簡(jiǎn)介

說(shuō)到顏色測(cè)量，市場(chǎng)上有很多精確的儀器、顏色校正軟件包、自動(dòng)噴涂機(jī)等。比色法是一門(mén)對(duì)涂料行業(yè)非常重要的科學(xué)，尤其是在滿足客戶的高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)方面。然而，高科學(xué)水平和儀器的精確性不能彌補(bǔ)所帶來(lái)的挑戰(zhàn)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的顏色測(cè)量是在涂料生產(chǎn)過(guò)程的最后階段進(jìn)行的，由于干燥過(guò)程，需要大量的時(shí)間。此外，它已經(jīng)成為先進(jìn)的顏色校正技術(shù)，而不是在第一次運(yùn)行時(shí)就生產(chǎn)出所需質(zhì)量的顏色。

液體顏色測(cè)量:液體涂料和顏料制劑的顏色測(cè)量方法

這里討論的液體顏色測(cè)量(LCM)系統(tǒng)是基于機(jī)器布局，將不透明的液體（油漆或顏料制劑）放在一個(gè)移動(dòng)部件上，用分光光度計(jì)進(jìn)行非接觸式測(cè)量。三角度布局中，是在旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)上完成的，測(cè)量在25°、45°和75°角度下進(jìn)行(圖1a)。在單角度的布局中，液體被放置在旋轉(zhuǎn)的圓柱體上，測(cè)量以45°的角度進(jìn)行(圖1b)。

這些設(shè)置的特征如下:

1.液體保存在一個(gè)容器(約30毫升)中，從這里涂料被一直地重新混合，并且薄膜被新連續(xù)地涂在移動(dòng)部件(圓盤(pán)或圓筒)上。

2.大約800毫米的薄膜厚度允許幾種材料形成不透明薄膜。

3.分光光度計(jì)的光學(xué)組件通過(guò)空氣進(jìn)行無(wú)接觸測(cè)量，避免了其他方法(如比色杯或玻璃探針測(cè)量)遇到的影響(如玻璃屏障)。

測(cè)試過(guò)程，包括設(shè)備的清潔，不到三分鐘。集成分光光度計(jì)自動(dòng)校準(zhǔn)，無(wú)需手動(dòng)校準(zhǔn)。

集成軟件控制設(shè)備并生成、存儲(chǔ)和評(píng)估測(cè)量數(shù)據(jù)。所有的數(shù)值都作為光譜數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以是本地的，也可以是托管在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)或云系統(tǒng)中的。

顏色度量

測(cè)量液體中的顏色幾個(gè)指標(biāo)，包括液體和干燥測(cè)量的相關(guān)性、測(cè)量的可重復(fù)性和可用性。

液體和干燥測(cè)量之間的相關(guān)性

如果供應(yīng)商和客戶定義了要使用的顏色，它與干膜的顏色有關(guān)。由液體涂料濕膜測(cè)色系統(tǒng)LCM生成的液膜上的顏色指標(biāo)可以用作檢測(cè)涂料系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和樣品之間差異的相對(duì)測(cè)量設(shè)置。

圖2顯示了在校正步驟0（初始批次）到8的生產(chǎn)設(shè)置中，液體和干燥樣品在L*、a*、b*空間中的測(cè)量差異與(液體和干燥)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)性。黑線代表液體與液體標(biāo)準(zhǔn)的差異，紅線代表干燥與干燥標(biāo)準(zhǔn)的差異。一些測(cè)試證明，液體測(cè)量顯示的差異與干燥測(cè)量顯示的差異相等或相似。

重復(fù)性和再現(xiàn)性

通常，分光光度計(jì)的可重復(fù)性是在白色瓷磚上指定的。這代表了測(cè)量的可重復(fù)性，而不是測(cè)試過(guò)程。濕膜液體涂料測(cè)色系統(tǒng)LCM的設(shè)置由分光光度計(jì)和機(jī)器組成。在液體涂料測(cè)色系統(tǒng)LCM設(shè)備上進(jìn)行測(cè)量并不限于對(duì)一種顏色的測(cè)量；它還包括測(cè)試過(guò)程的一部分。

