Вера Кузьмина:Цвет. Процесс окрашивания композиционных материалов.Назад
Вера Кузьмина:Цвет. Процесс окрашивания композиционных материалов.
The Color. Process of Colouring of Composite Materials. Application of PANTONE
Кузьмина Вера Павловна, Академик АРИТПБ, кандидат технических наук, генеральный директор ООО " Колорит-Механохимия " - Технический эксперт Союза производителей сухих строительных смесей.
Kuzmina Vera Pavlovna, Ph.D., Academician ARITPB, the General Director of Open Company " Colourit-Меhanohimia " - the Technical expert of The Union of manufacturers of dry building mixes.
Ключевые слова. Двойственная природа света. Цвет - составная часть света. Как мы видим цвет. Характер структуры композиционных материалов. Характеристики поверхности композиционных материалов, формирующие цвет.
Аннотация
Цвет - составная часть света. Как мы видим цвет. Характер структуры композиционных материалов. Характеристики поверхности композиционных материалов, формирующие цвет.
Правила окрашивания композиционных материалов на основе цемента: (Файл 2).
o Выполнять точный контроль концентрации и дозировки пигмента по весу.
o Выполнять контроль совместимости пигмента с другими компонентами композиции по водородному индексу - рН.
o Использовать в качестве цветоносителей только щёлочестойкие и светостойкие пигменты.
o Контролировать технологические параметры переработки сырьевых материалов. Необходимо соблюдать одинаковое время перемешивания, которое должно обеспечивать полную гомогенизацию рабочей смеси.
o Контролировать цвета сырьевых компонентов: портландцемента, песка, а также различных армирующих и функциональных добавок, используемых наряду с пигментами.
o Корректировать рецептуру композиционного материала для сохранения цвета отделочной композиции от партии к партии.
o Использовать белый портландцемент при окрашивании отделочных композиций в светлые цвета. Для гарантии цветовых оттенков при окрашивании композиционных материалов необходимо применять высококачественное сырьё гарантированного эталона цвета. ? Е не более 1.
o Специальные показатели качества сырья, такие как, светостойкость, атмосферостойкость, коррозионная стойкость должны быть указаны в документе о качестве на каждый сырьевой компонент рабочей смеси для формирования аналогичных показателей качества декоративных композиционных материалов.
o Процесс окрашивания композиционных материалов эффективнее вести в два этапа: "Получаем цветные "сливки", которые добавляем в котёл с кашей" Патент РФ на изобретение N 2182137 "Сухая строительная смесь и способ её получения".
The Summery
(Файл 3). Двойственную природу света доказал в теории световых квантов Альберт Эйнштейн, дуализм волны-частицы любого происхождения.
? = h/m∙?,
Где h - постоянная Планка; m - масса частицы; ? - скорость частицы.
Человеческий глаз видит окружающий мир в отражённом свете. Световые волны сами по себе не имеют цвета. Цвет возникает лишь при восприятии этих волн человеческим глазом и мозгом. Свет + Зрение = Цвет.
o Различные цвета создаются световыми волнами, которые представляют собой определённый род электромагнитной энергии. Человеческий глаз может воспринимать свет только при длине волн от 400 до 700 миллимикрон, (1/1 000 000 мм). Глаза человека различают: 180 - цветовых тонов; 10 степеней насыщенности и 600 оттенков яркости одного цветового тона; 13000 - хроматических цветов.
o ЦВЕТ - составная часть белого света 1666 И. Ньютон (Файл 7)
Длина волны, н∙м. Цвет
o 760-620 Красный
o 620-585 Оранжевый
o 585-575 Желтый
o 575-550 Желто-зеленый
o 550-510 Зеленый
o 510-480 Голубой (Сине-Зеленый)
o 480-450 Синий
o 450-380 Фиолетовый
Цвет предметов возникает, главным образом, в процессе поглощения волн. Например, красный камень выглядит красным потому, что он поглощает все остальные цвета светового луча и отражает только красный. Когда мы говорим: "этот камень красный", то мы, на самом деле, имеем в виду, что молекулярный состав поверхности камня таков, что он поглощает все световые лучи, кроме красных. Камень сам по себе не имеет никакого цвета, цвет создаётся при его освещении и отражении светового потока поверхностью камня.
