颜料的分子结构及颜色性能解析

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：所有的色料它们的共同特点是分子链上都具有复杂的共轭键π电子结构。从反射率来说，酞菁类颜料显色主要在复频谱的青色区，而与它互补的则是红色区。若这两个颜色适量相加，则显示中性色。称这一对颜色为互补色。应该说，酞菁类颜料这个“尾巴”对它的色彩性能的影响是负面的。

当前印刷油墨所用的颜料基本上是以有机化合物为主。这些有机化合物的分子结构可以说是千差万别，但是它们都有着共同的结构特点。在它们的分子结构里都有着交替排列的单键和双键，形成一个长的大π键，也称共轭π键。这些有机物之所以显示彩色，是因为这些有机物分子π键的电子能从可见光中选择性吸收一定频域的光子，因而它反（透）射出来的光才显彩色。

根据光子能量公式，ε=hv，h是普朗克常数，v是光子的频率。很明显，光子的频率越高，其能量也越大。另外，有机分子上共轭双键越多，双键上的π电子流动性越大。轨道上的π电子有基态和激发态。设二者之间能量差为Δε，能量差Δε越小，π电子的流动性越大越容易被激发，这样的π电子越容易吸收一个光子跃升到激发态，从而改变了入射光的频谱结构。所有的色料它们的共同特点是分子链上都具有复杂的共轭键π电子结构。并且这些π电子的激发能量恰恰处在可见光一个光子的能量范围。例如，一个色料分子主要吸收频率在768MMHz到580MMHz这个频域的光子，它应该显黄色。如果吸收频域再向低频方向延伸到490MMHz一带，则显红色。

大量研究发现，在大共轭π键的碳原子上引入带负电性的原子如氧、氮、氯、溴等，或者是羟基（—OH），氨基（—NH2）、硝基（—NO2）等供电子基团，这些原子或基团的引入，能促使大π键上电子流动性增强，在一定程度上降低了π电子基态到激发态之间的能级差Δε，使色料的颜色向深色方向延伸，人们称之为深色效应。这方面最明显的例子就是酞菁类颜料了，在酞菁蓝的分子上适量引入氯原子或溴原子，可以使颜色逐渐向青或蓝的方向变化。

有一个现象有必要在这里深一步讨论。所有酞菁类颜料无论是酞菁蓝还是酞菁绿，它们在复频谱色度图上，都有一个共同的特征，就是其反射率曲线在红色频域本应是主要吸收率很高反射率很低的，可是实际上大约从650nm开始它的反射率开始上升，直到780nm，如图9-18天津东洋孔雀蓝油墨复频谱色度图所示。从反射率来说，酞菁类颜料显色主要在复频谱的青色区，而与它互补的则是红色区。

格拉斯曼关于颜色定律中有一个补色律，每一个彩色都有一个与它对应的补色。若这两个颜色适量相加，则显示中性色。称这一对颜色为互补色。补色律无论对色光相加，还是对色料相减都是成立的。例如，红与青是一对互补色，黄与蓝也是一对互补色。

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图9-18　天津东洋孔雀蓝油墨复频谱色度图

复频谱色矢量平衡的原理与格拉斯曼的互补色理论在实质上是一致的。一对互补色在复频谱色度图上两个色相的方向互为反向。那么两个色矢量也必然是互为反向。如果两个色矢量大小相等，方向相反是一对互补色，两者相加等于零，这就是色矢量平衡，显中性色。

现在来分析图9-18孔雀蓝色度图在650nm到780nm这个长的“尾巴”。孔雀蓝的色彩强度及色相是由X-和Y-合成的，而在红区这个“尾巴”则是由Y+和 X+合成的。由于“尾巴”恰恰位于红区在青区反向，在一定程度上削弱了青区的色彩强度，也就降低了孔雀蓝与其他色墨叠合时的显色能力。这里例举的是孔雀蓝、天蓝、中蓝、绿等酞菁类颜料的复频谱色度图都有“尾巴”出现，只不过程度不同而已。应该说，酞菁类颜料这个“尾巴”对它的色彩性能的影响是负面的。

为什么长期以来会让这个“尾巴”存在下来？一是由于可见光谱红蓝两端明视效率V（λ）越来越低，这就给人一个错觉，似乎波长在400nm以下、700nm以上这些两端的色光在与其他色光合成中的作用也会随之越来越弱。二是因为存在以上观念，过去分光光度计测量波长范围一般仅在400nm到700nm，而“尾巴”存在的700nm到780nm区域无法记录。

复频谱颜色理论认为所有可见光全频域的色矢量仅仅与该频域光复振幅有关，与光子动量有关，与人的视觉明视效率V（λ）大小无关。因而酞菁类复频谱色度图上这个“尾巴”虽然视觉上可以忽略，但在色矢量的作用上是不能忽略的。正是由于“尾巴”的负作用降低了印刷三基色之一的青（天蓝）的色彩强度。在印刷青、品红、黄三色灰平衡中，由于青色油墨的的色彩强度较低，所以总是要比黄和品红用量多一些。

颜料的分子结构及颜色性能解析

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