицами пигмента. В случае белых или слабоокрашенных покрытий преобладает отражение света. Укрывистость интенсивно окрашенных и черных покрытий определяется главным образом поглощением света.

Укрывистость нельзя путать с расходом лакокрасочного материала, наносимого на единицу площади при условии получения пленки нормальной толщины. Для каждого материала существует оптимальная величина одного слоя, при которой достигаются высокие защитные и эксплуатационные свойства покрытия. Лакокрасочный материал может и не обеспечивать полного укрытия подложки при нанесении одного слоя нормальной толщины.

Необходимо иметь ввиду, что цвет может казаться сильно изменившимся при необычных условиях освещения. Владельцы автомобилей вероятно знают, что тщательно отремонтированный дефект покрытия, невидимый даже при солнечном свете, вдруг проявляется, когда машина стоит вечером, под фонарем уличного освещения.

Стоит сказать несколько слов о группе цветов, близких к белому. Идеальный белый цвет, как и черный, существует только теоретически. На практике для всех покрытий, приближающихся к белым, характерно избирательное поглощение; часто оно наблюдается в синей области спектра. Поэтому покрытие преобретает желтоватый оттенок, когда его сравнивают с более белым покрытием.

Глаз человека очень чувствителен к небольшим различиям в цвете «почти белых» покрытий, особенно к различиям в насыщенности цвета. В быту при стирке для того, чтобы избавиться от желтоватого оттенка у белья, применяют подсинивание. Этот же прием применяют и для увеличения белизны покрытий, вводя в него небольшие добавки синих пигментов.

С оптическими свойствами связана и другая важная характеристика покрытий – блеск, определяющий отражающую способность поверхности. Иногда блеск определяют как «поверхностный глянец». Наличие блеска зависит от гладкости поверхности покрытия. У материалов с высоким блеском, например автомобильных эмалей, отчетливо проявляется зеркальное отражение; для материалов с незначительным блеском критерием служит преобладание зеркального отражения света над диффузным.

Большинство покрытий рассеивает и отражает падающий на них свет из-за неровностей поверхности покрытия или его неоднородности. Потеря блеска вследствие изменения состояния поверхности часто служит первым признаком начинающегося разрушения пленки. Следует отметить, что на блеск оказывают влияние неровности любого размера – от самых крупных до мелких (рисок) размером меньше длины световой волны.

www.remont-kuzova.narod.ru

◄Вернуться в раздел статьи