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橡胶产品的配色研究浅析 |
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作者：西北橡胶塑料研究设计院 雷海军 翟广阳 来源：雅式工业专网 |
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橡胶着色的基本概念
谈到橡胶的着色问题，首先要对颜色的基本概念加以阐述。
光的性质
颜色如同玫瑰的香味一样，不是花的物理性质，它和气味都是一种生理感觉。要证明他们的存在，必须通过观察者的亲身感受，但这两种感觉的起因都有其物理解释，如果各种光线都不存在，观察者当然感受不到颜色。因此，颜色是光和眼睛相互作用产生的。事实上，颜色是大脑对投射在视网膜上不同性质光线进行辨认的结果。因此，要讨论颜色，必须从了解光的性质开始。光可用波长来表示，可见光的波长为400-800nm之间，当白光透过一个三棱镜时，会分解成按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫排列的彩色光带，这样的光带称为可见光谱。
颜色的感觉——三色感受概念
三色感受是假设人类眼睛有三种感受器，它能分别感受红、绿、蓝三种颜色的光，所有其他颜色的感受是由於同时感受两种和三种不同量的颜色。当同时感受同量的三种颜色时，即产生消失类颜色，也就是白色或中性灰色的感觉。当波长为400nm的波同时作用於蓝色和红色感受中心，它引起的感受为蓝色和红色的平均色感，也就是紫色。随波长的增加，对於蓝色中心的感受处於优越地位，而纯紫色的感受即转变为紫色逐渐被蓝色所占先的感受。当波长为480nm时，其波引起的为蓝色的感受，但是由於蓝色内含有某些数量的消色类颜色，所以这个蓝色的感觉为降低了纯度（饱和度）的蓝色。当波长继续增加到600nm以下，引起绿黄色的感受，因为红色和绿色中心感受最为强烈，而蓝色中心感受很弱。当光的波长为600nm时，几乎没有蓝色感受，仅有等量的绿色和红色而得到黄色的感受。当波长从600nm增加到700nm时，减弱了对红色、尤其是绿色的感受。当波长大於600nm时，颜色被感受为带有黄色的红色，而当继续增加波长时，被感受为橙色，并在最後感受为红色。 
不同颜色的各种物质，组成五彩缤纷的大千世界，而这些色彩是光作用於眼睛的结果。
颜色的三个特性
明度 ：指人们对明和暗的感觉，称为明度，即明暗的程度。当光线照射到物体表面时，反射的光量越多，它的颜色越亮；在拼色时，常常采用名度有差别的颜色适当配合，其色效果就越好。
色调：指用来区分色彩的特性。这是鉴别两个不同独立颜色最主要的指标和概念。色调可以用描述颜色最普通的词来表示，即红、橙、绿、蓝等等。
饱和度：指颜料的纯度、深浅的特性，饱和度没有上限，下限为零。
着色橡胶的光学现象
当光作用於橡胶制品时，发生下面几种现象：
反射：光从表面反射，如表面平整如镜，反射的光给人有一种光泽性的感觉。
吸收：光进入橡胶内，如果所有光被吸收，则橡胶表现为黑色。如部分光被吸收，表现为透明。
透过：光部分透过橡胶制品，橡胶表现为透明的。
