Einführung. Effektlacken. Appearance Metallicfarben Physikalische Testgeräte Technischer Service Index

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1 Einführung Effektlacke Heutzutage spielen Effektlackierungen bei vielen Anwendungen eine sehr wichtige Rolle, weil durch deren Einsatz das Aussehen eines Gegenstandes an Attraktivität gewinnt. Im Gegensatz zu konventionellen Unifarben ändern Effektlacke ihr Aussehen mit dem Beobachtungswinkel und den Lichtverhältnissen. Bei Interferenzlacken ändern sich mit dem Blickwinkel nicht nur die Helligkeit, sondern auch der Farbton. Die neueste Entwicklung sind spezielle Effektpigmente, die je nach Lichtverhältnissen, d.h. sonnig oder bewölkt, mehr oder weniger glitzern. Absorptionspigmente Interferenzpigmente Visuelle Beurteilung von traditionellen Metalliclackierungen Metalleffektpigmente Visuelle Beurteilung von Effektlacken Um die Helligkeitsänderung von Metalliclacken bei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln an einem Probenblech visuell nachzustellen, wird das Blech langsam geneigt. Man spricht vom so genannten "Hell-Dunkel Flop". Je größer der Helligkeitsunterschied zwischen den Betrachtungswinkeln ist, desto mehr werden die Konturen eines Gegenstandes betont. Um die Farbtonänderung von Interferenzlacken zu beobachten, sollte das Probenblech von oben nach unten bewegt werden. Dabei vergrößert bzw. verkleinert sich der Winkel zur Lichtquelle. Visuelle Beurteilung von Effektlackierungen Metallic METALLICFARBEN Color 95

2 Farbmessung von Effektlacken Mehrwinkelfarbmessung Um eine objektive Farbbeurteilung bei Metalliclackierungen zu erhalten, werden von ASTM, DIN und ISO Normen zur Mehrwinkelfarbmessung vorgegeben. Wissenschaftliche Untersuchungen haben gezeigt, dass mindestens drei und optimalerweise fünf Betrachtungswinkel nötig sind. Bei der Mehrwinkelfarbmessung bezieht sich die Messgeometrie auf die Differenz zum Glanzwinkel. Der Betrachtungswinkel wird von der spekularen Reflexion in der Beleuchtungsebene weg gemessen. Der Winkel ist positiv, wenn er von der spekularen Reflexion zur Normalen hin gemessen wird. In den letzten Jahren sind Spezialeffektpigmente immer beliebter geworden. Bei einigen dieser Pigmente wandert der Farbort über einen weiten Bereich. Spezialeffektpigmente, die über mehrere Quadranten wandern Eine gerichtete Beleuchtung ist einer Rundumbeleuchtung vorzuziehen, da sie den Einfluss von Direktionalität (Jalousieneffekt) oder anderen Oberflächenfehlern verringert. Eine Rundumbeleuchtung kann bewirken, dass der gemessene Farbwert von zwei Proben gleich ist, diese jedoch visuell unterschiedlich aussehen. Zur Qualitätskontrolle werden die farbmetrischen Werte L*,a*,b* (oder L*,C*, h ) und ΔE* verwendet. Die Toleranzen für die Winkel nahe des Glanzes (15,25 ) und die Flopwinkel (75, 110 ) sind normalerweise größer als die Toleranz beim 45 Winkel. Um eindeutige Toleranzen unabhängig vom Farbton anzugeben, müssen gewichtete Faktoren verwendet werden. Deshalb wurden von Automobilfirmen Spezifikationen für ΔECMC oder ΔE' nach DIN für 3- oder 5- Winkelfarbmessung erstellt. Eine weitere hilfreiche Maßzahl ist der "Flopindex". Dieser bewertet die Helligskeitsänderung von Metalliclacken über den gesamten Bereich der Beobachtungswinkel. Damit die gesamte Farbtonveränderung von Interferenzpigmenten vollständig erfasst wird, ist es notwendig, Beobachtungs- und Beleuchtungswinkel zu ergänzen. Um eine einfache Anwendung in der Praxis mit einem portablen Messgerät zu gewährleisten, wurde ein Beobachtungswinkel "hinter dem Glanz" bei -15 hinzugefügt. Bestimmung der Farbveränderung "hinter dem Glanz" bei

