Автомобільні фарби з ефектом перламутр і ксералік

Перламутр - внутрішній шар вапняних раковин прісноводних і морських молюсків, ще з давніх часів служив людям для декорації різних предметів побуту і виготовлення прикрас. Його неповторна чистота і ніжність фарб, рідкісний блиск і зачаровує гра відтінків в усі часи притягували увагу людини.

Своїми унікальними райдужними колірними переливами перламутр зобов'язаний не якогось барвника, а лише будовою самої раковини, що складається з найдрібніших пластинок арагонита, розташованих паралельними шарами і розділених заломлюючими світлові потоки найтоншими прошарками органічних речовин.

Не дивно, що людина в усі часи прагнув знайти спосіб штучного виготовлення покриттів, які нагадували б по виду природний перламутр і перли. Наприклад, якийсь француз на ім'я Jaquin ще в 1655 році зайнявся виробництвом фальшивих перлів зі скла, для виготовлення яких йому доводилося добувати близько 120 грам перловою есенції з кілограма луски риби уклейки (від 8000 риб).

Цілком можливо, що саме завдяки цьому достойному французу сучасна людина має можливість милуватися красою численних перламутрових покриттів, що зустрічаються де завгодно - від лаку на нігтях чарівних дам, до лакофарбового покриття на кузові автомобіля.

Спробуємо розібратися, чому перламутрові покриття набагато приємніше і привабливіше тих же «металіків» або монохромних кольорів.

Інтерференція світла як принцип досягнення перламутрового ефекту

В основі перламутрового ефекту лежить фізичне поняття інтерференції світла.

Інтерференція - цікаве і красиве явище. Якщо не вдаватися в подробиці, то сенс цього явища полягає в відображення променів світла від прозорих паралельних площин, які знаходяться один від одного на мікроскопічному відстані, порівнянному з довжиною хвилі тієї чи іншої ділянки колірного спектра.

Відстань між цими площинами настільки мало, що наше око не здатний побачити його і сприймає два відбитих від нижньої і верхньої площині променя як одне ціле.

Інтерференція падаючого і відбитого променів світла

Відстань між першою і другою площинами впливає на те, яку ділянку колірного спектра буде відображатися і який відтінок перламутру буде сприймати наше око. Іншими словами, якщо відстань між площинами пропорційно хвилі з синього ділянки спектра, то ми будемо спостерігати синій колір, червоного - червоний.

При зміні кута спостереження ці кольори змінюються. Так, якщо дивитися на интерферирующий площину під прямим кутом, то відстань між відбивають світло візуально здається менше, і ми бачимо один колір, відповідний довжині хвилі даного відбитого ділянки спектра (зі зменшенням відстані відтінок зміщується в фіолетову область спектра).

Під прямим кутом відстань між площинами здається менше і ми бачимо один колір (який іде в фіолетову область спектра)

Якщо ми дивимося на площину під більш гострим кутом, то відстань між відбивають світло візуально збільшується, і ми бачимо інший відтінок (зі збільшенням відстані відтінок відхиляється в сторону червоного).

Під гострим кутом відстань між площинами здається більше і колір змінюється, йдучи в бік червоного

Ось це зміна інтенсивності променів при найменших рухах очі, цей колірний перелив і сприймається мозком як «перловий» ефект.

У житті повно прикладів інтерференції світла. Наприклад, калюжа в яку пролили бензин - вона буде переливатися всіма кольорами веселки, поки хвилювання води не заспокоїться і прозора плівка бензину не ляже на воді шаром однієї товщини.

Або, скажімо, мильна бульбашка. Світло відбивається від обох стінок міхура і де стінка тонша, кольору йдуть в фіолет, де товщі - ми спостерігаємо червоне пляма.

Найбільш наочний приклад явища інтерференції світла - мильні бульбашки

Загальне правило для повторення цього ефекту - дві або кілька відображають площин, розміщених паралельно і на дуже малій відстані один від одного.

Компоненти перламутрових фарб зроблені саме за таким принципом.

По суті, кожна перламутрова частинка - це мініатюрна призма, за допомогою якої Ньютон свого часу вперше розклав світло на сім його складових. Тільки перламутровий пігмент в повному обсязі розкладає світло на його складові кольору, а робить це вибірково.