由於橡胶内部添加着色剂，当光照射後，如其表面反射光的数量很小，吸收一部分光，而大部分光通过橡胶内的颜料颗粒後再被透过，则该橡胶为有色透明（颜色由透过的波长来决定）；如果进入到橡胶内的光全部在橡胶内部反射而不透过，那麽此橡胶为有色不透明，其颜色取决於未被吸收光的波长。
如光线射入含有黄、蓝两种着色剂的橡胶制品，用光学现象分析，有如下三种现象（表面反射除外）：当光仅通过黄、蓝二种着色剂的任一种颜色颗粒，如黄色时，则最後反射光是被着色剂吸收的蓝色之补色光；当光首先通过黄色颜料颗粒，则吸收了紫色和蓝色的光，而让蓝-绿、绿-黄、绿、黄-绿、黄、橙和红色的光通过，然後再通过蓝色色剂，则黄、橙、红各色的光吸收，仅剩蓝、绿、绿和黄、绿各色的光被反射而出。由此可见，光各自通过了这两种颜色後，最後见到的是日光的绿色部分。
由此可见，光射入含有黄、蓝两种色剂的橡胶制品的光，具有三种组份。两种组份中各含有与被颜料所吸收的颜色为补色的色彩，即黄、蓝二色光，而这两种光引起的色感犹如黄、蓝两种颜色涂在一个迅速旋转的圆盘上，其色感为一个色加在另一个色上，所以称之为色光的相加组合；第三种组分白色，通过黄、蓝颜料时，各自有部分光被吸收，不能称之为混合，可以看成日光组成部分的去除，应称为相减混合。当光作用於橡胶材料时，颜色的感觉是由於这三种形式的光同时对眼睛起作用的结果，见到的光为三种光的混和结果—绿色。 
人眼对红、绿、蓝最为敏感，大多数颜色可通过这三种颜色按照不同的比例合成产生
橡胶着色、拼色原理
从橡胶制品配色的光学现象可知，颜色可以互相混合产生不同於原来颜色的新颜色，这种混合可以是颜色色光的混合（色光相加混合），也可以是颜色色料的混合（色料相减混合）。另外颜料大多不是单纯的一个色调，往往带有一定的色光，给拼色时带来一定困难，现就拼色的一些基本原理述如下。
颜色色料的混合—色料相减混合
颜色色料的混和为相减混合，一般仅用红、黄、蓝三种颜色色料来混合。所谓红色是透过红色波长，吸收中间绿色及附近的颜色波长。当黄、蓝混合时，黄色颜料吸收短的波段，蓝色颜料吸收长的波段，只剩下中间绿色波段透过，则人们感受为绿色。同样，红、黄混合时剩下560nm以上的波段透过，即为橙色。同理，红、蓝混合在一起，成为紫色。因为各种颜料对射入的光线总从原来色光中减去一些色光，所以这种混合称为相减混合。
颜色色光的混合—相加混合
·补色定律：若两个颜色相混合产生白色或灰色，则两个颜色为互补色。两个互补色以适当比例混合，产生白色或灰色。若按其他比例混合，便产生近似比重大的颜色成份的非饱和色。
·中间定律：若任何两个非补色相混合，便产生中间色，其色调决定於两个颜色的相对数量，而接近比例大的颜色。中间色的饱和度决定於两者在色调顺序上的距离，两者距离越近，饱和度越高，反之饱和度越低。
·代替律：相似色混合後仍相似，感觉上相似的颜色可以互相代替。
几个拼色问题
我们必须注意颜料在拼色时，除了在原色的拼合外，也还产生色光的拼合，这是因为每种颜料不止一个吸收率。例如，典型的孔雀绿在乙醇的吸收光谱中，它的两个吸收带是在可见光的红光区和紫外区。拼色的几个问题简述如下。
·消光原理
当要改变某些色光或白、黑色制品要求雪白或乌黑时，就要利用补色原理来改变色光或消除某些黄光。例如黄光蓝色加以微量紫色就变成红光的蓝，这是因为紫色是由红、蓝光组成，蓝光可以减去黄光，这样就增强了红光，变为红光蓝。红光蓝加入少量绿，可以变成黄光的蓝。
·色调
