Материал: Изучение оптических и структурных свойств пигментов печатных красок

Изучение оптических и структурных свойств пигментов печатных красок

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕЧАТИ ИМЕНИ ИВАНА ФЕДОРОВА»

Факультет: Принтмедиа технологий

Специальность: 261202 «Технология полиграфического производства»

Специализация: Технология послепечатных процессов

Кафедра: Технология печатных и послепечатных процессов

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Тема работы: Изучение оптических и структурных свойств пигментов печатных красок

Студент: Медведев Владимир Александрович

Руководитель: Ерпулева В.М

Москва 2011 г.

Реферат

Ключевые слова: пигмент, цвет, химический состав, толщина слоя, оптические свойства, дисперсность, кроющая способность красок, адсорбционные явления, поглощающие и рассеивающие свойства, спектрофотометрия, структурные формулы.

Объектом исследования являются оптические и структурные свойства пигментов печатной краски.

Цель работы - определить факторы, влияющие на пропускающую способность пигмента. Расчет оптических характеристик.

При разработке использовались современные технологии измерительного оборудования.

Введение

Современная полиграфическая промышленность быстро развивается с широким использованием полноцветной печати периодических изданий, увеличением выпуска и улучшением качества продукции. Современная полиграфия должна удовлетворять все требования покупателя. Эксклюзивность и неповторимость цвета, а также его полное соответствие запланированным стандартам достигается использованием полиграфических пигментов.

Отличие полиграфической продукции от других видов окрашиваемых материалов состоит в том, что красочные плёнки на запечатываемых поверхностях имеют очень малую толщину, что заставляет использовать для приготовления печатных красок пигменты с определённой степенью дисперсности и высокой красящей способностью для создания изображения высокой яркости и насыщенности. Особенно это важно для триадных красок, когда при наложении цветов необходимо получить строгое соответствие конечного цвета эталону.

Поэтому к пигментам для полиграфии предъявляются высокие требования, такие как: высокая чистота тона, хорошая смачиваемость и диспергируемость в связующем, достаточная устойчивость к свету и воздействию атмосферных явлений, стойкость к воздействию химреагентов. Частицы пигмента должны обладать отличными оптическими свойствами, так как они напрямую связаны с прозрачностью, цветом, насыщенностью, глянцем, кроющей способностью и интенсивностью красок. Именно этим свойствам и посвящен данный дипломный проект.

1. Общие сведения о химической природе пигментов и оптических свойствах краски

.1 Цвет и кроющая способность

Цвет - это то свойство пигмента, ради которого он применяется в полиграфии как составная часть красок; пигмент - прежде всего носитель цвета. Цвет зависит главным образом от химической природы пигментов и в некоторой степени от его дисперсности, определяющей условия отражения света. Основной цветовой тон пигмента характеризуется длиной волны той части светового спектра, которая в максимальной степени отражается частицами пигмента.[2] Однако функции пигмента в краске не ограничиваются только областью цвета. Как в дальнейшем будет показано, пигмент обусловливает и другие свойства красок - как физические, так и химические.

Проблема изучения цвета очень широка и захватывает области многих наук: физики, изучающей световые явления, то есть цвет в части, касающейся внешнего раздражителя; физиологии, изучающей функции органов, воспринимающих световые раздражения; психологии, изучающей психологические факторы, поскольку они участвуют в нашей окончательной оценке видимого цвета.

На долю химии выпадают не менее сложные и ответственные задачи: химия изучает вещества, являющиеся носителями цвета, изучает их строение и связь строения c окраской. Всякое изменение в строение вещества сильно отражается на оптических свойствах его, на способности поглощения видимой части спектра. K химии красящих веществ, конечно, не относится изучение цветовых явлений, вызванных не поглощением, a интерференцией и дифракцией света, так как эти явления не связаны непосредственно c химическим строением вещества.

Перед химией красящих веществ стоит и еще одна важнейшая задача: получение красящих веществ для различных практических целей. Для осуществления этой задачи химики должны бы руководствоваться теорией, устанавливающей закономерную связь окраски со строением.

