《武汉工程大学学报》  2011年04期 30-34   出版日期：2011-04-30   ISSN:1674-2869   CN:42-1779/TQ

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氧化铁红标准色卡的制备及其测色方法的建立


0引言在世界范围内,氧化铁红颜料是重要的无机红色颜料,其产销量仅次于钛白,是第二大无机颜料［1］;由于它无毒,生产成本低,色谱广,遮盖力、着色力、耐光性、耐热性、耐碱性、耐稀酸性和耐腐蚀气体性能等都很好,因此被广泛地应用于建筑材料、涂料、塑料、橡胶、陶瓷、玻璃、造纸、油墨、美术颜料、医药、化妆品等行业［24］. 氧化铁红是重要的无机彩色颜料［5］.颜色是氧化铁红的重要技术指标之一,也是其最富有特征的性质［6］.颜色是人眼受到一定波长和强度的辐射能的刺激所引起的一种神经上的感觉,物体的颜色是由于照射到物体上的光波被反射出来,作用到眼部视神经的结果,这是光产生颜色的外因；但是反射光的性能与物体的本质有关,这是颜色产生的内因,氧化铁红与自然界的其他物质一样产生颜色的根本原因在于氧化铁的分子结构上有一发色团,铁红发红色的基团Fe2O3=Fe·FeO3［7］.虽然颜色与氧化铁的化学组成紧密相关,但化学组分相同,晶体结构不一定相同；并且颗粒大小、粒度分布、杂质含量等等方面的差异都会造成颜色上的差异［6］.国内颜料色光的检测大多使用目测法,规定在相同条件下将颜料分散至展色剂中,在日光下或标准光源下与标准样品进行平行比较,色光差异的评级分为：近似、微、稍、较等4级.在国际上颜料色光的测定无论是在实验设备、光源条件、观测环境和观测者的比色条件都做了比较严格的规定［8］.在正常情况下肉眼观察虽然敏锐,而且分辨率比较高,但对于不同色调饱和度的细微观测往往无能为力,而且目测法对色调或明度的比较结果只能作文字评述,很难准确评判,作为数据保存则更为困难.国际上普遍采用的一种颜色标定方法是CIE（国际照明委员会）标准色度学系统,该方法是以视觉生理为基础,能较为精确确定颜色,可使结果数字化,叙述更加准确,重复性好,便于作为资料保存.这与目测法比较,可信度大大提高.仪器测量［910］包括：a. 光谱光度测色法,即用光谱光度计对样品进行光谱光度测量,测得光源的相对光谱功率分布或物体的光谱反射因数(或光谱透射比),由此获得光源或物体色的三刺激值和色品坐标.b. 刺激值直读测色法, 即用光电积分式测色仪器,以相对色度学原理进行颜色测色.测色仪器的探测器利用三片或四片滤光片来模拟CIE标准观察者.光电积分式测色仪器包括光电色度计和色差计等.随着计算机技术及其外部设备的快速发展,采用计算机进行颜色再现的技术已经是非常成熟了［1112］.在传统生产中计算机测色技术的应用,大致可以分为2类,一类是借助专用颜色测量仪器的测色配色, 计算机测色配色技术是指借助高精度的颜色测量仪器进行色样反射光谱测量,提供原始数据,利用计算机软件进行颜色评价和配方计算.另一类是借助非专用颜色测量仪器的测色配色,借助非专用颜色测量仪器的测色配色可以通过多种途径进行取色,如采用扫描仪、数码相机等.但采用这些取色配色方法时,有几个因素不容忽视.第一,输入设备扫描仪或数码相机及显示器等的精度及采用分辨率对颜色的再现影响.第二,这些设备所谓的取色,实际上是取一个实体的图像或者是集体色,并非单一均匀色,其受基质表面的光洁度即反射性能影响很大.Photoshop是Adobe公司开发的图像处理软件［1314］,同时也是一个完整的色彩管理系统,在软件不断升级的过程中,色彩管理功能也有很大的改进.当计算机处理颜色时,颜色可以被定义为许多不同的色彩模式.在Photoshop中两种最常用的模式：RGB和CMYK模式.RGB是色光的彩色模式,R代表红色,G代表绿色,B代表蓝色.三种颜色每一种都有256个亮度水平级.图象各部分的色彩均由RGB三个色彩通道上的数值决定.当红(R)、绿(G)、蓝(B)三个值都为0时,合成黑色.当三种颜色的值相等时,会得到灰或白,所以灰色和白色并不是没有彩色信息,而是三种色彩值相等.当某种颜色中RGB中的其中一个值大于另外两个值时,图象便呈现该值对应的色彩.如当R、G、B值分别为100,100,150时,则会合成出蓝色.标定颜色前的制备标准色卡是很关键的.制作色卡的标准样品［15］应具备用于颜色测量反射标准的基本性质,包括：a. 稳定性,包括热色、湿色、光色稳定性等；b. 均匀性,包括其反光均匀性及表面平整性；c. 耐久性,即易于保存、便于清洗及运输；d. 非荧光；e. 完全不透明性.色卡样品的编号采用英文字母加数字的方法.r表示红色；颜色的深浅用数字表示,由深至浅编为1、2、3…….第4期王继科,等：氧化铁红标准色卡的制备及其测色方法的建立