色调是用以区分各种颜色的基础，因颜料本身缺少纯色源，为了求得一种色调，往往需要用不同颜色来拼色成为纯正色调。橡胶材料色时，就是常常采取一种颜料为主要色料，再拼合少量其他色来使色调纯正。
·颜色深、浅控制
橡胶材料的色深、浅控制，通常认为要使颜色变深就加黑，颜色变浅就加白色，这样呈现色调变灰，明亮度和饱和度也受了影响，拼出的色彩不鲜艳。
颜色的深浅程度，主要是由色料吸收率所决定，也是原色光在三原色的光的总强度中所占比例的一种重度。例如主要的原色光全部是红光而没有绿光和蓝光时，则看到的非常饱和的红色，也就是较纯的红色。
试色样本
以试色样本为标色，若找到与标色相似的颜料之後，先要确认这种颜色商品的名称和牢度(耐晒性、耐热性、耐迁移性等)。由於颜料的坚牢度与价格有关，如果硫化胶对坚牢度没有具体规定，可酌情选择较低的级别。颜料商品名称因各生产厂有自己的商品命名，要与其他生产厂颜料作对比非常不便，所以应预先向厂家问清颜料的一般名称，将其记入试色样本。如果知道一般名称，就可以通过查阅一览表和颜料色彩、标记，从而知道这种颜料的名牌、颜料代号、结构式、色调、各种坚牢度、颜料特性，就能与其他厂家的产品作比较。
在这里应注意一般名称相同的颜料，也就是说即使有相同组成的颜料，但由於生产厂不同，色调会有不同程度的差异，这是由於生产工艺过程中的微小变化所引起的，一般认为是由颜料粒子形状和粒径大小不同所致。因而即使采用相同颜色的颜料，在使用不同生产厂的产品时也还必须注意。
橡胶着色用颜料
橡胶着色用颜料包括有机颜料和无机颜料两种。
有机颜料
有机颜料按它的化学结构分类可分为如下四大类：可溶性偶氮染料无机盐(偶氮基色淀) ；不溶性偶氮基；酞青类；高级颜料（含缩合偶氮基、啶类和二恶类）。
·可溶性偶氮染料无机盐(偶氮基色淀)
偶氮基类颜料在它的分子链中包含偶氨基(-N-N-)，若将其色淀化便成为不溶於水的不溶性无机盐。用於色淀化的金属盐有氯化钡、氯化钙、氧化锶等，由於金属盐种类不同，色调和性质也发生变化。色淀颜料与其他颜料相比，也许算是稍低品级颜料，但这种认识并不完全正确，它作为橡胶用的颜料是很耐用的，虽然在耐晒性上比不溶性色淀稍差，但它具有优良的耐迁移性和耐热性。在偶氮基色淀中红色颜料占了主要部分。
·不溶性偶氮基类颜料
偶氮基类颜料还可通过耦合成为不溶性的颜料，作为橡胶用的品种其中还包括有联苯胺类、唑类颜料。在这类颜料中黄色、橙色、红色颜料占主要部分。一般不溶性偶氮基颜料色泽鲜艳、耐光性好，但有时耐迁移性不太理想。
·酞青类颜料
酞青类颜料具有蓝色或绿色等鲜艳的色调、浓度高、各种坚牢度优良，是一种理想的颜料，代表性颜料是铜青(酞青蓝)。因为橡胶用的颜料不希望含有游离铜离子，应想办法减少游离铜离子存在。酞青蓝颜料因生成时粒子粗大，着色力差，故须经过特殊处理，使粒子变得细小，已商业化的颜料产品有A型(略显红色)和B型 (略显绿色)。青绿为高氯化青铜，其呈现鲜艳的绿色，各种坚牢度与酞青蓝相接近。
无机颜料
一般无机颜料有优良的耐晒性、耐热性、耐迁移性，但色调鲜明度都比有机颜料差，而且着色力低，比重大，不过可以利用它的特点(如各种坚牢度、价格低廉等)弥补有机颜料的不足之处，也是一种不可缺少的颜料。无机颜料有自己本身特有的色调，有些则是有机颜料所不具备的，所以不能轻视无机颜料。二氧化钛是二战後用量急增的白色颜料，它有比氧化锌大2-3倍的色力。它有金红石型和锐钛型两种，橡胶中多用锐钛型白粉。锌钡在二氧化钛未普及使用之前多用作白色颜料，目前橡胶用的需要量正趋向激减。炭黑随它的制造方法不同着色力颇有差别。与炉法炭黑相比，槽法炭黑、乙炔炭黑着色力强，用填充颜料或白色颜料稀释时，色调往往变成茶色或者兰色，在选择使用时要注意产品牌号。
