如何计算颜色的差别和互补色涂膜的影响？

颜色在人们的生活当中有着极为重要的作用，从原始社会我们人类就对颜色赋予了一定的意义。如红色代表警示和危险，绿色和蓝色代表安全与和谐，黄色和粉色代表暖，青色和绿色代表冷。人类发展至今，千变万化的颜色已经呈现在我们的生活当中。所有被讨论的颜色，都是以人可见的光为依据的，也就是波长在380 ～ 780 nm（一般人眼睛可感知波长在400 ～ 760 nm），即我们讨论的颜色光波的范围。而现实生活当中，绝大多数人都知道，太阳光是由七色光复合而成的，但对于所见的颜色产生的原理并不一定清楚。这里也不过多阐述这方面的内容，仅从涂膜颜色产生的原理开始阐述。其中涂膜产生颜色的原理示意图如图6—17所示。

如图6—17所示，太阳光照射到涂膜表面，一部分反射出去，呈现出涂膜的光泽（此前已经详细阐述），另外一部分进涂膜内部，阳光被部分吸收后，再从漆膜当中发射出来被我们人眼识别和感知，由于涂膜当中颜料、填料、树脂，尤其是颜料对于光的吸收是选择性的，因而当阳光照射进入涂膜之后，再散射出来的光就是被涂膜吸收的互补色的光。而这个互补色的光的颜色也就是我们认知的涂膜的颜色。最典型的就是红光被吸收，则呈现出来的颜色就是绿色；黄光被吸收，则呈现出来的颜色就是蓝色；光全部被吸收，呈现出来就是黑色；完全不吸收，全部反射和折射出来，就呈现出白色。

图6—17　涂膜颜色原理示意图

1.比色

每一种单色光都对应一定的波长，而确定这些波长的光的颜色是以人的眼睛来区分的，而我们人眼能够感知的光对应的分光感应曲线如图6—18所示。

图6—18　视角为2°时眼睛的分光感应曲线

如图6—18所示，我们人眼在可见光的波长范围之内，能够被眼睛感知到每一个确定的波长都是一个三维光波复合之后的颜色强度。而且我们人眼感知不同波长的光的能力也不一样，由图对感知强度的叠加，我们可以确定，人眼对波长在555 nm左右的光波的感知能力最强，对于小于400 nm和大于700 nm波长的光波的感知能力很弱。人感知的波长范围主要为450 nm左右的紫光和550 nm左右的黄绿等颜色的光，对于常见的蓝色光感知能力就相对较弱。

图6—19　L*，a*，b*色彩三维空间图

不同的人对于颜色识别的敏感性会有一定的差异，甚至个体之间的差异，可能超出我们对个体的认知而出现一定的争议和矛盾。因而基于人的肉眼对于颜色的识别情况，人们设定了三维颜色空间图，进而可以通过数学的算法以及科学的检测仪器对颜色进行准确的数学界定，进而排除个体之间的差异而造成的矛盾。人们设定的三维颜色空间立体图如图6—19所示。

如图6—19所示，在颜色的三维空间当中，L值代表颜色的黑白，也叫明暗；a值代表红绿两种互补色的偏向；b值代表黄蓝两种互补色的偏向。在这个三维空间当中，任何一个我们能够分辨的颜色就是该空间的一个点，如果要以某一点为基准对比其他的颜色与该颜色的色差，则只需要找到对比颜色在该空间的位置，再对两点之间进行空间直线距离求解，便能够得到两点之间的距离，也就是两个颜色之间的色差。

2.色差的计算

图6—20　L*a*b*与L*C*h*坐标对比图

在实际计算当中，为了简便计算，我们将基准与对比点L、a、b值之间的差值分别称为ΔL、Δa、Δb，则两者之间的色差值为

ΔE =（ΔL2+Δa2+Δb2）1/2

但是在色差体系当中，L、a、b值是最常见的体系，但是也有很多色差体系是以L、C、h体系来计算。如图6—20所示，其中

由图6—20和上述公式都可以得出，无论是L*a*b*体系，还是L*C*h*体系都能很好地反映空间两点之间的色差数据。但是很明显，ΔE（Lab）要小于ΔE（LCh），但是实际应用当中两者互有优劣。其中对于单一颜色的色差，ΔE（Lab）要比ΔE（LCh）更能反映两个颜色之间的色差，而对于多种颜色尤其是设计光学效应颜料的颜色，ΔE（Lab）则不如ΔE（LCh）适用。

3.同色异谱

在了解色差鉴定和测试方法之后，由于颜色是由光照射到检测区域之后经物体选择性吸收后反映出来的颜色，不难理解不同的光源会影响人们对于检测区域颜色的认定，下面我们来实际介绍一下，不同光源下，两个颜色之间的色差检测的极大区别，如图6—21所示。

如图6—21（a）所示，样品A和样品B，对于阳光的反射波谱图在400 ～ 640 nm时较为相近，但是在640 nm之后，两个样品对于光波的反射强度的差异极大。对于这样两个样品进行色差检测和判定时，实验选定的标准光源有D65光源和光源A，其中两个光源在可见光波长范围的光强如图 6—21（b）和（d）所示，D65光源与阳光的可见光范围内的波谱较为接近，且光波强度较为接近，进而在以D65作为标准光源时，样品A和样品B检测出来的色差ΔE=0。但是以光源A作为标准光源时，样品A和样品B无论是L值，还是a值和b值都有较大的差别，最终计算得到的色差值ΔE=6.56，向我们展示的是完全不同的两种颜色。因而我们在实际对比颜色时，一定要在确定的光源当中进行对比，例如在自然光（日光）的环境当中进行颜色对比，也就是我们常说的常规环境当中的目视对比。一定需要进行检测色差时，通常都是以D65光源为主，即以接近太阳光（自然光）的光谱作为基准来进行色差检测。

