顏料的光學性質:吸收光譜和散射率
顏料吸收光譜和散射率對涂料性能的影響
顏料用于賦予涂料顏色和獲得涂層的遮蓋力,當無法透過涂層看到基材時,涂層具有完全遮蓋力,也稱為完全不透明。兩種現(xiàn)象控制著涂料的顏色和不透明度:涂料內的顏料顆粒對可見光的吸收和散射率。
顏料吸收光譜
不同顏料具有不同的吸收光譜,這取決于其化學成分。例如炭黑可以吸收可見光中存在的所有波長,因此只需少量的炭黑顏料即可獲得完全的不透明度。而白色填料和顏料,如合成硫酸鋇 (BaSO4)、鈦白粉顏料(二氧化鈦TiO2)幾乎不吸收可見光。 彩色顏料僅吸收可見光的部分波長。例如,紅色顏料被感知為紅色,是因為顆粒吸收了人類可見光的藍色和綠色部分。

顏料顆粒中的每個分子都參與吸收。這意味著大顆粒核心的分子沒有吸收光的能力,因為光已經被靠近粒子外殼表面的分子吸收了。
由小顆粒組成的顏料每克比粗顏料含有更多的表面分子。因此,當顏料的粒徑減小時,每克顏料可吸收的光量就會增加。除此之外,當昂貴的彩色顏料顆粒在分散過程中完全相互分離并穩(wěn)定不絮凝時,它會帶來大量可見光。當顏料顆粒均勻分布在涂料中時,顏料更能吸收可見光。因此,細顆粒、完全分離、穩(wěn)定并分布均勻的顏料的色彩強度,高于僅部分分離、穩(wěn)定性差、未完全分布在涂料中的粗顏料的著色強度。

顏料散射率
當涂料中的固體顏料顆粒與顆粒周圍的基質具有不同的折射率時,它們可以改變光的方向,這種現(xiàn)象稱為散射,導致涂層呈現(xiàn)白色并具有遮蓋力。顏料粒子的散射效率由幾個屬性決定。
首先,當顆粒和基體的折射率差異(Δn = np – nm)較大時,散射較強。材料的折射率由其化學成分決定。
其次,對于特定波長的光,顆粒尺寸存在最佳值,散射光的最佳粒徑d約為光波長的一半。

涂料中使用的粘合劑的折射率約為1.55。 白色顏料鈦白粉(二氧化鈦TiO2)優(yōu)選用作散射源,因為鈦白粉顏料具有高折射率。重要的是要認識到散射不是像吸收那樣的表面效應;顏料散射率涉及整個粒子。

鈦白粉(二氧化鈦)TiO2是一種具有高遮蓋力的白色顏料,因為二氧化鈦顆??缮⑸淇梢姽庵械乃胁ㄩL。涂料中使用的TiO2顏料顆粒的直徑約為 300 nm,這一點也就不足為奇了。
綜上所述,顏料的光學性質(顏料吸收光譜)和(顏料散射率)對涂料的性能具有重要影響。了解并優(yōu)化這些特性可以實現(xiàn)所需的涂料效果,包括顏色和遮蓋力等。
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