1.8. Смешение красок

При цветовом оформлении объектов приходится пользоваться красящими материалами - пигментами, красителями и красками, поэтому здесь приведены их краткая характеристика и некоторые оптические свойства смешения красок.

Основные определения. Пигменты - это порошки, которые растирают с различными связующими в пасты. В таком виде они представляют уже красочные составы или краски. Возможны следующие варианты содержания частиц в красках, определяющих цвет: цветные прозрачные частицы; цветные непрозрачные частицы; бесцветные частицы, непрозрачные в окрашенной жидкости; размер частиц настолько мал, что они становятся коллоидными и рассеивают свет избирательно.

По происхождению пигменты делятся на естественные (природные) и искусственные. По составу различают пигменты неорганические (минеральные) и органические. Органические пигменты, растворимые в связующих, называют красителями.

Минеральные естественные пигменты применяют в малярной практике наиболее часто во всех видах красочных составов. Минеральные искусственные пигменты представляют большую группу красящих веществ, получаемых в результате химической обработки нескольких минералов. Большая часть их, как и вся группа естественных пигментов, светопрочна и устойчива в щелочных и кислотных средах.

Органические искусственные пигменты являются продуктами химического взаимодействия органических веществ. Большинство из них частично растворимо в воде, в маслах или в органических растворителях и, как правило, уступает по прочности минеральным пигментам.

Следует отметить, что предварительный точный расчет цвета смеси непрозрачных материалов по видимому цвету красок невозможен. Только сведения, основанные на опыте работы с реальными цветами красок, могут дать возможность более или менее точно предсказывать результаты. В то же время наиболее часто используются красители именно этого типа. Краски, в том числе и масляные, весьма различны по прозрачности. Их свойства широко изменяются от прозрачных до непрозрачных, но большей частью они совершенно непрозрачны, за исключением очень тонких слоев.

Большинство обычных красителей характеризуется своими спектральными кривыми отражения (см. рис. 1.17) или пропускания. Определение цвета красок по этим кривым упрощается потому, что обычно эти кривые имеют только один или самое большое два максимума. Как правило, специалисты (маляры, художники) работают хорошо известными или постоянными наборами красок. Смеси таких красок в первом приближении можно предсказать. Так, смесь голубого и желтого дает зеленый. Какой именно зеленый нельзя предвидеть, но это будет зеленый цвет. Если голубой цвет приближается к синему, смесь будет зеленого цвета с голубым оттенком, если желтый приближается к оранжевому, то смесь получится зеленого цвета с желтым оттенком и т. п.

Некоторые оптические свойства смеси красок. В смеси различных пигментов их частицы перемешаны между собой. Свет, падая на слой смеси, частично отражается от поверхности этого слоя. Остальной свет, преломляясь, проникает внутрь слоя, где встречает на своем пути частицы пигментов. В целях упрощения будем считать, что связующее вещество бесцветное. Тогда в слое связующего вещества свет не будет претерпевать никаких изменений, за исключением преломления при переходе из воздуха или связующего вещества в частицы пигментов или наоборот. Свет в частицах избирательно или неизбирательно поглощается, что зависит от свойств пигментов. Белые, серые и черные пигменты поглощают свет неизбирательно, все остальные - избирательно. Окрашенная поверхность становится избирательно отражающей. Отражательная способность на границе двух сред (в нашем случае связующее и пигмент) зависит от относительного показателя преломления этих сред. Если нет разницы в показателях преломления, то не будет и отражения на их границе. Показатели преломления некоторых жидких смесей, используемых в красках, при высыхании обычно увеличиваются. Так как показатель преломления для частиц почти всегда выше, чем для связующего, при высыхании избирательное действие обычно увеличивается и цвет становится более насыщенным, хотя обычно этот эффект компенсируется одновременным изменением отражения с наружной поверхности краски, действующим в обратном направлении.

На рис. 1.18 показаны в разрезе в увеличенном виде непрозрачные частицы, взвешенные в связующем. Свет, входя в такую смесь через наружную поверхность, наталкивается на непрозрачную частицу и следует дальше одним из трех возможных путей, зависящих от конкретных условий. Он может: войти в частицу и поглотиться в ней (рис. 1.18, а), или отразиться по направлению к наружной границе краски (рис. 1.18, б), или отразиться по направлению к другой частице (рис. 1.18, в). Направление отраженного света зависит от размера и концентрации частиц в единице объема окраски (рис. 1.19). Как видно на рисунке, с увеличением концентрации расстояние между частицами уменьшается и происходит многократное отражение между ними. Так как избирательное действие наблюдается при каждом отражении, то общее избирательное поглощение значительно увеличивается, а следовательно, увеличивается и насыщенность цвета.

Рис. 1.18. Прохождение света через слой краски

Возможен и такой случай: если адсорбционная способность частиц достаточно высока, насыщенность может фактически уменьшиться, так как более высокий процент света будет отражен наружу от частиц, лежащих близко к поверхности.

При прохождении света через цветовые прозрачные среды в каждой из них поглощается какая-то его часть, и в результате проходят только те световые волны, которые остались непоглощенными. В этом случае от светового потока как бы отнимается некоторая его доля. Такое смешение называется вычитательным или субтрактивным. Смешение красок не представляет собой чистого случая вычитания. Свет, падающий на смесь красок, отражается от ее поверхности еще неизменным. С поверхности первого слоя частиц красочных пигментов отражается уже несколько иной свет, с поверхности второго слоя - уже претерпевший поглощение в первом слое и т. д. Эти различные по спектральному составу световые потоки смешиваются друг с другом.