彩色樣品的常規(guī)(即干法)測(cè)試過(guò)程包括以下步驟:取樣、樣品制備、涂抹、干燥、最終回火和測(cè)量。使用液體涂料測(cè)色系統(tǒng)LCM，過(guò)程被簡(jiǎn)化，因此涂抹、干燥和回火步驟是不必要的。

在液體和干燥的測(cè)試方法中，取樣和樣品準(zhǔn)備都是一樣的。涂抹、干燥和回火過(guò)程會(huì)給樣品的顏色增加差異，這些差異可能是由絮凝、沉淀產(chǎn)生的，或者在效果顏料的情況下，根據(jù)干燥條件，顏料取向變化。干燥的測(cè)試過(guò)程增加了液體涂料著色的偏差和應(yīng)用過(guò)程的偏差。

液體涂料測(cè)色系統(tǒng)LCM的應(yīng)用僅限于在液態(tài)條件下處理材料和產(chǎn)生液態(tài)膜。由于其復(fù)雜性低，剪切力低，條件恒定，如圓盤(pán)/圓筒的速度和填充與測(cè)量之間的時(shí)間，這種影響被降到最低。

表1顯示了一個(gè)銀色金屬漆的例子，其中準(zhǔn)備了12個(gè)樣品。在同一個(gè)樣品中，產(chǎn)生了四個(gè)面板，每個(gè)面板測(cè)量三次。從同一樣品中，在液體涂料測(cè)色系統(tǒng)LCM設(shè)備中進(jìn)行了12次測(cè)量。在這個(gè)例子中，液體測(cè)試過(guò)程的重復(fù)性低至干法過(guò)程重復(fù)性的1/10。

可重復(fù)性取決于涂料系統(tǒng)的材料特性。膠體的流變性和相互作用會(huì)影響重復(fù)性。在白色液體涂料系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)，這些數(shù)值在dE = 0.01到dE = 0.04之間，這是三次測(cè)量的平均值，包括材料的清洗和補(bǔ)給。

顏色強(qiáng)度

顏色強(qiáng)度是一個(gè)相對(duì)的衡量標(biāo)準(zhǔn)，在涂料行業(yè)被用作質(zhì)量指標(biāo)，例如，用于色漿。如在EN ISO 787-24中提到。在生產(chǎn)中，關(guān)于中間體顏色強(qiáng)度的信息可以幫助減少成品的顏色變化。

測(cè)試方法（顏色測(cè)量）和計(jì)算顏色強(qiáng)度值的數(shù)學(xué)方法顯示出與配方中色漿的濃度有良好相關(guān)性。如果這種相關(guān)性可以用數(shù)學(xué)來(lái)描述，它可以用來(lái)補(bǔ)償混合涂料中的顏色強(qiáng)度變化，方法是減少或增加著色劑的用量，而原始配方的顏色強(qiáng)度通常為100%。

在一項(xiàng)研究中，討論了以下問(wèn)題：

• 是否有可能用一個(gè)基于光譜的加權(quán)函數(shù)來(lái)描述著色漿的顏色強(qiáng)度與其濃度之間的線性相關(guān)性？
• 液體涂料測(cè)色系統(tǒng)LCM在面對(duì)通常用于顏色強(qiáng)度測(cè)試的縮減過(guò)程時(shí)的表現(xiàn)如何？

色漿顏色強(qiáng)度和濃度之間的線性關(guān)系

根據(jù)DIN EN ISO 787-24的規(guī)定，顏色強(qiáng)度是以白色還原的方式定義的。在研究中，通過(guò)將不同比例的色漿與白色混合，產(chǎn)生不同濃度的色漿。表2顯示了著色漿與白色的不同混合物。假設(shè)有一個(gè)斜率為1的線性關(guān)系，就會(huì)有一個(gè) "CS_theo "所示的理論濃度，即百分比。

測(cè)量使用了兩種不同的方法:

• 使用常規(guī)實(shí)驗(yàn)室分光光度計(jì)進(jìn)行拉伸、干燥、回火和測(cè)量
• 使用液體涂料測(cè)色系統(tǒng)LCM直接測(cè)量液體混合物