氧化铁红历来是橡胶工业用的红色颜料，虽然价格低廉，但色力强，还有优良的耐晒性、耐热性、耐药品性。色调大体上是红色的，但也有黄色、褐色、黑色的颜料。
镉黄的组成是硫化镉，有优良的耐晒性、耐热性。由於镉黄有优异的耐晒性，往往被用於长期暴露在室外的橡胶制品中。群青过去是由阿富汗韵天青石经过粉碎加工而成，因此价格高昂。现在已能用人工合成方法制造出群青颜料，因其耐晒性、耐热性好，被广泛使用。其色调为稍微带红的蓝色，采用有机颜料不能得到这种色调。作为二次利用方法可作白色橡胶自提色剂，能消除白色胶料的黄色，同时，它添加到黑色橡胶中，可以调配色调。无机颜料里因有危害人体的镉、铅、汞一类化合物，在实际应用时应充分注意。
着色橡胶的调色
原材料的差别
一般标准色的样本是由用户或者经营部门提供，如提供的是橡胶样本，这样问题就不很大，若提供的是纺织、氯乙烯人造革、合成革、塑料板、涂装板或者印刷在纸张上的颜色样本，则在调色作业上就很困难。这是因为橡胶中含有填充剂，它是不透明物质，而织布用的纤维和塑料本身就是一种透明物质，所以说在橡中完全不可能调到与这种颜色样本相同的颜色。印刷在纸张上的或涂装在金属板上的颜色受底色影响很大，调色也是非常困难的。合成革或氯乙烯人造革与上述情况相比影响较少，很容易调色，但又受到表面光线反射不同的影响，调色也就困难了。总之以上这些物质因与橡胶的表面形状、光线反射率、折射率以及透明度不同，很难调成完全相同的颜色。这个问题也可以说是由於原材料差别引起色差，所以被提供的试色样本除了橡胶样本外，可以调成相似的颜色，但要调成完全相同的颜色是达不到的，必须预先与对方说明。 
橡胶材料色时，常常采取一种颜料为主要色料，再拼合少量其他色来使色调纯正。
颜料的特性及其使用方法
有机颜料在同类型颜色中常常有好几种商品，从这些颜料中挑选出与目标色一致的颜料时，首先要查阅它的耐晒性、耐迁移性、耐热性等方面的坚牢度。当这些特性满足要求时，研究它的色调，深色时相互间的色调差、浅色时相互间的色调差、以及深色和浅色的颜色变化情况都要观察。
在此以黄色的试色样本为例。若与某种颜料的颜色作比较时，发现在这些颜料中有的蓝色很强，有的红色很强；另外当颜料稀释成浅色时， 蓝色增强，红色减弱。在这种情况下，前者颜料底色为蓝的，後者颜料底色为红的。过去所谓颜料底色是相对於表色而言，将颜料混入亚麻仁油之类的载色体里，再将其涂在物体的表面上，所得颜色即为表色，稀释成浅色的颜色就叫底色。一般讲颜料的底色(底彩)与表色是稍有差别的。有说法认为这与颜料粒子形状、粒径大小和透明度有关。为了与目标目色相适应，颜料底色是蓝的好还是红的好，这要根据以上观察结果选择後再决定取舍。
浅色色调的调配
因颜料本色浓度高，若将其用填充颜料或白色颜料稀释，便可得到浅色颜料，这在日常生活中经常会用到。若将其继续稀释下去，最终逐渐接近白色。例如，在红色的颜料里逐渐加入白色颜料，颜色常常会逐渐带有紫色。特别是用氧化锌时这种倾向更显着。其次在黑的情况下，粒子小黑度深的炭黑底彩一般是茶色，而作为黑色颜料用的希望底彩为蓝的，若配用价格高的调色剂时能消除茶色。因灯黑粒子比较大、浓度低、底彩保持蓝色，因此常被应用在涂料里。
