Критическая объемная концентрация пигмента (CPVC)
Так как отношение связующего к пигменту можно изменять, то можно достичь оптимального варианта, когда концентрация пигмента максимальна и при этом все пространство между частицами пигмента полностью заполнено связующим. Эта оптимальная точка называется критической объемной концентрацией пигмента (CPVC). Несмотря на то, что каждая красочная система будет отличаться, их CPVC, как правило, находится где-то в пределах 30-60%.
При движении в указанном на рис. 2 диапазоне, пройдя точку CPVC, мы будем двигаться в сторону все большего увеличения количества пустот в красочном слое, из-за которых в свою очередь, красочный слой становится более матовым, более проницаемым и все более и более хрупкими.
Рис. 2: Шкала объемной концентрации пигмента PVC в сторону увеличения
Рис. 3: Иллюстрации соотношения пигмент/связующее: только сухой пигмент, пигмент в точке критической объемной концентрацией (CPVC) и в точке, значительно превышающей уровень CPVC
На рис. 3 показаны различия между конечной точкой шкалы (только сухой пигмент), точкой критической объемной концентрацией пигмента (CPVC), и точкой шкалы, значительно превышающей этот уровень.
Реальная поверхность красочной пленки с объемным отношением пигмента 60% (выше CPVC) четко запечатлена на электронном микроснимке (рис. 4).
Рис. 4: Электронный микроснимок пленки краски при PVC выше CPVC, с объемным отношением пигмента 60%. N J Elton, A Legrix. © 2008, Suroptic Ltd. По мере изменения PVC, внешний вид краски может резко измениться, как мы видели на примере образцов, показанных выше. Когда объемное отношение пигмента краски на уровне или ниже CPVC, то поверхность краски более гладкая и рассеивает меньше света, и соответственно свет лучше проникает и поглощается пигментом. В результате, цвет будет выглядеть более насыщенными и глубоким, а также, будет казаться более прозрачным, поскольку разница в коэффициенте преломления между пигментом и связующим веществом гораздо меньше, чем между пигментом и воздухом.
Более гладкая, глянцевая поверхность отражает свет более упорядоченным, контролируемым образом. Если иногда можно заметить блики или пятна света, то почти никогда не замечалось диффузного рассеяния, характерного для матовых поверхностей (рис. 5).
Рис. 5: Отражение от глянцевой красочной пленки при PVC на уровне или ниже CPVC.По мере того как значение PVC красочной пленки поднимается выше CPVC, она становится все более матовой и текстурированной, а при достаточно сильном превышении пигменты становятся несвязанными и лишь частично удерживаются в связующем или покрыты им. В этом состоянии пигмент рассеивает свет в гораздо большей степени, так как разница между показателями преломления для пигмента и для окружающего воздуха достаточна велика. Кроме того, более грубая поверхность произвольным образом рассеивает свет, и эта дымка из белого, рассеянного света сливается с цветом пигмента, при этом пигмент выглядит более светлым, зачастую меловым или блеклым (рис. 6).
Рис. 6: Отражение от матовой красочной пленки при PVC выше CPVC.И, наконец, суммарное рассеивание зависит от количества пустот или воздушных карманов внутри краски, и от того, как они будут рассеивать дополнительный свет, которому удастся проникнуть вглубь поверхности, в результате чего цвет выглядит совершенно непрозрачным; внутренняя дымка из рассеянного света, похожая на туман, блокирует любую возможность увидеть нижние слои.
Роберт Феллер, одна из ключевых фигур реставрационной науки, в 1981 году проиллюстрировал эти изменения во внешнем виде краски, измеряя коэффициент отражения поверхности ультрамарина синего при увеличении объемной концентрации пигмента (PVC). Показания были получены при длине волны 440 nm, соответствующей максимальному коэффициенту отражения, когда все пространство между частицами пигмента полностью заполнено связующим (рис. 7).
Рис. 7: Процент отражения ультрамарина синего при различных объемных концентрациях пигмента. © Американский институт сохранения и реставрации исторических и художественных произведений (АIC).
Как видно из графика, когда объемная доля пигмента пересекает отметку CPVC = 40%, происходит внезапное и весьма резкое увеличение количества света, отраженного от поверхности – от 10% при PVC = 40%, до почти 60%, при PVC = 80%.
Если мы теперь посмотрим на кривые спектральных коэффициентов отражения для наших шести образцов ультрамарина синего, мы увидим подобный всплеск на отметке 440 nm. Для трех красок с PVC от 14-46% (масло, акрил и энкаустика) уровень отражающей способности повышается до 10%, в то время как для трех систем с PVC от 76-81% (акварель, яичная темпера и казеин), отражающая способность достигает уровня 50% или более (рис. 8).
Рис. 8: Кривые спектрального коэффициента отражения для ультрамарина синего, показывающие увеличение коэффициента отражения на 440 nm.
