Powłoki z efektem specjalnym – ile kątów mierzyć

W przemyśle kosmetycznym jednym z kluczowych parametrów w kontroli jakości jest barwa. Niesłabnącym trendem są kosmetyki, które zawierają dodatki dające efekt brylantowego skrzenia, lśniącej perły czy meta licznego połysku. Wzbogacenie produktu o specjalne, interferencyjne drobiny pozwala na uzyskanie koloru z tzw. efektem specjalnym.

Tworząc nową formułę czy wzbogacając istniejący produkt o specjalne wykończenia, musimy pamiętać o narzędziach pomiarowych, które zapewnią odpowiednią kontrolę jakości. Aby zagwarantować jednolity kolor i wygląd na różnych etapach produkcji, które należy kontrolować i komunikować w całym łań cuchu dostaw – od surowców po produkty końcowe – konieczne jest zdefiniowanie parametrów numerycznych z odpowiednimi tolerancjami. Obiektywny pomiar parametrów wizualnych, takich jak barwa czy efekty specjalne staje się coraz bardziej potrzebny w procesie tworzenia i wyboru nowego rodzaju produktu. Rozpatrując pomiar barwy, należy rozróżnić dwa jej warianty: barwa jednorodna (solidowa) oraz barwa z efektem specjalnym (metaliczna lub perłowa). W ujęciu pomiarowym obydwa warianty znacznie się od siebie różnią, a różnica ta wynika z natury obu tych wykończeń. W związku z tym powinniśmy stosować się do zasady: pomiar barwy jednorodnej wykonujemy za pomocą spektrofotometru jednokątowego, a pomiar barwy z efektem specjalnym za pomocą spektrofotometru wielokątowego.

Normy ASTM, DIN oraz ISO definiują wielokątowy pomiar barwy jako obiektywną metodę opisu koloru lakierów metalicznych. Badania naukowe wykazały, że konieczne są co najmniej trzy, a w zależności od efektu – do sześciu kątów obserwacji. Dlatego też pomiar nie może odbywać się standardowym spektrofotometrem jednokątowym, ale niezbędne jest użycie spektrofotometru wielokątowego, który jest wyposażony w iluminator światła kierunkowego oraz kilka kątów pomiarowych (detekcji). Taki układ pomiarowy, zastosowany w wielokątowym spektrofotometrze BYK-mac i został przedstawiony na fot.1.

Normy ASTM, DIN oraz ISO definiują wielokątowy pomiar barwy jako obiektywną metodę opisu koloru lakierów metalicznych. Badania naukowe wykazały, że konieczne są co najmniej trzy, a w zależności od efektu – do sześciu kątów obserwacji. Dlatego też pomiar nie może odbywać się standardowym spektrofotometrem jednokątowym, ale niezbędne jest użycie spektrofotometru wielokątowego, który jest wyposażony w iluminator światła kierunkowego oraz kilka kątów pomiarowych (detekcji). Taki układ pomiarowy, zastosowany w wielokątowym spektrofotometrze BYK-mac i został przedstawiony na fot.1. pomiarze wymalowań typu perła (kameleon) jest kąt -15°, gdyż pozwala scharakteryzować często zdecydowanie inną barwę, w którą przechodzi obiekt. Takie wymalowanie pokazane zostało na fot. 2, gdzie zielony lakier przy tym kącie obserwacji staje się fioletowy.

Aby lepiej zrozumieć, dlaczego należy stosować powyższe za sady, posłużymy się przykładem. Posiadamy dwie płytki pomalowane dwoma rodzajami lakieru: lakier jednorodny i lakier z efektem metalicznym. Obracając w ręku płytkę pokrytą lakierem jednorodnym nie obserwujemy zmian barwy (fot. 3), natomiast unosząc i przechylając próbkę pokrytą lakierem metalicznym widzimy jak jej barwa i jasność ulegają zmianie (fot. 4)

Zjawisko to nazywamy flopem barwy i jasności. Ten prosty eksperyment pokazuje jak ważne jest, aby w przypadku barw z efektem specjalnym stosować pomiar wielokątowy. Spektrofotometr wyposażony w kilka kątów detekcji działa na podobnej zasadzie jak ruch naszej ręki w powyższym eksperymencie i oko obserwujące zmianę barwy. W sześciokątowym spektrofotometrze BYK-mac i takich „oczu” i „zmian ułożenia ręki” jest aż sześć. Utrzymanie powtarzalności kolorów perłowych i metalicznych jest obecnie prawdziwym wyzwaniem dla producentów kosmetyków. Do prawidłowej kontroli jakości nie wystarczy w tym przypadku sam pomiar koloru. Doświadczenia w zakresie kolory metrii i badania powłok z efektami specjalnymi pokazały, że w niektórych przypadkach sama ocena barwy (nawet przy wielokątowym ujęciu) to za mało. Mówiąc wprost, nawet niezliczona ilość kątów obserwacji w urządzeniu pomiarowym nie zapewnia pełnej kontroli jakości powłoki z efektem specjalnym. Z tego właśnie powodu w spektrofotometrze BYK-mac i wprowadzono moduł do analizy efektów specjalnych. Analiza ta opiera się na parametrach określonych jako skrzenie (ang. sparkling) i ziarnistość (ang. graininess) i została szeroko rozpowszechniona w branży kosmetycznej jako standard w ocenie barwy metalicznej. Do pomiaru obu parametrów wykorzystano techniki oświetlenia skierowanego oraz rozproszonego. Pigmenty tworzące efekty specjalne wykazują zjawisko skrzenia (ang. spar kling grade) przy bezpośrednim oświetleniu kierunkowym. 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°). Kamera spektrofotometru wykonuje zdjęcia w różnych warunkach oświetleniowych: w świetle rozproszonym z dwiema białymi diodami LED wbudowanymi w półkulę pokrytą białą powłoką oraz w bezpośrednim oświetleniu trzema białymi diodami LED pod trzema kątami.

Zdjęcia są analizowane przy użyciu histogramu poziomu jasności poszczególnych pikseli. Jednolicie jasne i ciemne obszary są podsumowywane w jednej wartości ziarnistości. 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.

Dodatkowo połączenie pomiarów z wykorzystaniem standardów cyfrowych umożliwia produkcję kosmetyków w różnych miejscach na świecie, z zachowaniem tego samego efektu. Porównanie pigmentów o podobnych cechach parametrów wizualnych polega na pomiarze urządzeniem BYK-mac i (fot. nr 7) oraz analizie danych z tego pomiaru. Dużym ułatwieniem jest także dedykowane oprogramowanie smart-chart pozwalające na szybką analizę ewentualnych różnic między pigmentami. Korzystanie z oprogramowania smart-chart w połączeniu z bazą danych pigmentów pomaga firmom kosmetycznym w procesie oceny nowych pigmentów. Nowy pigment jest mierzony standardowo i porównywany z podobnymi pigmentami zapisanymi w bazie danych.

Podsumowując: przy pomiarach barwy produktów z efektem specjalnym należy korzystać z wielokątowych spektrofotometrów mierzących barwę oraz umożliwiających analizę efektów specjalnych. Konieczne są co najmniej trzy, a w zależności od efektu – do sześciu kątów obserwacji.

Autoryzowanym dystrybutorem urządzeń marki BYK-Gardner jest firma PTH Eurotom Sp. z o.o. z siedzibą w Warszawie.