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液体涂料颜色测量系统LCM:一种领先的涂料湿膜测色新技术

来源:翁开尔有限公司
发布时间:2021-06-03T17:06:37
本文通过实验测试,得出液体颜色测量LCM系统是目前最有效精准测量液体涂料颜色的方法。翁开尔是德国ORONTEC液体涂料测色系统LCM中国总代理,欢迎致电【400-6808-138】咨询液体涂料测色系统LCM产品信息和技术应用。

简介

说到颜色测量,市场上有很多精确的仪器、颜色校正软件包、自动喷涂机等。比色法是一门对涂料行业非常重要的科学,尤其是在满足客户的高质量标准方面。然而,高科学水平和仪器的精确性不能弥补所带来的挑战,因为传统的颜色测量是在涂料生产过程的最后阶段进行的,由于干燥过程,需要大量的时间。此外,它已经成为最先进的颜色校正技术,而不是在第一次运行时就生产出所需质量的颜色。

液体颜色测量:液体涂料和颜料制剂的颜色测量方法

这里讨论的液体颜色测量(LCM)系统是基于机器布局,将不透明的液体(油漆或颜料制剂)放在一个移动部件上,用分光光度计进行非接触式测量。三角度布局中,是在旋转圆盘上完成的,测量在25°、45°和75°角度下进行(图1a)。在单角度的布局中,液体被放置在旋转的圆柱体上,测量以45°的角度进行(图1b)。

液体颜色测量(LCM)系统

这些设置的特征如下:

1.液体保存在一个容器(约30毫升)中,从这里涂料被永久地重新混合,并且薄膜被新连续地涂在移动部件(圆盘或圆筒)上。

2.大约800毫米的薄膜厚度允许几种材料形成不透明薄膜。

3.分光光度计的光学组件通过空气进行无接触测量,避免了其他方法(如比色杯或玻璃探针测量)遇到的影响(如玻璃屏障)。

测试过程,包括设备的清洁,不到三分钟。集成分光光度计自动校准,无需手动校准。

集成软件控制设备并生成、存储和评估测量数据。所有的数值都作为光谱数据存储在一个SQL数据库中,可以是本地的,也可以是托管在内部网络或云系统中的。

颜色度量

测量液体中的颜色几个指标,包括液体和干燥测量的相关性、测量的可重复性和可用性。

液体和干燥测量之间的相关性

如果供应商和客户定义了要使用的颜色,它与干膜的颜色有关。由液体涂料湿膜测色系统LCM生成的液膜上的颜色指标可以用作检测涂料系统的标准和样品之间差异的相对测量设置。

图2显示了在校正步骤0(初始批次)到8的生产设置中,液体和干燥样品在L*、a*、b*空间中的测量差异与(液体和干燥)标准的相关性。黑线代表液体与液体标准的差异,红线代表干燥与干燥标准的差异。一些测试证明,液体测量显示的差异与干燥测量显示的差异相等或相似。

液体和干燥样品在L*、a*、b*空间中的测量差异与(液体和干燥)标准的相关性

重复性和再现性

通常,分光光度计的可重复性是在白色瓷砖上指定的。这代表了测量的可重复性,而不是测试过程。湿膜液体涂料测色系统LCM的设置由分光光度计和机器组成。在液体涂料测色系统LCM设备上进行测量并不限于对一种颜色的测量;它还包括测试过程的一部分。

彩色样品的常规(即干法)测试过程包括以下步骤:取样、样品制备、涂抹、干燥、最终回火和测量。使用液体涂料测色系统LCM,过程被简化,因此涂抹、干燥和回火步骤是不必要的。

在液体和干燥的测试方法中,取样和样品准备都是一样的。涂抹、干燥和回火过程会给样品的颜色增加差异,这些差异可能是由絮凝、沉淀产生的,或者在效果颜料的情况下,根据干燥条件,颜料取向变化。干燥的测试过程增加了液体涂料着色的偏差和应用过程的偏差。

液体涂料测色系统LCM的应用仅限于在液态条件下处理材料和产生液态膜。由于其复杂性低,剪切力低,条件恒定,如圆盘/圆筒的速度和填充与测量之间的时间,这种影响被降到最低。

表1显示了一个银色金属漆的例子,其中准备了12个样品。在同一个样品中,产生了四个面板,每个面板测量三次。从同一样品中,在液体涂料测色系统LCM设备中进行了12次测量。在这个例子中,液体测试过程的重复性低至干法过程重复性的1/10。

银色金属漆

可重复性取决于涂料系统的材料特性。胶体的流变性和相互作用会影响重复性。在白色液体涂料系统中发现,这些数值在dE = 0.01到dE = 0.04之间,这是三次测量的平均值,包括材料的清洗和补给。

颜色强度

颜色强度是一个相对的衡量标准,在涂料行业被用作质量指标,例如,用于色浆。如在EN ISO 787-24中提到。在生产中,关于中间体颜色强度的信息可以帮助减少成品的颜色变化。

测试方法(颜色测量)和计算颜色强度值的数学方法显示出与配方中色浆的浓度有良好相关性。如果这种相关性可以用数学来描述,它可以用来补偿混合涂料中的颜色强度变化,方法是减少或增加着色剂的用量,而原始配方的颜色强度通常为100%。

在一项研究中,讨论了以下问题:

  • 是否有可能用一个基于光谱的加权函数来描述着色浆的颜色强度与其浓度之间的线性相关性?
  • 液体涂料测色系统LCM在面对通常用于颜色强度测试的缩减过程时的表现如何?

