橡膠產品的配色研究淺析

 

橡膠著色的基本概念 

談到橡膠的著色問題，首先要對顏色的基本概念加以闡述。 

 

光的性質 

 

顏色如同玫瑰的香味一樣，不是花的物理性質，它和氣味都是一種生理感覺。要證明他們的存在，必須通過觀察者的親身感受，但這兩種感覺的起因都有其物理解釋，如果各種光線都不存在，觀察者當然感受不到顏色。因此，顏色是光和眼睛相互作用產生的。事實上，顏色是大腦對投射在視網膜上不同性質光線進行辨認的結果。因此，要討論顏色，必須從了解光的性質開始。光可用波長來表示，可見光的波長為400-800nm之間，當白光透過一個三棱鏡時，會分解成按紅、橙、黃、綠、青、藍、紫排列的彩色光帶，這樣的光帶稱為可見光譜。 

 

顏色的感覺——三色感受概念 

 

三色感受是假設人類眼睛有三種感受器，它能分別感受紅、綠、藍三種顏色的光，所有其他顏色的感受是由於同時感受兩種和三種不同量的顏色。當同時感受同量的三種顏色時，即產生消失類顏色，也就是白色或中性灰色的感覺。當波長為400nm的波同時作用於藍色和紅色感受中心，它引起的感受為藍色和紅色的平均色感，也就是紫色。隨波長的增加，對於藍色中心的感受處於優越地位，而純紫色的感受即轉變為紫色逐漸被藍色所占先的感受。當波長為480nm時，其波引起的為藍色的感受，但是由於藍色內含有某些數量的消色類顏色，所以這個藍色的感覺為降低了純度（飽和度）的藍色。當波長繼續增加到600nm以下，引起綠黃色的感受，因為紅色和綠色中心感受最為強烈，而藍色中心感受很弱。當光的波長為600nm時，幾乎沒有藍色感受，僅有等量的綠色和紅色而得到黃色的感受。當波長從600nm增加到700nm時，減弱了對紅色、尤其是綠色的感受。當波長大於600nm時，顏色被感受為帶有黃色的紅色，而當繼續增加波長時，被感受為橙色，并在最後感受為紅色。

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不同顏色的各種物質，組成五彩繽紛的大千世界，而這些色彩是光作用於眼睛的結果。

 

顏色的三個特性 

 

明度 ：指人們對明和暗的感覺，稱為明度，即明暗的程度。當光線照射到物體表面時，反射的光量越多，它的顏色越亮；在拼色時，常常采用名度有差別的顏色適當配合，其色效果就越好。 

 

色調：指用來區分色彩的特性。這是鑒別兩個不同獨立顏色最主要的指標和概念。色調可以用描述顏色最普通的詞來表示，即紅、橙、綠、藍等等。 

 

飽和度：指顏料的純度、深淺的特性，飽和度沒有上限，下限為零。 

 

著色橡膠的光學現象 

 

當光作用於橡膠制品時，發生下面幾種現象： 

 

反射：光從表面反射，如表面平整如鏡，反射的光給人有一種光澤性的感覺。 

 

吸收：光進入橡膠內，如果所有光被吸收，則橡膠表現為黑色。如部分光被吸收，表現為透明。 

 

透過：光部分透過橡膠制品，橡膠表現為透明的。 

 

由於橡膠內部添加著色劑，當光照射後，如其表面反射光的數量很小，吸收一部分光，而大部分光通過橡膠內的顏料顆粒後再被透過，則該橡膠為有色透明（顏色由透過的波長來決定）；如果進入到橡膠內的光全部在橡膠內部反射而不透過，那麼此橡膠為有色不透明，其顏色取決於未被吸收光的波長。 

 