Окраска (спектры поглощения) и другие оптические свойства вещества (как, например, молекулярная рефракция) теснейшим образом связаны c его химическим составом и строением. Этим в настоящее время пользуются для установления индивидуальности химического соединения и его строения.дисперсных системах к влиянию химической природы и строения вещества на его оптические свойства присоединяется еще влияние степени дисперсности вещества. Так, например, коллоидные растворы неокрашенных веществ и мутные среды вообще имеют в отраженном свете синеватый оттенок, так как цвет коллоидных растворов определяется не только поглощением света, но и его рассеянием (в рассеянном свете наибольшую интенсивность имеют лучи c наименьшей длиной волны, то есть синие и фиолетовые). B проходящем свете такие растворы окрашены в дополнительные к рассеянному свету цвета, то есть в красноватые или оранжевые. Коллоидный же раствор окрашенных веществ получает яркую окраску (например, коллоидные растворы берлинской лазури).[1]

.2 Влияние дисперсности па оптические свойства пигментов

Переходя к вопросу o влиянии дисперсности на цветовые свойства у одного и того же пигмента, мы должны прежде всего отметить, что с изменением дисперсности изменяется оттенок цвета. Всем хорошо известно, что более крупные, темноокрашенные криcталлы всех веществ становятся светлее при измельчении, так как главная масса падающего на них белого света отражается от образовавшихся многочисленных граничащих c воздухом поверхностей и поглощение лучей определенной длины волны происходит в меньшей степени («альбедо» сильно увеличивается).

Так, например, ализарин в крупных кристаллах красновато-оранжевого цвета, а в виде порошка - грязно-желтого цвета. На цвет пигментов, принадлежащих к классу окисей и гидратов окисей, большое влияние оказывает во многих случаях степень их дисперсности: мелкоизмельченная Fe2ОЗ имеет красный цвет, а в сильно прокаленном и кристаллическом состоянии она блестяще-серая. Обычная Сr2О3 - зеленого цвета, в кристаллах же она имеет почти черный цвет. Так как с повышением температуры цвет окислов темнеет и может совершенно измениться, то во многих случаях изменение оттенка цвета является сложным явлением, обусловлены многими факторами. Так, например, ZnO при низкой температуре-белого цвета, а в сильно нагретом состоянии-желтого; РЬ0 соответственно желтого цвета и красного; РЬ3О4 при низкой температуре ярко-красного цвета и фиолетового, a затем черного. При охлаждении белая окраска ZnO восстанавливается не полностью; желтый оттенок остается, так как окись цинка в результате нагревания делается более плотной.

Цветовые свойства во многих случаях зависят как от степени дисперсности пигмента, так и от изменений строения и формы его частиц; во многих случаях все эти факторы действуют одновременно и, возможно, даже в разных направлениях[3].

Поскольку цветовые свойства y одного и того же пигмента помимо его химической природы зависят от многих факторов, в том числе от условий его получения и рН среды, для практического получения пигментов c постоянными цветовыми свойствами необходимо строжайшим образом соблюдать технологический режим производства.

Нередко еще для обозначения цветов принимают самые различные определения, не имеющие никакого отношения тс природе световых лучей, без которых не существует цвета. Различные цвета в зависимости от яркости и насыщенности их называют теплыми и холодными, глубокими, бледными, мутными и т. п. Нередко цвет определяется путем сравнения с окраской предметов, часто встречаемых или обладающих особенной чистотой окраски. Таковы названия для голубого цвета небесный, морской, васильковый; для красного-огненный, пурпурны, малиновый, вишневый и т. д. Таковы же названия бирюзовый, изумрудный, коралловый, пепельный и т. д. Эти обозначения обладают тем достоинством, что сразу дают представление о цветовом тоне. Однако цвет огня, моря, плодов и т. п. чрезвычайно изменчив и не может служить образцом для точного определения цвета, которое, например, требуется в цветоделительном процессе. Поскольку в окончательной оценке цвета существенную роль играют психофизиологические фактоpы, методы измерения цвета поcтроeны на физиологических основаниях; в этом и заключается причина сложности одних методов и недостаточной точности других.

Как показано выше, цвет веществ зависит от многих факторов; поэтому, в зависимости от освещения и положения цветного предмета, цвет его может быть совершенно различным; таким образом, цвет не влияет характерным свойством вещества, во всех других отношениях вполне определенного. Действительно, ввиду возможности физиологического обмана, определенный цветовой тон нельзя считать точным характерным свойством вещества.

.3 Методы измерения цвета пигментов и красок

В полиграфии, как и в других областях применения красящих веществ, объективные и точные цветовые измерении оттисков имеют не только теоретическое, но и большое практическое значение при репродуцировании для суждения о качестве оттиска, о стойкости цвета по отношению к разного рода воздействиям (света, воды, реактивов и т. п.), о печатающей силе, о закреплении и пробивании краски и т. п.

Для измерения цвета принята спектральная характеристика краски, a также показатели цветового тона, яркости и насыщенности, и эти определения можно произвести при помощи сложных приборов и особых приемов.

Методы измерения цвета окрашенных поверхностей можно разбить на три группы.

