浅析卷材涂料色差的影响因素

0 引言
卷材涂料由于受涂装和彩色钢板使用的限制,彩涂厂家一向对涂料检测中色差的要求极为严格。如有的彩涂厂家对涂料的色差要求△E≤0.5,|△L|、|△a|、|△b|≤0.3,有的甚至更严。如果涂料产品一旦出现色差不符合用户要求,必然会给涂料企业带来经济损失,同时也损害了企业的信誉,带来很多的负面影响。由此可见涂料色差的控制是一项非常重要的工作。由于在涂料的原料、生产制造和检测过程中,影响卷材涂料色差的因素较多,往往造成供需双方检测结果的差异。这就要求涂料生产厂家和彩涂厂的相关检测人员应该了解影响涂料色差的各种因素,结合涂装生产线的实际参数要求,减少和消除客观因素及人为因素对色差结果的影响。结合多年卷材涂料生产和检测经验,本文对影响卷材涂料色差的多种因素进行了探讨,进一步探寻解决或避免色差的方法。

1 色差的定义及度量
1.1 色差
色差是指颜色的差异,主要是指颜色明度和彩度的不同,导致人对颜色视觉上的差异。不同波长的可见光在眼睛的视网膜上产生不同的颜色判定。上述原因使人们对物体产生颜色差异的判别,即色差感觉。每个人对颜色的辨别亦存在细小差别。目前常用色度学体系有CIE1931—RGB 系统、CIE1931—XYZ 系统及CIE1964 补充标准色度学系统。美国人将NBS作为色差单位,一个NBS 单位相当于可感知色差的4 倍,一般人可辨别色差约为0.48 NBS,无色差概念指物体间色差≤0.5 NBS [1]。

1.2 色差的度量
大多数涂料生产商根据用户所选定的色卡上某一颜色或给定的颜色样板进行生产。生产后按照国家标准GB/T9761—88《色漆和清漆、色漆的目视比色》(EQV ISO3668—1976)进行二者间的目测对比,如果色差在允许范围内,则认为合格。否则继续调配至合格。虽然一般用肉眼可以区分涂膜颜色的差别,而且实际施工后有关色差以及色差大小,都是以人眼观察的。但是目测法标准难以统一,各人有各人掌握的尺度,人为影响因素比较大,基本上是属于定性的方法。所以一些大企业或质量控制比较严的企业采用测色仪,根据GB 11186.1.2.3—89《涂膜颜色的测量方法》,在CIELAB 色度空间里,对颜色进行定量测试,并设置定量的色差指标,对色差进行控制。这样控制标准就可以统一,结果比较客观。敏感的人眼与客观快速的仪器相结合,是度量色差最有效的方
法[2]。

2 不同原料对色差的影响
2.1 颜料的影响
卷材涂料对颜料的要求与普通烘漆相比要有更好的耐热性,漆膜经受炉温400 ℃(板温210~280 ℃)条件下烘烤15~60 s,并急冷降温后颜料的性能不变[3]。要求颜料有优异的抗粉化、保色保光性,同时遮盖力等物理性能不发生变化。试验表明大多数无机颜料和小部分有机颜料能满足卷材涂料的施工条件。绝大多数有机颜料耐热温度都在120~200 ℃之间,低于生产中的板温,如果配方中使用了部分不耐高温的有机颜料(如耐晒黄G、立索尔紫红等类颜料),在检测过程中就发现漆膜颜色发生改变,色差大大超出了标准范围。因此,配制卷材涂料不能使用耐高温性能差的颜料。

2.2 润湿分散助剂的影响
润湿分散助剂在涂料中用量很少但是对于涂料的性能会产生很大的影响。它是一种表面活性剂,起到润湿、分散、稳定的作用。不同的润湿分散助剂对于颜料分散和展色性是不同的。如果使用了不同的产品,研磨色浆后会造成颜料展色性和对颜料润湿不相同,就会产生很大色差。针对用量很大并且色差要求很高的客户,涂料企业应该做到配方稳定性,坚决杜绝随意更改配方中的原材料。在做卷材涂料配方实验中,只换了润湿分散助剂没有更换其他原材料,检测后涂膜产生的色差很大,色差﹥0.6。在实际生产过程中会经常遇到类似情况,配方更改后制造的涂料往往与以前的涂料色差差别很大,造成用户投诉。因此涂料配方不宜经常更改。有实力的涂料企业都具备检验原材料的技术能力,这也是品牌涂料质量有保证的原因之一。

