在之前的“与迈克制定”文章中，我介绍了色素添加剂，如分散剂表面张力调节剂和控制剂。这个月我将讨论光和颜料的相互作用如何影响涂料的隐藏性，着色强度和其他性能。请继续关注，因为在本系列的后面，我们将深入探讨颜料分散过程。

颜料与染料不同，颜料是磨碎的不溶性颗粒，颜料用于大多数涂料中，因为它们为预期的应用提供了关键的性能。所使用的颜料取决于具体的用途。颜料主要分为三种:原生颜料、扩展颜料和特种颜料。

初级颜料赋予涂料颜色和遮盖性，但它们往往很昂贵。添加添加剂，或“填充”颜料，以控制光泽和影响其他物理性能，但成本较低。特殊颜料是为特定目的添加的，包括防腐蚀颜料、特效颜料和纳米颗粒。

由于初级颜料往往不成比例地影响涂料的成本，因此优化使用它们是必要的。它们可以是有机的或无机的(天然的或合成的)，也可以是炭黑，因为它具有既非无机也非有机的独特特性。初级色素颗粒与光相互作用，眼睛受体向大脑发送信号，大脑将其解释为颜色。

人眼通过不被吸收的频率来感知颜色。我们看到从物体进入你眼睛的频率，也被称为减色法。当光与涂层，特别是初级颜料相互作用时，400-700纳米范围内(可见光范围)的一些光以不同的效率被吸收。随着更多的光被吸收，物体会变得更暗，直到变成黑色——这是吸收可见光光谱中所有频率的结果。如果只有一些频率被吸收，我们就会看到非吸收频率的颜色。如果400-700纳米范围内的频率没有被吸收，我们就会看到白色。

如果光穿过薄膜到达衬底，然后离开薄膜，则衬底的颜色是可见的，而不是薄膜的颜色。由于在出膜前到达衬底的光越来越少，胶片的颜色开始主导我们看到的东西。如果没有光到达基材并离开薄膜，我们只看到薄膜的颜色，并有充分的隐藏。因此，我们必须防止光到达衬底，然后离开薄膜。为此，我们使用颜料，特别是初级颜料来散射光线。从图1中你可以看到高散射和低散射颜料之间隐藏的差异。虽然颜料倾向于只吸收某些波长的光来产生颜色，但每次与颜料或薄膜中的其他物质相互作用时，所有波长的一些能量都会丢失，如果光不能足够快地离开薄膜，就会导致入射光的最终消失。这种在薄膜中移动的痛苦路线意味着具有显著散射、反射或吸光度的颜料将阻止光到达基材并离开，提供完全的隐藏。

当光线进入薄膜时，我们要阻止它到达基材并离开;这些色素是通过与光相互作用来做到这一点的。当光与粒子相互作用时，有五种可能的结果:折射、衍射、吸收、反射或没有变化。所有这些都被认为是散射，除了“没有变化”。折射是当光通过粒子和周围介质的边界时，路径发生变化。衍射是光与粒子的边缘相互作用而发生弯曲。吸收是当入射光的能量被粒子衰减时，但不一定所有频率都相等。反射是指照射到胶片上的光线返回到光源。我们想要最大化散射和最小化“不变”，以优化隐藏和颜色。图2说明了这一点。

光通过衍射散射可分为几种理论。罗利散射、夫琅和费散射和米氏散射是光与小球形粒子相互作用的结果。米理论涵盖了与粒子大小无关的球形散射，虽然它要复杂得多，但用目前的计算机很容易计算，因此不再需要罗利和夫琅和费近似。当电磁波(例如光)遇到介质中的物体、障碍物或其他非均匀性时，结果就是光的散射。当波与粒子相互作用时，粒子的电子云轨道受到干扰。电子云的这种变化与入射电磁波的频率相同。受干扰的电子云的振荡导致了一个发出辐射的诱导偶极矩，其大部分辐射与入射电磁波的频率相同。就颜料而言，所关注的入射电磁波是可见光。这种光的散射是独特的，因为它不是电磁波从表面反弹，而是光和粒子的相互作用。

一类独特的颜料是荧光颜料。它们吸收可见光范围以外的波长(如紫外线)，并重新发射可见光范围内的光。散射光与未受干扰入射光的比率取决于许多因素，包括粒子和粒子周围介质的折射率、粒子的大小、入射光的波长、观测角度或入射光的偏振。不过，米理论的计算确实有局限性——粒子必须是球形的、光滑的、光学均匀的。

不幸的是，术语“吸收”经常被误用在所有的散射现象，而应该使用“消光”。消光是吸收和其他散射的累积效应，导致光在薄膜内完全丧失。例如，蓝色的消光方法多为衍射，而炭黑的消光方法多为吸收。

当介质和粒子之间的折射率差增加时，折射率也增加。物体(如吸管入水时)的明显弯曲是水和空气折射率差异的一个例子。大多数用于涂料的树脂的折射率约为1.4 - 1.6，而水的折射率为1.33，空气为1.03。与这个值的绝对差越大，光的弯曲越大，外观的变化也越大。金红石二氧化钛的折射率为2.7。这种差异解释了这种颜料如何与光相互作用，并产生比锐钛矿二氧化钛(折射率为2.5)更大的隐藏性。由于二氧化钛发出的可见光频率相同，所以我们看到它是白色的。

对于折射率，差别是绝对的。由于空气的折射率比树脂低0.4-0.6，干燥涂料中的空隙也会发生折射率散射，导致不透明。当颜料体积浓度(CPVC)高于临界浓度时，这种“干隐藏”用于廉价的平面颜料，以降低初级颜料的成本。在这种情况下，树脂不能完全覆盖配方中的所有颜料。缺点是一旦超过CPVC，涂层的性能性能就会急剧下降。

对于三维粒子，光和粒子之间的所有五种相互作用都会发生。哪一种占主导地位以及相互作用的程度取决于粒子相对于入射光波长的相对大小、观测角度相对于入射光的角度以及粒子的透明度。

当粒子的直径接近入射光的波长时，吸收和折射变得越来越重要。由于光穿过薄膜时增加了光/粒子的相互作用，许多小粒子通常比大粒子有更好的光散射。有一个点，粒子变得太小，有很少的光/粒子干涉，导致不透明度的损失。

本文所包含的所有信息都是“按现状”提供的，没有任何明示或暗示的保证，在任何情况下，作者或Indorama都不对因使用或依赖这些信息而造成的任何性质的损害负责。本出版物中的任何内容都不应被解释为任何实体的任何知识产权许可，或建议、建议或授权采取任何会侵犯任何专利的行动。“Indorama”一词仅为方便起见而使用，并指Indorama Ventures oxide LLC、其直接和间接关联公司及其员工、管理人员和董事。