武汉工程大学学报第33卷
2实验部分2.1仪器及原料接触式温度计、箱式节能电阻炉、磁力搅拌器、电子天平(精度为万分之一克)、干燥箱（温度范围为50～200 ℃）；扫描仪,装有Photoshop软件的电脑.无水三氯化铝,金山区兴塔美兴化工厂生产；无水三氯化铁,上海精化科学研究所生产；氨水,开封东大化工有限公司试剂厂生产；碳酸氢氨,天津市东丽区天大化学试剂厂生产；以上药品均为分析纯.2.2反应方程Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓
Al3++3OH-=Al(OH)3↓
Fe(OH)3+Al(OH)3=AlxFe2-xO3
2.3AlxFe2-xO3的组成设计表1AlxFe2-xO3的组成设计
Table 1The design of composition of AlxFe2-xO3
产品编号反应物名称反应物用量/mLABCDEFGFeCl3溶液（1.0 mol/L）20202020202020AlCl3溶液（0.007 mol/L）00.422.14.25.06.38.4产品中Al的质量分数00.010.050.100.120.150.20注：产品中Al的质量分数以Al2O3计.2.4氧化铁红颜料的制备称取一定量的FeCl3,溶于去离子水配制成1.0 mol/L的溶液.配制1.0 mol/L的氨水溶液(pH＝11.7).按照实验要求取出一定体积的氨水,将所需的碳酸氢铵溶解其中,调节到pH为8～10值,即得到碳酸氢铵—氢氧化铵沉淀剂溶液.取20 mL FeCl3溶液按配方比例加入AlCl3溶液.先将150 mL沉淀剂倒入到反应容器中,在100～120 r/min搅拌下,将FeCl3和AlCl3混合溶滴加到沉淀剂溶液中,反应温度保持在50～55 ℃,控制反应最终的pH为7～8,过滤,80 ℃干燥,煅烧研磨,即得氧化铁红颜料.2.5氧化铁红标样的配制根据配色原理选用制备的氧化铁红产品A、B、C、D、E、F、G、上海环球氧化铁厂生产的氧化铁红（130#）和从硫铁矿烧渣中提取的氧化铁红,按一定的比例混合,充分研磨10小时,使颜色分布匀称,制备出一系列红色的氧化铁红,作为测色的作为标准物.氧化铁红标样的配制方法为:a. 将从硫铁矿烧渣中提取的氧化铁红和上海环球氧化铁厂生产的氧化铁红（130#）按一定的比例配制r01～r08(见表2 )；b. 用A、B、C、D、E、F、G氧化铁红与上海环球氧化铁厂生产的氧化铁红（130#）,按不同的比例配制r09～r15 (见表3)；c. 用A、B、C、D、E、F、G氧化铁红进行不同比例的配制r16～r20（见表4）.2.6色卡的制作
2.6.1制作色卡的步骤［16］a. 选取规格为240 mm×200 mm不同厚度的纸板作为色板；b. 用打孔器在240 mm×200 mm均匀钻出10 ×11(行×列)个直径为6 mm的小圆孔,小圆孔的正面用透明胶封口,作为色块区；c. 选取不同含水率的氧化铁红颜料；d. 在圆孔中填入氧化铁红颜料,压平；e. 所填氧化铁红颜料层22～19 g/m2（每个小孔）；f. 用另一张薄纸板240 mm×200 mm覆盖背面,冷表.
表2氧化铁红样品r01～r08
Table 2r01～r08 of sample of ferric oxide red
标准样品编号Fe2O3*/%130# Fe2O3**/%r011000r02982r03946r049010r058812r068614r078020r086040注：*硫铁矿渣提取的；**上海环球氧化铁厂生产的.表3氧化铁红样品r09～r015
Table 3r09～r015 of sample of ferric oxide red
标准样编号产品号质量分数*/%质量分数**/%r09A1000r10A50r11A0100r12C5050r13C1000r14D1000r15E1000注：*用分析纯的FeCl3和AlCl3在碱性条件下合成；**上海环球氧化铁厂生产的130# Fe2O3.表4氧化铁红样品r16～r20
Table 4r16～r20 of sample of ferric oxide red标准样编号颜料编号质量分数/%颜料编号质量分数/%r16E50F50r17F100r18F67G33r19F50G50r20G100注：用分析纯的FeCl3和AlCl3在碱性条件下合成的.