如光線射入含有黃、藍兩種著色劑的橡膠制品，用光學現象分析，有如下三種現象（表面反射除外）：當光僅通過黃、藍二種著色劑的任一種顏色顆粒，如黃色時，則最後反射光是被著色劑吸收的藍色之補色光；當光首先通過黃色顏料顆粒，則吸收了紫色和藍色的光，而讓藍-綠、綠-黃、綠、黃-綠、黃、橙和紅色的光通過，然後再通過藍色色劑，則黃、橙、紅各色的光吸收，僅剩藍、綠、綠和黃、綠各色的光被反射而出。由此可見，光各自通過了這兩種顏色後，最後見到的是日光的綠色部分。 

 

由此可見，光射入含有黃、藍兩種色劑的橡膠制品的光，具有三種組份。兩種組份中各含有與被顏料所吸收的顏色為補色的色彩，即黃、藍二色光，而這兩種光引起的色感猶如黃、藍兩種顏色涂在一個迅速旋轉的圓盤上，其色感為一個色加在另一個色上，所以稱之為色光的相加組合；第三種組分白色，通過黃、藍顏料時，各自有部分光被吸收，不能稱之為混合，可以看成日光組成部分的去除，應稱為相減混合。當光作用於橡膠材料時，顏色的感覺是由於這三種形式的光同時對眼睛起作用的結果，見到的光為三種光的混和結果—綠色。

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人眼對紅、綠、藍最為敏感，大多數顏色可通過這三種顏色按照不同的比例合成產生

 

橡膠著色、拼色原理 

 

從橡膠制品配色的光學現象可知，顏色可以互相混合產生不同於原來顏色的新顏色，這種混合可以是顏色色光的混合（色光相加混合），也可以是顏色色料的混合（色料相減混合）。另外顏料大多不是單純的一個色調，往往帶有一定的色光，給拼色時帶來一定困難，現就拼色的一些基本原理述如下。 

 

顏色色料的混合—色料相減混合 

 

顏色色料的混和為相減混合，一般僅用紅、黃、藍三種顏色色料來混合。所謂紅色是透過紅色波長，吸收中間綠色及附近的顏色波長。當黃、藍混合時，黃色顏料吸收短的波段，藍色顏料吸收長的波段，只剩下中間綠色波段透過，則人們感受為綠色。同樣，紅、黃混合時剩下560nm以上的波段透過，即為橙色。同理，紅、藍混合在一起，成為紫色。因為各種顏料對射入的光線總從原來色光中減去一些色光，所以這種混合稱為相減混合。 

 

顏色色光的混合—相加混合 

 

·補色定律：若兩個顏色相混合產生白色或灰色，則兩個顏色為互補色。兩個互補色以適當比例混合，產生白色或灰色。若按其他比例混合，便產生近似比重大的顏色成份的非飽和色。 

 

·中間定律：若任何兩個非補色相混合，便產生中間色，其色調決定於兩個顏色的相對數量，而接近比例大的顏色。中間色的飽和度決定於兩者在色調順序上的距離，兩者距離越近，飽和度越高，反之飽和度越低。 

 

·代替律：相似色混合後仍相似，感覺上相似的顏色可以互相代替。 

 

幾個拼色問題 

 

我們必須注意顏料在拼色時，除了在原色的拼合外，也還產生色光的拼合，這是因為每種顏料不止一個吸收率。例如，典型的孔雀綠在乙醇的吸收光譜中，它的兩個吸收帶是在可見光的紅光區和紫外區。拼色的幾個問題簡述如下。 

 

·消光原理 

 

當要改變某些色光或白、黑色制品要求雪白或烏黑時，就要利用補色原理來改變色光或消除某些黃光。例如黃光藍色加以微量紫色就變成紅光的藍，這是因為紫色是由紅、藍光組成，藍光可以減去黃光，這樣就增強了紅光，變為紅光藍。紅光藍加入少量綠，可以變成黃光的藍。 

 

·色調 

 

色調是用以區分各種顏色的基礎，因顏料本身缺少純色源，為了求得一種色調，往往需要用不同顏色來拼色成為純正色調。橡膠材料色時，就是常常采取一種顏料為主要色料，再拼合少量其他色來使色調純正。 

 

·顏色深、淺控制 

 