Взаимодействие света и вещества заключается в том, что вещество отражает, преломляет, поглощает свет и может поворачивать плоскость его поляризации, а свет давит на вещество, производит химические изменения в нём, вызывает свечение вещества (рассеяние, т.е. дифракцию, света, флуоресценцию, фосфоресценцию) и выбрасывание из вещества составных частей атомов - электронов. Наконец, свет, поглощаясь, нагревает вещество. (Файл 5). Таким образом, механизм взаимодействия света с веществом проявляется в его электрическом, химическом, тепловом и механическом действиях.
Пучок света производит давление, как на поглощающие, так и на отражающие поверхности. При этом сила давления света прямо-пропорциональна энергии падающего луча и не зависит от света.
Композиционные строительные материалы, представляют собой неметаллические минеральные или полимерные матрицы (основы) с заданным распределением в них упрочнителей. Они имеют сложную поверхность с границами раздела фаз.
В качестве минеральной матрицы используется затвердевший искусственный камень из цемента или смеси его разновидностей, извести, гипса или смешанных вяжущих веществ. В качестве упрочнителя используют металлические, полимерные и стеклянные волокна, дисперсные заполнители и наполнители различного происхождения.
При этом эффективно используются индивидуальные свойства составляющих композицию материалов для формирования структуры композиционного материала с заданными свойствами.
Окрашивание композиционных материалов происходит при смешении цветов, зависит от свойств компонентов материала и среды.
(Файл 4). 1) Слагательное смешение (или аддитивное). Физическая сущность этого типа смешения заключается в суммировании световых потоков (лучей) тем или иным способом.
Виды слагательного смешения: Пространственное. Оптическое. Временное. Бинокулярное. Основные цвета при слагательном смешении: Красный, Зеленый. Синий.
(Файл 5). 2) Вычитательное смешение (субтрактивное). Его сущность заключается в вычитании из светового потока какой-либо его части путем поглощения. Например, при получении декоративных материалов, при смешении красок, при наложении полупрозрачных слоев друг на друга, при всех видах наложения или пропускания.
Основное правило: всякое ахроматическое тело (краска или фильтр) отражает или пропускает лучи своего собственного цвета и поглощает цвет дополнительный к собственному.
Основные цвета при вычитательном смешении:
При окрашивании различных композиционных материалов следует соблюдать следующие технологические правила:
o Выполнять точный контроль концентрации и дозировки пигмента по весу.
o Выполнять контроль совместимости пигмента с другими компонентами композиции по водородному индексу - рН.
o Использовать в качестве цветоносителей только щёлочестойкие и светостойкие пигменты.
o Контролировать технологические параметры переработки сырьевых материалов. Необходимо соблюдать одинаковое время перемешивания, которое должно обеспечивать полную гомогенизацию рабочей смеси.
o Контролировать цвета сырьевых компонентов: портландцемента, песка, а также различных армирующих и функциональных добавок, используемых наряду с пигментами. Корректировать рецептуру композиционного материала для сохранения цвета отделочной композиции от партии к партии.
o Использовать белый портландцемент при окрашивании отделочных композиций в светлые цвета. При применении рядового серого портландцемента цвет получается "грязным", а добиться заданного тона при окрашивании в желтый или зеленый цвета практически невозможно.
o Для гарантии цветовых оттенков при окрашивании композиционных материалов необходимо применять высококачественное сырьё гарантированного эталона цвета. ? Е не более 1.
o Специальные показатели качества сырья, такие как, светостойкость, атмосферостойкость, коррозионная стойкость должны быть указаны в документе о качестве на каждый сырьевой компонент рабочей смеси для формирования аналогичных показателей качества декоративных композиционных материалов.
o Введение механоактивированных цветных премиксов позволяет значительно повысить эффективность использования пигментов и функциональных добавок, уменьшить их расход вдвое, облегчить их гомогенизацию в общей массе композиционного материала за счёт введения их на цементе. "Получаем цветные "сливки", которые добавляем в котёл с кашей" Патент РФ на изобретение N 2182137 "Сухая строительная смесь и способ её получения".
Вопрос формирования цвета композиционных материалов чрезвычайно многообразен, мало изучен и ждёт своих исследователей.
Цветовой ассортимент синтетических неорганических пигментов, предлагаемых заводами-изготовителями, весьма невелик, а потребители стремятся разнообразить цветовую гамму своих продуктов, таких как, цветные строительные смеси, растворы и бетоны, строительные краски.
