（制浆造纸工程专业论文）颜料在纸张调配色及表面涂饰中的应用及吸附机理的研究.pdf

山东轻工业学院硕士学位论文 摘要 有色颜料是重要的染色剂，在油漆、油墨、印染、造纸等行业具有重要的应 用价值。本论文概述了颜料在国内外的应用现状，就颜料的性质和应用及其在纸 浆中的留着机理等方面进行了研究。 第一部分对与纸张调配色有关的颜料的主要性质进行了研究，包括着色力、 遮盖力、耐酸碱性、耐光性、带电性以及粒径大小等几个方面，得出如下结论： ( 1 ) 选用的日本颜料的着色力都在1 0 0 以上，因此着色力比较高。 ( 2 ) 经过羊皮化处理和直接加入处理得知说明颜料具有一定的耐酸碱性。 ( 3 ) 通过高压氙弧灯照射处理，得出这几种颜料的耐光性高于其相对应的染料。 ( 4 ) 通过电性分析，得知p p 0 3 5 7b l u e 和p p 0 3 5 8 v i o l e t 是非离子性的，p p 0 3 6 0 r e d 和p p 0 3 6 2r e d 红色颜料是阳离子性的，而p p 0 3 5 9o r a n g e 和p p 0 3 6 1y e l l o w 是阴 离子性的。 ( 5 ) 用于纸张增白的蓝色颜料和紫色颜料的粒径大小分布分别为在 6 0 n m - 7 5 0 n m 、6 5 n m - 7 5 0 n m 。 第二部分对颜料在箱板纸中的应用进行了研究，本部分主要研究了箱板纸染 色的影响因素及这些因素对颜料的染色深度影响规律的探讨。 其中影响因素包括打浆度、助留剂、接触时间、p h 值、填料等。得出，最佳 打浆度为4 4 。s r ；对于红色颜料来说，先加硫酸铝后加颜料的效果要好，而对于 黄色和橘黄色颜料来说，先加颜料后加硫酸铝效果要好；三种颜料的硫酸铝最佳 加入量都是3 ；阴离子松香胶有利于颜料的留着，而阳离子松香胶不利于颜料 的留着；a k d 增加颜料的留着；红色和黄色颜料的最佳接触时间为6 m i n ，而橘 黄色颜料的最佳接触时间为4 m i n ；红色颜料最佳p h 值为5 5 ，黄色、橘黄色颜 料最佳p h 值都为6 ，因此三者都适合在酸性条件下进行染色。填料滑石粉的加入 降低了染料效果。 研究还探讨了打浆度、助剂( 壳聚糖、淀粉) 、填料等对颜料染色深度的影响 规律，并且得出了各个因素对染色深度的曲线拟合方程式，用方程把两者之间的 关系进行了量化。 本文第三部分主要就颜料在白纸和涂料中的应用进行了研究。得出颜料显白 剂的使用范围，在用量为0 0 0 3 2 时，通过改变颜料的用量和比例，都可以利用 调色颜料进行调色达到我们所要求的色相指标。当颜料用量在0 0 0 3 0 1 之间时， 亨特完全白度随颜料加入量的增加而不断下降。通过对颜料和荧光增白剂( f w a ) 对纸张色相指标的影响的对比，得出对白度要求不高的纸张，可以用显白剂代替 增白剂，大大减少用量，节约成本。还得出了颜料在浆内加入最佳用量为 摘要 1 0 0 1 2 0 p p m ，涂料加入的最佳用量为6 0 p p m 。 第四部分就颜料的吸附机理进行了研究。首先得出纤维吸附颜料随着时间的 变化而变化，颜料的吸附可以分为快速阶段、慢速阶段和完成阶段；并且得出纤 维直接吸附颜料的量在3 0 左右，还推导出了颜料的吸附动力学模型为： 如撩肇揣e x p ( 1 川 a 耽d d f 1 一石1一九比l 关键词：颜料；染色；箱板纸；涂布白纸；吸附机理 i i 山东轻工业学院硕士学位论文 a b s t r a c t t i n t i n gp i g m e n ti so n eo ft h em o s ti m p o r t a n td y e i n ga g e n t s a n dt h e ya r ei ti s w i d e l yu s e di nm a n yf i e l d ss u c ha sp a i n t i n g ，p r i n t i n gi n k ，d y e i n g ，p a p e rm a k i n ga n d s oo n t h i sa r t i c l em a i n l ys u m m a r i z e dt h ec u r r e n ta p p l i c a t i o no fp i g m e n ta th o m ea n d a b r o a d a n da l s oh a v ed o n et h er e s e a r c ho ft h ec h a r a c t e r i s t i ca n da p p l i c a t i o no ft h e p i g m e n t a n do nt h eb a s eo ft h ea b o v er e s e a r c h ，t h er e t a i n i n gm e c h a n i s mw a sa l s o i n v e s t i g a t e d i nt h ef i r s tp a r to ft h i sp a p e r , s o m em a i nc h a r a c t e r i s t i