图6—21　不同光源检测的色变示例图

4.检测设备(www.xing528.com)

因为人眼观察涂膜时，眼睛一定会接收到涂膜的反射光（光泽），同时也会接收到进入涂膜被部分吸收之后再散射出来的光（颜色），所以人眼对于涂膜表面的感官既有光泽又有颜色，而且在进行颜色判定的时候，光泽会干扰人眼对于颜色的认定，尤其是在不同的视角下光泽有极大的差异，而光泽的差异会造成眼睛对于颜色识别的偏差。为此，国际照明委员会（International Commission on Illumination，采用法语简称为CIE）对于多样化涂膜测定设定了四个不同的几何角度测量探头，如图6—22所示。

图6—22　色测试装置中CIE推荐的不同几何数据

如图6—22所示，CIE设定的几何测试角度分别为光的入射角为45°/测试角度为0°（45°/0°）；光入射角为0°，测试角度为45°（0°/45°）；散射照射/0°测试（d/0°）；光入射角为0°，检测散射（0°/d）。

实际当中能够同时测定光泽和颜色的设备原理图如图6—23所示，其中测试的几何角度为d/8°。正如上述CIE设定的几何测试类似，通过散色光源对检测样板进行照射，在8°的几何角度位置，放置检测探头（分光光度计），进而能够同时得到样品的光泽和颜色数据。因为分光光度计接收到的有反射光谱R（λ）和标准颜色数值，以及X，Y，Z的整体光谱数据；再通过分光光度计对于入射光源的标定，便可以校准反射光谱R（λ）的数据。因而对反射光谱进行校准之后，再对检测光谱进行反射光谱标定，便可以计算出颜色光谱的X，Y，Z值。

图6—23　d/8°测试头原理图

5.光效应（干涉）颜料颜色的测定

通过d/8°可以检测出接近人眼视觉感官的表面数据，但是上述的检测相对局限于实色涂膜（不含干涉颜料的涂膜）。而现实当中，含有干涉颜料的涂料在涂料市场当中，占据极为重要的地位，已经在国民生活和工作当中不可或缺。例如铝颜料、珠光粉、金葱粉、铜金粉以及其他层片状的颜料，都具有一定的光效应。

如果涂料当中含有片状颜料，例如珠光粉、铝粉、铜金粉以及金葱粉等颜料，通过不同的视角对涂膜进行观察，涂膜会展示处不同的视觉颜色，尤其是这些颜料在涂膜当中的排列、排布和空间相对位置，都会使涂膜颜色产生极大的变化，因而在对干涉型颜料调配的涂膜进行颜色检测时，通常用智能色差仪进行评定。其实物图如图6—24所示。

图6—24所示的色差仪是市场当中较为常见的色差仪，大部分的色差仪的原理都类似，通过不同入射角度的光，以及不同角度检测涂膜反馈的数据，进而分析涂膜的L，a，b值，再通过标样的L，a，b值，进行两种色板的色差计算，并给予颜色色差的评定。

图6—24　色差仪实例图

综上所述，从涂膜颜色的来源、评定和测定方法及原理，我们可以知道，要确保涂膜表面颜色的一致性，需要在诸多方面进行控制，如涂料配色、涂料施工、涂料干燥以及涂料配方设计过程中光泽与颜基比的搭配等，都会一定程度上影响涂膜的视觉感受，都可能直接带来颜色的差异。

6.颜色差异

涂装施工过程中能够发现，涂料在湿膜状态下颜色存在一定的差异，在涂料干燥之后，干燥的涂膜的颜色通常也会呈现出明显的差异。在此我们不讨论施工过程中涂膜颜色差异的原因，而仅仅分析涂料干燥过程中引起颜色差异的因素。

（1）问题描述

涂料施工后，未发现涂膜有任何颜色问题，但涂膜干燥之后，发现涂膜的颜色与标准样板有差异，甚至出现同一批涂料施工的同一批工件，颜色也有一定差异的现象，如图6—25所示。

图6—25　颜色不一致实例图

（2）原因分析

涂料施工后，在干燥的过程中（尤其是在具有烘烤条件的干燥过程）造成了颜色的变化，其中可能的原因有：① 涂料施工后，在干燥的过程中颜料发生了明显的迁移；② 涂料在干燥的过程中，颜料稳定性不够发生了颜色的变化（尤其在烘烤型涂料当中，有一些颜料的耐温等级有限，烘干过程中容易出现褪色，导致颜色变化的问题）。

（3）解决方案

对于干燥之后涂膜颜色差异的问题，基本上都得从涂料的配方上进行调整才能有效地解决。也就是在涂料配方设计的时候，必须要将颜料在受热之后的迁移性能合理地控制在一定的范围之内，尤其是有机、无机颜料共同调色得到的颜色体系；另外在颜料的选择上需要根据干燥过程中的工艺情况，选择具有适应性、耐温性的颜料。例如烘烤型的涂料在颜料设计上，要考虑干燥工艺当中设定的干燥温度与实际炉温的区别，甚至炉内温度不均一的现象都需要全面考虑到，并选择合适的颜料进行调色。