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颜色学与配色学

颜色学基础
1、颜色的基本概念
1.1什么是颜色
定义：颜色是光作用于物体上面，物体选择性吸收后，剩余的光反射到人眼，人眼视觉神经受到这一定波长和强度的可见光刺激而引起的心理反映。
人眼所能感受到的光（电磁波称为可见光——visual light）
Newten证明白光由所有可见光谱色构成，见图，所有可见光的波长及范围见表1。
颜色  波长，nm  范围，nm  颜色  波长，nm  范围，nm
红  700  640-750  绿  510  480-550
橙  620  600-640  蓝  470  450-480
黄  580  550-600  紫  420  400-450
1.2颜色的产生
物体颜色就是它对照射它的光进行选择性吸收后，所反射或透射的光的颜色。一般呈现颜色的物体都是非发光物体，非发光物体产生颜色有三个要素，即发光的物体（光源），反射或吸收光的物体（非发光物体），以及观察者（人眼）。其中非发光体包括自然界中绝大部分物体，也包括油漆、油墨等涂料。非发光体
呈现颜色的三要素。
   光源   观察者 颜色物体
不同颜色物体对光选择性吸收后，其反射或投射的可见光在可见光全波长范围内。
- 光源：
光源可以用它的光谱功率分布（spectral dfficaly distribution）来表示。为了统一颜色标准，国际照明委员会，规定了四个标准照明体（Illuminat）。他们的光谱、功率分布见个图3。
A：标准照明体A代表标准色温为2856K完全辐射体的光，近似钨丝灯光。
B：标准照明体B代表标准色温为4874K直射阳光，相当于平均中午阳光。
C：标准照明体C代表标准色温为6774K平均日光，近似于阴天天空的日光。
D65：标准照明体D65代表标准色温为6504K的日光时期。

色温（colour temperature）：一个光源的色温是黑体（Blackbody）发出
与光源相同光谱时黑体所应具有的温度。
非发光物体呈色：物体在一定光照射下产生透射、吸收和反射由其光学特性所决定，常用波长—反射系数曲线表示。
-观察者：
通常为眼睛+大脑（Eye+Brain），人眼的视网膜上的杆状细胞对光的亮度很敏感，感受光的亮度，而锥型细胞则对光的颜色很敏感，感受光的颜色，人眼视网膜上有三种锥型纤维细胞，分别对红、绿、蓝光敏感，人眼所看到的任一颜色，都是光引起这三种锥形细胞一定程度的兴奋所合成的。见图5

眼睛对光的敏感性依赖于光的波长，在在可见光全波长范围内中555nm（黄绿光）最大。而其他光电管的光敏感特性与眼睛差别很大，见图6

眼睛看到物体的全过程见图7，一个物体颜色的呈现，首先得有光源，光照射到物体的表面，部分分子吸收光波中某一特定波长（颜色）的光得到的能量，引起分子跃进迁，使物体呈现被吸收的波长颜色的补色。某一特定物质，其分子跃进的能量与其能级相关，因而某一特定物质吸收的能量级特定的，颜色也是特定的。
条件配色（Metamerism）

-定义：
两表面的颜色在一组观察条件下相似，而在另一观察条件下不同的现象，称为条件配色，配色一对样品反射曲线见图8。
常见的配色条件有：不同的照明体（四种标准照明体见图3）、不同的观察者、不同的物体面积大小，不同的视觉。

1.3颜色的三原性：
色调（Hue）：是颜色之间区别的特性，由色光的主波长决定。
明度（Lightless）：人眼对颜色明暗程度的感觉。
彩度（Chroma）：颜色纯度的感觉，故又称“饱和度”
。
人眼对色调的分辨力与光的波长有关，人眼在感受可见光全波长范围不同色光的敏感度是有差异的，如图8，人眼对黄绿光波长区最敏感，人眼感受该段波长的光比较舒服。

2颜色的混合
2.1颜色混合的规律
同色异谱：物体颜色与反射（透射）光的光谱功率分布有关，但不是一一对应的，这造成光谱分布不同的许多光也能引起人眼同样的色感。同色异谱现象是人眼的分辨能力低造成的（见图10），同色异谱使得调色变得容易。

三原色（Three primary Colours）：任何色光可以通过不多于三个适当的原色，按一定比例混合得到，三原色是相互独立的，即其中任一原色不能由另两个原色混合产生。