c so fp i g m e n tw e r e r e s e a r c h e d ，i n c l u d i n gc o l o r i n gs t r e n g t h 、c o v e r i n ga b i l i t y ，a c i da n da l k a l ir e s i s t a n t ，l i g h t e n d u r a n c e ，e l e c t r i f i c a t i o na n dg r a i nd i a m e t e rd i m e n s i o n a n dt h ef o l l o w i n gr e s u l t s w e r eo b t a i n e d ： ( 1 ) t h ec o l o r i n gs t r e n g t ho ft h ep i g m e n t sw e r eu s e di nt h i sr e s e a r c hw e r ea b o v e 10 0 ，s ot h ec o l o r i n gs t r e n g t hw e r eh i g h ( 2 ) t h r o u g h t h et r e a t m e n to f p a r c h m e n t i z e i n d i c a t et h a tt h e p i g m e n th a v e r e s i s t a n c et oa c i d sa n db a s e s ( 3 ) t h r o u g ht r e a t m e n to ft h ex e n o na r ci n d i c a t et h a tt h ep i g m e n th a v eb e t t e rl i g h t f a s t n e s st h a nd y e ( 4 ) t h r o u g ht h ea n a l y s i so fe l e c t r i c a ln a t u r e ，t h ef o l l o w i n g sw e r ek n o w n ：p p 0 3 5 7 b l u ea n dp p 0 3 5 8 v i o l e ta r en o n - i o n ；p p 0 3 6 0 r e da n dp p 0 3 6 2r e da r ec a t i o n i c p p 0 3 5 9 o r a n g ea n dp p 0 3 6 1y e l l o wa r ea n i o n i c ( 5 ) t h ed i s t r i b u t i o no fg r a i nd i a m e t e rd i m e n s i o no fp i g m e n t sw h i c hu s e di np a p e r c o a t i n g t ow h i t e np a p e rw e r e6 0 n m - 7 5 0 n m 、6 5 n m - 7 5 0 n m 。 i nt h es e c o n dp a r to ft h i sp a p e r , t h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so fd y e i n go fc a s eb o a r d w e r er e s e a r c h e da n dt h ei n f l u e n c i n gd i s c i p l i n eo ft h ee f f e c to ft h e s ei n f l u e n c i n gf a c t o r s o nd y e i n gd e p t hw e r ei n v e s t i g a t e d f i r s t ，t h ee f f e c to fb e a t i n gd e g r e e ，r e t a i n i n ga g e n t s ，c o n t a c tt i m e ，p ha n df i l l i n go n d y e i n go fb o a r dp a p e rw e r er e s e a r c h e d a n dw ef o u n dt h a tt h eb e s tb e a t i n gd e g r e ew a s 4 4 0 s r a st or e dp i g m e n t ，t h ee f f e c to fa d d i n ga 1 2 ( 8 0 4 ) 3f i r s tw a sb e t t e rt h a na d d i n g p i g m e n tf i r s t b u ti tw a sj u s tt h eo p p o s i t ea st oy e l l o wa n do r a n g ep i g m e n t 1 1 1 eb e s t d o s