颜料的光学性质：吸收光谱和散射率

颜料用于赋予涂料颜色和获得涂层的遮盖力，当无法透过涂层看到基材时，涂层具有完全遮盖力，也称为完全不透明。两种现象控制着涂料的颜色和不透明度：涂料内的颜料颗粒对可见光的吸收和散射率。

不同颜料具有不同的吸收光谱，这取决于其化学成分。例如炭黑可以吸收可见光中存在的所有波长，因此只需少量的炭黑颜料即可获得完全的不透明度。而白色填料和颜料，如合成硫酸钡 (BaSO4)、钛白粉颜料（二氧化钛TiO2）几乎不吸收可见光。 彩色颜料仅吸收可见光的部分波长。例如，红色颜料被感知为红色，是因为颗粒吸收了人类可见光的蓝色和绿色部分。

颜料颗粒中的每个分子都参与吸收。这意味着大颗粒核心的分子没有吸收光的能力，因为光已经被靠近粒子外壳表面的分子吸收了。

由小颗粒组成的颜料每克比粗颜料含有更多的表面分子。因此，当颜料的粒径减小时，每克颜料可吸收的光量就会增加。除此之外，当昂贵的彩色颜料颗粒在分散过程中完全相互分离并稳定不絮凝时，它会带来大量可见光。当颜料颗粒均匀分布在涂料中时，颜料更能吸收可见光。因此，细颗粒、完全分离、稳定并分布均匀的颜料的色彩强度，高于仅部分分离、稳定性差、未完全分布在涂料中的粗颜料的着色强度。

当涂料中的固体颜料颗粒与颗粒周围的基质具有不同的折射率时，它们可以改变光的方向，这种现象称为散射，导致涂层呈现白色并具有遮盖力。颜料粒子的散射效率由几个属性决定。

首先，当颗粒和基体的折射率差异（Δn = np – nm）较大时，散射较强。材料的折射率由其化学成分决定。

其次，对于特定波长的光，颗粒尺寸存在最佳值，散射光的最佳粒径d约为光波长的一半。

涂料中使用的粘合剂的折射率约为1.55。 白色颜料钛白粉（二氧化钛TiO2）优选用作散射源，因为钛白粉颜料具有高折射率。重要的是要认识到散射不是像吸收那样的表面效应；颜料散射率涉及整个粒子。

钛白粉（二氧化钛）TiO2是一种具有高遮盖力的白色颜料，因为二氧化钛颗粒可散射可见光中的所有波长。涂料中使用的TiO2颜料颗粒的直径约为 300 nm，这一点也就不足为奇了。

综上所述，颜料的光学性质（颜料吸收光谱）和（颜料散射率）对涂料的性能具有重要影响。了解并优化这些特性可以实现所需的涂料效果，包括颜色和遮盖力等。