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液體涂料顏色測量系統LCM:一種領先的涂料濕膜測色新技術

發布于:2021-06-03T16:06:56 閱讀次數:747

簡介

說到顏色測量,市場上有很多精確的儀器、顏色校正軟件包、自動噴涂機等。比色法是一門對涂料行業非常重要的科學,尤其是在滿足客戶的高質量標準方面。然而,高科學水平和儀器的精確性不能彌補所帶來的挑戰,因為傳統的顏色測量是在涂料生產過程的最后階段進行的,由于干燥過程,需要大量的時間。此外,它已經成為最先進的顏色校正技術,而不是在第一次運行時就生產出所需質量的顏色。

液體顏色測量:液體涂料和顏料制劑的顏色測量方法

這里討論的液體顏色測量(LCM)系統是基于機器布局,將不透明的液體(油漆或顏料制劑)放在一個移動部件上,用分光光度計進行非接觸式測量。三角度布局中,是在旋轉圓盤上完成的,測量在25°、45°和75°角度下進行(圖1a)。在單角度的布局中,液體被放置在旋轉的圓柱體上,測量以45°的角度進行(圖1b)。

液體顏色測量(LCM)系統

這些設置的特征如下:

1.液體保存在一個容器(約30毫升)中,從這里涂料被永久地重新混合,并且薄膜被新連續地涂在移動部件(圓盤或圓筒)上。

2.大約800毫米的薄膜厚度允許幾種材料形成不透明薄膜。

3.分光光度計的光學組件通過空氣進行無接觸測量,避免了其他方法(如比色杯或玻璃探針測量)遇到的影響(如玻璃屏障)。

測試過程,包括設備的清潔,不到三分鐘。集成分光光度計自動校準,無需手動校準。

集成軟件控制設備并生成、存儲和評估測量數據。所有的數值都作為光譜數據存儲在一個SQL數據庫中,可以是本地的,也可以是托管在內部網絡或云系統中的。

顏色度量

測量液體中的顏色幾個指標,包括液體和干燥測量的相關性、測量的可重復性和可用性。

液體和干燥測量之間的相關性

如果供應商和客戶定義了要使用的顏色,它與干膜的顏色有關。由液體涂料濕膜測色系統LCM生成的液膜上的顏色指標可以用作檢測涂料系統的標準和樣品之間差異的相對測量設置。

圖2顯示了在校正步驟0(初始批次)到8的生產設置中,液體和干燥樣品在L*、a*、b*空間中的測量差異與(液體和干燥)標準的相關性。黑線代表液體與液體標準的差異,紅線代表干燥與干燥標準的差異。一些測試證明,液體測量顯示的差異與干燥測量顯示的差異相等或相似。

液體和干燥樣品在L*、a*、b*空間中的測量差異與(液體和干燥)標準的相關性

重復性和再現性

通常,分光光度計的可重復性是在白色瓷磚上指定的。這代表了測量的可重復性,而不是測試過程。濕膜液體涂料測色系統LCM的設置由分光光度計和機器組成。在液體涂料測色系統LCM設備上進行測量并不限于對一種顏色的測量;它還包括測試過程的一部分。

彩色樣品的常規(即干法)測試過程包括以下步驟:取樣、樣品制備、涂抹、干燥、最終回火和測量。使用液體涂料測色系統LCM,過程被簡化,因此涂抹、干燥和回火步驟是不必要的。

在液體和干燥的測試方法中,取樣和樣品準備都是一樣的。涂抹、干燥和回火過程會給樣品的顏色增加差異,這些差異可能是由絮凝、沉淀產生的,或者在效果顏料的情況下,根據干燥條件,顏料取向變化。干燥的測試過程增加了液體涂料著色的偏差和應用過程的偏差。

液體涂料測色系統LCM的應用僅限于在液態條件下處理材料和產生液態膜。由于其復雜性低,剪切力低,條件恒定,如圓盤/圓筒的速度和填充與測量之間的時間,這種影響被降到最低。

表1顯示了一個銀色金屬漆的例子,其中準備了12個樣品。在同一個樣品中,產生了四個面板,每個面板測量三次。從同一樣品中,在液體涂料測色系統LCM設備中進行了12次測量。在這個例子中,液體測試過程的重復性低至干法過程重復性的1/10。

銀色金屬漆

可重復性取決于涂料系統的材料特性。膠體的流變性和相互作用會影響重復性。在白色液體涂料系統中發現,這些數值在dE = 0.01到dE = 0.04之間,這是三次測量的平均值,包括材料的清洗和補給。

顏色強度

顏色強度是一個相對的衡量標準,在涂料行業被用作質量指標,例如,用于色漿。如在EN ISO 787-24中提到。在生產中,關于中間體顏色強度的信息可以幫助減少成品的顏色變化。

測試方法(顏色測量)和計算顏色強度值的數學方法顯示出與配方中色漿的濃度有良好相關性。如果這種相關性可以用數學來描述,它可以用來補償混合涂料中的顏色強度變化,方法是減少或增加著色劑的用量,而原始配方的顏色強度通常為100%。

在一項研究中,討論了以下問題:

  • 是否有可能用一個基于光譜的加權函數來描述著色漿的顏色強度與其濃度之間的線性相關性?
  • 液體涂料測色系統LCM在面對通常用于顏色強度測試的縮減過程時的表現如何?

