5.3. Оптические свойства красок.

Оптические свойства красок, в частности цвет, зависят в первую очередь от пигмента. Сочетание свойств пигмента и связующего и их взаимодействие также оказывает свое влияние.

К оптическим свойствам красок относятся их цветовые характеристики; глянец, прозрачность или противоположное ему свойство - кроющая способность; интенсивность; светостойкость, а также устойчивость света к действию растворителя и реактивов.

Цветовые характеристики. При освещении любого предмета солнечным или искусственным светом происходит частичное отражение светового потока.

Яркость, т.е. световой поток, излучаемый от единицы площади поверхности в данном направлении, зависит от коэффициента отражения, который практически служит характеристикой яркости как свойства краски.

Обычно от поверхности в разных направлениях отражаются неодинаковые по интенсивности световые потоки. Это равносильно изменению яркости при наблюдении объекта под разными углами. Лишь идеально матовые поверхности (матовая бумага) отражают свет рассеянно и равномерно во всех направлениях.

Яркость является количественной характеристикой отражаемого света, создающей при зрительном восприятии субъективное впечатление светлоты.

При отражении ахроматического излучения высокая яркость с коэффициентом отражения близким к 100%, соответствует высокой белизне. Малый коэффициент отражения (5-6%) соответствует практически черной поверхности.

Цветность и цветовой тон. Как правило, поверхности отражают свет избирательно: в большей степени - лучи одних длин волн и в меньшей - других. Коэффициент отражения таких поверхностей неодинаков для разных участков спектра, поэтому эти поверхности имеют тот или иной цвет.

Любому сложному излучению можно подобрать монохроматическое, имеющее тот же цвет, что и исследуемый образец. Длина волны такого монохроматического цвета определяет одну из характеристик цвета – его цветовой тон, обозначаемый, буквой . Другая характеристика цвета – насыщенность. Излучение, определяющее цветовой тон B_, может быть смешано в различных соотношениях с ахроматическим белым цветом B_бел. При этом цветовой тон остается тем же, а изменяется степень его разбеливания белым цветом, иначе называемая степенью разбеливания. По другому, изменяется насыщенность излучения цветом определяющим данный цветовой тон. Субъективно насыщенность воспринимается как характеристика красящего вещества в краске или краски на оттиске.

Степень насыщенности количественно характеризуется чистотой цвета, или отношением яркости излучения, определяющего цветовой тон, к общей яркости смешанного цвета:

В случае монохроматического излучения его чистота равна 100%, так как

.

Чистота ахроматического цвета равна нулю

.

Таким образом, цвет имеет три количественные характеристики: яркость, цветовой тон и чистоту.

Цветовые характеристики имеют особое значение в многокрасочной печати колористическая точность воспроизведения цветного оригинала зависит от цветовых свойств трех основных красок: голубой, пурпурной, желтой и черной (триады), которые должны обладать высокой яркостью и насыщенностью цвета. В идеальном случае они должны полностью поглощать излучения в одной из зон спектра и полностью отражать в двух других (рис. 49). Реальные краски, составляющие триаду, значительно отличаются от идеальных, что ограничивает возможности точного воспроизведения цветов.

Рис. 49. Спектральные кривые отражения идеальных и реальных красок

Глянец. В зависимости от вида и назначения печатной продукции оттиски могут быть матовыми и глянцевыми.

Глянец красочного оттиска аналогичен глянцу бумаги. Он проявляется в неоднородной яркости образца в разных направлениях и является результатом преимущественного отражения света под углом отражения, равного углу падения.

Для получения глянцевого изображения печатают на высокогладкой (мелованной) бумаге, применяют специальные глянцевые краски с повышенным содержанием смол, оттиск лакируют, покрывают различными пленками.

Глянец образуется в результате зеркального отражения света от гладкой поверхности. Отражаемый от поверхности свет не входит в оптический контакт с красящим веществом, находящимся в слое краски. Поэтому при глянцевом отражении нет избирательного поглощения света, и отраженный свет имеет тот же спектральный состав, что и падающий. Блики от глянцевой поверхности при обычном освещении остаются белыми, независимо от цвета краски, в чем не трудно убедиться, рассматривая любой блестящий окрашенный предмет. Окраску цветному изображению придает та часть света, которая проникает внутрь красочного слоя и, проходя через частицы пигмента, избирательно поглощается ими.

Многократно преломляясь, эта часть света рассеивается в слое краски и выходит из него окрашенной (рис. 30б). Таким образом, при отражении света от глянцевого изображения рассеянное отражение цветных лучей сочетается с белыми бликами.

Рис. 50. Отражение света от поверхности красочного слоя:

а – от глянцевого, б – от матового

Белая часть света в виде блика воспринимается наблюдателем только под определенным углом (рис. 50). Во всех других направлениях отражаются главным образом цветные лучи, не разбеленные белым светом, благодаря чему изображение воспринимается как более насыщенное цветом.

От матовой же поверхности отраженные лучи, и белые и цветные, рассеиваются во все стороны, и наблюдатель не зависимо от угла наблюдения оттиска воспринимает цветные лучи в смеси с белыми, что снижает насыщенность.

Прозрачность и кроющая способность печатной краски. При печатании по цветному фону, на цветной бумаге или на переплетных материалах краски должны обладать достаточной кроющей способностью, чтобы тонким слоем закрывать цвет подложки и создавать на цветном фоне четкое контрастное изображение.

Наоборот, при многокрасочной печати, когда различные цветовые тона создаются наложением красок, они должны быть прозрачными.

