Misurazione del colore NERO

1. Il colore NERO e la sua presenza nella vita quotidiana

Il Carbon Black è un materiale con una lunga storia, la cui produzione risale alle prime civiltà dell'umanità. I primi utilizzi possono essere fatti risalire all'antica Cina, ai primi Egizi e all'India fin da prima di Cristo. La domanda di nerofumo è stata particolarmente spinta dall'invenzione della stampa nel XV secolo. Oggi il carbon black è presente in tutti gli aspetti della vita moderna. Viene utilizzato nell'inchiostro delle stampanti a getto d'inchiostro, come rinforzo per la gomma naturale e sintetica e come agente attivo nelle plastiche a conduzione elettrica. Probabilmente l'applicazione più ampia e conosciuta è l'uso come pigmento in vernici, rivestimenti e materie plastiche per conferire un colore nero intenso, perché ha una forza colorante superiore rispetto all’ossido di ferro nero o ai pigmenti organici. Significa che non tutto il nero è uguale.

2. Definizione della Nerezza – Indici di Jetness

In generale, il nero è un colore che risulta dall'assenza o dal completo assorbimento della luce visibile. I principali produttori di carbon black promuovono pigmenti di nero carbone che assorbono fino al 99,98% della luce. Più alto è il coefficiente di assorbimento di un mezzo, come un rivestimento nero, più alto è il valore di nero ottenuto (MY). I rivestimenti neri profondi possono avere un sottotono - bluastro o bruno. Un colore nero profondo con un sottotono bluastro nel tono pieno viene percepito come più ricco, scuro e brillante rispetto a quello con un sottotono brunastro. Due campioni con lo stesso nero (MY) e diverso sottotono (dM) possono essere percepiti come neri diversi, mentre il campione con sottotono blu sarà percepito come un nero più profondo. Per questo motivo, il nero con sottotono blu è spesso preferito nelle applicazioni tecniche, come ad esempio per i topcoat dell'industria automobilistica. Il grado di dipendenza del nero dalla tonalità viene definito "Jetness" (Mc).

Il calcolo del valore di Nerezza (Blackness) MY si basa sul valore di tristimolo Y e su un osservatore 10° (Fig. 1). Determina solo la luminosità di un campione senza considerare il sottotono colorato. Poiché il sottotono di un colore nero ha un impatto sulla valutazione visiva, è necessario calcolare il grado di dipendenza del nero MY dalla tonalità (Figura 1). Il valore del nero Mc descrive una Jetness più alta, se c'è un sottotono blu, e una Jetness più bassa, se la tonalità è più bruna. La differenza tra il valore del nero Mc e il valore del nero MY definisce la tonalità di un colore nero, il cosiddetto Sottotono (dM) (Figura 1). Il sottotono dM descrive la quantità di tonalità blu in caso di valori positivi e la quantità di tonalità marrone in caso di valori negativi (Fig. 2). Blackness (MY), Jetness (Mc) e Undertone (dM) sono specificati negli standard internazionali: ISO/DIS 18314-3 e DIN 55979.
 

Immagine 1 Calcolo degli indici di Blackness

Immagine 2 Sottotono dM

3. La sfida nella misura del colore dei NERI

3.1 Rapporto segnale/rumore

La sfida più grande per uno spettrofotometro è sempre stata quella di ottenere risultati ripetibili e riproducibili su un colore nero. Mentre un campione bianco riflette quasi il 100% della luce emessa dallo spettrofotometro, la proporzione di luce riflessa diventa sempre più piccola con i colori scuri, poiché quantità sempre maggiori di luce vengono assorbite dal campione. Di conseguenza, il cosiddetto "rapporto segnale/rumore" cambia con i colori scuri: Il segnale di misura diminuisce mentre il rumore termico, che è fondamentalmente causato dai componenti elettronici, rimane costante. La misurazione di rivestimenti innovativi di colore nero profondo con una riflessione molto bassa avviene con un valore di luminosità L* < 1 (Fig. 3). Questo è un compito impegnativo per uno strumento di misura e spinge le prestazioni tecniche di uno spettrofotometro portatile al limite massimo.

3.2 Sviluppo dei modelli Pro 

BYK Instruments ha raccolto la sfida di sviluppare uno strumento portatile e da banco, in grado di misurare il nero e di descriverne le sfumature, indipendentemente dalla profondità del colore. I principali specialisti dei produttori di carbon black ci hanno sfidato a valutare l'accuratezza della misura con i neri più profondi come materiale campione. La base per le eccellenti prestazioni è l'uso di LED ad alta potenza come sorgente luminosa che, grazie al processo di controllo della produzione specifico di BYK, forniscono un'eccezionale stabilità a breve e a lungo termine e assicurano un'illuminazione assolutamente omogenea del punto di misura. Per dominare il "rapporto segnale/rumore", i componenti elettronici e ottici di massima precisione sono combinati con una speciale modalità di calibrazione e funzionamento per la misurazione dei colori neri: i LED vengono alimentati con una maggiore energia, con conseguente aumento dell'intensità luminosa e prolungamento del tempo di illuminazione. In questa cosiddetta modalità Jetness, i colori con bassi valori di nero non possono essere misurati. L'utente è invitato a misurare nuovamente il campione nella modalità di misurazione "normale" e i cosiddetti valori G (valori di Grayness) saranno mostrati al posto dei valori M. Gli indici di Jetness (valori M e valori G) sono definiti nella norma DIN ISO 18314-3. In questo modo, su neri profondi con elevate capacità di assorbimento della luce, spectro2guide Pro e color2view Pro saranno entrambi in grado di fornire un segnale perfettamente stabile con la massima accuratezza possibile.