群青与发蓝
在胶料里大量加入氧化锌和二氧化钛时胶料不能完全变白，一般还残留些黄色。若在这白色的胶料里加入少量群青颜料黄色就消失。这种黄色不是真正地消失，而是加入蓝色後起到白色胶料提蓝作用，使人既不会感到胶料泛黄又感到胶料增白的感觉。人们将这种现象称为发蓝。这种现象在工业上是很重要的，它不限於用在橡胶上，在纺织和造纸加工上也被采用。青蓝对白色胶料发蓝是不适用的，若要保持鲜艳的蓝色最适合用群青。
防止加工过程中色调的偏差
粉末颜料及其加工制品
颜料一般供应的都为粉末状，将其直接混入橡胶内硫化时，批量配料中间经常会有色调偏差，即使从混炼方面考虑想办法也不易解决。为了改善这种情况，市面上出现了一种湿润颜料。由於这种颜料是用表面活化剂处理过的，所以能有效地防止色调的偏差。用表面活性剂处理之後，接将粉末状颜料与粘结剂同时加入开炼机混合，待冷却後粉碎加工成薄片状粉末颜料。这种颜料由於在粘结剂中已含有分散剂，所以易於向橡胶中分散而又不污染开炼机。虽然这种薄片状粉末颜料分散性好，但在混炼刚开始加入时，应均匀加在辊筒面上，若集中加入，粉末颜料就会成块状粘附在後辊使操作发生困难。这时应提高辊温，使粘结剂熔化，颜料就会逐渐向橡胶中分散。
颜料母胶
颜料母胶是进一步改善上述各种颜料产品的分散性和加工性能的一种方法。颜料母胶有干性母胶和胶乳母胶两种，其中胶乳母胶是先将有机颜料在水中制成乳浊液，然後再加入SBR (丁苯)胶乳共沉淀得到的。目前胶乳母胶占主要地位。颜料母胶具有称量方便、易於添加在橡胶中混合而又不污染开炼机的优点，可说是一种较理想的产品。遗憾的是少量的橡胶用颜料母胶还不能生产。值得注意的是，在贮藏过程中，颜料母胶中的有机颜料会与橡胶发生反应生成凝胶，也就是生成难以分散的凝聚块，若再加入到橡胶中混合就会产生颜料分散不均，着色力下降和色调偏差。鉴别方法是将颜料母胶充分弯曲与拉伸，若表面发生裂纹说明颜料母胶已产生凝胶。
混合方法
原则上颜料应尽可能在胶料混炼初期加入橡胶中。颜料母胶或粉末颜料应在其他粉料加入之前加入， 经充分倒胶之後再逐渐加入其他配合剂。若是粉末颜料，加入之前预先用约二倍数量的填充剂与粉末颜料轻轻地混合之後再加入。用密炼机混炼时，上述的方法是不能采用的，应预先将全部颜料加工成颜料母胶，再用开炼机将颜料母胶与混炼胶混合均匀，操作时也必须充分倒胶，直到颜料充分分散为止。由於这种方法花费人力太大，所以推荐使用原料混合机。
橡胶制品的退变色色差
有机颜料中除了酞青类颜料之外，实用过程中其他颜料耐晒性和耐热性都不甚理想， 因为着色橡胶经过硫化成为橡胶制品之後，又受到日光照射(包括间接光)会发生不同程度的退色、变色色差。 (end)
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(11/1/2008) |
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佳工网友
于8/7/2011 8:35:00 PM评论说：
说的太书面化,谁看的懂.我可以给你们1小时学会(电话：18913766721)
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