將混合物5.00g/95.00g設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)，作為相對(duì)顏色強(qiáng)度計(jì)算的參考。計(jì)算本身是根據(jù)DIN EN ISO 787-24的標(biāo)準(zhǔn)化顏色強(qiáng)度計(jì)算公式。

在第二步中，測(cè)量的顏色強(qiáng)度和理論（預(yù)期）顏色強(qiáng)度之間的差異用圖表進(jìn)行比較。例如5.25g/95.00g 的混合物的預(yù)期顏色強(qiáng)度差異為5%。

圖3顯示了干法工藝的結(jié)果。紅線顯示的是在dCS_measured測(cè)量數(shù)據(jù)和dCS_theo實(shí)際數(shù)據(jù)之間存在理想相關(guān)性的情況下的理論圖?？梢钥闯觯@些點(diǎn)與這個(gè)理想圖有一定的距離，這導(dǎo)致了一個(gè)置信區(qū)間，用綠線表示。

圖4顯示了液體過(guò)程的結(jié)果。數(shù)值更接近理想線和置信區(qū)間。

在表3中，結(jié)果在dCS_theo為0時(shí)進(jìn)行了比較。干法工藝的上下置信區(qū)間之差為4.65%，而濕法工藝為0.85%。

表4顯示了可接受的最小差異。即使對(duì)工藝設(shè)定5%的公差，干法工藝也無(wú)法使用這種材料。

效果顏料及其制備

液體涂料測(cè)色系統(tǒng)LCM系統(tǒng)的三角度版本適用于測(cè)量含效果顏料的液體。這些可以是顏料制劑，例如用于原料控制、生產(chǎn)中作為半成品的漿液、成品涂料系統(tǒng)。這種多角度的能力是由于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因?yàn)閮?chǔ)液器和圓盤(pán)之間的流動(dòng)條件允許顆粒的定向，然后可以通過(guò)分光光度計(jì)在限定的球體中測(cè)量。

這種可能性使涂料和原材料生產(chǎn)商能夠測(cè)試涂料系統(tǒng)和顏料制劑，而不受應(yīng)用的影響，而應(yīng)用通常對(duì)效果顏料影響很大。從表1中可以看出，液體顏色測(cè)量顯示出比傳統(tǒng)的干式噴涂工藝更好的重復(fù)性。

在顏料供應(yīng)商和涂料制造商之間的接口，液體涂料測(cè)色系統(tǒng)LCM系統(tǒng)可以幫助協(xié)調(diào)材料的規(guī)格。圖5顯示了批次A和B的鋁漿的例子，其中顯示了三個(gè)角度（25°、45°和75°）的光譜。

這兩個(gè)批次的產(chǎn)品都是由供應(yīng)商指定的，具有相同的產(chǎn)品質(zhì)量。使用液體涂料測(cè)色系統(tǒng)LCM系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，兩批產(chǎn)品之間存在著明顯的差異，尤其是在25°角的反射差異更明顯。如果不使用液體涂料測(cè)色系統(tǒng)LCM系統(tǒng)，這兩個(gè)批次的產(chǎn)品將以同樣的方式應(yīng)用于相同的成品，并會(huì)導(dǎo)致大量的修正工作。

黑色和深色

黑色和深色的光譜顯示出非常低的反射范圍。對(duì)于分光光度計(jì)來(lái)說(shuō)，這導(dǎo)致了低信噪比，從而導(dǎo)致光譜的不同樣品點(diǎn)的值的波動(dòng)。液體涂料測(cè)色系統(tǒng)LCM系統(tǒng)使用一種叫做 "黑色助推器 "的功能來(lái)增加用于照亮樣品的能量，這增加了信噪比，并減少了樣品點(diǎn)的波動(dòng)。圖6顯示了黑色涂料測(cè)量的三個(gè)角度，比較了使用和不使用黑色增強(qiáng)劑時(shí)的值。

穩(wěn)定性測(cè)試

使用液體涂料測(cè)色系統(tǒng)LCM系統(tǒng)也可以顯示涂料系統(tǒng)或顏料制劑的穩(wěn)定性。對(duì)于這樣的測(cè)試，當(dāng)薄膜留在旋轉(zhuǎn)部件（圓盤(pán)或圓筒）上時(shí)，要重復(fù)進(jìn)行幾次測(cè)量。在正常操作中，每次測(cè)量后都要從這個(gè)旋轉(zhuǎn)部件上去除涂料。