a g eo fa 1 2 ( 8 0 4 ) 3o ft h ep i g m e n t s ( r e d ，y e l l o w , o r a n g e ) w e r e3 a n i o n i cr o s i ns i z e a n da k dw e r eg o o df o rr e t a i n i n go fp i g m e n tb u tt h ec a t i o n i cr o s i ns i z ei sn o t t h eb e s t c o n t a c t i n gt i m eo ft h ep i g m e n t sw e r e6 m i n ，6 m i na n d4 m i n a n dt h eb e s tp hw e r e a b s t r a c t 5 5 ，5 5a n d6 t a l c u mp o w d e rr e d u c e dt h ed y e i n ge f f e c t s e c o n d ，t h ei n f l u e n c i n gd i s c i p l i n eo ft h ee f f e c t so fb e a t i n gd e g r e e ，a d d i n g a g e n t s ( c h i t o s a n ，s t a r c h ) a n df i l l i n go nd y e i n gd e p t hw e r er e s e a r c h e d a n dt h ec u r v e f i t t i n ge q u a t i o nw e r eo b t a i n e d a n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ef a c t o r sa n dt h ed y e i n g d e p t hw e r eq u a n t i f i e d t h et h i r dp a r to ft h i sp a p e rm a i n l yh a v ed o n et h er e s e a r c ho nt h ea p p l i c a t i o no f p i g m e n tu s e di nw h i t ep a p e ra n dc o a t i n g a n dg o tt h a ts c o p eo fp i g m e n tw a sv e r y w i d e ，t h r o u g hc h a n g i n gt h ed o s a g ea n dt h ep r o p o r t i o no fd i f f e r e n tp i g m e n ti tc a ng e t t h er e q u i r e m e n t w h e nt h ed o s a g eo f p i g m e n tw a s0 0 0 3 0 1 ，w i t ht h ei n c r e a s i n go f t h ed o s a g eo fp i g m e n t ，h u n t e rw h i t e n e s sd e c r e a s e d t h r o u g hc o m p a r i n gt h ee f f e c to f p i g m e n ta n df w ao np a p e rs h a d e ，w ec a ng o tp i g m e n tc a nr e p l a c ef e aw h e nt h e r e q u i r e m e n to fp a p e rw h i t e n e s si sn o tv e r yh i g h a n da l s ow eg o tt h eb e s td o s a g eo f p i g m e n ta d d e di np u l pw a sa n di nc o a t i n gw a s6 0 p p m t h el a s t p a r to ft h i s a r t i c l ea d s o r p t i o nm e c h a n i s mw a sr e s e a r c h e d f i r s tt h e r e g u l a r i t yo fp i g m e n ta d s o r p t i o nw a sg o t a n dt h ep i g m e n ta d s o r p t i o nw a sd i v i d e di n t o r a p i ds t a g e ，s l o ws t a g ea n dc o n c l u d i n gs t a g ea n da l s ot h ed i r e c ta d s o r p t i o nd o s a g ew a s a b o u t3 0 a n da tl a s tt h ea d s o r p t i o nd y n a m i cm o d e lo fp i g m e n tw a s g o t ： 弧撩a 譬蔫e x p 拱 ( 1 晶圳既胼 1 一石1一磊比，咄 k e yw o r d s ：p i g m e n t ；d y e i n g ；c a s eb o a r d ，c o a t i n gp a p e r ；a d s o r p t i o nm e c h a n i s m i i 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。