Цементную композицию можно окрасить путем смешения органических пигментов. Лучше ввести дополнительную технологическую операцию. Следует иметь в виду, что, смешивая пигменты между собой, мы получим равномерно окрашивающую смесь, только тогда, когда показатели плотности пигментов близки по своему значению. Но, основная проблема при формировании цвета заключается в том, чтобы полученный путем смешения пигментов цвет был воспроизводимым, т.е. производитель всегда мог бы при повторном смешении получить желаемый оттенок. Без автоматического управления цветом с помощью дифрактометра диффузного рассеяния с такой задачей справиться невозможно.
Традиционные органические пигменты российского производства имеют стабильный цвет только в одной партии продукции, поэтому при окрашивании строительной продукции необходимо предварительно усреднить окрашивающую добавку на всю партию.
Основными цветами, смешивая которые можно получить любой цвет, считают три - голубой, пурпурный и желтый. Но для формирования желаемого цвета необходимо использовать только их эталонные оттенки, т.е. стопроцентной плашки (полиграфический термин). (Файл 8)
Представляются накраски цветообразующих органических пигментов в разбеле с белыми пигментами механоактивированным заменителем диоксида титана (слева) и с диоксидом титана (справа).
(Файл 9). При смешении эталонных цветов в равных пропорциях можно получить черный цвет. Система цветоделения CMYK использует четыре цвета - голубой (CYAN), пурпурный (MAGENTA), желтый (YELLOW) и черный (BLACK).
Справочником, содержащим эталоны всех цветов, является, в данном случае, PANTONE "CMYK".
(Файл 10) Каждому цвету PANTONE соответствует его самый близкий аналог, полученный смешением триадных цветов (голубого, пурпурного и желтого).
PANTONE предназначен для расчета рецептуры красящей добавки, получаемой путем физического смешения пигментов базовых цветов PANTONE.
(Файл 11,13,14) Рассмотрим компьютерное прочтение натуральных накрасок органических пигментов различных производителей, поставляющих свою продукцию на российский рынок (голубой, красный, жёлтый).
Натуральные накраски пигментов в чистом тоне и в разбеле с диоксидом титана от 2,5 до 40 раз выполнены инж. Худорожковой В.А.
Все органические пигменты российского производства не обладают гарантированным эталоном цвета между партиями. Отклонение эталона цвета ? Е превышает значение "единица".
(Файлы 12, 14, 16) В нашей экспериментальной работе наилучшие результаты в части оценки параметров "качество - цена" показали органические пигменты, поставляемые с трех китайских заводов: Шанхайского, JECO PIGMENTS, WUXI XINGUANG, немецкого завода под маркой "Herman Ter Hell", заволжского химического завода (ОАО "ЗХЗ им. М.В. Фрунзе") голубой фталоцианиновый пигмент марки 2 "З" У (Делают под заказ). Тамбовский завод "Пигмент" производит азопигменты: красный 5С и жёлтый светопрочный.
Для получения цветных строительных смесей любого цвета целесообразно использовать органические пигменты (голубой фталоцианиновый, красный 5С, жёлтый светопрочный) и черный железоокисный применительно к цветовым аналогам стопроцентных плашек европейского PANTONE "CMYK".
Специальные свойства органических пигментов имеют архиважное значение!
Неорганические цветные железоокисные пигменты не являются цветообразующими и не позволяют получить эталонированные цвета и оттенки по Pantone "CMYK" путем смешивания.
Варьирование цветов за счет применения различных классов органических и неорганических пигментов путём их смешения даёт производителю широкие возможности, например, для получения зелёных цветов.
При этом пигменты должны состоять из основного вещества и не должны содержать примеси, такие как свинец или цинк, способные оказывать влияние на время схватывания и нарастание прочности цемента, например.
Пигменты внешне должны быть в виде сухого мягкого порошка или в том виде, чтобы можно было легко привести их к такому состоянию растиранием при помощи мастерка без дополнительного помола. Сравнение цвета проводится на свежеприготовленной поверхности или через стеклянную пластинку.
Рассмотрим процесс окрашивания цементных продуктов. Для получения различных оттенков цветного цемента в него может вводиться пигмент или смесь пигментов как большими, так и маленькими порциями.