颜色混合三规律：
● 补色律：颜色A+颜色A的补色=白色
● 中间色律：任何两个非补色混合=中间色
● 代替律：如：颜色A=颜色B；颜色C=颜色D；
则：颜色A+颜色C=颜色B+颜色D
2.2加色法（Additive Colour Mixture）—色光混合法
定义：用两种或两种以上的色光采取直间混合或间接混合方法合成新的色光的方法。
色光三原色：CIE规定；红光（700nm）、绿光（546nm）、蓝光435.8nm
2.3减色法（Subtractive Colour Mixture）—色料混合法
定义：根据白光是复色光和色料有选择性吸收色光的特点，用两种或两种以上的色料吸收掉白光中不同的色光，从而得到所需要的颜色的方法。颜料三原色、青、品红、黄、分别是光的三原色红、绿、蓝的补色。图12用两促颜色调复色的过程图，颜色A与颜色B合成颜色C的反射曲线显示：颜色C的反射峰低于颜色A、B垫加，颜色的减色混合不同于光的加色混合，颜料混合后吸收增多，反射减少，暗度增加，而光混合反射峰增高，光的亮度增加。
涂料影响涂膜颜色的几种因素
● 涂料的透明度
● 涂料的颗粒细度
● 耐光性
● 耐溶剂性和化学稳定性

加色法与减色法比较表

混合法

比较项目
 加色法
 减色法

原色
 色光
 色料

原色色相
 红、绿、蓝

R、G、B 
 品红、黄、青

M、Y、C

原色与色谱关系
 每一原色仅辐射一个光谱区色光
 每一原色吸收一个光谱区色光，反射两个光谱区色光

颜色混合时色彩的基本变化规律
 红+绿=黄

蓝+红=品红

绿+蓝=青

红+绿+蓝=白
 品红+黄=红

品红+青=蓝

黄+青=绿

品红+黄+青=黑

混合效果
 光源直间混合新颜色的亮度为各混合光的亮度和，颜色饱和，新颜色的亮度为各原色亮度的平均匀值，颜色不饱和。
 两原色叠合新颜色的亮度降低，彩度降低。

成色方法
 1、视觉器官以外加色混合

2、视觉器官以内加色混合

（1）静态色彩加色混合

（2）动态色彩加色混合
 叠合成色法

混合成色法

网点成色法
用途
 颜色的测量和匹配；

彩色电视；

剧场照明
 对彩色原稿的分色；

彩色印刷；

颜色混合。

3．颜色的表示
颜色三刺激值（Tristimulus）；在确定的光源和视觉（100），匹配出某一特定颜色所需要的三个饱和原色（X）、（Y）、（Z）的数量。
F=X（x）+Y（y）+Z（z）
CIE—XYZ系统
任一颜色可以用其三刺激值来表示，更直观在色相图13中表示，颜色点靠近色相图中光源（E），其颜色饱和度越低，而靠近光谱带位置的颜色饱和度高、纯度大。颜色的色度坐标表示为x、y、z：
x=X/(X+Y+Z)，y=Y/(X+Y+Z)，z=Z/(X+Y+Z)，
1976CIE—lab系统
为了使颜色空间更符合视觉观察差异，CIE通过一系列转换x、y、z变成a、b、L或C、h、L来描述颜色的色调和彩度。其中a、b为直觉坐标，C、h为极坐标，L（lightness）表示颜色的明度。

C=√a2＋b2                                h=arctan(b/a)
色差（Colour differdnce）
CIE-Lab颜色空间是一个均匀的颜色空间(见图14)，空间中两端的坐标点直线距离，直线与人眼感觉到的两个样品的颜色差别相关。
                      △a=a1－a2
                   △b=b1－b2
                   △L=L1－L2
总色差：△E=（△a2＋△b2＋△L2）1/2

彩色差△C2和色调差：△C=√a12＋b12   －√a22＋b22

△H=√△E2－△L2－△C2
带机算计的色度计可以直间测出样品的三刺激值，然后标出样品颜色的参数a、b、L，或c、h，并给出色差△E。
允许的色差范围与样品的颜色有关，一般人眼能感觉到的浅色调色差值大（如黄色等），深色调色差值小（蓝色或黑色）。
明度差：△L=L1－L2