Immagine 3 Remissione decrescente all’aumentare di MY

4. Misura del colore di diversi NERI profondi

4.1 Campioni e preparazione dei campioni 

Lo spectro2guide Pro è stato testato su 6 campioni "Test 1 - Test 6" con valori MY e dM graduali. I campioni sono lastre di vetro verniciate di nero lucido. I neri profondi possono essere misurati solo su campioni lucidi e assolutamente puliti. Eventuali contaminanti o irregolarità della superficie possono influenzare notevolmente i risultati della misura. Per questo motivo, la superficie del campione deve essere assolutamente priva di graffi, impronte digitali e polvere prima della misurazione. Durante il test, la superficie del campione è stata pulita con acqua distillata e panni delicati senza pelucchi prima della misura. Per garantire che la superficie del campione sia perfettamente preparata, lo spectro2guide Pro è dotato di una torcia LED. La lampada può essere utilizzata per valutare la qualità della superficie del campione sotto una forte luce diretta. Un angolo di illuminazione compreso tra 15 e 45 gradi ha dimostrato di essere il più efficace.

4.2 Valutazione visiva

La valutazione visiva è stata effettuata nella cabina luce byko-spectra pro con luce diurna D65 sotto un angolo di 45 gradi. La byko-spectra pro utilizza una combinazione intelligente di lampade alogene al tungsteno filtrate e LED per simulare la luce diurna D65, ottenendo così la massima resa di Classe A secondo la CIE 51.2. Per questo motivo, byko-spectra pro è ideale per la valutazione critica dei colori solidi e garantisce un color-matching accurato secondo l'illuminante CIE D65.

L'osservatore addestrato può ordinare i campioni in base al loro grado di nerezza. L'ordine corrisponde alla denominazione dei campioni: Il campione "Test 1" è il campione con il valore di nero più basso (MY) e il campione "Test 6" è il campione con il valore di nero più alto (MY), il nero più profondo. I campioni "Test 5" e "Test 6" sono difficilmente distinguibili l'uno dall'altro. Per quanto riguarda il sottotono, i campioni "Test 5" e "Test 6" sono percepiti come chiaramente bluastri (dM). Il campione "Test 1" sembra avere un sottotono giallo (dM). I campioni da "Test 2" a "Test 4" tendono a essere classificati come colori neutri, cioè senza un chiaro sottotono (dM).
 

4.3 Condizioni del test e procedura di misura 

Ogni campione è stato misurato 50 volte in immediata successione nello stesso punto di misurazione. Lo spectro2guide Pro è collegato direttamente al software smart-lab Color, il che consente una misurazione online attivata tramite software per ridurre al minimo l'influenza dell'utente. I dati di misura vengono anche analizzati nel software smart-lab Color.

4.4 Risultati 

L'obiettivo di qualsiasi spettrofotometro è quello di misurare ciò che si vede. Questo obiettivo è stato raggiunto con successo durante il test. I modelli speciali Pro, spectro2guide Pro e color2view Pro, sono in grado di classificare i campioni da "Test 1" a "Test 6" in termini di livello di nero e sottotono in base alla valutazione visiva. Nella Figura 4 sono mostrati graficamente il valore di nero misurato MY e i risultati del sottotono dM di tutte le piastrelle.

L'affidabilità della misurazione può essere giudicata al meglio analizzando l'accuratezza della misurazione, ovvero le prestazioni di ripetibilità dello spettrofotometro. Di seguito, vengono presentati come esempio i risultati del campione "Test 6", che rappresenta il nero estremo, essendo all'estremità superiore della scala del nero, con MY max = 400. Il campione "Test 6" raggiunge un valore medio di nero di 378, che corrisponde a un Y misurato di 0,0116 in media. Nonostante una remissione di sole 116 parti per milione della luce incidente, la deviazione standard di Y ottenuta è di soli 0,0002 (Varianza ? 0,0172) per 50 misurazioni. La Figura 5 mostra i risultati ottenuti per MY. La Figura 6 mostra i risultati di Y misurati con il color2view Pro.
 

Immagine 4 Blackness value MY and Undertone dM of Test Tiles 1-6

Immagine 5 MY of Test Tiles 6 measured 50 times

Immagine 6 Y of Test Tile 6 measured 50 times

5. Sommario

La sfida di misurare in modo oggettivo, ripetibile e affidabile i colori neri profondi è stata vinta utilizzando i modelli Pro degli spettrofotometri portatili e da banco di BYK Instruments. Le prestazioni tecniche sono straordinarie anche su campioni di nero profondo con un valore di nero MY prossimo a 400. I modelli Pro aprono prospettive completamente nuove per controllare l'armonia cromatica di qualsiasi colore, anche dei neri più profondi, con una precisione insuperabile, necessaria per un controllo di qualità affidabile e una buona correlazione con la nostra percezione visiva.