文 中引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或 成果，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属山东轻工 业学院。山东轻工业学院享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 署名单位仍然为山东轻工业学院。 论文作者签名： 导师签名： 山东轻工业学院硕士学位论文 1 1 纸张染色现状 第1 章绪论 纸张染刨l j 是在纸浆或纸张中加入某一种染料或颜料使其有选择性地吸收可 见光中大部分光谱，未被吸收而被反射出来的光谱为我们所需要的颜色。这一过 程称为染色或调色。纸张染色是一个非常复杂的过程，受浆料基色、浆料质量、 染料或颜料的种类和用量、染色方法、染色和抄纸时的物理与化学环境等很多因 素的影响【2 - 9 。由于以上诸多因素的影响，使得各种调色纸的色相控制非常困难， 厂家在染色过程中存在纸张的颜色控制难的问题，这也是需要解决的问题。 现在大部分厂家选择染料进行染色【l 们。由于包装业的发展，国内许多纸厂纷 纷看好箱板纸市场，不断有新的项目投产。因此，不同的厂家根据具体情况有针 对性地选择合适的染料，对纸厂的产品质量和经济效益都是至关重要的。原来使 用的基本染料的性能、色牢度、鲜艳度等形成的单调色彩已很难满足市场对牛皮 箱板纸外观颜色的需求。因此，新的染料和染色技术正受到生产厂家的普遍重视 而成为今天牛皮箱板纸生产中个重要的加工过程。直到现在，用染料对箱板纸 进行调色还是主流，至于用有色颜料代替染料进行箱板纸调色的厂家和有关报道 还很少见。 有色颜料以自身的优点：着色力强，无污染，着色均匀，耐光、耐候性强等 特点在箱板纸调色中肯定将会占有一席之地。 在目前生产中，多数情况下初始配方是由技术人员根据历史配方，结合自己 的经验而制订的。对于新的产品色样或当原料颜色变化时，要确定一个合适的染 料配方并使色差值低于要求是相当困难的，如果染料配方制订不当，极易出现色 差过大、批问颜色不一致等纸病。对于间歇染色来讲，缺乏有效的色差纠正方法， 往往造成整池浆的产品有颜色缺陷。连续染色的情况好一点，可以在生产时通过 调节染料液的流量来纠正色差，但这- # 1 j 下过程需要至少2 0 分钟的时间，也会使 大量的产品出现颜色波动。在少数的厂家中也使用过配色软件1 1 2 ”】，但目前的配 色软件多是由印染行业直接移植过来的，在进行配色计算时不考虑衬层的颜色影 响，因而多数情况下匹配结果与预期颜色间仍有一定的色差。因此对于纸张的计 算机配色还需要更进一步的研刭怕j 。 纸张的颜色一般有两种：白色和深色。黑的和其它的非常黑的颜色只有在很 特殊的情况下才出现，涂布纸和原纸的颜色对纸的颜色有一定的影响，并且不同 的涂料配方可以应用到纸张中。 颜色的多样性和客户要求的专一性给不少生产厂家带来困难，问题在于难以 第1 章绪论 控制颜色的变化，因为调色确实是个非常大的问题，其中也大有学问。因为虽然 我们的颜色值只分为两种：白色和深色，但就深色而言就有3 0 0 9 0 0 种不同的颜色。 所以对于造纸厂而言，针对不同的客户可能就有很多不同的颜色变化需要，因此 颜色的控制变得越来越重要。只有一些颜色范围比较广的办公用纸和新闻纸对颜 色的要求不是特别严格，因为这样的纸种的颜色变化范围比较大，并且不容易被 人眼识别。但是有很多纸有严格的颜色要求，对于一些有颜色的纸张来说，颜色 的测定很有必要，因为这些纸张中添加了染料、颜料或者是其它的光学增白剂 f 1 7 ，1 8 1 。 1 2 纸张的染色方法 纸张着色时，一般有浆内染色、压光染色、浸渍染色、涂布上色几种形式， 而浆内染色又有间歇式及连续式两种不同方法d 9 , 2 0 。 1 2 1 浆内染色 纸张的染色大多数是采用浆内染色，就是将溶解好的染料，在打浆机、水力 碎浆机、配料池或其它适当的地方加入浆料中，进行间歇染色。也可以用连续染 色方法。染料的溶解和稀释很重要，一般是使用少量的水将染料调成糊状，在充 分搅拌下用热水进行稀释或采用间接加热的方法提高染料液的温度，以加速染料 的溶解，然后过滤备用。对染料的加热不可直接通蒸汽，因为直接通蒸汽会产生 局部高温，导致染料的分解，生成不溶性的色淀，在纸面上出现色斑。不同染料 的溶解条件和染料加入的程序应根据产品说明的规定执行1 2 。 1 2 2 压光染色 压光染色属于纸面染色，与压光机纸面施胶相似，在压光辊上使纸张与染料 液接触，这种方法多用于纸板和厚纸的染色。