Следовательно, наряду с вычитанием цветов имеет место сложение различных по спектральному составу световых потоков. В случае полной прозрачности краски видимый цвет ее приближается к цвету, образованному субтрактивным смешением двух окрашенных сред.

Рис. 1.19. Схемы влияния концентрации пигмента в среде на прохождение света

В случаях когда имеется смесь красок, свет направленный, например на смесь желтого кадмия с лазурью (синяя краска), поочередно проходит через частицы то одного, то другого пигмента и вследствие поглощения значительно теряет в частицах первого фиолетовые, оранжевые, синие и голубые, а в частицах второго - красные, оранжевые и желтые лучи. Непоглощенными остаются преимущественно голубовато-зеленые, зеленые и желто-зеленые лучи. Поэтому смесь желтого кадмия с лазурью имеет зеленый цвет. Чтобы заранее ориентировочно определить цвет, который может получиться от смешения определенных красок, надо знать какие лучи и насколько поглощаются каждой из смешиваемых красок. Кривые спектрального отражения показывают, что красная киноварь (см. рис. 1.17, б) сильно поглощает световые волны в пределах от 400 до 560 нм и почти не поглощает в пределах от 600 до 660 нм, а ультрамарин (см. рис. 1.17, в) сильно поглощает световые волны в пределах от 520 до 700 нм. Из этого ясно, что получить хороший фиолетовый цвет, смешивая красную киноварь с ультрамарином, нельзя, что смесь этих красок очень темная, так как лучи, которые мало поглощаются киноварью, сильно поглощаются ультрамарином, лучи, относительно мало поглощаемые ультрамарином, сильно поглощаются киноварью. Результаты смешения нескольких красок зависят от многих причин: от спектрального поглощения каждой краски, от структуры краски, определяющей способ поглощения света, от относительной прозрачности двух смешиваемых красок и от природы поверхности, на которую эта смесь нанесена.

В табл. 1.7 [7] указано, какой цвет получается при смешении двух красок. Пользоваться этой таблицей можно следующим образом: в боковике и головке таблицы перечислены наиболее употребляемые краски, а в остальных клетках указаны цвета, получающиеся при их смешении. Разумеется, таблица может служить лишь для самой общей ориентировки. Объясняется это тем, что краски одного и того же наименования бывают различными по цвету, цвет красочной смеси зависит от того, в каких относительных количествах смешиваются краски.

Таблица 1.7. Цвет смеси двух красок

Наибольшее количество различных цветов получается из краплака (кармина), желтого кадмия (хрома) и берлинской лазури. Эти краски называют основными. К основным краскам относятся еще белила, так как белый цвет получить из смеси каких бы то ни было иных красок нельзя.

Кроющая способность красок. При относительно высокой прозрачности слоя краски довольно большой процент света достигает удаленной поверхности (подложки), на которую эта краска нанесена. Количество дошедшего до подложки света зависит от размера частиц в краске, концентрации и толщины слоя краски. Влияние прошедшего света на цвет краски будет также зависеть и от цвета подложки. Если цвет подложки черный, то она будет поглощать свет, если белый - отражать почти весь дошедший до подложки свет в красочный слой. Если же верхний слой подложки имеет избирательное поглощение, он отразит излучения одних длин волн больше, чем других.

При черной подложке свет, достигший наблюдателя, полностью состоит из света, отраженного наружу частицами краски. Чем больше размер частиц, выше их концентрация, толще слой краски и ниже коэффициент отражения поверхности подложки, тем больше количество отраженного света, воспринимаемого как цвет краски. С другой стороны, если краска нанесена на белую отражающую поверхность, прошедший свет отразится по направлению к наблюдателю и, таким образом, снова пойдет через краску в обратном направлении.

Толщина слоя краски, при котором не имеет значения, нанесена ли краска на черную или белую поверхность, определяет кроющую способность краски. Если краска отражает свет до такой степени, что не имеет значения, нанесена ли она на черную или белую поверхность, то говорят, что кроющая способность краски равна 100%. Другими словами, под кроющей способностью подразумевается способность краски закрывать цвет поверхности, на которую она нанесена. Чем больше показатель преломления пигмента относительно связующего вещества, тем больше отражается света от поверхности частиц пигмента и меньше проникает его внутрь частиц, тем, следовательно, краска менее прозрачна, больше ее кроющая способность. Показатель преломления (относительно воздуха) свинцовых белил - 2 [7], цинковых белил - 1,88, мела - 1,6; масла - приблизительно 1,5, т. е. очень близок к показателю преломления мела, поэтому из свинцовых и цинковых белил получается хорошая кроющая масляная краска, а из мела кроющей краски приготовить нельзя - получается полупрозрачная смесь, а если мела взять очень много, получается замазка.

Максимальная кроющая способность достигается в том случае, когда пигмент используется без жидкой среды. Если частицы пигмента касаются друг друга и они действительно непрозрачны, то свет отражается только с верхнего слоя частиц пигмента.