Несмотря на то, что кобальт синий это совершенно другой пигмент, с другой спектральной отражающей способностью и коэффициентом преломления, мы можем увидеть аналогичную картину, хотя и не столь резкую (рис. 9).
Рис. 9: Кривые спектрального коэффициента отражения для кобальта синего, показывающие увеличение коэффициента отражения на 440 nm.
Совершенно ясно, что объемная концентрация пигмента влияет на зрительное восприятие цвета, но есть и другие особенности, которые должны быть рассмотрены и которые можно легко упустить из виду. Поэтому мы выбрали три краски из исследуемых нами – казеин, акрил и масло – и разобрали влияние на них различных значений PVC, особенно учитывая совершенно разные составы этих красок.
Синий кобальт
Если мы возьмем показатели PVC высушенных красочных пленок синего кобальта для акрила, масла и казеина, мы получим следующую диаграмму, показывающую отношение количества пигмента к связующему для каждой системы (рис. 10).
Как видно из диаграммы, акрил и масло не сильно отличаются, PVC масла всего на 8% выше, и по сравнению с казеином, который имеет очень высокую пигментную загрузку в 72%, разница кажется незначительной.
Рис. 10: Сравнение PVC для кобальта синего в высохших красках (акрил, масло, казеин).Тем не менее, фокусировка только лишь на этих цифрах - PVC в высохших красках, может дать неверное представление относительно системы в целом. Необходимо принять во внимание еще один важный компонент, который мы до сих пор не рассматривали, а именно – воду, находящуюся в акриловых и в казеиновых красках, при этом понимая, что в масляных красках воды нет.
Это приводит к совершенно иной картине для красок в готовом виде (рис. 11).
Можно увидеть, что акриловые и казеиновые готовые краски имеют одинаковое процентное содержание пигмента относительно всей системы в целом (10%), и поскольку вода всегда присутствует в их составах, нет никакого способа добиться, чтобы загрузка пигмента кобальта синего в них когда-либо достигла характерных для масла 28%.
Рис. 11: PVC для кобальта синего в акриле, масле и казеине с учетом воды, содержащейся в акриловых и казеиновых системах.Этим и объясняется вполне реальное ощущение, что масляные краски обладают уникальной, не имеющей себе равных насыщенностью. Это обусловлено не только природой масла и пигмента, смешанных друг с другом, но и тем, что молекулы масла чрезвычайно малы и очень эффективны при смачивании пигмента. Кроме того, при высыхании масляной краски практически ничего не испаряется и не улетучивается.
Акрилы и другие среды на водной основе, напротив, всегда имеют в составе большое процентное содержание воды. Таким образом, даже если окончательные значения PVC для разных систем близки, как например, для синего кобальта в акриле и в масле, то на практике краски в готовом к применению состоянии обладают гораздо меньшей пигментной загрузкой и объемной плотностью пигмента.
На диаграмме (рис. 12) из состава красок исключена вода, тем самым наглядно показан объем пигмента, остающегося после высыхания одинакового объема красок, и мы можем сравнить его с реальными показателями (рис. 10), измеренными для высохших красок.
Первоначальное содержание пигмента в акриле – 10%, а при исключении воды – 20%, что соответствует рис. 10.
В то время как для казеина после округления значений, для удобства изображения на графике, отношение 10/(10+3) составляет примерно 77%, а не ожидаемые 72%, как на рис. 10. Но все-таки значения достаточно близки.
Рис. 12: Диаграмма относительного значения PVC для кобальта синего в акриле, масле и казеине после высыхания.Также следует отметить высокий процент воды и сравнительно небольшой процент пигмента и связующего вещества в казеиновых системах, что обуславливает очень тонкую пленку остающуюся при высыхании краски. Пленка высохшей казеиновой краски, будучи матовой и непрозрачной, является очень хрупкой и пористой и годится только для негибких основ.
Акрилы являются на сегодняшний день наиболее гибкими из трех систем и имеют достаточно высокий уровень прочного связующего, что позволяет разводить их водой почти 1: 1. При этом они образуют прочную пленку с хорошей адгезией. В то же время, прозрачность акрилового связующего позволяет сохранять насыщенность и чистоту цвета кобальтовой сини.
Для масляных красок проблема состоит в том, что связующее вещество с течением времени желтеет. Поэтому исходя из высокого содержания масла — 72%, многие производители разводят кобальт и другие синие пигменты в сафлоровом или маковом масле, не смотря на то, что эти масла производят непрочные и более хрупкие пленки. Для масла необходимо находить баланс между стойкостью, чистотой цвета и прочностью красочной пленки.
Автор: Сара Сэндс (Sarah Sands)
Сара Сэндс, старший технический специалист, Магистр искусств Йельского университета. До Golden: Инструктор, Нью-Йоркской Академии Искусств; Доцент кафедры живописи, Университет штата Индиана; Бизнес-менеджер / специалист по техническим вопросам, Williamsburg Oils. Вернуться в «Обзоры, советы уроки»