这种方法具有染料耗用少，成本较 低，色泽鲜艳，耐光性较强等优点。但由于受压光操作的影响，色料局部受磨损 易脱落，在纸面上常出现露底白斑的纸病【2 引。 1 2 3 浸渍染色 浸渍染色是使原纸通过色料槽而着色，然后在烘缸上干燥，需要另外配置一 套染色装备，属于加工纸范畴，浸渍染色常用于皱纹色纸及其它薄型色纸的生产。 在生产加工彩色纸过程中，纸页经染料液浸渍，再经两道压榨辊挤压多余染料液 后，进入后部干燥；第一道压榨辊的榨余率为8 0 ，尽量挤干纸面的带液量，保证 在第二染槽中可以再上染。第二道压榨辊的余率为6 5 7 0 ，提高纸面带液量， 在纸页通过热风干燥时，让染液更多、更均匀地渗透到纸页内部，减少纸页表面 2 山东轻工业学院硕士学位论文 浮色【2 3 】。 其中表面施胶染色法是将溶解好的染料液经泵送入表面施胶机中，运用浸渍 的原理将染料液浸渍于纸张的表面，然后经烘缸干燥达到染色的目地。此项技术 投入生产后，染料用量由原先的1 吨纸6 6 0 9 降至3 5 0 9 ，一级品率由原先的9 0 提升 到9 4 ；且有色纸改产方便，不需要冲洗浆池，减少了水和浆料的浪引2 4 2 5 1 。 1 2 4 涂布上色 利用涂布加工的方法对纸张进行染色。其中蜡光纸就是一个典型的例子。蜡 光纸是一种单面涂有各种颜色涂料，或者印有花纹( 如树皮、玳瑁、斑纹等) 的涂布 加工纸。这种纸的单面( 表面) 有很高的光泽度，色调鲜艳，光彩夺目，具有良好的耐水 性【2 6 1 。 1 3 颜色的属性 为了便于了解颜色管理方面的机理，首先介绍颜色立体图( 图1 1 ) 。颜色立体 是利用三维坐标把颜色知觉的三个属性( 色调、明度和饱和度) 完整地表示出来。 图中的每个具体空间位置均代表着一个特定颜色2 7 1 。 白 黑 图1 1 颜色立体图 红 1 3 1 色调( h ) 色调又称色相，是色彩最主要的特征，是色与色的主要区别。光谱中不同波 长的光都具有特定的颜色，所以一定波长的光或某些不同波长的光混合，呈现出 不同的色彩表象，这些色彩的表象就称为色调。在0 到3 6 0 度的标准色轮上，按 位置度量色相。在通常的使用中，色相由颜色名称标识。 3 第1 章绪论 有彩色就是包含了彩调，即红、黄、蓝等几个色族，这些色族便叫色相。最初 的基本色相为：红、橙、黄、绿、蓝、紫。在各色中间加插一两个中间色，称之 为头尾色相，按光谱顺序为：红、橙红、黄橙、黄、黄绿、绿、绿蓝、蓝绿、蓝、 蓝紫、紫、红紫十二基本色相。 这十二色相的彩调变化，在光谱色感上是均匀的。如果进一步再找出其中间 色，便可以得n - 十四个色相。如果再把光谱的红、橙黄、绿、蓝、紫诸色带圈 起来，在红和紫之间插入半幅，构成环形的色相关系，便称为色相环。基本色相 间取中间色，即得十二色相环。再进一步便是二十四色相环。在色相环的圆圈里， 各彩调按不同角度排列，则十二色相环每一色相间距为3 0 度。二十四色相环每一 色相间距为1 5 度例。 1 3 2 明度( v ) 明度是颜色的相对明暗程度，通常使用从0 ( 黑色) 至1 0 0 ( 白色) 的 百分比来度量。对于色调相同的颜色来说，如果光波的反射率、透射率或是辐射 光能量不相等时，最终的视觉效果也不相同，这个变化的量称为明度。愈接近白 色明度愈大，愈接近黑色则明度愈小。人眼对明度的变化是很敏感的1 2 9 j 。 谈到明度，宜从无彩色人手，因为无彩色只有一维，好辩的多。最亮是白， 最暗是黑。以及黑白之间不同程度的灰，都具有明暗强度的表现。 日本色研配色体系( p c c s ) 用九级，门塞j l 贝, t j 用十一级来表示明暗，两者 都用一连串数字表示明度的速增。物体表面明度，和它表面的反射率有关。反射 的多，吸收得少，便是亮的；相反便是暗的。只有百分之百反射的光线，才是理 想的白，百分之百吸收光线，便是理想的黑。事实上我们周围没有这种理想的现 象，因此人们常常把最近乎理想的白的硫化镁结晶表面，作为白的标准。在p c c s 制中，黑为l ，灰调顺次是2 4 、3 5 、4 5 、5 5 、6 5 、7 5 、8 5 ，白就是9 5 。越靠 向白，亮度越高，越靠向黑，亮度越低。通俗的划分，有最高、高、略高、中、 略低、低、最低七级。在九级中间，如果加上它们的分界级，即2 、3 、4 、5 、6 、 7 、8 、9 ，便得十七个亮度级。 有彩色的明暗，其纯度的明度，以无彩色灰调的相应明度来表示其相应的明度 值。明度般采用上下垂直来标示。最上方的是白，最下方是黑，然后按感觉的 发调差级，排入灰调。这一表明明暗的垂直轴，称无彩色轴，是色立体的中轴p o 。 表1 1 明度等级与亮度因素之间的关系 y o 0 00 9 13 0 46 7 4l2 4 32 0 5 0 4 山东轻工业学院硕士学位论文 明 度 v 白 阐 、 图1 2 明度标尺与彩度标尺 c 门o 1 3 3 饱和度( c ) 饱和度亦称纯度、艳度或彩度，表示颜色的浓淡程度。饱和度表示色相中灰 色分量所占的比例，它使用从0 ( 灰色) 至1 0 0 ( 完全饱和) 的百分比来度 量。在标准色轮上，饱和度从中心到边缘递增。某颜色的色相表现越明显，它的 饱和度就越高。