作者 | 丁帮勇，赵宝华
(中海油常州涂料化工研究院有限公司，江苏常州 213016)
引言
金属闪光漆是以透明有机颜料和片状效应颜料如铝粉、珠光粉、铜金粉等配制成的具有颗粒状闪烁效果的一类涂料，涂装后在光源照射下，漆膜中的片状颜料交辉闪烁，呈现出强烈的金属质感，并且随着观察角度的变化呈现出层次丰富的明暗和色调变化，给人以奢华艳丽的视觉冲击，因而成为面漆涂装的主流，其用量已超过面漆涂装需求的70%。金属闪光漆虽然色彩艳丽明快，修补却是一大难题，由于受效应颜料的定向、粒径大小等影响，在金属漆修补时，很难在各个角度都做到与原漆膜一致。而现在面漆修补又追求快速，甚至达到了立等可取的程度，所以在金属漆修补调色时的基本要求是达到正面与原漆膜一致，兼顾侧面效果，修补目视色差的控制则通过过渡的手法来实现，但是此种方式处理常常仍会有色差存在，并且采用过渡的手法修补有时需要扩大修补面积，增加成本。本文介绍了影响金属漆正侧面亮度、白度的几个因素，可以在调色时尽量做到正侧面一致，减少目视色差。
1、金属漆的随角异色效应及原理
随角异色效应是指随观察角度的不同，颜色会呈现出明度和色调不同的一种光学效应，一般是由片状效应颜料如铝粉或珠光粉对入射光的不同散射和反射方式所导致，而纳米金属氧化物和干涉珠光能使闪光漆的随角异色效应更加强烈和丰富。
1.1不同入射光下的随角异色
对于金属底色漆加罩光清漆的涂层体系，入射光线会先在清漆层发生反射和折射，折射光再在金属漆层发生反射；对于不同的入射光线，根据折射定律可知，入射角越小，则折射角越小，折射光强度越大；所以平行于法线的0°入射光（图1b）有最强的折射光在金属漆层发生反射，在镜面反射角观察呈现最强烈的金属质感；对于入射角逐渐增大的入射光（图1a），其折射光强度也逐渐变弱，在金属漆层反射后的镜面反射光逐渐呈现暗灰色，这在银灰色涂装时则显得尤为明显。
图 1 不同角度入射光下的随角异色
1.2不同观察角度下的随角异色
效应颜料对光线的反射率较高，比如铝粉对可见光、紫外光和红外光的全反射率就高达75%~80%，而其中镜面反射率可能达到40%~60%，所以在入射光线不变，改变观察角度或观察角度不变，改变入射角时，在接近镜面反射处观察，效应颜料产生最强反射，此处亮度最高，在远离镜面反射角处观察，则以漫反射为主，亮度偏暗沉。为评估金属漆的色差，发展出了5°、6°甚至12°的多角度色差仪，其中5°色差仪最为常用，其原理如图2所示，在与镜面反射角成15°、25°、45°、75°和110°的位置分别设置传感器，模拟采集不同观察角度下的颜色数据。其中15°和25°接近于镜面反射，其颜色受效应颜料的影响最大；75°和110°角远离镜面反射，以漫反射为主，主要受着色颜料的影响；45°角为直视角，受效应颜料排列的双重影响，能较好地反映人眼的视觉效果 。
图 2 不同观察角度下的随角异色
BASF的配色专家Sol Panush把类似片状金属的颜料，主要指云母珠光归为第二代效应颜料，把纳米金属氧化物归为第三代效应颜料。纳米二氧化钛粒径较小，在10-50 nm，虽然此粒径下对可见光的透射能力很高，但是仍能散射可见光中的短波蓝色光。纳米二氧化钛只有在与其他片状效应颜料如铝粉或云母珠光粉拼用时才会产生随角异色效应，纳米二氧化钛散射短波的蓝色光获得呈蓝色相的散射角，而透射的较长波长的绿色至红色光被片状颜料反射，形成金黄色的正视角，从而增强了金属漆的深度与层次感。
对于珠光颜料，其表面具有与铝粉颜料相似的对入射光线的散射和反射作用，从而引起不同观察角度下明暗的变化，此外更具有在其多层结构中干涉产生的颜色变化。常用的透明或半透明的云母钛型珠光颜料干涉色主要产生在镜面反射角方向，在其他散射角度观察时则显示出干涉色的补色或底材的本色，同样也会呈现随角异色效应。
2、影响金属漆正侧面亮度的因素
2.1颜料粒径及粒径分布的影响