Условно пигменты разделяются на "сильные", концентрированные, с высокой красящей способностью, например, органические, с критической объёмной концентрацией 10 %, и относительно "слабые", термостойкие, например, неорганические с критической объёмной концентрацией 25-27 % .
Если для получения нужного оттенка требуется более 10 масс. % отдельно взятого пигмента от массы цемента, то рекомендуется применять меньшую порцию более "сильного" пигмента во избежание значительного увеличения водопотребности.
Если необходимо получить цементную продукцию пастельного цвета, то обычно трудно распределить очень маленькие порции "сильного" пигмента в рабочей массе и более удобно применять большую порцию пигмента с более низкой насыщенностью тона или "сильный" пигмент, предварительно смешанный с наполнителем или частью цемента. Для получения цветов цемента, отличных от цветов отдельно взятых пигментов, можно использовать два и более пигментов.
Однако необходимо соблюдать осторожность при выборе пигментов, чтобы удостовериться, что данные пигменты имеют приблизительно одинаковый доминирующий размер частиц.
При быстрых процессах смешивания, когда добавляется более чем один пигмент, для получения комбинированного цвета необходимо гораздо более долгое время для смешивания.
Предпочтительно смешивать предварительно пигменты разного цвета для получения однородного комбинированного цвета перед добавлением в цемент.
Считается, что пигмент, используемый в максимальных пропорциях, рекомендованных производителем, не оказывает существенного влияния на сроки схватывания портландцемента и нарастание прочности, если начало его схватывания наступает не ранее чем через 45 минут, а конец схватывания наступает не позднее 10 часов. Разница для двух значений времени схватывания между растворами без пигмента и с пигментом должна быть не более 30 минут, и средний предел прочности при сжатии раствора, содержащего пигмент, должен отличаться не более чем на 20% от среднего предела прочности при сжатии раствора без пигмента.
Введение пигментов в состав белого цемента для его окрашивания в различные цвета при помоле, уменьшает механическую прочность цементного камня, но цветостойкость камня из декоративного цемента выше по сравнению с аналогичным камнем, изготовленным из механической смеси аналогичного состава цемента и пигмента.
Щёлочестойкие пигменты и красители для цементной продукции могут успешно применяться и в виде предварительно перетёртой водной пасты, которую вводят в бетономешалку, например. Пигментная дисперсия в этом
случае состоит из пигмента, соответствующего требованиям стандарта, и воды, предпочтительнее с добавлением поверхностно-активных веществ.
Синий, Красный, Желтый.
В строительстве особый интерес представляет техника получения цветных гипсовых искусственных мраморных композиционных покрытий для отделки интерьеров.
Культуру изготовления искусственного мрамора в России формировали великие зодчие: Баженов, Камерон, Кваренги, Монферан, Растрелли, Стасов, Росси и другие.
http://oldsp.ru/old/upload/photos/c/7/f/800_c7f557945b711de0b7d34846aa494acb.jpg
К. Росси. Сиреневая гостиная. Павловск.
Внедрение итальянской техники устройства искусственного мрамора в российскую культуру осуществил Джакомо Кваренги. Он умел покрывать декором и большие, и маленькие поверхности со сложной конфигурацией.
Его искусственный мрамор был обширной цветовой гаммы, с эффектными рисунками. Прекрасным собранием образцов и примеров использования этого материала является императорский дворец в Павловске.
Кваренги спроектировал из искусственного мрамора архитектурные композиции Пилястрового кабинета в Павловском дворце, стены Мальтийской капеллы и Английского дворца в Петергофе.
Основным компонентом искусственного мрамора или штукатурки "под мрамор" для внутренних работ является белый гипс (алебастр). Такая отделка является еще и утеплителем: в помещениях, оштукатуренных искусственным гипсовым мрамором, нет ощущения холода естественного камня.
Основным достоинством штукатурки "под мрамор" является возможность оштукатурить бетонные, каменные и деревянные поверхности, любых конфигураций и размеров и выполнить разнообразные рисунки и расцветки широкой цветовой гаммы.
Качество отделки помещений искусственным мрамором зависит от качества сырьевых компонентов, входящих в состав рабочей смеси, качества и техники подготовки поверхности, а также опыта мастера. Техника отделки
и технология приготовления грунта и основного слоя искусственного мрамора совершенствовались веками.