在纯色颜料中加入白色或黑色后饱和度就会降低i 3 。 颜料的饱和度取决于其着色物表面反射光谱辐射的选择性，若着色物对光谱 某一较窄波段的光反射率高，而对于其他波长的光反射率很低或没有反射，则表 明它有很高的光谱选择性，这一染料或颜料的选择性就高。反之，不仅能反射某 一色光，同时也能反射一些其它色光时，饱和度就小。 1 4 颜色的表示方法 世界上的颜色形形色色，种类繁多，虽然只有红、黄、蓝三种基本色，但是这 三种颜色以不同的比例混合却可以得到成千上万种颜色，从而使我们的世界不再单 调，给我们平淡的生活增加生机。差别很大的颜色之间很好区分，可是颜色之间的 细微差别很难用语言来表达，并且随着技术的不断进步和客户要求的f 1 益严格，对 颜色的质量要求也越来越高，因此造纸工作者很有必要了解纸张的光学性能和如何 直观的表达颜色的各种指标3 2 羽】。目前应用比较广泛的主要有l 幸、c 、h o 表色系 统， c i e 表色系统，y l o 、x l o 、y l o 表色系统。 1 4 1 l 、c 、h o 表色系统 l 事、c 幸、h o 表色系统与l 幸、a 、b 宰表色系统在色空间及色差计算方面都是 统一的。但在本系统中采用了明度l ( 以直线表示) ，彩度c 和色调角h o ( 用极 坐标表示) 来表示颜色的色坐标【3 5 】。它的定义方程见下式： i = i 宰( 1 1 ) m吖彰w吖引万u吖 第l 章绪论 c 牝( ( a ) 2 + ( b 木) 2 ) 1 陀 h o = a r c t g ( b 幸a ) ( 1 2 ) ( 1 3 ) 在进行颜色比较时总色差计算仍用下式计算： a e a b * = ( ( l 幸) 2 + ( a 乖) 2 + ( b ) 2 ) i 2 ( 1 4 ) 明度差： a l * = l * t l * r ( 1 5 ) 彩度差：a c a b * = c a b 幸t c a b * r( 1 6 ) 式中：l * t 、c a b * t 为试样测量值，l * r 、c a b * r 为标样测量值。 当选用本表色系统计算色调差时，一般是不用色调角h o 的，而用色调h 幸，其 色调差a h * 由下式确定： a h a b * = ( ( e a b ) 2 _ ( l 牛) 2 ( 1 1 0 ) 即c = r + g + b ，而显然r + g + b = l ，所以可以用r 、g 作为直角坐标绘制出一个直 角坐标图它是由所有光谱色的色品坐标点连接起来而形成的光谱轨迹，称之为色 品图。 ( 2 ) c i e1 9 3 1x y z 色度系统 由于实际上不存在负的光强，1 9 3 1 年c i e 规定了3 种假想的标准原色x ( 红) 、 y ( 绿) 、z ( 蓝) 构造了c i e x y z 系统【3 7 】，以便能够得到的颜色匹配函数的三刺激值 都是正值( 见式1 1 1 ) ： c = ) 【x + y y + z z( 1 1 1 ) 其中一个例子如图1 3 所示： 图1 3c i e x y z 系统三刺激值 c i e1 9 3 lr g b 系统中波长谱线的坐标点连接起来，就形成了c i e l 9 3 1x y z 系统色品图i j 川。 由c i e1 9 3 1r g b 系统转换而来的等能光谱色品坐标，连成的曲线称为c i e x y 色品图的光谱轨迹在光谱轨迹的红端波长到波长为5 6 0 n m 的区间内，光谱色 轨迹接近直线，然后光谱色轨迹形成弧形曲线直至光谱的短波区域，蓝紫色的波 长被压缩在很小的范围之内由该光谱轨迹曲线以及连接光谱的红端和蓝端的直线 所构成的马蹄形内，包括了一切物理上能实现的颜色1 3 引。 ( 3 ) c i e i9 7 6l 幸a 宰表色系统 c i e 推荐的x ，y ，z 空间是不均匀的，在此空间中，两对等距的颜色点，并 不一定给人以相同的颜色感觉【3 9 1 。为了提高计算结果与视觉的相关性，c i e 推出 了几种均匀颜色空间( c i e l 9 6 4 w * u 枣v 、c i e l 9 7 6 l * u v 、c i e l 9 7 6 l * a b 幸 等) ，其中应用最广泛的是c i e l 9 7 6 l * a * b * 均匀颜色空间。 l 木为明度指数，表示黑白轴，a 和b 奉为色度指数，分别表示红绿轴和黄 蓝轴。l 为1 0 时，表示对光完全散射的漫射体；l 为0 时，表示对光完全吸收的 7 第1 章绪论 黑体。a 幸值越大，样品的色调越红；b 值越大，色调就越黄【4 0 1 。 1 4 3 y l o 、x 1 0 、y 1 0 表色系统 测色仪器所测得的颜色三刺激值是各种表色系统的计算基础。针对国内涂料 行业，我们首先介绍y 1 0x i oy l o1 9 6 4 补充标准色度系统【4 1 4 5 1 。 其条件是以观察视角为1 0 0 ，在d 6 5 标准照明体下，被测物体的反射色。y l o 为亮度系数，x l oy l o 是c i e1 9 6 4 色度坐标图。 s 一 l 、 弋 ， ， f 1 一 | m 4 鬯 弋 。l h 箩： i ， ， ， 。 ，一r - 沁。 