3 Flake Charakterisierung Probe 1 Probe 2 Neben der Farbe beeinflussen auch Metallicflakes oder andere Glitzerpigmente unseren visuellen Eindruck. Dieser Effekt ändert sich mit den Lichtverhältnissen: Sonnenschein im Vergleich zu bedecktem Himmel. Sonnenschein: Glitzereffekt Glitzer Man kann einen Glitzereffekt nur unter direkter Sonneneinstrahlung wahrnehmen. Der Effekt wird oft mit unterschiedlichen Worten beschrieben, wie z.b. Glitzer, Mikro-Brillanz oder Schimmer. Der Glitzereffekt wird durch das Reflexionsvermögen der einzelnen Effektpigmente verursacht. Aus diesem Grunde wird er beeinflusst durch Art und Größe der Metallicflakes Konzentration der Effektpigmente Ausrichtung der Effektpigmente Applikationsmethode Der Glitzereffekt verändert sich in Abhängigkeit des Beleuchtungswinkels. Körnigkeit Bedeckter Himmel: Körnigkeit Während wir bei Sonnenschein den Glitzereffekt wahrnehmen, verändert sich der Eindruck bei bedecktem Himmel völlig. Dieser veränderte Eindruck wird mit Begriffen wie Körnigkeit oder "Salz und Pfeffer" beschrieben. Die Körnigkeit hängt von der Flakegröße oder der Flake-Orientierung ab. Daraus resultiert ein uneinheitliches und unregelmäßiges Muster. Der Beobachtungswinkel ist dabei von geringer Bedeutung. Mehrwinkelfarb- und Effektmessung mit dem BYK-mac Die herkömmliche 5-Winkelfarbmessung berechnet die Farbwerte, indem die spektrale Reflexion über den gesamten Messfleck gemittelt wird. Daher wird nicht zwischen der Farbe des Basislacks und der Reflexion der Aluminiumflakes unterschieden. Folglich können zwei Effektlackierungen die gleichen Werte mit einem 5-Winkel Spektralphotometer haben, jedoch visuell sehr unterschiedlich aussehen. Der visuelle Unterschied resultiert aus den unterschiedlichen Flake-Effekten. Gleiche Farbe, aber visuell unterschiedlich ΔL* Δa* Δb* ΔSparkle ΔGraininess Diffus 3.81 Um das Aussehen von Effektlacken unter verschiedenen Beobachtungswinkeln und Lichtverhältnissen zu beschreiben, misst der BYK-mac objektiv den Gesamtfarbeindruck: Mehrwinkelfarbmessung (6 Winkel) zur Beschreibung des Helligkeits- und Farbflops von Effektlacken Glitzer- und Körnigkeitskontrolle mit Hilfe einer hochauflösenden CCD-Kamera, um Effektänderungen bei direkter und diffuser Beleuchtung zu simulieren BYK-mac Effekt-Messgeometrien 97

4 Glitzermessung unter direkter Beleuchtung bei drei Winkeln Der Glitzereffekt verändert sich in Abhängigkeit des Beleuchtungswinkels. Aus diesem Grunde beleuchtet der BYK-mac die Probe mit sehr hellen LEDs unter drei verschiedenen Winkeln: 15 /45 /75. Die CCD-Kamera nimmt dabei senkrecht zur Oberfläche jeweils ein Bild auf. Niedriger Glitzer Hoher Glitzer Die Bilder werden mit Hilfe von Bildverarbeitungsalgorithmen analysiert, wobei das Histogramm der Helligkeitsstufen als Basis für die Berechnung der Glitzerparameter verwendet wird. Um eine bessere Differenzierung zu gewährleisten, wird der Glitzereffekt durch ein zweidimensionales System beschrieben: Glitzerfläche und Glitzerintensität. Das menschliche Auge reagiert weniger kritisch auf Änderungen innerhalb eines Glitzergrades als auf Änderungen von Grad zu Grad. Deshalb läuft die lange Ellipsenachse entlang der Glitzergradlinien. Um das Modell für Pass/Fail Entscheidungen bei der Chargen- und Prozesskontrolle verwenden zu können, wird der Gesamt-Glitzerabstand zwischen Probe und Standard berechnet: ΔSparkle. Körnigkeitsmessung unter diffuser Beleuchtung Zur Bewertung der Körnigkeit nimmt die Kamera ein Bild bei diffuser Beleuchtung auf, die durch zwei weiß beschichtete Halbkugeln erzeugt wird. Das Bild wird mit Hilfe des Histogrammes der Helligkeitsstufen analysiert, wobei die Homogenität der hellen und dunklen Flächen in einem Körnigkeitswert zusammengefasst wird. Niedrige Körnigkeit Hohe Körnigkeit Bei einem Unifarbton wird ein Körnigkeitswert von Null erreicht; je höher der Wert ist, desto körniger erscheint die Probe bei diffuser Beleuchtung. Zur Vereinfachung werden Glitzerfläche und -intensität in einem Wert zusammengefasst, dem Glitzergrad. Der Glitzergrad wird durch die farbigen Linien in der Graphik dargestellt. Die Glitzerbewertung erfolgt durch Vergleich der Probe zu einem festgelegten Standard wie bei der Farbmessung. Aus diesem Grunde werden auch die Glitzerwerte in einer Differenzgraphik dargestellt. Einfluss der Flakegröße auf Glitzer und Körnigkeit Glitzer und Körnigkeit machen Aussagen über Flakegröße und -konzentration. Das Beispiel unten zeigt einen silbernen Effektlack mit drei unterschiedlichen Flakes (25 µm - 34 µm - 54 µm). Visuell glitzert die Probe mit dem gröberen Aluminiumpigment unter direkter Beleuchtung am stärksten und erscheint unter diffusem Licht deutlich körniger". Um visuell akzeptierbare Grenzen festsetzen zu können, wurde zusammen mit Partnern aus der Automobil, Pigment- und Lackindustrie ein neues Glitzer-Toleranzmodell entwickelt. Als Richtlinie wurden gewichtete Farbdifferenzformeln herangezogen, so dass ein elliptisches Toleranzmodell entstanden ist. Die Messdaten des BYK-mac korrelieren mit der visuellen Bewertung: Glitzerfläche, Glitzerintensität und Körnigkeit nehmen mit der Flakegröße zu. 98