3 卷材涂料制造过程的色差产生因素及控制措施
涂料制造过程是决定涂料质量好坏的关键环节。在配料过程,如果计量不准确,就造成每个批次产品质量不同,特别彩板涂料都是亚光产品,调制颜色本身就有很高的技术性,如果配料不准确就给调漆环节带来一定难度。因此,配料时要严格按照配方要求进行操作,以免给企业带来没必要的损失。调色阶段,调色人员的经验是至关重要的。经验丰富的调色人员,调色快速准确、色差小,而经验不强的人员又是另一种情况。因此加强对调色人员的培训非常重要。这也是控制色差的关键因素。调色人员应该掌握下列配色技术要点,这样才能控制好色差。
(1) 参照物确定:配色前应仔细研究色卡或样板,弄清楚颜色的色调范围、主色是什么颜色、副色是什么颜色,还需要哪几种颜色进行微调,同时还要清楚这些颜料色浆的大概用量。
(2) 色浆品种:在保证颜色符合要求前提下,所用色浆品种应尽可能少,如果所用色浆越多,色调越会偏离,最终导致色差增大。
(3) 调色:因为卷材涂料大部分都是共研磨产品,生产出的涂料色相与厂家提供的样板色相已经大概一致,只需要用几种色浆微调即可。在生产实践中,如果用测色仪辅助调色,工作效率就会大大提高,同时色差也控制在要求范围之内。
(4) 比色:在没有强烈色光干扰的漫反射自然光线下观测涂膜,将待测涂膜与色卡或指定颜色样板进行上下、左右、侧正的反复观察对比,尽量避免人为的误差[4]。

4 卷材涂料检测中产生色差因素
4.1 测色仪的影响
涂料检测中使用的测色仪主要有积分球测色仪与0/45°测色仪两种。积分球仪器在去除镜面反射测量时,结果往往不大精确,因为人眼在观测样品时,都是完全去除镜面反射的。0/45°仪器的光学几何结构与人眼一致,检测出来的数据也能同人眼观测的效果相一致[5]。目前,0/45°测色仪被广大卷材涂料生产厂家和各大涂装厂家采用,使用最多的是美国Hunter Lab 公司的测色仪。为保证色差测量的准确性,涂料生产厂家选用的测色仪一定要与相关客户(彩涂厂)使用的测色仪一致。统一测色仪后,就要建立准确的颜色标准值。标准值的准确性尤为重要,标准值可以通过和彩涂厂同型号的色差仪进行机器联校获得,也可以根据彩涂厂的样板在两台同型号测色仪上的色差数据通过修正获得。值得注意的是,即使是同型号测色仪,由于校准程度、使用环境和使用条件差异,色差的检测结果也会有差别。为最大限度地保证与生产线上色差检测结果的一致性,涂料生产厂的测色仪要不定期和彩涂厂的测色仪进行联较和修正。
4.2 测试基板的影响
用来生产彩色涂层钢板的基板主要有镀锌冷扎板、合金化镀锌板(热镀锌或电镀)、冷轧板、铝板等。测试的基板应取自涂装生产线上的前处理基板,一般按照试验用尺寸裁成小片,由于不同彩涂厂使用的基板和前处理药液各不相同,各厂的基板不能混用。基板对色差的影响主要体现在以下几个方面:
(1) 测试基板的规格:涂装生产线上提供的基板由于规格不固定,不同尺寸和厚度的基板在相同烘烤温度下达到规定板温的时间会不同,也使漆膜的固化时间存在差异。固化时间不仅影响漆膜的硬度和MEK 擦拭等性能,还会对色差产生轻微的影响。以海蓝色面漆为例,尺寸大、厚度大的基板在相同的烘烤条件下△L↓、△a↑、△b↓。虽然对色差的影响不大,但在色差检测中最好裁成固定尺寸,使用相同厚度的基板。
(2) 基板的表面状态:为体现彩色涂层的装饰性能,涂装厂家使用的基板一般对表面质量有着严格的要求,但由于基板在生产过程中镀锌工艺的差别,基板的表面光洁度和粗糙度会不同。光洁度和粗糙度会对涂膜的光泽有一定的影响,最终会对色差产生影响。
(3) 板形的影响:从涂装生产线上裁下的基板厚度超过0.4 mm 时,一般会有一定的弧度,平直度多数较差。基板越厚,弧度越大。在使用这类基板时,由于弧形面不能完全遮住色差仪的观测口,会导致漏光现象发生,从而对△E 值有较大影响。以海蓝色面漆为例,无论是凸面或凹面向观测口,都会使△L↓、△a↑、△b↑,尤其对△L和△b 值变化最大。所以在测量前,要对这类基板进行压平处理,避免使用弧度过大的基板。
(4) 前处理对色差的影响:涂装生产线的前处理一般包括脱脂、水洗、表面调整、水洗、化学钝化、烘干等工序。前处理是整个涂装工艺的基础,对彩色涂层钢板的耐腐蚀性、涂层与基板的附着力和机械性能影响较大。但当前处理工艺控制不好时,就会出现钝化膜过厚、过薄、露底、条纹等缺陷,造成基板颜色和光泽度不一致。这种基板对单涂层漆膜的色差有一定影响,如环氧背面漆一般膜厚要求较薄,无法完全遮住基材,最终影响色差测定的准确性。在裁剪和使用过程中尽量避免污染钝化膜,对于前处理有缺陷的基板应避免使用。