В настоящее время известно несколько способов изготовления искусственного мрамора. Основными из них, считают оселковый и утюжный, от названий способов шлифовки инструментами: оселками и горячими утюгами.
http://img.trip-guide.ru/img/508/5434.jpg К. Росси. Греческий зал. Павловск.
Введение в рабочие составы цветных премиксов со специальными водоудерживающими, пластифицирующими и упрочняющими добавками позволяет значительно ускорить процесс выполнения отделочных работ без снижения их качества. Красота искусственного цветного камня зависит от кропотливых, последовательно выполняемых, многочисленных работ для получения идеально гладкой поверхности.
Вообще, если в советское время искусственный мрамор использовали очень часто (при отделке больших залов аэропортов, культурных и учебных заведений, при строительстве ленинградского метрополитена), то последние годы он применялся крайне редко, из-за нехватки высококачественных материалов (высокопрочного гипса, столярного клея и других добавок), а также из-за сложности и трудоемкости работ.
В основном, работа с искусственным мрамором проводилась при выполнении реставрационных работ и воссоздании утраченных памятников культуры. Но теперь мраморная отделка вновь вошла в моду.
Применение механохимических технологий открывает новую страницу в области получения литьевых искусственных мраморов на основе цемента и гипса.
Подводя итоги экспертного анализа материалов и способов окрашивания декоративных строительных материалов, следует отметить:
o ОКРАШИВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ СМЕСЕЙ ОРГАНИЧЕСКИМИ ПИГМЕНТАМИ ЦЕЛЕСООБРАЗНО С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ КАЧЕСТВА ОКРАШИВАНИЯ И ПОЛУЧЕНИЯ ПРИБЫЛЕЙ ПРИ УСЛОВИИ СОБЛЮДЕНИЯ СТРОЖАЙШЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
o Для окрашивания цементных продуктов пригодны любые красящие вещества, стойкие к воздействию щелочей и ультрафиолетовому облучению.
o Цветостойкость камня из декоративного цемента выше по сравнению с аналогичным камнем, изготовленным из механической смеси аналогичного состава цемента и пигмента.
o Для окрашивания пигментами любых смесей на основе цементов необходимо соблюсти условия совместимости всех компонентов смеси по рН.
o Для гарантии цветовых оттенков отделочных декоративных составов необходимо применять высококачественное сырьё гарантированного эталона цвета. ? Е не более 1
o Специальные показатели качества сырья, такие как, светостойкость, атмосферостойкость, коррозионная стойкость должны быть указаны в документе о качестве на каждый сырьевой компонент для формирования аналогичных показателей качества конечного продукта.
o Перед отраслью строительного производства стоит задача довести процесс получения декоративных строительных материалов до совершенства природной красоты дорогостоящих отделочных материалов. С помощью новейших достижений инновационных технологий. Это реально достижимая задача!
Литература:
1. Цвет в промышленности/ Под ред. Р. Мак-Дональда: Пер. с англ. И.В. Пеновой, П.П. Новосельцева под ред. Ф.Ю. Телегина. - М.: Логос. 2002. - 596 с. с ил.
2. Тетерина Т.П. СВЕТ, ГЛАЗ, МОЗГ. Принципы цветолечения. - Калуга: Облиздат. 1998. - 215 с. с ил.
3. Кузьмина В.П. Применение строительных смесей в отделке коттеджных фасадов, Ж. "Популярное бетоноведение", N 5 (7), 2005, с. 128-135.
4. Кузьмина В.П. Способы декоративной отделки фасадов коттеджей, Ж. "Популярное бетоноведение", N 6 (8), 2005, с. 62-65.
5. Кузьмина В.П. Изготовление мрамора кустарным способом", Ж. "Популярное бетоноведение", N 2 (10), 2006, с. 74-79.
6. Кузьмина В.П. Составы и техника получения искусственного мрамора из цемента ручным способом, Ж. "Популярное бетоноведение", N 3 (11), 2006, с. 51-56.
7. Кузьмина В.П. Декоративная отделка забора и крыши из шифера, Ж. "Популярное бетоноведение", N 4 (12), 2006, с. 74-79.
8. Кузьмина В.П. Декоративные штукатурки. Составы. Особенности применения. Свойства, Ж. "Популярное бетоноведение", N 5 (19), 2007, с. 104-108.
