Spektrofotometry do zadań specjalnych, część I czyli Czy mój produkt lśni jak diament?

Wizualny odbiór barwy zależy od naszych preferencji kolorystycznych, które są zależne od czynników indywidualnych (nastrój, wiek, płeć itp.), środowiska (oświetlenie, otoczenie itp.), a także naszych umiejętności rozróżniania odcieni barwy. Inaczej wygląda kolor w domu towarowym (zimne oświetlenie jarzeniowe), inaczej w mieszkaniu (ciepłe oświetlenie żarowe). Aby zagwarantować jednolity kolor i wygląd we wszystkich możliwych sytuacjach, konieczne jest zdefiniowanie parametrów numerycznych z odpowiednimi tolerancjami, które można kontrolować w codziennej produkcji i komunikować między całym łańcuchem dostaw surowców i produktów końcowych. Wysokiej jakości proces produkcji powinien opierać się wyłącznie na liczbach i faktach.

Aby w taki sposób zarządzać procesem produkcyjnym oraz jakością wyrobów finalnych konieczne jest prowadzenie pomiarów barw za pomocą spektrofotometrów. Podstawowe informacje o zasadach działania oraz parametrach użytkowych tych urządzeń przedstawione zostały w artykule „Kontrola barwy w przemyśle kosmetycznym – na co zwrócić uwagę przy wyborze urządzeń.”, który ukazał się w numerze 3/2021 Świata Przemysłu Kosmetycznego. W części pierwszej niniejszego opracowania skupimy się na funkcjach spektrofotometrów do pomiaru barw z efektem specjalnym, natomiast druga część artykułu dotyczyła będzie urządzeń do pomiaru głębokich czerni.

Pomiar barwy z efektem metalicznym lub perłowym

Wielokątowy pomiar barwy

Aktualne trendy podążają w kierunku produktów kosmetycznych, które mienią się jak diamenty lub fascynują metalicznym glamour. W przypadku tego typu produktów mówimy o pomiarze barwy oraz pomiarze efektów specjalnych (skrzenia i ziarnistości). W przeciwieństwie do jednolitych kolorów, wykończenia z efektami specjalnymi zmieniają swój kolor i wygląd wraz z kątem obserwacji i warunkami oświetlenia. Międzynarodowe standardy definiują geometrie pomiarowe dla wielokątowego pomiaru koloru, aby obiektywnie opisać kolor metalicznych wykończeń. Badania naukowe pokazują, że potrzebne są minimum trzy, a w zależności od efektu – do sześciu kątów obserwacji, aby w pełni ocenić taką powłokę. Z konstrukcyjnego punktu widzenia spektrofotometr wielokątowy, bo taki sprzęt winien być stosowany do pomiaru barw z efektami specjalnymi wyposażony jest w iluminator światła kierunkowego oraz kilka kątów pomiarowych (detekcji). Taki układ pomiarowy, zastosowany w wielokątowym spektrofotometrze BYK mac i został przedstawiony na grafice nr 1.

Pomiar efektów specjalnych

Jak wcześniej wspominano w przypadku powłok z efektami specjalnymi sam pomiar koloru to zbyt mało aby w pełni ocenić powłokę. Dzieje się tak, gdyż nasze wrażenie wizualne produktu buduje nie tylko barwa ale i efekty metaliczne lub perłowe, których źródłem są pigmenty zawarte w materiale. Aby móc w sposób obiektywny scharakteryzować te efekty wypracowano dwa parametry: skrzenie (ang. sparkling) oraz ziarnistość (ang. graininess). Do pomiaru obu parametrów wykorzystano techniki oświetlenia skierowanego oraz rozproszonego.

Pigmenty tworzące efekty specjalne wykazują zjawisko skrzenia (ang. Sparkling grade) przy bezpośrednim oświetleniu kierunkowym. Jednakże na stopień skrzenia składają się komponenty związane z intensywnością skrzenia (ang. Sparkling intensity) oraz polem skrzenia (ang. Sparkling area), które charakteryzują intensywność odbicia światła przez płatki metaliczne oraz gęstość ich usiania. Dodatkowo efekt skrzenia wykazuje zmienność w zależności od kąta oświetlenia, w związku z czym jego pomiar jest dokonywany przy trzech różnych kątach światła (15°, 75° ,45°). Dzięki sparametryzowaniu efektu skrzenia możliwe było opracowanie modelu tolerancji, który umożliwia ustawienie maksymalnej wartości granicznej dla „Delta Sparkle” podobnej do ważonego równania całkowitej różnicy kolorów (grafika nr. 2) i kontrolę tego parametru.

Obserwowany w warunkach oświetlenia kierunkowego efekt skrzenia zniknie, gdy światło dotrze do próbki w sposób rozproszony, jednakowo ze wszystkich kierunków. Dlatego pigmenty metaliczne będą wyglądać mniej lub bardziej ziarnisto w zależności od wielkości płatka (tworząc efekt typu „pieprz z solą”), a perła będzie wyglądać bardziej jednorodnie. W tych warunkach dokonuje się pomiaru stopnia ziarnistości, a jego natężenie opisywane jest na skali jednowymiarowej od zera wzwyż, gdzie 0 oznacza powłokę jednorodną, zaś im wyższy parametr ziarnistości tym silniejszy, widoczny efekt.

Aby obiektywnie zmierzyć barwę z efektem specjalnym, nowy spektrofotometr BYK-mac i łączy 6-kątowy pomiar koloru z modułem pomiarowym do oceny skrzenia i ziarnistości. Wbudowana kamera CCD wykonuje zdjęcia w różnych warunkach oświetleniowych (światło rozproszone oraz kierunkowe), a obrazy są analizowane na podstawie histogramu poziomów jasności poszczególnych pikseli. Schemat obrazujący wbudowany w urządzenie BYK mac i układ pomiarowy przedstawiony został na grafice numer 4.

Kolejnym wyzwaniem jest pomiar głębokich czerni – jak dobrać urządzenie i definiować parametry? Odpowiedź na te i inne pytania pojawi się w drugiej części artykułu „Spektrofotometry do zadań specjalnych, część II czyli Jak czarna potrafi być czerń?”.