配色（Colour Matching）
配色的基本过程
配色的概念：
用色彩的基本颜色（或简单的颜色），根据生产或用户的需要以适当的比例混合在一起，配制成一种复合的混合色叫配色。
颜色的三属性：分别为色相、亮度、纯度
色相是由其反射光的主波长决定的，是颜色的最基本性质，是各种不同颜色之间的区别。亮度是反映某种色彩我明亮度。色彩的亮度有两中含义：一是颜色本身的亮度，二是同一色调的物体由于受光的强弱不同，反射光量不同，产生了各种不同的明暗层次。纯度是反映同一色调颜色的纯粹程度。
配色所需具备的条件：

要取得好的色彩混合，熟练、准确地配出符合要求的涂料颜色来，除了要了解色彩的性质，还要掌握涂料颜色和配色方法的基本知识，具备以下条件：
熟悉对涂料色浆性能与颜色分析
颜色的保色性取决于颜料本身的耐光耐候性，通常无机颜料的耐光性、耐溶剂性、耐迁移性、遮盖力优于有机颜料，但色泽不如有机颜料鲜艳，着色力相对较低，耐化学性不如有机颜料。有机颜料中单偶氮型如黄（PY1、PY3、PY74、PY97），橙（PO5），红（PR112、PR170）等分子量小，耐候性一般，颜色鲜艳，着色力强，价格便宜，只用于内墙，或深色漆。缩合型偶氮如喹丫啶酮、蒽醌酮、DPP红/橙颜料等、以及酞青颜料等，分子结构复杂，具有较好的耐光、耐候性、耐迁移性，价格贵，户外耐久性可以氧化铁颜料相媲美。碳黑结构稳定，着色力强，耐候性好。目前建筑涂料生产厂商多选用商品色浆，以便节省成本，市售色浆分内墙专用和内外墙通用色浆，原则上讲内墙色浆不宜用于外墙，因颜料化学、晶体结构不适宜外墙，色牢度差，并且在色浆制备中润湿分散剂也选用了不抗水的分散剂，使得色浆供应商为了节约成本，在内外墙通用色浆(无机氧化铁、氧化钛系列)的制备中选用了廉价的如丙烯酸钠盐类分散剂，并非采用色浆专用分散剂(如Hydropalat3275)、或疏水性强的丙烯酸盐类分散剂，导致涂膜抗水性、保色性差。其实这种色浆很容易区分，纯用亲水分散剂制备的色浆在外墙调色时，因颜料粒子表面未做疏水处理，色浆过于亲水，而外墙白色基础漆制备使用了疏水分散剂(如Hydropalat100)对颜填料粒子进行了部分或全部的疏水处理，结果色浆亲水性大于白色外墙基础漆，调色时表现为罐内浮白色现象。而且Hydropalat3275等专用色浆分散剂或疏水的丙烯酸盐类分散剂制备的色浆因其亲油，使得颜料粒子的表面得以改性为疏水，其疏水程度大于外墙白色基础漆，因而在调外墙色漆时，罐内一般表面为浮色浆的现象。选择色浆时要自己实验对内外墙通用的无机色浆要进行疏水/亲水评价，保证涂膜质量。
颜色色相：对于任何一个色浆，要善于看出其中所带的颜色成分(也可以叫做色相)。仔细参照演色稿，分析对同一色调的不同色浆，鉴别它们之间的不同差异，对每一个色浆的色相、亮度、纯度形成一个基本概念。
熟悉对色样的颜色分析
对于色样(既需要按照色样拼制的样品)，主要也是估计色样所带的色相，以便决定用什么色相的色浆来配制，估计色浆之间配合的大致比例。从而提高配色效率。
了解施工条件
不同的施工方式，不同的涂料品种、粘度，不同的涂层厚度，以及不同的基材对涂层的色相均有影响，另外色样的干、湿状态，其色相差别很大，在调色时，最好用同样的基材，在相同的条件下来配色。
调色
调色三定律   人们在复制自然界的各种颜色是利用颜色的同色异谱现象、人眼的分别能力差进行颜色复配的，调色最常使用的是三个调色定律，与色光的三定律一致，即补色律、中间色律、替换律。参照图十二色环图(每条直线两端的颜色互为补色)
补色律：颜色A＋颜色A的补色=黑色
中间色律：任何两个非补色混合=中间色代替律：如：颜色A=颜色B；颜色C=颜色D
        则：颜色A＋颜色C=颜色B＋颜色D