金属闪光漆的随角异色效应主要由平行排列的效应颜料对光线的反射引起，而效应颜料具有一定的厚度，除表面反射光线外，其侧面边缘同样会反射光线，且以漫反射为主。以铝粉为例，铝粉的边缘不如表面规整，存在比表面更大程度的散射，而且侧面成竖环状，照射到铝粉侧边的光线反射角方向也与表面不同。正是边缘与表面的这种光学差异，使得即使铝粉叠置时也能明显区分其边缘，从而使金属漆具有强烈的颗粒闪烁感。如图3所示，铝粉粒径大，正面有更大的反射面积，呈现更强烈的闪烁感，侧面散射光线更少，目视侧面更暗，正侧面对比明显，金属感更强烈。铝粉粒径越细，颗粒越多，正面反射面积小，由铝粉边缘产生的漫反射越强，侧面亮度也就相对越高，随角异色效应较弱。此外当使用粒径分布窄的铝片时，其面视和侧视明亮度间的反差较粒径分布宽的颜料要高，即粒径分布越窄的铝粉随角异色效应更明显。
图 3 不同粒径铝粉边缘对光的散射
2.2效应颜料形状的影响
非浮型的片状铝粉在金属闪光漆中最为常用。其中最常见的为银元形和玉米片形铝粉,如图4所示。玉米片型铝粉由于在球磨过程中存在铝粉的破裂、熔接，粘附等情况，因而形状不规则，边缘不平滑，表面相对粗糙，粒径分布较宽，在光线照射到铝片表面时，镜面反射率不高，产生较多的漫反射；银元形铝粉采用特殊工艺制备，有些表面还经抛光，边缘也更加光滑，在光线照射到铝片表面时，以镜面反射为主。所以玉米片形铝粉的正侧面明暗对比不如银元形铝粉，银元形铝粉侧面的白度更高。
图 4 银元型与玉米片型铝粉
2.3定向助剂的影响
闪光漆要具有良好的外观效果取决于良好的效应颜料的定向，通过添加醋酸丁酸纤维素或硝化棉，获得较快的溶剂释放性，在喷涂后，溶剂迅速挥发，漆膜收缩，效应颜料在收缩力作用下接近水平排列，如图5所示，此时大多数入射光都在镜面反射角反射，正面有最大亮度，而侧面的散射光线很少，目视感觉偏暗沉，随角异色效应强烈。
图 5 平行定向的铝粉光路
金属漆在使用大量的定向蜡或消光剂时，湿膜具有一定的触变性，限制了湿膜中效应颜料的随机移动，从而帮助实现了效应颜料的定向，获得均匀一致的湿膜表面。随后，由于定向蜡或消光剂与基料树脂的收缩程度不同，随着漆膜中溶剂的挥发，基料树脂收缩，定向蜡或消光剂上的漆膜变薄，定向蜡或消光剂逐渐凸出于漆膜，形成粗糙表面，这使得定向剂处的效应颜料不能平行排列，如图6所示。在光线照射到漆膜表面时，部分光线被非平行排列的效应颜料反射至平视面，降低了漆膜正侧面明暗的对比程度；随着定向剂用量的增加，平行排列的效应颜料逐渐减少，反射至平视面的光线逐渐增加，最终会发生正侧面明暗的翻转。
图 6 定向剂对效应颜料排列和光路的改变
2.4高遮盖颜料的影响
金属漆中为保证良好的金属质感和闪光效果，所采用的颜料一般都为具有高透明性的有机颜料。有时为提高遮盖力或为提高侧面白度，会加入少量高遮盖无机颜料。如图7所示，由于无机颜料主要是通过对光的散射来呈现颜色，所以部分入射光线会被覆盖于效应颜料上的颜料粒子所散射，使侧面散射光线增加，侧面亮度增加，并呈现遮盖颜料的色相；而由于有无机颜料粒子的覆盖，效应颜料的目视粒径减小，反光面积变小，通过效应颜料反射的光线也减少，正面亮度降低，涂膜整体的随角异色效果减弱。
图 7 无机颜料对漆膜光路的影响
2.5珠光颜料的影响
珠光粉是由不同折射率的材料组成的多层复合片状效应颜料、其呈色的光学原理比较复杂，存在光的多次的折射、反射、干涉以及透射，如图8所示。从镜面反射角观察，反射最强，亮度最大并呈现干涉色；从侧面观察，由于珠光本身的透明性，部分光线会透射并在底色上被散射，呈现出底色的颜色；在铝粉漆中加入云母钛型珠光后，与纯的铝粉漆相比，侧面散射光线会增强，侧面亮度增加。
图 8 珠光光路示意图
3、结语
金属漆正侧面的亮度与效应颜料种类、形状、粒径、定向等有关。效应颜料粒径越大、形状越规整，镜面反射越强烈，正面亮度越高，侧面亮度越低，随角异色效应越强。效应颜料平行定向越好，正面亮度越高；定向蜡、消光剂会改变效应颜料的排列方向，使侧面变亮；遮盖颜料、珠光粉的加入也会使侧面变亮变浅。
参考文献（略）
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