5 Einfluss der Flake-Orientierung auf den Gesamtfarbeindruck Neben den Aussagen zu Art und Konzentration der Effektpigmente kann man durch Vergleich der Glitzerfläche bei 15 und 75 Beleuchtung zusätzlich Informationen über die Ausrichtung der Flakes erhalten. Unterschiedliche Applikationsmethoden Um die Lackausbeute zu erhöhen, wird der Basislack zunehmend 100%ig elektrostatisch aufgetragen. Dies führt besonders bei Metalliclacken mit gröberen Aluminiumflakes zu einer schlechteren Orientierung der Flakes. Das Resultat ist ein geringerer Helligkeitsflop und höherer Glitzereffekt bei flachen Beobachtungswinkeln. Im nachfolgenden Beispiel wurde der Basislack der Karosse bereits 100%ig elektrostatisch appliziert, während die Stoßfänger noch elektrostatisch / pneumatisch lackiert wurden. Der Gesamtfarbabstand ΔEDIN lag innerhalb der Spezifikation. ΔEDIN liegt für alle Messpunkte deutlich unter eins Visuell jedoch glitzerte die Karosse deutlich mehr als die Stoßfänger. Die BYK-mac Messdaten für Glitzer 75 spiegeln den visuellen Eindruck wieder. Die Glitzermessung bei 75 bewertet die Aluminium-Flakes, die nicht parallel ausgerichtet sind. Die größte Veränderung ist in der zunehmenden Glitzerfläche zu sehen. Unterschiedliche Rheologie-Additive Die Ausrichtung der Flakes kann auch durch die Lackrezeptur, z.b. dem Rheologie-Additiv, beeinflusst werden. Da feinere Aluminium-Flakes von Natur aus mehr Kanten besitzen und damit mehr Streulicht erzeugen, ist die Ausrichtung vor allem bei gröberen Pigmenten wichtig. Die Verwendung eines optimierten Rheologie-Additives führt zu einem besseren Flopverhalten und geringerem Glitzereffekt bei flachen Winkeln. Im folgenden Beispiel wurde ein wasserbasierendes System bewertet, bei dem drei unterschiedliche Rheologie-Additive verwendet wurden: ein Standardsystem, ein Acrylatverdicker und das BYK-Chemie Wachsadditiv AQUATIX. Unter einem steilen Betrachtungswinkel erscheinen die drei Proben visuell gleich. Vergleicht man sie jedoch unter einem flachen Winkel, glitzert das System mit dem BYK-Chemie Additiv weniger. Die BYK-mac Messdaten korrelieren mit dem visuellen Eindruck. Die Glitzerfläche des Bleches mit Wachsadditiv ist bei 75 kleiner als bei den beiden anderen Proben. Da der Glitzer 75 die Flakes bewertet, die weniger gut ausgerichtet sind, zeigen die Messwerte, dass mit dem BYK-Chemie Wachsadditiv AQUATIX die Ausrichtung der Aluminium-Flakes verbessert werden kann. Info! BYK-mac misst den Gesamtfarbeindruck Mehr Informationen zur visuellen Bewertung von Effektlacken siehe byko-spectra effect Seite