橡膠材料的色深、淺控制，通常認為要使顏色變深就加黑，顏色變淺就加白色，這樣呈現色調變灰，明亮度和飽和度也受了影響，拼出的色彩不鮮艷。 

 

顏色的深淺程度，主要是由色料吸收率所決定，也是原色光在三原色的光的總強度中所占比例的一種重度。例如主要的原色光全部是紅光而沒有綠光和藍光時，則看到的非常飽和的紅色，也就是較純的紅色。 

 

試色樣本 

 

以試色樣本為標色，若找到與標色相似的顏料之後，先要確認這種顏色商品的名稱和牢度(耐曬性、耐熱性、耐遷移性等)。由於顏料的堅牢度與價格有關，如果硫化膠對堅牢度沒有具體規定，可酌情選擇較低的級別。顏料商品名稱因各生產廠有自己的商品命名，要與其他生產廠顏料作對比非常不便，所以應預先向廠家問清顏料的一般名稱，將其記入試色樣本。如果知道一般名稱，就可以通過查閱一覽表和顏料色彩、標記，從而知道這種顏料的名牌、顏料代號、結構式、色調、各種堅牢度、顏料特性，就能與其他廠家的產品作比較。 

 

在這里應注意一般名稱相同的顏料，也就是說即使有相同組成的顏料，但由於生產廠不同，色調會有不同程度的差異，這是由於生產工藝過程中的微小變化所引起的，一般認為是由顏料粒子形狀和粒徑大小不同所致。因而即使采用相同顏色的顏料，在使用不同生產廠的產品時也還必須注意。 

 

橡膠著色用顏料 

 

橡膠著色用顏料包括有機顏料和無機顏料兩種。 

 

有機顏料 

 

有機顏料按它的化學結構分類可分為如下四大類：可溶性偶氮染料無機鹽(偶氮基色淀) ；不溶性偶氮基；酞青類；高級顏料（含縮合偶氮基、啶類和二惡類）。 

 

·可溶性偶氮染料無機鹽(偶氮基色淀) 

 

偶氮基類顏料在它的分子鏈中包含偶氨基(-N-N-)，若將其色淀化便成為不溶於水的不溶性無機鹽。用於色淀化的金屬鹽有氯化鋇、氯化鈣、氧化鍶等，由於金屬鹽種類不同，色調和性質也發生變化。色淀顏料與其他顏料相比，也許算是稍低品級顏料，但這種認識并不完全正確，它作為橡膠用的顏料是很耐用的，雖然在耐曬性上比不溶性色淀稍差，但它具有優良的耐遷移性和耐熱性。在偶氮基色淀中紅色顏料占了主要部分。 

 

·不溶性偶氮基類顏料 

 

偶氮基類顏料還可通過耦合成為不溶性的顏料，作為橡膠用的品種其中還包括有聯苯胺類、唑類顏料。在這類顏料中黃色、橙色、紅色顏料占主要部分。一般不溶性偶氮基顏料色澤鮮艷、耐光性好，但有時耐遷移性不太理想。 

 

·酞青類顏料 

 

酞青類顏料具有藍色或綠色等鮮艷的色調、濃度高、各種堅牢度優良，是一種理想的顏料，代表性顏料是銅青(酞青藍)。因為橡膠用的顏料不希望含有游離銅離子，應想辦法減少游離銅離子存在。酞青藍顏料因生成時粒子粗大，著色力差，故須經過特殊處理，使粒子變得細小，已商業化的顏料產品有A型(略顯紅色)和B型 (略顯綠色)。青綠為高氯化青銅，其呈現鮮艷的綠色，各種堅牢度與酞青藍相接近。 

 

無機顏料 

 