Визуальный метод сравнения (без пользования специальными приборами) цвета испытуемого образца с атласом, в котором собраны уже измеренные образцы. Тем не менее эти относительные колориметрические методы являются простейшими и наиболее быстрыми способами определения цвета и поэтому могут быть рекомендованы для широкого использования в полиграфической практике.

Спектрофотометрические методы измерения основаны на измерении степени отражения или поглощения окрашенными средами лучистой энергии определенной длины волны. Результаты измерения выражают в форме кривых, в системе координат, где на оси абсцисс отложены длины волн видимого света, а на оси ординат-степень поглощения окрашенной поверхностью лучей с той или иной длиной волны (рис.1.3.1). Определение спектров поглощения y оттисков производят в отраженном свете.

Рис. 1.3.1 Спектрофотометрические кривые

При спектрофотометрических измерениях пигментов, как и других твердых тел, вообще, в отличие от растворов мы имеем дело не с отдельными молекулами, а всегда с агрегатами молекул различной структуры. Поэтому мы в пигментах измеряем среднее поглощение, которое очень изменчиво и зависит как от состояния частиц пигмента и от их строения, так и от окружающей среды (связующего). Источником ошибки измерений поглощения в этом случае является трудность сделать исследуемый слой краски на оттиске совершенно плоско-параллельным; даже очень малые колебания толщины сильно окрашенных слоев краски вызывают заметные изменения поглощения.

Колориметрические методы измерения цвета при помощи приборов. Методы измерения цвета при помощи трехцветных колориметров удобны для полиграфии тем, что они дают возможность выражать результаты измерений цифрами, показывающими, например, содержание стандартных цветов. Кроме того, сами колориметры достаточно просты по своему устройству, и измерения на них не длительны. Цветовые характеристики, получаемые измерением цвета в колориметре, совпадают при соответствующем пересчете c результатами измерений в спектрофотометре.

Кроме трех общепринятых показателей цветности (цветового тона, яркости и насыщенности), большое, чисто практическое значение имеет интенсивность, или красящая сила, выражаемая количеством красящего вещества, необходимого для получения окраски определенной степени насыщенности.

Одна и та же (по цветовым свойствам) окраска может быть получена с помощью различных красящих веществ, но при равной площади окраски может потребоваться одного вещества (в весовых единицах) - больше, a другого - меньше. Это означает, что первое красящее вещество интенсивнее второго.

Естественно, что сравнивать следует, по возможности, краски или пигменты одного цветового тона, так как даже небольшие отступления в цветовом тоне понижают точность определения.

печатный краска диспергирование пигмент

1.4 Кроющая способность пигментов и красок

К оптическим свойствам пигментов, помимо цветовых свойств, принадлежит еще кроющая способность, или укрывистость. Этот чисто технический термин означает способность пигмента закрывать подложку, чтобы она имела непрозрачный слой. B технике печатания мы сталкиваемся c необходимостью в одних случаях совершенно закрывать подложку краской (например, при печатании на переплете), a в других случаях, наоборот, наносить прозрачный слой краски так, чтобы подложка или краска нижнего слоя были видны (например, в трехцветной печати при наложении последующих красок на слой первой краски).

Кроющая способность пигментов зависит, прежде всего, от показателя преломления пигмента. Но так как этот показатель определяется химической природой и строением вещества, то, следовательно, и кроющая способность пигментов определяется, прежде всего, их химической природой.

Оптический эффект, наблюдаемый как способность слоя краски закрывать подложку и называемый кроющей способностью, зависит, прежде всего, от разности показателей преломления пигмента и связующего: чем выше показатель преломления пигмента, чем больше разность показателей преломления пигмента и связующего, тем выше кроющая способность краски. Очевидно, что один и тот же пигмент в одном связующем будет образовывать краску с кроющими свойствами, а в другом связующем, c близким показателем преломления, прозрачную (лессирующую) краску.

Поэтому практически нам представляется правильным относить кроющую способность как свойство к краске в целом, то есть к системе, состоящей из пигмента и связующего. Это свойство совершенно очевидно обусловлено химической природой и строением, как пигмента, так и связующего. Как уже указывалось выше, при переходе лучей света из одной среды в другую происходит изменение скорости света. Чем больше разность коэффициентов преломления пигмента и связующего, тем более световые лучи преломляются, замедляются и отражаются от разграничивающей поверхности пигмента и связующего. Следовательно, чем больше поверхность раздела, то есть чем выше степень дисперсности пигмента и чем плотнее его упаковка, тем большее количество лучей света отразится от поверхности, тем более кроющей будет становиться краска. Если кроющая способность краски есть функция химической природы пигмента и связующего, то кроющая способность одной и той же краски может колебаться в зависимости от степени дисперсности пигмента, формы, cтpyктypы его частиц и от плотности их упаковки.