色浆颜色强度和浓度之间的线性关系

根据DIN EN ISO 787-24的规定,颜色强度是以白色还原的方式定义的。在研究中,通过将不同比例的色浆与白色混合,产生不同浓度的色浆。表2显示了着色浆与白色的不同混合物。假设有一个斜率为1的线性关系,就会有一个 "CStheo "所示的理论浓度,即百分比。

色浆颜色强度和浓度之间的线性关系

测量使用了两种不同的方法:

  • 使用常规实验室分光光度计进行拉伸、干燥、回火和测量
  • 使用液体涂料测色系统LCM直接测量液体混合物

将混合物5.00g/95.00g设定为标准,作为相对颜色强度计算的参考。计算本身是根据DIN EN ISO 787-24的标准化颜色强度计算公式。

在第二步中,测量的颜色强度和理论(预期)颜色强度之间的差异用图表进行比较。例如5.25g/95.00g 的混合物的预期颜色强度差异为5%。

图3显示了干法工艺的结果。红线显示的是在dCSmeasured测量数据和dCStheo实际数据之间存在理想相关性的情况下的理论图。可以看出,这些点与这个理想图有一定的距离,这导致了一个置信区间,用绿线表示。

干法工艺的结果

图4显示了液体过程的结果。数值更接近理想线和置信区间。

图4显示了液体过程的结果

在表3中,结果在dCStheo为0时进行了比较。干法工艺的上下置信区间之差为4.65%,而湿法工艺为0.85%。

 干法工艺置信区间

表4显示了可接受的最小差异。即使对工艺设定5%的公差,干法工艺也无法使用这种材料。

干法工艺可接受的最小差异

效果颜料及其制备

液体涂料测色系统LCM系统的三角度版本适用于测量含效果颜料的液体。这些可以是颜料制剂,例如用于原料控制、生产中作为半成品的浆液、成品涂料系统。这种多角度的能力是由于系统的设计,因为储液器和圆盘之间的流动条件允许颗粒的定向,然后可以通过分光光度计在限定的球体中测量。

这种可能性使涂料和原材料生产商能够测试涂料系统和颜料制剂,而不受应用的影响,而应用通常对效果颜料影响很大。从表1中可以看出,液体颜色测量显示出比传统的干式喷涂工艺更好的重复性。

在颜料供应商和涂料制造商之间的接口,液体涂料测色系统LCM系统可以帮助协调材料的规格。图5显示了批次A和B的铝浆的例子,其中显示了三个角度(25°、45°和75°)的光谱。

液体涂料测色系统LCM系统可以帮助协调材料的规格

这两个批次的产品都是由供应商指定的,具有相同的产品质量。使用液体涂料测色系统LCM系统发现,两批产品之间存在着明显的差异,尤其是在25°角的反射差异更明显。如果不使用液体涂料测色系统LCM系统,这两个批次的产品将以同样的方式应用于相同的成品,并会导致大量的修正工作。

黑色和深色

黑色和深色的光谱显示出非常低的反射范围。对于分光光度计来说,这导致了低信噪比,从而导致光谱的不同样品点的值的波动。液体涂料测色系统LCM系统使用一种叫做 "黑色助推器 "的功能来增加用于照亮样品的能量,这增加了信噪比,并减少了样品点的波动。图6显示了黑色涂料测量的三个角度,比较了使用和不使用黑色增强剂时的值。

图6显示了黑色涂料测量的三个角度,比较了使用和不使用黑色增强剂时的值。

稳定性测试

使用液体涂料测色系统LCM系统也可以显示涂料系统或颜料制剂的稳定性。对于这样的测试,当薄膜留在旋转部件(圆盘或圆筒)上时,要重复进行几次测量。在正常操作中,每次测量后都要从这个旋转部件上去除涂料。

颜色漂移根据第一次测试测量的dE*计算出来的,是材料配方稳定性的一个指标。这种稳定性并不被指定为一种特定的物理行为,它可以由絮凝、分离和其他干扰胶体在基质中分布的现象引起的。在实践中,这种方法被用作油漆配方的差异化方法,例如,与不同类型的表面活性剂结合使用。