使用补色律，例如色相中较少的黑度可以使用补色调黑，这样较使用黑色安全，因黑色太敏感，同样也可以使用中间色律来合成调黑。中间色律的使用，在十二色环图中，距离较远的任何两个非补色混合的颜色较距离近的任意两个非补色混合，其复制的颜色色相(主波长相)一致，但饱和度不一样，后者饱和度高，颜色干净鲜艳。代替律的使用，可以综合利用原材料的性能，控制成本。因为颜料用钛白冲淡，不同的冲淡比例，其颜色耐候性、耐光性降低级数不一样，冲淡越多、耐候、耐光性越差。因而，在浅色外墙漆中有机色浆选用耐候性好，色牢度高的色浆，以保证较好的保色性。而在深色、中色外墙漆中，可以适当选用成本低、色牢度一般的色种调色，以控制成本，同样可以获得良好的耐候耐光性。
五、配色的过程：
1、选择适当的色种，初步确定配制的比例；
2、确定模拟的施工工具、粘度、底材；
3、精确记录每次添加色种的量，认真按序区分稿样，以做对比依据；
4、确定数据，并估计误差，整理出配方；
5、所调好的漆样作为标样，收藏好，以便生产QC样色时，作为标准使用。
六、成品的终端检测QC：
按配方生产好的成品，在包装之前，要进行产品的性能检测QC(End Test)，色漆就要进行颜色QC，杜绝不合格产品出厂。调色QC按如下步骤进行：
1、标准样与生产样在搅拌均匀后，各取少量基材上，面对面(Side by Side)见图，用一定膜厚的涂布器涂布成膜，比较两涂膜在分界处是否有色差。合格产品是没有分界线；
2、比较分析两漆膜的色相差，对生产的产品进行微调整；3、如果色差小，不很明显，可以直间在生产的漆罐中调整；
4、如果色差大，非常明显，则可以取生产小样，进行调整，记录所添加的色种种类和量，整理出调整配方，再在生产漆罐中调整，直到合格。
七、调色和QC中应注意的问题：
1、调色所有的色种尽可能少，不要超过五种，最好在三种以下，以便生产QC时分色容易方便；
2、使用中间色律配色，两非补色色种越近，则所配色颜色颜色越干净。而两非补色越远，则所配的颜色越脏；
3、调配很脏的颜色时，加黑色太敏感，不好控制，加其补色则好控制，且配出的颜色一样脏；
4、在彩色配色时，添加白色，会使颜色变得很脏，即彩色的彩度(饱和度)下降；
5、在QC时，如果色样颜色很深、很脏，则面对面打板时，涂层要尽可能薄，对分色容易。因很深很脏的颜色，涂层厚，眼睛分辨色差时较困难。而眼睛对黄色的色差分辨力弱，要很大的色差才能发现。
八、颜料拼色总成本控制：
1、有些颜料如绿、紫、某些大红价贵，配深色时尽量避免少用，如在配很干净的颜色是才选用，如很干净的绿、紫、红，平常绿色用代替律调色，可以用蓝与黄合成绿，蓝与红合成紫；
2、在建筑外墙涂料中尽量多选用无机氧化铁系列的颜料，价廉，耐性好；
3、调浅色漆时，选用明度高、浅色的色浆(同色调色浆)，则所用的肖色颜料TiO2少，节省成本；
4、调深色乳胶漆，则基础漆消色颜料TiO2不用或少用，消色颜料的存在，难以将颜色调深，浪费颜料。
5、调比较脏的颜色时，分析分样的脏度，使用中间色律调色，选用距离较远的两个非补色调色产生脏度，节约黑色颜料，并且调色过程好控制，不敏感。
九、配色时常碰见的问题：
配色时碰见的技术通常有展色性差、涂料浮色、发花、渗色、褪色等，此类问题的详细分析原因与配言修改方案请参阅《乳胶漆生产和施工常见问题的处理》。白色基础漆已生产，检测出现涂料浮色，一般在无机色浆中添加0.5%Hydropalat 188A，而有机和碳黑色浆中添加0.5%-1.0% Hydropalat 3275，搅匀后调入基础漆中问题便可轻易解决。
十、小结：配色是一项细致而繁琐的工作，所以它要求调色者有足够的耐心和细心，一点一滴逐步调整，不可图快。以上涂料调色的基础知识是较简单和原则性的。要熟练配色技术，只有多实践才能取得有实用意义的经验。