顏色漂移根據(jù)第一次測(cè)試測(cè)量的dE^*計(jì)算出來(lái)的，是材料配方穩(wěn)定性的一個(gè)指標(biāo)。這種穩(wěn)定性并不被指定為一種特定的物理行為，它可以由絮凝、分離和其他干擾膠體在基質(zhì)中分布的現(xiàn)象引起的。在實(shí)踐中，這種方法被用作油漆配方的差異化方法，例如，與不同類型的表面活性劑結(jié)合使用。

圖7顯示了測(cè)試時(shí)顏料漿的不同組成。樣品之間的區(qū)別是表面活性劑。很明顯，藍(lán)線所代表的混合物是最差的配方。然而，黑線和綠線也顯示出明顯的差異。

工藝過(guò)程

液體涂料測(cè)色系統(tǒng)LCM系統(tǒng)減少了顏色測(cè)試的時(shí)間。在批量生產(chǎn)中，顏色的測(cè)試時(shí)間等于生產(chǎn)時(shí)間，因?yàn)榱鞒讨械南乱徊饺Q于批準(zhǔn)發(fā)布或修正指令。測(cè)試時(shí)間的減少導(dǎo)致了批量生產(chǎn)過(guò)程的周期時(shí)間的減少。

在許多生產(chǎn)場(chǎng)景中，會(huì)發(fā)生批量并行生產(chǎn)。分批開(kāi)始、攪拌和混合，如果是移動(dòng)罐，從攪拌器中取出。這個(gè)過(guò)程在更多的批次中重復(fù)進(jìn)行，在車間里處理幾個(gè)移動(dòng)罐。

測(cè)試時(shí)間的大幅減少導(dǎo)致了生產(chǎn)的 "單件流 "操作，這意味著開(kāi)始的批次在一個(gè)過(guò)程中制造，而不是幾個(gè)并行的過(guò)程。因此，使用更快速的測(cè)試方法，不僅可以通過(guò)整體減少測(cè)試時(shí)間來(lái)減少周期時(shí)間，而且還可以將生產(chǎn)順序從并行生產(chǎn)改為串行生產(chǎn)。

半成品標(biāo)準(zhǔn)化的可能性減少了修正的總量，因?yàn)槿绻總€(gè)使用的部件都更接近于標(biāo)準(zhǔn)，那么初始批次就已經(jīng)更接近于目標(biāo)。

如圖8所示，液體涂料測(cè)色系統(tǒng)LCM使顏色測(cè)試在供應(yīng)鏈中得到了更廣泛的應(yīng)用。從顏料的測(cè)試開(kāi)始，它也有助于測(cè)試半成品，生成成品。這將減少供應(yīng)鏈中不同環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的顏色差異。

前景

液體涂料測(cè)色系統(tǒng)LCM系統(tǒng)是制造商在供應(yīng)鏈的不同步驟中的工具，可以減少測(cè)試時(shí)間，實(shí)現(xiàn)流程優(yōu)化。它使這些步驟中的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)得到統(tǒng)一，并加速了供應(yīng)鏈過(guò)程的溝通和管理。數(shù)據(jù)交換可以由例如云系統(tǒng)來(lái)管理，云系統(tǒng)為制造商的信息技術(shù)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。

此外，在不同的生產(chǎn)步驟中更快地生成顏色數(shù)據(jù)，支持大數(shù)據(jù)分析的思想，這最終有助于理解過(guò)程，并導(dǎo)致過(guò)程控制工具的改進(jìn)。