2.6.2制作色卡的方法a. 氧化铁红的含水率实验,即分别对不同含水率的氧化铁红进行了制卡实验；b. 色板厚度和材料的实验,即分别选用1.5 mm、1.0 mm的厚纸板,0.5 mm的塑料板,0.2 mm的纸板,0.1 mm的纸板进行实验；c. 封塑用胶的实验,即分别选用保鲜膜封塑、用透明胶带、过塑膜进行实验；d. 过塑温度的实验,即用145、130、120、110 ℃进行过塑实验.2.7颜色测量方法原理笔者根据量值传递的原理,借助于计算机Photoshop软件技术和扫描仪等科学手段,建立氧化铁红的测试方法.本方法要求制作氧化铁红标准色卡,作为量值传递的标准物,用于实现准确一致的测量,保证量值传递的计量标准.
2.7.1方法与原理a. 三原色原理.任何颜色都可以用红（R）、绿（G）、蓝（B）三种颜色来表示.这三种颜色被称为三原色.如果三者中R占的比例大则颜色显红色；G占的比例大则颜色显绿色；b. 占的比例大则颜色显蓝色.R值的大小表示颜色的亮暗（色度）,R占的比例（R%）大小表示红色纯度（饱和度）的高低;c. 测色方法.将20个不同的氧化铁红样品颜色由深到浅排列在同一张色卡上,用扫描仪扫描（分辨率3000 i）到电脑,在Photoshop里对色卡进行去斑,去蒙灰和划痕处理,用拾色器取同一色块不同位置的三原色RGB的数值,检验色块压制的均运性.对同一色块测值反复多次取平均值,作为该色块的R、G、B.同一样品制成多张色卡,固定其中一色块作为Photoshop处理的标准,看前后两次测的得R、G、B是否接近,检验其稳定性.
2.7.2Photoshop测色步骤用Photoshop处理氧化铁红色卡：a. 用Photoshop打开扫描图片；b. 利用工具栏里的圆形选框选取任意色块；c. 打开菜单选择/选取相似,重复操作至色块被全部选定；d. 打开菜单选滤镜/杂色/去斑,反复十次；e. 打开菜单选滤镜/杂色/蒙灰划痕,反复四次；f. 打开菜单选滤镜/杂色/ 中间值；g. 工具栏/颜色取样器,设置取样5×5平均值,对色块的不同方位进行取样读出RGB三原色的值.3结果与讨论
3.1产品颜色与AlCl3加入量的关系随着AlCl3加入量的变化,产品颜色发生明显的变化,见表5.表5产品颜色随AlCl3加入量的变化
Table 5Variation of product color with addition of AlCl3
产品编号ABCDEFG颜色红棕→黄红→土黄色3.2氧化铁红不同含水率及其特征随着氧化铁红含水率的变化,所制色膜呈现不同的特征,见表6.3.3色板厚度和材料的优、缺点使用不同厚度的材料制备色板各有优劣,具体见表7.表6氧化铁红含水率的实验表
Table 6Characteristic with different water ratio of membrane of ferric oxide red
含水率特征＞30.0%太稀,铺展薄,无法压制,大量的水渗透纸板-20％易铺展,薄厚适中,但不易压制,有水渗透纸板,干后有裂缝-10％易铺展,易压制,有少量的水渗透进入纸板且干后有裂缝-5％易铺展,易压制,但有微量的水渗透进入纸板且干后有微小的裂缝-2％不易铺展,较易压制,色片的薄厚分布较为均匀,干后有微小的裂缝＜1％由于氧化铁红是粉体,易飞扬,没有粘性太干不易压制成块,所制成的色膜空隙率大,过塑时会导致气泡,影响色相真实性表7使用不同色板材料制备结果
Table 7Characteristic with different colour palette
纸板厚度/
mm优点缺点1.5 mm
厚纸板填料压制氧化铁红色膜表面平滑,颜色分布均匀压膜困难,易漏,耗费氧化铁红颜料,不易封塑制卡1.0 mm
厚纸板填料压制氧化铁红色膜表面平滑,颜色分布均匀压膜困难,易漏,耗费氧化铁红颜料,不易封塑制卡0.5 mm
塑料板外观平整光滑规则,轻便易压制成表面没有空隙率的一层氧化铁红,不影响色相的测定塑料板有一定的硬度,钻孔困难,氧化铁红粉体不可能压成薄片,时间一长,过塑的薄膜与磁卡分层,氧化铁红遗漏,影响质量0.2 mm
纸板外观平整光滑规则,轻便,颜料的用量非常少,易过塑制卡色膜薄,氧化铁红又是吸附力较大的粉体,不易压制,过塑厚又气泡,颜色不均匀0.1 mm
