женный от поверхности свет; если это происходит (например, поверхность освещается рассеянным светом, отраженным от облачного неба или стен), исходный цвет кажется светлее. Это кажущееся посветление темных цветов часто воспринимается сильнее, чем можно предположить на основании табл. 14.1, так как для со-верщенно однородного освещения со всех направлений возрастает почти до 0,1.
Одно существенное следствие отражения на поверхности раздела важно в рассмотрении оптических свойств пленок. Свободная пленка (или пленка, наложенная на прозрачную фольгу) имеет поверхность раздела воздух/пленка с обратной стороны такую же, как и с освещенной. Эта вторая поверхность раздела также имеет коэффициент внутреннего отражения около 0,55 для рассеянного света. Таким образом, свободная пленка (неукрывающей толщины) будет иметь такую же отражательную способность, как если бы она была нанесена на светло-серый субстрат, если же эту пленку свободно положить на черно-белые клетки шахматной доски, кон-Ffhaex-будет-м-нотопиеннше", т1еж"дл?Гтой жёТГленки, нанесенной на доску.
14.3.3. Светорассеяние белых пигментов
Белые пигменты изготавливают из прозрачных, почти бесцветных материалов, используемых в красках в виде мелких частиц. Соотношение между размерами частиц и светорассеянием изучалось в 1908 г. Маем [4], который показал, что максимальное светорассеяние на единицу количества материала имеет место для частиц с диаметром несколько меньшим, чем длина волны света. Рис. 14.6 показывает изменение рассеяния в зависимости от диа-
0,2 о, 3 о, 4
Диаметр частицы, мкм
Рис. 14.6. Зависимость рассеяния от размера одиночных сферических частиц (вычислено для рутильной двуокиси титана в льняном масле)
метра сферических частиц. Строго говоря, эта кривая относится к рассеянию на единственной частице, т. е. когда свет рассеивается каждой частицей. В пленке оптимальный для светорассеяния размер частиц не сильно отличается, за исключением случаев очень сильного пигментирования, где светорассеяние значительно меньше из-за того, что частицы расположены гораздо ближе друг к другу. Промышленные белые пигменты выпускаются с диаметром частиц, который обеспечивает наилучшее рассеяние зеленого света (для максимальной кроющей способности лакокрасочного материала); это составляет для рутильного диоксида титана около 0,25 мкм. Частицы этого размера менее эффективны при рассеянии желтого или красного света, так что тонкие белые пленки проницаемы для оранжевого света.
В работах по рутильному диоксиду титана оценена степень, в которой коэффициент светорассеяния уменьшается при повышении концентрации пигментов. Для частиц оптимального для светорассеяния размера при низких концентрациях рассеяние на частицу уменьшается примерно вдвое при ОКП = 30%. Для частиц такого размера увеличение ОКП выше 30% не дает дальнейшего прироста кроющей способности; последняя может даже упасть в диапазоне концентраций, где прирост рассеяния от увеличения числа частиц меньше, чем уменьшение рассеяния от более плотной упаковки. При очень высоких ОКП связующего недостаточно, чтобы заполнить промежутки между пигментными частицами, и кроющая способность растет. Имеются данные, что при ОКП = = 30%, несколько более крупные частицы (например 0,4 мкм вместо 0,25мкм) дают лучшую укрывистость. Также показано [5], что изменение содержания рутильных частиц путем добавки мелких частиц наполнителя с низким показателем преломления (таких как тонкоизмельченный диоксид кремния или карбонат кальция) значительно улучшает укрывистость при высокой ОКП.
Эти выводы совпадают с предположением, что при высоких концентрациях пигментов рассеяние происходит на гранях пустот между частицами в большей степени, чем на отдельных частицах. Теория светорассеивающих систем, которая базируется на представлениях о наличии пустот с низким показателем преломления, образующихся в непрерывной среде с высоким показателем преломления, может быть столь же эффективной, как и другие теории Предпринято много попыток для использования пустот в пленке с целью улучшения ее укрывистости. Простой метод заключается в эмульгировании несмешивающейся жидкости, (например уайт-спирита) в водном растворе желатина; при высыхании образуется непрозрачная белая пленка, наполненная мелкими сферическими пустотами. Другие, более сложные композиции позволяют получить такие же результаты при лучших свойствах пленки [6-8]. Можно представить, что наиболее удачным промышленным способом использования этого эффекта является применение компо
зиции из пигментных частиц и мелких частиц смолы, распределенных в системе с мелкими пустотами и содержащих мелкие частицы пигментов с высоким показателем преломления [9]. Теория также говорит, что если частицы материала с высоким показателем преломления оптимального размера покрыты оболочкой с низким показателем преломления, то концентрация кроющего пигмента и качество дисперсии не очень существенно влияют на конечный результат [10]
14.3.4. Светопоглощение пигментами
Все пигменты поглощают излучение определенных длин волн, но белые пигменты интенсивно поглощают только в УФ-области,. Черные пигменты поглощают свет всех видимых длин волн, но могут быть прозрачны в ИК-области, что важно для создания маскирующих красок. Большинство цветных пигментов сильно поглощают в определенных областях видимого спектра, но прозрачны Л,!1УСЕХ рбластяу R плрнкях, ы1£1 1аветиь№- тш-рментьт смешаны с рассеивающими белыми частицами, общее поглощение и, следовательно, глубина цвета зависят от размера частиц цветных пигментов. Если частицы полностью диспергированы, поглощение возрастает обратно пропорционально размеру частиц. Это объясняется тем, что поперечное сечение каждой частицы пропорционально квадрату ее диаметра d~, а число частиц в единице объема пропорционально 1/d. Следовательно, общее поперечное сечение частиц пропорционально l/d. Поскольку путь падающего света через частицы достаточно велик и большая часть его успевает поглотиться, интенсивность цвета приблизительно обратно пропорциональна d; если поглощение на частицу гораздо меньше, то и уменьшение интенсивности цвета меньше. На рис. 14.7 показаны данные Карра [11] для красок, содержащих органические пигменты, при различном времени перетира. Для сильно поглощающего
4 6 8 10 l/d, мкм"
Рис. 14.7. Зависимость коэффициента поглощения от обратного размера частиц для органических пигментов [11]-.
/ - Фталоцианиновый голубой; 2 - Пигмент зеленый В (оба смешаны в соотношении 1 ; 12.5 с диоксидом титана)