一般無機顏料有優良的耐曬性、耐熱性、耐遷移性，但色調鮮明度都比有機顏料差，而且著色力低，比重大，不過可以利用它的特點(如各種堅牢度、價格低廉等)彌補有機顏料的不足之處，也是一種不可缺少的顏料。無機顏料有自己本身特有的色調，有些則是有機顏料所不具備的，所以不能輕視無機顏料。二氧化鈦是二戰後用量急增的白色顏料，它有比氧化鋅大2-3倍的色力。它有金紅石型和銳鈦型兩種，橡膠中多用銳鈦型白粉。鋅鋇在二氧化鈦未普及使用之前多用作白色顏料，目前橡膠用的需要量正趨向激減。炭黑隨它的制造方法不同著色力頗有差別。與爐法炭黑相比，槽法炭黑、乙炔炭黑著色力強，用填充顏料或白色顏料稀釋時，色調往往變成茶色或者蘭色，在選擇使用時要注意產品牌號。 

 

氧化鐵紅歷來是橡膠工業用的紅色顏料，雖然價格低廉，但色力強，還有優良的耐曬性、耐熱性、耐藥品性。色調大體上是紅色的，但也有黃色、褐色、黑色的顏料。 

 

鎘黃的組成是硫化鎘，有優良的耐曬性、耐熱性。由於鎘黃有優異的耐曬性，往往被用於長期暴露在室外的橡膠制品中。群青過去是由阿富汗韻天青石經過粉碎加工而成，因此價格高昂。現在已能用人工合成方法制造出群青顏料，因其耐曬性、耐熱性好，被廣泛使用。其色調為稍微帶紅的藍色，采用有機顏料不能得到這種色調。作為二次利用方法可作白色橡膠自提色劑，能消除白色膠料的黃色，同時，它添加到黑色橡膠中，可以調配色調。無機顏料里因有危害人體的鎘、鉛、汞一類化合物，在實際應用時應充分注意。 

 

著色橡膠的調色 

 

原材料的差別 

 

一般標準色的樣本是由用戶或者經營部門提供，如提供的是橡膠樣本，這樣問題就不很大，若提供的是紡織、氯乙烯人造革、合成革、塑料板、涂裝板或者印刷在紙張上的顏色樣本，則在調色作業上就很困難。這是因為橡膠中含有填充劑，它是不透明物質，而織布用的纖維和塑料本身就是一種透明物質，所以說在橡中完全不可能調到與這種顏色樣本相同的顏色。印刷在紙張上的或涂裝在金屬板上的顏色受底色影響很大，調色也是非常困難的。合成革或氯乙烯人造革與上述情況相比影響較少，很容易調色，但又受到表面光線反射不同的影響，調色也就困難了。總之以上這些物質因與橡膠的表面形狀、光線反射率、折射率以及透明度不同，很難調成完全相同的顏色。這個問題也可以說是由於原材料差別引起色差，所以被提供的試色樣本除了橡膠樣本外，可以調成相似的顏色，但要調成完全相同的顏色是達不到的，必須預先與對方說明。

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橡膠材料色時，常常采取一種顏料為主要色料，再拼合少量其他色來使色調純正。

 

顏料的特性及其使用方法 

 

有機顏料在同類型顏色中常常有好幾種商品，從這些顏料中挑選出與目標色一致的顏料時，首先要查閱它的耐曬性、耐遷移性、耐熱性等方面的堅牢度。當這些特性滿足要求時，研究它的色調，深色時相互間的色調差、淺色時相互間的色調差、以及深色和淺色的顏色變化情況都要觀察。 

 

在此以黃色的試色樣本為例。若與某種顏料的顏色作比較時，發現在這些顏料中有的藍色很強，有的紅色很強；另外當顏料稀釋成淺色時， 藍色增強，紅色減弱。在這種情況下，前者顏料底色為藍的，後者顏料底色為紅的。過去所謂顏料底色是相對於表色而言，將顏料混入亞麻仁油之類的載色體里，再將其涂在物體的表面上，所得顏色即為表色，稀釋成淺色的顏色就叫底色。一般講顏料的底色(底彩)與表色是稍有差別的。有說法認為這與顏料粒子形狀、粒徑大小和透明度有關。為了與目標目色相適應，顏料底色是藍的好還是紅的好，這要根據以上觀察結果選擇後再決定取舍。 

 

淺色色調的調配 

 