4.3 膜厚的影响
膜厚对色差有一定的影响,尤其对△L、△b 影响较大。不同涂装生产线对膜厚有不同的要求,对应不同涂装厂家的膜厚要求应采用相应的线棒涂布器,最好固定专门的检测人员,因为不同的检测人员在使用线棒涂布器力量的差异会造成膜厚的不同。有条件的涂料厂家最好使用自动涂布器和精度较高的干膜测厚仪。涂料生产厂家也应该保证涂料质量的稳定性,如固体分(体积)、黏度的稳定性。以保证涂膜厚度的一致性。

4.4 光泽的影响
漆膜光泽对色差也有较大的影响,当光线照射到凹凸不平的表面时,在表面产生反射、散射和吸收。粗糙的表面散射大、反射和吸收少,所以人眼的反应光泽就低;而高光的涂料表面平整、反射大、散射少,人眼对光泽就特别敏感,光泽就高。实际生产中,色差仪对黑颜色和白颜色光泽的敏感性最强。以高色素炭黑为例,光泽从20 降到10 时,△E 值要相差1 左右。基板及钝化膜的平整度、烘烤温度、烘烤时间及涂料自身的光泽度都决定了涂膜最终的光泽。涂料生产厂家应该在生产过程中加强质量控制,保证批次间光泽的合理和稳定。

4.5 板温(PMT)的影响
卷材涂料生产厂家对板温的要求大多在224~241 ℃之间,板温是影响卷材涂料各项性能的关键参数,对漆膜色差的影响也很大。以海蓝色面漆为例,一般PMT↑,则△L↑、△a↓、△b↑。由于各涂料生产厂家采用的原料耐热性各不相同,△E 值变化不同。对于“绯红”等红色面漆,△E 值受PMT 影响较大,这就要求涂料生产厂家在原料的选择时重视颜料耐热性的考察,尽量减少颜料耐热性对色差的影响。为减少板温对色差检测结果的影响,扩大涂料在生产线上的调整范围,PMT 板温最好适中。为了保证板温和固化时间的准确性和一致性,每次检测时应在测试基板的顶端贴上测温纸测量板温,有条件的厂家最好使用温控精度更高的自动弹出式高温烘箱或带有观测口的高温烘箱。
下面以海蓝面漆的具体实验数据来讨论,在膜厚一定的情况下,探讨板温对于色差的影响及控制方法,见表1。

从表1 可以看出,在膜厚一定的前提下随着板温升高△L、△b 增大,△a 减小,△E 增大。在实际涂装情况下,板温始终有所变化,大约在204~249 ℃之间。而在该区间发现|△a|变化不大,而|△L|和|△b|数值变化很大。为了使△E 变化最小,应尽量避免△L 和△b 同为正值或同为负值。调漆时应该使△L 或△b 减小,才能使△E<0.5。

5 结语
卷材涂料的色差控制是个复杂过程,要想控制好色差,需作好5 个环节即人、机、料、法、环。只有控制好上述环节才能生产出色差小,合乎客户要求的产品,另外加强与客户交流沟通,对于指导涂料企业生产也是至关重要的。

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