图7显示了测试时颜料浆的不同组成。样品之间唯一的区别是表面活性剂。很明显,蓝线所代表的混合物是最差的配方。然而,黑线和绿线也显示出明显的差异。

图7显示了测试时颜料浆的不同组成

工艺过程

液体涂料测色系统LCM系统减少了颜色测试的时间。在批量生产中,颜色的测试时间等于生产时间,因为流程中的下一步取决于批准发布或修正指令。测试时间的减少导致了批量生产过程的周期时间的减少。

在许多生产场景中,会发生批量并行生产。分批开始、搅拌和混合,如果是移动罐,从搅拌器中取出。这个过程在更多的批次中重复进行,在车间里处理几个移动罐。

测试时间的大幅减少导致了生产的 "单件流 "操作,这意味着开始的批次在一个过程中制造,而不是几个并行的过程。因此,使用更快速的测试方法,不仅可以通过整体减少测试时间来减少周期时间,而且还可以将生产顺序从并行生产改为串行生产。

半成品标准化的可能性减少了修正的总量,因为如果每个使用的部件都更接近于标准,那么初始批次就已经更接近于目标。

如图8所示,液体涂料测色系统LCM使颜色测试在供应链中得到了更广泛的应用。从颜料的测试开始,它也有助于测试半成品,生成成品。这将减少供应链中不同环节可能出现的颜色差异。

液体涂料测色系统LCM使颜色测试在供应链中得到了更广泛的应用

前景

液体涂料测色系统LCM系统是制造商在供应链的不同步骤中的工具,可以减少测试时间,实现流程优化。它使这些步骤中的质量标准得到统一,并加速了供应链过程的沟通和管理。数据交换可以由例如云系统来管理,云系统为制造商的信息技术系统提供数据。

此外,在不同的生产步骤中更快地生成颜色数据,支持大数据分析的思想,这最终有助于理解过程,并导致过程控制工具的改进。

与软件工具一起,该系统有助于实现 "智能"涂料工厂的可能性。这是未来涂料制造业的愿景,所有的增值过程,包括制造和客户服务,都具有高度的灵活性和自学过程的特点。后者作为人工智能(AI)的一门学科,要求所有相关流程和有效数据的高度数字化。使用液体涂料测色系统LCM系统是产生精确和相关数字数据的合适方法,有可能将偏差反馈到控制系统中,以便在过程开始时进行手动或软件支持的修正。对于未来,它将适合于产生用于训练机器学习算法的数据,这将有助于避免错误和偏差。

液体颜色测量--一个基准

已经进行了一些尝试,以建立使液体颜色测量成为可能的设备。比色法是化学分析中最先进的方法,其中(透明)液体的颜色作为化学物质浓度的指标。将这些装置用于不透明涂料系统会引起一些问题,因为有些物理效应会降低这种测量的可重复性。

有四种基本方法可作为技术解决方案,如下(见图A)。

方法1.非接触式动态测量

在非接触式动态测量装置中(例如本文所描述的液体涂料测色系统LCM),薄膜通过杯子的缝隙被施加在涂抹器(圆盘或圆筒)上。在测量过程中,这个杯子被固定在涂抹器上,液体在涂抹器的旋转过程中在杯子里重新混合。在用圆盘作为涂抹器和杯口的层流条件下,非球面颜料如金属颜料或珍珠被强迫进入旋转的方向。分光光度计以非接触式的方式测量薄膜表面的颜色。如果是效果液体,可以进行多角度测量,通过在材料停留在涂敷器上的一定时间内重复测量可以量化油漆系统的稳定性。

方法2. 非接触式静态测量

装置通常是一个装有液体的玻璃杯子,以及一个以非接触方式从顶部测量颜色的分光光度计。与方法1相比,缺点是在不同颜料的混合物中,表面的成分会因为沉淀、凝结或絮凝而发生变化。特别是对于密度非常不同的颜料的混合物,这个过程发生的非常快。这种方法不能够测量任何有色颜料液体。

液体颜色测量的4种方法

方法3. 通过介质进行测量

有一些系统,将一个玻璃杯放在分光光度计的孔上,从底部测量颜色。这种方法与方法2有相同的缺陷,因为在表面的颜料在这种情况下,颜料成分会在杯子的底部发生变化。液体和杯子的材料(通常是玻璃)之间的折射差异对颜色读数有影响。然而,这通常可以被认为是常数。更重要的影响来自于一些颜料对杯子材料(通常是玻璃)的选择性粘附。这意味着在不同颜料的混合物中,一种颜料的附着力要高于其他颜料。

方法4. 用潜水探针测量

这种方法取自塑料工业,在挤出机中进行颜色测量。一个末端带有玻璃透镜的探针同时被用作光源和分光光度计的传感器。该方法可用于纯色颜料的在线测量,例如批量测量或管道测量,但重复性受到粘附效应的影响(如方法3),而且清洁需要花费很大的精力。此外,该方法需要很高的投资,并且一次只能安装在一个生产集合体上。

由此看出:方法1是唯一一种能够用效果颜料测量油漆系统的方法。

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