因顏料本色濃度高，若將其用填充顏料或白色顏料稀釋，便可得到淺色顏料，這在日常生活中經常會用到。若將其繼續稀釋下去，最終逐漸接近白色。例如，在紅色的顏料里逐漸加入白色顏料，顏色常常會逐漸帶有紫色。特別是用氧化鋅時這種傾向更顯著。其次在黑的情況下，粒子小黑度深的炭黑底彩一般是茶色，而作為黑色顏料用的希望底彩為藍的，若配用價格高的調色劑時能消除茶色。因燈黑粒子比較大、濃度低、底彩保持藍色，因此常被應用在涂料里。 

 

群青與發藍 

 

在膠料里大量加入氧化鋅和二氧化鈦時膠料不能完全變白，一般還殘留些黃色。若在這白色的膠料里加入少量群青顏料黃色就消失。這種黃色不是真正地消失，而是加入藍色後起到白色膠料提藍作用，使人既不會感到膠料泛黃又感到膠料增白的感覺。人們將這種現象稱為發藍。這種現象在工業上是很重要的，它不限於用在橡膠上，在紡織和造紙加工上也被采用。青藍對白色膠料發藍是不適用的，若要保持鮮艷的藍色最適合用群青。 

 

防止加工過程中色調的偏差 

 

粉末顏料及其加工制品 

 

顏料一般供應的都為粉末狀，將其直接混入橡膠內硫化時，批量配料中間經常會有色調偏差，即使從混煉方面考慮想辦法也不易解決。為了改善這種情況，市面上出現了一種濕潤顏料。由於這種顏料是用表面活化劑處理過的，所以能有效地防止色調的偏差。用表面活性劑處理之後，接將粉末狀顏料與粘結劑同時加入開煉機混合，待冷卻後粉碎加工成薄片狀粉末顏料。這種顏料由於在粘結劑中已含有分散劑，所以易於向橡膠中分散而又不污染開煉機。雖然這種薄片狀粉末顏料分散性好，但在混煉剛開始加入時，應均勻加在輥筒面上，若集中加入，粉末顏料就會成塊狀粘附在後輥使操作發生困難。這時應提高輥溫，使粘結劑熔化，顏料就會逐漸向橡膠中分散。 

 

顏料母膠 

 

顏料母膠是進一步改善上述各種顏料產品的分散性和加工性能的一種方法。顏料母膠有干性母膠和膠乳母膠兩種，其中膠乳母膠是先將有機顏料在水中制成乳濁液，然後再加入SBR (丁苯)膠乳共沉淀得到的。目前膠乳母膠占主要地位。顏料母膠具有稱量方便、易於添加在橡膠中混合而又不污染開煉機的優點，可說是一種較理想的產品。遺憾的是少量的橡膠用顏料母膠還不能生產。值得注意的是，在貯藏過程中，顏料母膠中的有機顏料會與橡膠發生反應生成凝膠，也就是生成難以分散的凝聚塊，若再加入到橡膠中混合就會產生顏料分散不均，著色力下降和色調偏差。鑒別方法是將顏料母膠充分彎曲與拉伸，若表面發生裂紋說明顏料母膠已產生凝膠。 

 

混合方法 

 

原則上顏料應盡可能在膠料混煉初期加入橡膠中。顏料母膠或粉末顏料應在其他粉料加入之前加入， 經充分倒膠之後再逐漸加入其他配合劑。若是粉末顏料，加入之前預先用約二倍數量的填充劑與粉末顏料輕輕地混合之後再加入。用密煉機混煉時，上述的方法是不能采用的，應預先將全部顏料加工成顏料母膠，再用開煉機將顏料母膠與混煉膠混合均勻，操作時也必須充分倒膠，直到顏料充分分散為止。由於這種方法花費人力太大，所以推薦使用原料混合機。 

 

橡膠制品的退變色色差 

 

有機顏料中除了酞青類顏料之外，實用過程中其他顏料耐曬性和耐熱性都不甚理想， 因為著色橡膠經過硫化成為橡膠制品之後，又受到日光照射(包括間接光)會發生不同程度的退色、變色色差。 (end)