Прозрачность и кроющая способность зависят от свойств краски как дисперсной системы. Наличие в краске большого количества частиц пигмента вызывает многократное преломление света при прохождении его внутри красочного слоя. Если преломление при прохождении каждой частицы пигмента велико, т.е. коэффициент преломления на границе пигмент - связующее сильно отличается от 1, то свет, входящий в слой краски, отклоняется от первоначального направления (рис. 30б). В результате основная часть света рассеивается внутри слоя и выходит из него, не достигая подложки. Краска в этом случае непрозрачная кроющая. Наблюдатель воспринимает отраженные лучи без влияния цвета подложки.

Краска будет прозрачной при отсутствии сильного преломления лучей, когда коэффициент преломления на границе пигмент – связующее близок к 1. Тогда лучи света не отклоняются от первоначального направления, не рассеиваются, проходят через весь слой краски до ее нижней границы, и взаимодействуют с подложкой или с нижележащим слоем краски (рис. 30а). Поэтому, когда свет, отразившись от подложки и пройдя обратный путь, выйдет из красочного слоя, наблюдатель воспримет лучи, цвет которых определиться оптическими свойствами наложенных друг на друга слоев краски.

Краски, предназначенные для печатания по цветному фону, например переплетные, испытывают на кроющую способность. Для этого их раскатывают по белой и черной поверхностям (бумага с высокой белизной и оттиск черной краской). Роль черной основы сводится к поглощению света, прошедшего через слой краски так, что наблюдатель будет воспринимать лишь рассеянно отраженный свет.

Для характеристики кроющей способности определяют величину цветового различия Е краски на черной или белой основах, которая будет тем больше, чем меньше ее кроющая способность.

Испытанию же на прозрачность подвергают краски для многокрасочной печати. Для этого на черной основе делают раскатки краски с различной толщиной слоя и определяют ее оптическую плотность. Прозрачность оценивают по десятибалльной шкале как прирост оптической плотности D в зависимости от толщины слоя краски h. Чем более прозрачна краска, тем меньше отношение D/h.

Прозрачность (кроющая способность) – оценивается в баллах по десятибалльной шкале: 10 баллов соответствует максимальной прозрачности (и соответственно минимальной кроющей способности), а 1 балл – минимальной прозрачности (максимальной кроющей способности).

Интенсивность – это способность краски придавать изображению требуемые оптические характеристики (в общем случае оптическую плотность) при минимальном ее расходовании. Из двух красок одинакового цвета интенсивной будет та, которой потребуется меньше для создания одинакового оптического эффекта. Оценивают интенсивность по нарастанию оптической плотности оттиска в зависимости от количества краски на нем. Стандартный метод определения интенсивности заключается в сравнении испытуемой краски с эталонной того же типа.

Интенсивность красок зависит, прежде всего, от свойств пигмента, от его химической структуры, степени дисперсности, а так же от его концентрации в краске. Повышение концентрации пигмента в краске может ограничиваться его высокой маслоемкостью, т.е. фактором, связанным со взаимодействием пигмента и связующего в дисперсной системе краски.

Оптическая плотность изображения зависит не только от интенсивности краски, но и от ее количества на оттиске, что в свою очередь, зависит от коэффициента переноса краски с формы на бумагу, т.е. от технологических свойств краски.

Кроме того, оптическая плотность изображения зависит также от краскоемкости бумаги. При печатании на высокогладких бумагах с малой краскоемкостью потребуется меньше краски для заполнения микронеровностей и закрашивания белой подложки.

Интенсивность (I) измеряется в процентах и характеризуется величиной, обратно пропорциональной толщине красочного слоя (h₀), при котором достигается заданный цвет:

.

Светостойкость характеризует способность краски нанесенной на оттиск не изменять своих свойств под действием света. Она зависит от светостойкости пигмента. Светостойкость оценивается по восьмибалльной системе путем сравнения со светостойкостью эталонов – голубой шерстяной шкалой (восемь шерстяных полосок окрашенных голубыми красками разной светостойкости). Очень слабая светостойкость оценивается в 1 балл, 2 – слабая, 3 – умеренная, 4 – довольно хорошая, 5 – хорошая, 6 – очень хорошая, 7 - отличная, 8 – исключительная.

Устойчивость красок к действию растворителей и реактивов. При действии на краску воды, спирта, бензина, масел и других растворителей, а так же растворов кислот и щелочей может произойти либо растворение в них связующего или пигмента, либо химическое изменение пигмента, в результате изменяется цвет изображения, ухудшится его внешний вид. Растворимость и возможные химические изменения пигмента зависят, прежде всего, от его природы. Поэтому для устойчивости краски к тем или иным реагентам подбирают соответствующие пигменты.

Однако на устойчивость краски может повлиять и состав связующего, наличие в нем смол и других компонентов, растворяющихся в том или ином растворителе.

Краски в зависимости от назначения печатной продукции должны иметь разную устойчивость к растворителю и реагентам. Например, краски для печатания плакатов и афиш должны отличаться высокой водостойкостью, краски для упаковок химических товаров – высокой стойкостью к действию кислот и щелочей. Такие же требования предъявляются к краскам, предназначенным для печатания продукции наклеивающейся щелочными клеями: плакаты, наглядные пособия, марки, этикетки и др.

При выборе технологии для лакирования печатной продукции следует учитывать состав растворителя, содержащегося в лаке, который может повредить красочную пленку (например, спирт).

Стойкость краски оценивается по пятибалльной системе – наибольшей стойкостью обладают краски с баллом 5.