用粒徑分析儀評估顏料的遮蓋力

顏料的「遮蓋力」(Hiding Power) ，也稱為「遮蓋強度」(Hiding Strength) 或覆蓋度(Coverage)。當我們一層又一層地粉刷牆面或者繪畫塗抹時，最上層的塗料、顏料，能夠有效遮蓋原來下層顏色的程度。以水彩顏料為例，不透明水彩，在塗抹的時候，可以輕易將下層顏色蓋掉（遮蓋力強），而透明水彩則更容易比表現出顏色層疊或漸層的藝術效果（遮蓋力弱）。

塗料、顏料的遮蓋力特性，對於粉刷材料、漆料、美術顏料、印刷，等等製造行業，具有重要的意義，因為它決定了顏料遮蓋表面瑕疵髒污的能力（不透明），或者是實現漸層藝術效果（透明）的能力。 

水彩顏料的遮蓋力呈現

遮蓋力與顏料色粉顆粒大小的關係

礦物顏料的遮蓋力與顏料顆粒的粒徑大小直接相關。一般來說，較小的色粉粒徑會提高遮蓋力，因為較小的顆粒可以更容易填充細小缺陷和表面凹凸不平，因而形成更光滑、更均勻的表面塗層。此外，較小的顆粒，能在顆粒表面上，形成更強的光散射效應，而增強塗料、顏料的遮蓋力。光散射與反射增強，可減少光穿透塗層再反射的可能性，因而提高了顏料的遮蓋力、提高顏色一致性，並形成無縫色階。

相反地，更大的顏料色粉粒徑，更容易產生顆粒間的縫隙，讓光現從縫隙穿透到下層，並將下層顏色反射穿透上層顏料，讓下層的顏色通透出來。

利用粒徑分析儀測量礦物顏料的遮蓋力

綜合以上分析，我們可以利用雷射粒徑分析儀 (Laser Particle Analyzer Analyzer)，來測量礦物顏料色粉顆粒的粒徑大小，便能得知用該色粉調製出的顏料，其遮蓋力的大小。雷射粒徑分析儀，是一種利用雷射繞射(激光衍射)原理的測量儀器，它可以測量出粉末中，所有微粒的粒徑大小分佈情況，從而獲得粉末的粒徑值。

測量的方式，一般採用ASTM D6441-05 國際測試標準，這個標準通過反射計和測厚儀測量塗料、顏料在給定膜厚下的對比度，以及對比度在 0.98 (98%) 時的塗層膜厚，用來判定遮蓋力。而且這個標準測試方法，僅限於 CIE-Y 反射率最低為 15% 的塗層。這個方法，往往需要大量的重複操作，來獲得穩定且一致的反射率或者膜厚，對於顏料、塗料製造液來說，可能不是一個有效的方法，尤其當遮蓋力還牽扯到跟施工者、創作者操作手法，這並不是製造商感興趣的範疇。對於塗料、顏料製造商來說，他們更在意的是顏料本身的特性對遮蓋力的影響，因此，色粉顆粒的粒徑大小，成為塗料、顏料工業一項重要的參考因素。

國際知名大廠，Bettersize儀器公司所推出的 Bettersizer 2600 粒徑分析儀 是一部最適合用來測量塗料、顏料色粉粒徑的粒徑分析儀器，它能夠以溼式或乾式兩種方法，測量各式各樣的色粉材料。模組化的設計，讓使用可以自行快速地切換測量方式。絕大部分的材料，可以利用溼式粒徑分析方法，獲得更好的分散效果，讓測量結果更客觀一致。而對於容易被溶解的樣品，則可以用乾式粒徑分析方法，測得粉末在未被溶解前的粒徑分佈情況。Bettersizer 2600 是您用來測量色粉的最佳儀器。

顏料遮蓋力實測

色料準備

我們使用珊瑚(Coral) 與青金石(Lazurite)兩種色料，將原料以研磨機研磨成不同的粒徑大小程度。這個實驗僅僅為了驗證粒徑分析與ASTM D6441-05 之間的關係，不需要像顏料製造那樣控制每個批次的一致性，因此只是用不同的研磨時間，來控制不同粒徑大小的色粉。

目視這些色粉的顏色呈現，我們可以輕易看出研磨30秒的最粗顆粒，具有更好的顏色飽和度，但亮度較低。反之，研磨90秒的最細顆粒，顏色飽和度較低，但具有更好的亮度。 

實驗用色粉原料

研磨後的兩種色粉，各3種不同顆粒粗細
(Graph & Data Origin: Bettersize Instruments Ltd.)

粒徑分析儀測量結果

利用 Bettersizer 2600粒徑分析儀，將上面6個色料樣品，逐一測量其粒徑分佈狀況（粒徑報告的說明，請參閱「粒徑分析報告與粒徑分佈曲線要怎麼看？」一文）。

珊瑚色粉樣品：

以下是珊瑚粉末的粒徑測量結果，由右而左分別是原料(00s)、以及研磨30秒、60 秒和 90 秒的色粉。

珊瑚樣品粒徑分佈測量結果
(Graph & Data Origin: Bettersize Instruments Ltd.)

青金石色粉樣品：

以下是青金石粉末的粒徑測量結果，由右而左分別是原料(00s)、以及研磨30秒、60 秒和 90 秒的色粉。

青金石樣品粒徑分佈測量結果
(Graph & Data Origin: Bettersize Instruments Ltd.)

ASTM D6441-05 標準方法執行

最後顏料樣品的遮蓋力判定，是依據 ASTM D6441-05 所規範的國際標準方法。執行 ASTM D6441-05  標準方法，將顏料塗在光滑、有光澤的測試板上，測試板上分為邊界清晰的黑色和白色區域。這樣可以目視評估顏料覆蓋率。為了獲得準確的百分比，需要使用反射計和測厚儀來測量樣品的遮蓋力。

將色粉製作出的顏料，實際塗抹在測試板的結果

 粒徑尺寸 (Dv50) v.s. 遮蓋力

下圖的粒徑-遮蓋力關係曲線，說明了珊瑚和天青石的遮蓋力與Dv50 中值粒徑尺寸(研磨時間)之間的關係。由粗顆粒組成的礦物顏料，其遮蓋力較弱，因而表現出較高的色彩飽和度和較低的明亮度。

相比之下，細顆粒顏料由於尺寸較小，可以更有效地填充油漆表面，從而導致顏色更均勻，而且遮蓋力更強。

 
珊瑚原料粉末與三種研磨後珊瑚色粉其粒徑相較於遮蓋率測試結果

 
青金石原料粉末與三種研磨後青金石色粉其粒徑相較於遮蓋率測試結果

粒徑分析儀更精確在工業製程中，控制顏料遮蓋率

從實際遮蓋率與粒徑的趨勢，可以得出以下的結論：

一旦色粉顆粒達到一定的細微程度，也就是一定程度夠小的粒徑，其遮蓋力接近 100%，表明進一步研磨不能顯改變顏料表現出的覆蓋率。利用 Bettersizer 2600 粒徑分析儀，可以實際量化遮蓋力 100% 粒徑尺寸的臨界值，減少工業製程中不必要的研磨時間，藉此降低研磨成本。對於色料、印刷相關工業來說，無非是一大福音。

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