與軟件工具一起，該系統(tǒng)有助于實(shí)現(xiàn) "智能"涂料工廠的可能性。這是未來(lái)涂料制造業(yè)的愿景，所有的增值過(guò)程，包括制造和客戶服務(wù)，都具有高度的靈活性和自學(xué)過(guò)程的特點(diǎn)。后者作為人工智能（AI）的一門(mén)學(xué)科，要求所有相關(guān)流程和有效數(shù)據(jù)的高度數(shù)字化。使用液體涂料測(cè)色系統(tǒng)LCM系統(tǒng)是產(chǎn)生精確和相關(guān)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的合適方法，有可能將偏差反饋到控制系統(tǒng)中，以便在過(guò)程開(kāi)始時(shí)進(jìn)行手動(dòng)或軟件支持的修正。對(duì)于未來(lái)，它將適合于產(chǎn)生用于訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)算法的數(shù)據(jù)，這將有助于避免錯(cuò)誤和偏差。

液體顏色測(cè)量--一個(gè)基準(zhǔn)

已經(jīng)進(jìn)行了一些嘗試，以建立使液體顏色測(cè)量成為可能的設(shè)備。比色法是化學(xué)分析中先進(jìn)的方法，其中（透明）液體的顏色作為化學(xué)物質(zhì)濃度的指標(biāo)。將這些裝置用于不透明涂料系統(tǒng)會(huì)引起一些問(wèn)題，因?yàn)橛行┪锢硇?yīng)會(huì)降低這種測(cè)量的可重復(fù)性。

有四種基本方法可作為技術(shù)解決方案，如下（見(jiàn)圖A）。

方法1.非接觸式動(dòng)態(tài)測(cè)量

在非接觸式動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置中（例如本文所描述的液體涂料測(cè)色系統(tǒng)LCM），薄膜通過(guò)杯子的縫隙被施加在涂抹器（圓盤(pán)或圓筒）上。在測(cè)量過(guò)程中，這個(gè)杯子被固定在涂抹器上，液體在涂抹器的旋轉(zhuǎn)過(guò)程中在杯子里重新混合。在用圓盤(pán)作為涂抹器和杯口的層流條件下，非球面顏料如金屬顏料或珍珠被強(qiáng)迫進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的方向。分光光度計(jì)以非接觸式的方式測(cè)量薄膜表面的顏色。如果是效果液體，可以進(jìn)行多角度測(cè)量，通過(guò)在材料停留在涂敷器上的一定時(shí)間內(nèi)重復(fù)測(cè)量可以量化油漆系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

方法2. 非接觸式靜態(tài)測(cè)量

裝置通常是一個(gè)裝有液體的玻璃杯子，以及一個(gè)以非接觸方式從頂部測(cè)量顏色的分光光度計(jì)。與方法1相比，缺點(diǎn)是在不同顏料的混合物中，表面的成分會(huì)因?yàn)槌恋怼⒛Y(jié)或絮凝而發(fā)生變化。特別是對(duì)于密度非常不同的顏料的混合物，這個(gè)過(guò)程發(fā)生的非?？?。這種方法不能夠測(cè)量任何有色顏料液體。

方法3. 通過(guò)介質(zhì)進(jìn)行測(cè)量

有一些系統(tǒng)，將一個(gè)玻璃杯放在分光光度計(jì)的孔上，從底部測(cè)量顏色。這種方法與方法2有相同的缺陷，因?yàn)樵诒砻娴念伭显谶@種情況下，顏料成分會(huì)在杯子的底部發(fā)生變化。液體和杯子的材料（通常是玻璃）之間的折射差異對(duì)顏色讀數(shù)有影響。然而，這通?？梢员徽J(rèn)為是常數(shù)。更重要的影響來(lái)自于一些顏料對(duì)杯子材料（通常是玻璃）的選擇性粘附。這意味著在不同顏料的混合物中，一種顏料的附著力要高于其他顏料。

方法4. 用潛水探針測(cè)量

這種方法取自塑料工業(yè)，在擠出機(jī)中進(jìn)行顏色測(cè)量。一個(gè)末端帶有玻璃透鏡的探針同時(shí)被用作光源和分光光度計(jì)的傳感器。該方法可用于純色顏料的在線測(cè)量，例如批量測(cè)量或管道測(cè)量，但重復(fù)性受到粘附效應(yīng)的影響（如方法3），而且清潔需要花費(fèi)很大的精力。此外，該方法需要很高的投資，并且一次只能安裝在一個(gè)生產(chǎn)集合體上。

由此看出：方法1是一種能夠用效果顏料測(cè)量油漆系統(tǒng)的方法。

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