色漿顏色強度和濃度之間的線性關系

根據DIN EN ISO 787-24的規定,顏色強度是以白色還原的方式定義的。在研究中,通過將不同比例的色漿與白色混合,產生不同濃度的色漿。表2顯示了著色漿與白色的不同混合物。假設有一個斜率為1的線性關系,就會有一個 "CStheo "所示的理論濃度,即百分比。

色漿顏色強度和濃度之間的線性關系

測量使用了兩種不同的方法:

  • 使用常規實驗室分光光度計進行拉伸、干燥、回火和測量
  • 使用液體涂料測色系統LCM直接測量液體混合物

將混合物5.00g/95.00g設定為標準,作為相對顏色強度計算的參考。計算本身是根據DIN EN ISO 787-24的標準化顏色強度計算公式。

在第二步中,測量的顏色強度和理論(預期)顏色強度之間的差異用圖表進行比較。例如5.25g/95.00g 的混合物的預期顏色強度差異為5%。

圖3顯示了干法工藝的結果。紅線顯示的是在dCSmeasured測量數據和dCStheo實際數據之間存在理想相關性的情況下的理論圖??梢钥闯?,這些點與這個理想圖有一定的距離,這導致了一個置信區間,用綠線表示。

干法工藝的結果

圖4顯示了液體過程的結果。數值更接近理想線和置信區間。

圖4顯示了液體過程的結果

在表3中,結果在dCStheo為0時進行了比較。干法工藝的上下置信區間之差為4.65%,而濕法工藝為0.85%。

 干法工藝置信區間

表4顯示了可接受的最小差異。即使對工藝設定5%的公差,干法工藝也無法使用這種材料。

干法工藝可接受的最小差異

效果顏料及其制備

液體涂料測色系統LCM系統的三角度版本適用于測量含效果顏料的液體。這些可以是顏料制劑,例如用于原料控制、生產中作為半成品的漿液、成品涂料系統。這種多角度的能力是由于系統的設計,因為儲液器和圓盤之間的流動條件允許顆粒的定向,然后可以通過分光光度計在限定的球體中測量。

這種可能性使涂料和原材料生產商能夠測試涂料系統和顏料制劑,而不受應用的影響,而應用通常對效果顏料影響很大。從表1中可以看出,液體顏色測量顯示出比傳統的干式噴涂工藝更好的重復性。

在顏料供應商和涂料制造商之間的接口,液體涂料測色系統LCM系統可以幫助協調材料的規格。圖5顯示了批次A和B的鋁漿的例子,其中顯示了三個角度(25°、45°和75°)的光譜。

液體涂料測色系統LCM系統可以幫助協調材料的規格

這兩個批次的產品都是由供應商指定的,具有相同的產品質量。使用液體涂料測色系統LCM系統發現,兩批產品之間存在著明顯的差異,尤其是在25°角的反射差異更明顯。如果不使用液體涂料測色系統LCM系統,這兩個批次的產品將以同樣的方式應用于相同的成品,并會導致大量的修正工作。

黑色和深色

黑色和深色的光譜顯示出非常低的反射范圍。對于分光光度計來說,這導致了低信噪比,從而導致光譜的不同樣品點的值的波動。液體涂料測色系統LCM系統使用一種叫做 "黑色助推器 "的功能來增加用于照亮樣品的能量,這增加了信噪比,并減少了樣品點的波動。圖6顯示了黑色涂料測量的三個角度,比較了使用和不使用黑色增強劑時的值。

圖6顯示了黑色涂料測量的三個角度,比較了使用和不使用黑色增強劑時的值。

穩定性測試

使用液體涂料測色系統LCM系統也可以顯示涂料系統或顏料制劑的穩定性。對于這樣的測試,當薄膜留在旋轉部件(圓盤或圓筒)上時,要重復進行幾次測量。在正常操作中,每次測量后都要從這個旋轉部件上去除涂料。

顏色漂移根據第一次測試測量的dE*計算出來的,是材料配方穩定性的一個指標。這種穩定性并不被指定為一種特定的物理行為,它可以由絮凝、分離和其他干擾膠體在基質中分布的現象引起的。在實踐中,這種方法被用作油漆配方的差異化方法,例如,與不同類型的表面活性劑結合使用。

圖7顯示了測試時顏料漿的不同組成。樣品之間唯一的區別是表面活性劑。很明顯,藍線所代表的混合物是最差的配方。然而,黑線和綠線也顯示出明顯的差異。

圖7顯示了測試時顏料漿的不同組成

工藝過程

液體涂料測色系統LCM系統減少了顏色測試的時間。在批量生產中,顏色的測試時間等于生產時間,因為流程中的下一步取決于批準發布或修正指令。測試時間的減少導致了批量生產過程的周期時間的減少。