图1 4c i e19 6 4 补充色度系统色度图 色度坐标由下式确定： x i o = x l d ( x l o + y l o + z i o ) y l o = y , d ( x l o + y l o + z i o ) ( 1 1 2 ) ( 1 1 3 ) 图1 4 中扇形曲线为光谱颜色轨迹，直线部分为绛紫轨迹。所有颜色均处于 由这两条轨迹所围成的马蹄形面积之中。图中d 6 5 为c i e 所推荐的标准照明体d 6 5 在色度图中的色度坐标( x i o = 0 3 1 3 8 、yj o = 0 3 3 10 ) 0 点。 1 5 配色原理 颜色的配制要根据光学原理。所有的物体，包括颜料在内，它们之所以有颜 色，都是靠光线射在其上，经过它们不同的吸收和反射作用而形成的。日光可见 光有红、橙、黄、绿、蓝、靛( 青) 、紫七色，如果某一个物体能把所照到的日光 全部吸收，那么人的眼睛就看不到任何反射光线，即呈现为“黑色 ；如果另一 物体能将日光全部反射，则人的视觉为“白色”光；如果物体选择性地吸收了一 部分同光，人的视觉就只能看到它所不能吸收的那一部分光，就是那个物体外表 的颜色【4 6 , 4 7 】。 不同波长的光显示不同的颜色，这些颜色是单色的，如果两种以上不同波长 8 山东轻工业学院硕士学位论文 的光混合在一起，就变成另外一种颜色，这些颜色是混色的1 4 8 】。例如：5 7 6 n m 长 的黄色光与4 7 5 n m 长的蓝色光混合就变成白色光，我们在配色时或者在日常生活 中，要使泛黄的颜色变白些，要加一些蓝色颜料就是这个原理。 箱板纸配色大多数是使用几种不同种颜色的颜料混合起来配成所需要的颜 色，而在众多的颜色中，红、黄、蓝这三种颜色是配制成各种混合色的基本颜色。 我们称这三种颜色为原色或基本色。也就是说，平常我们看到的色彩缤纷的各种 颜色，大多数是由红、黄、蓝三种原色按不同比例混合起来配制而成的，由这三 种颜色中两种颜色调配成的颜色称作为间色或叫二次色，由间色调配而成的颜色 称作再间色或叫三次色1 4 9 j 。 配色时，一般选用与欲配色最为接近的原色或间为基础进行调配，黑白两色 主要用来调明度。 红、黄、蓝三种原色中两种混合起来可得到较鲜艳明亮的颜色，这两种原色 称为拼色，而第三种原色称为补色。例如：红色与黄色混合成橙色，则红色与黄 色是拼色，而蓝色是补色，补色可令所配的颜色暗淡。因此，配色时如果选用两 种原色相拼，一定要防止补色的引入。 颜料是配色的原料，颜料主要有红、黄、蓝、白、黑五种基本色，其中红、 黄、蓝为三原色，用这些基料可以调配出各种颜色的色漆。白色、黑色几乎可以 与任何颜色( 金色、银色除外) 调配，可以起到调配深浅的独特作用1 5 0 】。 涂料色漆的调配用颜料拼色法( 颜料相a n ) ，黄与蓝相加成绿，黄与红相加成 橙，红与蓝相加成紫，红、黄、蓝三色相加成黑1 5 1 , 5 2 j 。 在调色时，两种原色拼成一种复色，而与其对应的另一个色则为其补色，补 色加入复色中会使颜色变暗，甚至变成灰色或黑色，因此需要注意1 5 引。 1 6 颜料的概况 1 6 1 有机颜料和无机颜料的区别 有机颜料色谱比较宽广、齐全，相对密度小，有比较鲜艳的、明亮的色调， 着色力比较强，化学稳定性比较强，有一定的透明度，很适用于织物印染，原浆 着色和调制印刷油墨或高档涂料着色。缺点为耐热性、耐候性和遮盖力方面不如 无机颜料1 5 4 , 5 5 j 。 天然无机颜料以天然矿物或无机化合物制成的。天然矿物颜料一般纯度较低， 色泽较暗，不够艳丽，品种太少，色谱不甚齐全，但价格低廉。而合成无机颜料 品种色谱齐全，色泽鲜艳、纯正，遮盖力强。无机颜料热稳定性、光稳定性优良， 价格低，但着色力相对差，相对密度大。 其中无机着色颜料可分为消色颜料和彩色颜料两类。消色颜料包括从白色、 9 第l 章绪论 灰色到黑色的一系列颜料，它们仅表现出反射光量的不同，即亮度的不同。彩色 颜料则能对一定波长的光，有选择地加以吸收，把其余波长的光反射出来而呈现 各种不同的色彩。 有机颜料的生产比无机颜料复杂，价格比较昂贵，大部分无机颜料有比较好 的机械强度和遮盖力，对于油漆有机颜料的耐光坚牢度及耐热坚牢度一般不如无 机颜料。着色力是以其本身的颜色影响整个混合物颜色的能力。有机颜料经光照 后饱和度下降，耐光性很差，甚至会退色而变成灰白或白色【5 6 , 5 8 】。 1 6 2 颜料和染料的区别 颜料大多是无机矿物质，极少数为有机质，一般分为天然颜料和人造颜料两 种。除少数有机颜料采用合成法制取以外，绝大多数天然颜料采用物理方法制取， 例如粉碎磨细法、沉淀法、燃烧法和升华法等，所以颜料多为粉状物，不溶于水 和油。在水和油中只能搅拌成悬浮液，有的很快便沉淀下去。因为它不能变成溶 液，因此使用时必须借助一定的粘合剂才能把颜料粘结在所涂刷的物体表面【5 9 1 。 除少数有机质颜料有较鲜亮的色调和较好的透明度以外，所有无机颜料都具 有很强的遮盖力、很好的耐光耐候性以及较低的着色力，所以颜料的稳定性好却 不够鲜艳。颜料的延展性很低，同样体积的染料所涂染的面积比颜料要大几十倍 甚至成百倍。染料虽然也有天然和人造两种，天然染料只极少数，绝大多数为人 造染料。