纸板外观平整光滑规则,轻便,颜料的用量非常少,易制卡,颜色较为均匀,无气泡,无裂痕色膜薄,氧化铁红又是吸附力较大的粉体,不易压制3.4封塑用胶及其使用效果由于保鲜膜封塑太薄不易压平,且表面不平滑,这样影响光的投射率和折射率,从而影响色相的真实性；透明胶带具有粘性,表面易粘附一层氧化铁红,压制均匀,且薄厚适中不影响测量结果,但色卡质量不稳定,时间稍长会破损,影响测量；如果将其进行过塑,质量会相对比较稳定.过塑膜的表面平滑但没有粘性,易用过塑机冷表和过塑,但由于较厚,过塑时易产生气泡,影响氧化铁红色相的真实性.3.5过塑温度高低及其效果当温度大于130 ℃时,过塑膜不平滑；当温度小于110 ℃,过塑膜不会粘在一起,压不紧；120 ℃时过塑膜平滑,粘结好,色膜较为平滑均匀.过塑后冷表两次,色板压的更平滑,填料孔的氧化铁红压得更紧密,减少了气泡及空隙率,色相分布更均匀,可减少测量值与真实值之间的误差.3.6制备氧化铁红标准色卡的特性选用r20号铁红作为处理的标准,即r20号氧化铁红的R值为128作为处理的标准,从上表的数据中可看出编号相同的氧化铁红利用Photoshop测的RGB值非常接近,说明色卡的色块压制均匀,数据具有较好的重复性.实验证明不同的色卡中编号相同的氧化铁红测出的RGB值也非常接近,证明该方法稳定性好.从扫描的色卡可知,样板色卡上氧化铁红的颜色从左到右、自上到下颜色逐渐变浅,亮度逐渐增加,颜色自紫红向黄红转变；右斜线上颜色自上到下颜色逐渐变浅,亮度逐渐增加,左斜线上色调相同,测得的R、G、B值同样呈这种变化趋势.此张色卡红色色调不基齐全,但在一定的范围内可以作为氧化铁红颜色对照的依据.用此色卡作为量值传递的标准,即它的色相（R、G、B）值作为参照值,把氧化铁红样品卡放在色卡中间,就可测量氧化铁红色相值；这种方法测出的色相值是具有可比较性的.
表8氧化铁红样卡中不同样号的RGB的平均值
Table 8Average value of RGB with different color card sample of ferric oxide red
序号RGB0180.637.818.1r0283.831.815.9r0391.838.315.6r0493.238.415.9r0596.53714.9r0696.835.713.7r0798.334.714.5r08101.331.912.1r09105.63211.3r12109.726.311.6r10110.427.913.5r13117.932.310.2r1111927.612.7r15119.133.58.9r14120.234.28.3r16134.640.06.1r17134.044.14.6r18143.850.24.5r19137.750.54.3r20128.150.210.93.7色卡块区的制备通过上述实验分析,选用0.1 mm薄纸片作为色板,氧化铁红样品的含水率在1%～2%,采用透明胶带封口,120 ℃时过塑,两次冷表,制成的色卡色块区（如图1）, 颜料色光的检测效果最佳.图1氧化铁红样品色卡色块区
Fig.1Color lump of color card sample of ferric oxide red3.8氧化铁红的标准样卡的制作在240 mm×200 mm的色板上钻10×11(行×列)个直径为6 mm的小圆孔；色板中间是40 mm×60 mm的活动小色板,以备放样用.色板的单面用透明胶带封口,孔中填入氧化铁红颜料,另一面用同样大小的色板覆盖,冷表、过塑.制作的色卡如图2,颜料色光的检测使用方便,对比明显.图2色卡扫描图片
Fig.2Scanning of color card sample of ferric oxide red4结语a. 本实验研制的氧化铁红标准色卡颜色分布均匀,色卡的颜色的R值从大到小分布,色块颜色色泽由暗到亮,纯度即饱和度由高到低呈扇性分布,稳定性较好.b. 实验表明,用Photoshop测氧化铁红颜色的三原色,稳定性和重复性很好；这种方法测出的氧化铁红三原色RGB值具有可比较性；该方法确实可行.