在許多生產場景中,會發生批量并行生產。分批開始、攪拌和混合,如果是移動罐,從攪拌器中取出。這個過程在更多的批次中重復進行,在車間里處理幾個移動罐。

測試時間的大幅減少導致了生產的 "單件流 "操作,這意味著開始的批次在一個過程中制造,而不是幾個并行的過程。因此,使用更快速的測試方法,不僅可以通過整體減少測試時間來減少周期時間,而且還可以將生產順序從并行生產改為串行生產。

半成品標準化的可能性減少了修正的總量,因為如果每個使用的部件都更接近于標準,那么初始批次就已經更接近于目標。

如圖8所示,液體涂料測色系統LCM使顏色測試在供應鏈中得到了更廣泛的應用。從顏料的測試開始,它也有助于測試半成品,生成成品。這將減少供應鏈中不同環節可能出現的顏色差異。

液體涂料測色系統LCM使顏色測試在供應鏈中得到了更廣泛的應用

前景

液體涂料測色系統LCM系統是制造商在供應鏈的不同步驟中的工具,可以減少測試時間,實現流程優化。它使這些步驟中的質量標準得到統一,并加速了供應鏈過程的溝通和管理。數據交換可以由例如云系統來管理,云系統為制造商的信息技術系統提供數據。

此外,在不同的生產步驟中更快地生成顏色數據,支持大數據分析的思想,這最終有助于理解過程,并導致過程控制工具的改進。

與軟件工具一起,該系統有助于實現 "智能"涂料工廠的可能性。這是未來涂料制造業的愿景,所有的增值過程,包括制造和客戶服務,都具有高度的靈活性和自學過程的特點。后者作為人工智能(AI)的一門學科,要求所有相關流程和有效數據的高度數字化。使用液體涂料測色系統LCM系統是產生精確和相關數字數據的合適方法,有可能將偏差反饋到控制系統中,以便在過程開始時進行手動或軟件支持的修正。對于未來,它將適合于產生用于訓練機器學習算法的數據,這將有助于避免錯誤和偏差。

液體顏色測量--一個基準

已經進行了一些嘗試,以建立使液體顏色測量成為可能的設備。比色法是化學分析中最先進的方法,其中(透明)液體的顏色作為化學物質濃度的指標。將這些裝置用于不透明涂料系統會引起一些問題,因為有些物理效應會降低這種測量的可重復性。

有四種基本方法可作為技術解決方案,如下(見圖A)。

方法1.非接觸式動態測量

在非接觸式動態測量裝置中(例如本文所描述的液體涂料測色系統LCM),薄膜通過杯子的縫隙被施加在涂抹器(圓盤或圓筒)上。在測量過程中,這個杯子被固定在涂抹器上,液體在涂抹器的旋轉過程中在杯子里重新混合。在用圓盤作為涂抹器和杯口的層流條件下,非球面顏料如金屬顏料或珍珠被強迫進入旋轉的方向。分光光度計以非接觸式的方式測量薄膜表面的顏色。如果是效果液體,可以進行多角度測量,通過在材料停留在涂敷器上的一定時間內重復測量可以量化油漆系統的穩定性。

方法2. 非接觸式靜態測量

裝置通常是一個裝有液體的玻璃杯子,以及一個以非接觸方式從頂部測量顏色的分光光度計。與方法1相比,缺點是在不同顏料的混合物中,表面的成分會因為沉淀、凝結或絮凝而發生變化。特別是對于密度非常不同的顏料的混合物,這個過程發生的非???。這種方法不能夠測量任何有色顏料液體。

液體顏色測量的4種方法

方法3. 通過介質進行測量

有一些系統,將一個玻璃杯放在分光光度計的孔上,從底部測量顏色。這種方法與方法2有相同的缺陷,因為在表面的顏料在這種情況下,顏料成分會在杯子的底部發生變化。液體和杯子的材料(通常是玻璃)之間的折射差異對顏色讀數有影響。然而,這通??梢员徽J為是常數。更重要的影響來自于一些顏料對杯子材料(通常是玻璃)的選擇性粘附。這意味著在不同顏料的混合物中,一種顏料的附著力要高于其他顏料。

方法4. 用潛水探針測量

這種方法取自塑料工業,在擠出機中進行顏色測量。一個末端帶有玻璃透鏡的探針同時被用作光源和分光光度計的傳感器。該方法可用于純色顏料的在線測量,例如批量測量或管道測量,但重復性受到粘附效應的影響(如方法3),而且清潔需要花費很大的精力。此外,該方法需要很高的投資,并且一次只能安裝在一個生產集合體上。

由此看出:方法1是唯一一種能夠用效果顏料測量油漆系統的方法。

翁開爾是德國ORONTEC液體涂料測色系統LCM中國總代理,歡迎致電【400-6808-138】咨詢液體涂料測色系統LCM產品信息和技術應用。

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