а) переломлення світлових променів призмою Ньютона; б) заломлення світлових променів в зерні перламутру

Завдяки цьому ми бачимо не просто колір перламутрових пігментів, а світло певного колірного діапазону, який переломлюється в частинках перламутру і вловлюється нашим оком.

Структура компонентів перламутрових фарб

З огляду на темпи зростання обсягів виробництва емалей, що містять перламутрові компоненти, щось підказує, що якби перламутр для цих фарб добували з луски риб і морських раковин, то від цих джерел давно не залишилося б і сліду. На мить уявімо безкраї ферми з вирощування молюсків або армію спеціально навчених нирців, що занурюються в пучину морських вод за перлами, і сміявся абсурдності подібної ідеї.

Насправді основною сировиною для промислового виробництва перламутром є природна слюда (мінерал мусковіт). Це так звані «мінеральні перламутри».

Слюда «мусковит» - основа перламутрових фарб

Найтонші (не більше 0,15 мкм) листочки такої слюди покривають шаром прозорого і здатного до інтерференції речовини, в якості якого зазвичай виступає оксид будь-якого металу. Наприклад, діоксид титану використовується для отримання білих відтінків, оксиди заліза дозволяють синтезувати червоні кольори, оксиди хрому - жовті.

Структура перламутрового компонента. Пластинки слюди утворюють нижню площа відображення, а шар оксиду металу - верхню (вона першою відбиває світло)

На малюнку нижче схематично показано, як світловий потік, потрапляючи на перламутрові частинки, проникає через оксидне покриття, наштовхується на поверхню слюди і відбивається від безлічі її граней. Промені різного кольору демонструють явище інтерференції світла.

Частка мінерального перламутру прозора, і через це фарба на його основі має низьку вкриває здатність. Тому такі перламутри є тришаровими (підкладка + фарба + лак). Першим шаром на поверхню наноситься кольорова базова підкладка, далі йде шар напівпрозорого «перламутру» і завершує даний «бутерброд» - прозорий лак.

Перламутр відрізняється від металіка в першу чергу ніжнішим, благородним блиском

Частинки природного слюди мають грубу форму і їх складний рельєф не здатний повністю відобразити світловий потік. На безлічі граней світло частково розсіюється і трохи заважає проявитися інтерференції.

Цього недоліку позбавлена ​​наступне покоління перламутрових компонентів - «ксіраллікі».

Ксіраллік (xirallic)

«Ксіраллікі» або, як їх ще люблять називати, «ксералікі» - являють собою частинки отриманого синтетичним шляхом оксиду алюмінію, які також покривають оксидами металів. В силу свого штучного походження частки «ксіралліка» мають правильну форму, на відміну від частинок слюди, що дає більше можливостей для отримання «спецефектів» в фарбах.

Чому? Тому що світло відбивається від гладкої пластинки, як від дзеркала - не розсіювалися. Це, в свою чергу, сприяє кращому прояву інтерференції світла.

Якщо подивитися на ці компоненти під сильним збільшенням, то ми чітко побачимо різницю в структурі «класичного» перламутру (зліва) і «ксіралліка».

Розмір частинок у них приблизно однаковий, а ось результат відбиття світла значно відрізняється. У мінеральному перламутрі світло, відбиваючись від частинок, розсіюється в різні боки, в результаті чого загальний відтінок виходить мутним. А ось в «ксераліке» світло практично дзеркально відбивається від рівних часток, без розсіювання, завдяки чому досягається більш насичений і яскравий загальний відтінок.

Фарби, приготовані з використанням компонентів «ксіраллік», відрізняються особливим блиском і цветоперелівом, яких неможливо домогтися за використанням традиційних перламутрових частинок

Схема компонентів «перламутр» і «ксіраллік»

Сучасна лакофарбова промисловість не зупиняється на досягнутому і пропонує нові, все більш складні і фантастичні компоненти, що відносяться до ліній ексклюзивних або «екстрим» -квіти. Подібні відтінки в народі давно прозвали квітами-хамелеонами, за їх властивості кардинально міняти відтінок кілька разів в залежності від кута зору і умов освітлення. Про ці кольорах ми поговоримо наступного разу.