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顏料的光學性質：吸收光譜和散射率

作者： 精顏化工    日期： 2024-03-21    點擊量：     文字大小：  大  中  小

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。

顏料顆粒吸收光的圖表

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、穩定并分布均勻的顏料的色彩強度，高于僅部分分離、穩定性差、未完全分布在涂料中的粗顏料的著色強度。

彩色顏料吸收效率的圖表

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，這種現象稱為散射，導致涂層呈現白色并具有遮蓋力。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。

涂層中的顆粒對光的散射

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。

散射可見光的最佳粒徑

鈦白粉（二氧化鈦）TiO2是一種具有高遮蓋力的白色顏料，因為二氧化鈦顆粒可散射可見光中的所有波長。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。了解并優化這些特性可以實現所需的涂料效果，包括顏色和遮蓋力等。
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