它们全是有机物，而且能直接溶于水。目前人造染料品种繁多。染料大 多是用化学合成法制取的，因此一般称染料为化学色。由于染料能溶于水，不会 形成沉淀和分离，一般不用粘合剂便能粘附在物体上但在常温条件下它的稳定性 很差，只有在高温和高压条什下才能有牢固的附着性能，这就是为什么自古以来 染布时总要用高温蒸煮的缘故。染料色调鲜艳，透明度高，但遮盖力弱，耐光耐 候性差。主要的用途是根据它们的不同性质用在不同的织物上。其他在食品、造 纸、皮革、橡胶等工业中也大量应用、但在建筑物上却不能使用。这首先是因为 染料无遮盖力，耐光耐候性差，而且建筑物内外装修所用的水泥和石灰全系强碱 性材料，染料多为酸性，遇碱后便很快因中和作用使颜色丧失殆尽1 6 0 。 颜料是不溶于水也不溶解于有机溶剂的，只能分散在树脂等介质中，在造纸 中应用时，与纤维的结合方式，是物理固着在纤维上的。 染料与颜料不同，它是能溶于水、醇、油或其它溶剂等液体中的有色物质。 染料溶液能渗入木材，与木材的组成物质( 纤维素、木质素与半纤维素) 发生复 杂的物理化学反应，染料是一种化学结合使木材着色而又不致模糊木材的纹理， 能使木材染成鲜明而孥牢的颜色。染料更鲜艳，但是着色力差，同时稳定性不好。 染料分为醇溶性和油溶性，由于染料本身可溶于水或者有机溶剂，所以碰到水或 者溶剂存在的情况下，颜色会重新溶解，不稳定。 l o 山东轻工业学院硕士学位论文 相对来说，颜料的遮盖力要好，鲜艳度要差，涂料所用的染料大部分是金属 络合染料，是不环保的，而大部分颜料( 除含铅的外) 均是相对环保的。 还有如果把颜料分散到很小的细度，或是采用某种特殊处理的颜料，是具有 非常鲜艳的色相和透明度( 即遮盖力很差) ，同时又具有颜料的耐迁移和耐候性等特 点的。如汽巴的微高力系列产品，本身是颜料制剂，能做到染料的鲜艳度和透明 度。 有机颜料和有机染料成分上没有太大区别【6 l ，6 2 1 ，要区分有机染料和有机颜料， 它们在结构上区别在于，有机染料有亲溶剂( 水或有机溶剂) 基团，导致分子平 面性差，结晶稳定性不如有机颜料，在溶剂中比较容易溶解，而有机颜料正相反， 结构比较规整，大多呈平面性。所以说染料易溶解在水或有机溶剂中，而颜料难 ( 溶解性极小) 。 颜料不同于染料在于一般染料能溶于水( 老的区分) ，而颜料一般不溶于水。 染料主要用于纺织品等材料的染色。不过这种区分也并不十分清楚，因为有些染 料也可能不溶于水，而颜料也有用于纺织品的涂料印花及原浆着色。有机颜料的 化学结构同有机染料的化学结构有相似之处，因此通常视为染料的一个分支。 1 6 - 3 国内外颜料发展状况 纵观颜料工业的发展历史，可以看到，任何一种颜料在它问世的初级阶段， 品种总是比较单一，是通用型的颜料产品。但是，随着市场用途的不断开拓，用 户在应用过程中，从各自不同的特殊需要出发，对颜料性能的某些方面提出新的 要求。为了满足各种不同的用户需要，颜料生产厂不断研制出不同产品用途的颜 料品种，这样就使其品种牌号不断增加，直到各种不同专业用途的颜料品种能满 足用户的需要。因此，在这种颜料发展的成熟阶段，就形成了种类繁多的系列化 品种1 6 3 1 。 我国颜料产品，多为通用型品种，专用品种相对而言就显得很少。由于颜料 品种中专用品种少，当作为某一用途的产品使用时，就不可能达到尽善尽美，不 能充分发挥出颜料的技术经济效益。近年来，我国也在积极开发专用型颜料品种， 如用于涂料工业的水性钛白、水性锌钡白、水分散铝粉浆等专用的有机颜料，电 子工业用的颗粒状黄丹等。 专用型颜料品种的生产，主要是通过表面处理技术实现的。表面处理可采用 无机物或者有机物在颜料粒子的表面上沉积“改性层”，从而改变颜料的表面性质， 以达到下述几种效果比较满意的效果1 6 4 , 6 5 l 。 由于我国的迅速崛起，目前世界有机颜料的生产能力发生了很大的变化，已 超过3 3 万吨年，但仍相对集中在北美和西欧，它们分别占世界的2 9 和1 9 即 依旧要占世界的4 8 ，接近一半。世界有机颜料的年产量在3 0 万吨左右，年销售 第l 章绪论 量约2 7 5 - 2 8 0 万吨，销售市场主要集中在欧美地区，占了世界有机颜料销售市场 的约6 7 即三分之二左右。亚洲大多数国家所需的有机颜料主要依靠进口，至于 亚洲有机颜料出口量的增长主要是半成品，可以说亚洲发展有机颜料的潜在市场 很大【6 6 , 6 7 】。 当前世界市场对有机颜料的需求量随着应用对象特别是印刷工业的发展而增 长。1 9 9 9 年世界上有机颜料的需求量不足1 1 2 3 万吨，这已比两年前增长了9 5 ， 而在进入新世纪后有机颜料市场继续以超过5 的速度增长，例如美国有机颜料 市场的增长速度大大超过染料，达到了6 。西欧的有机颜料市场在结构上与全 球的市场相似，印刷油墨的增长是其有机颜料市场发展的主要驱动力。进入新世 纪后由于国内印刷油墨( 占有机颜料消耗量的6 0 ) 和涂料( 占有机颜料消耗量的 2 0 ) 增长的支持和推动，使得国内市场对有机颜料仍保持一定的需求；其它亚洲 和太平洋地区对有机颜料的需求日益增长，大多数东南亚国家在过去几年以年5 1 0 的速度增长，占据了世界市场的2 6 ，不仅于此，这些地区还生产着低 成本的重要有机