Метод компьютерного экспресс-анализа декоративных характеристик защитных покрытий

ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ЛОГИСТИКА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

УДК 691:620.1

В.П. Селяев, Т.А. Низина, Е.А. Егунова

ФГБОУВПО «МГУ имени Н.П. Огарева»

МЕТОД КОМПЬЮТЕРНОГО ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА ДЕКОРАТИВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ

Предложена методика и приведены результаты исследований декоративных характеристик полиуретановых покрытий, полученные с использованием программного комплекса «Статистический анализ цветовых составляющих лакокрасочных покрытий».

Ключевые слова: экспресс-анализ, компьютерный экспресс-анализ, статистическая обработка, декоративные характеристики, насыщенность цвета, защитные покрытия, поли-уретановые композиты, пигменты.

Технология производства защитно-декоративных покрытий строительных конструкций на основе полимерных связующих, как правило, включает в себя этап колеровки базового состава разнообразными пигментами, позволяющими придавать продукции более привлекательный внешний вид. Наибольшее распространение для колеровки полимерных покрытий получили неорганические пигменты, используемые, как правило, в виде паст, представляющих собой дисперсию пигментов в веществах, легко совмещающихся с окрашиваемым полимером.

Качество декоративных покрытий принято определять по внешнему виду, цвету, блеску. Учитывая, что вид и массовая доля пигментов и наполнителей оказывает существенное влияние не только на цвет готового покрытия, но и на его укрывистость, однородность окраски, устойчивость к действию атмосферных факторов, химических реагентов, высоких температур и т.д., возникает необходимость в создании методики для комплексной оценки декоративных характеристик защитных покрытий.

На сегодняшний день существует три основных способа определения и описания цвета покрытия [1, 2]:

визуальное определение и соответствующее ему описание; сравнение с контрольным образцом (эталоном); количественное измерение и числовое выражение.

Необходимо отметить, что два первых метода являются условными и субъективными, так как напрямую связаны с состоянием нервной системы человека и зависят от личных особенностей зрения исследователя. Для количественного измерения цвета была создана колориметрическая система, утвержденная Международной осветительной комиссией (МОК) в 1931 г. Кроме колориметрической системы, цвет можно измерить с помощью цветового тона, чистоты цвета, коэффициента отражения и яркости [1]. При одинаковых значениях доминирующей длины волны, чистоты цвета и коэффициента яркости или отражения покрытия должны иметь один и тот же цвет. Однако установлено, что между цветовым ощущением человека и спектральным составом цвета нет прямой связи. Исследования цвета лакокрасочных покрытий показали, что данные цветовые характеристики не всегда дают правильное представление о его цве-

© Селяев В.П, Низина Т.А., Егунова Е.А., 2011

153

ВЕСТНИК 1/2012

товом тоне, насыщенности и светлоте. Если расположить образцы в ряд по возрастанию длин волн, то оказывается, что они не воспроизводят равномерный ряд цветов покрытий, получаемый в результате визуального осмотра [1].

В последние годы для измерения цвета все чаще предлагается использовать компьютерные технологии. В основе предлагаемых подходов лежит возможность получения растрового изображения структуры материала при сканировании изучаемой поверхности, выражаемой в виде функции цвета [2]. При цветном варианте сканирования, с использованием определенной цветовой модели, под которой подразумевается способ формального описания цвета на основе составляющих его компонентов, появляется возможность разложить каждый цвет на составляющие его спектры определенной частоты и получить объективные данные о декоративных характеристиках лакокрасочного покрытия.

Несмотря на схожесть подходов к оценке свойств лакокрасочных покрытий методом прямого сканирования поверхности образцов, для описания цвета используются различные цветовые модели: Lab, CMYK, HSB, RGB и т.д. При этом, на наш взгляд, несомненно, что пигментные краски, используемые в строительстве, также как и краски, используемые в полиграфии, отражают световое излучение и должны описываться субтрактивной моделью CMYK.

На основе проведенного анализа различных цветовых моделей был создан программный продукт «Статистический анализ цветовых составляющих лакокрасочных покрытий» [4] и разработана методика комплексных исследований декоративных характеристик защитных покрытий. Программный комплекс позволяет разбивать отсканированное изображение на CMYK-составляющие и определять их значения в каждой точке (пикселе) исследуемой поверхности. Для оценки каждой цветовой составляющей (голубой, пурпурной, желтой и черной) и яркости применялась цветовая палитра с 256 цветами (рис. 1). Для реализации математической модели использовался язык программирования Borland Delphi 7, поддерживаемые операционные системы — Windows 98/Me/2000/XP/7.

Для иллюстрации предлагаемой методики приведем результаты исследования пигментированных полиуретановых покрытий. В качестве базового состава для колеровки была использована разработанная авторами рецептура на основе местных для Республики Мордовия наполнителей (доломит и цеолит), обладающая высокими эксплуатационными характеристиками [3]. В качестве пигмента была выбрана колеровочная паста Элакор-ПУ (ООО «ТэоХим») на основе касторового масла пяти цветов: черного, желтого, зеленого, синего и красного. Содержание пигментов варьировалось на уровнях 1, 3 и 5 %. Сканирование исследуемых образцов выполнялось с разрешением 2400 dpi; размер анализируемой поверхности для одного образца составлял 50 х 50 мм; объем исследуемой выборки — не менее 22 млн пикселей.

Согласно разработанной методике, на основе полученных после использования программного комплекса кривых распределения цветовых составляющих (рис. 1) предлагается определять [2]: цветовые различия по насыщенности соответственно для голубой, пурпурной, желтой, черной составляющих и яркости и насыщенность цвета покрытия в целом.

Количественное описание цветового различия по насыщенности выполняется путем сравнения исследуемого состава с абсолютно белым, имеющим максимальную (f (X) =100 %) плотность распределения при X = 255 :

255

Е

Sp = —-,

p 255-100

где Xp¡ — уровень цветовой составляющей, изменяющийся от 0 до 255; f (X¡p) — плотность распределения.

Информационные системы и логистика в строительстве

Рис. 1. Интерфейс программного комплекса «Статистический анализ цветовых составляющих лакокрасочных покрытий»

Цветовая насыщенность покрытия в целом по 4 цветовым составляющим и с учетом яркости определяется соответственно по формулам:

ЕСШК = V + + + ;

ЕСМУКИ = ,

где Sс, SM, , SK и — цветовое различие по насыщенности для голубой, пурпурной, желтой, черной составляющих и яркости.

При использовании данного программного комплекса возможно получение как интегральной оценки цветовой насыщенности исследуемых составов (рис. 2), так и кривых плотности распределения данной характеристики (рис. 3), что особенно актуально при изучении изменения однородности окраски.

Одним из основных способов описания статистической изменчивости результатов экспериментальных исследований является закон распределения, который показывает, с какой частотой значения переменной попадают в определенные интервалы. Как показали результаты проведенных исследований (рис. 3), разброс насыщенности цвета защитно-декоративных покрытий достаточно часто подчиняется нормальному закону распределения, плотность вероятности которого определяется выражением

/

1/2012

что дает возможность проанализировать изменение параметров уравнения (а — математическое ожидание; а — среднее квадратическое отклонение) под действием различных технологических факторов и агрессивных воздействий.

Рис. 2. Изменение насыщенности цвета (с учетом яркости) полиуретановых покрытий в зависимости от вида и содержания пигментов

Рис. 3. Изменение кривых распределения насыщенности цвета (с учетом яркости) полиуретановых покрытий в зависимости от вида и содержания пигментов

Для исследования влияния стойкости разработанных пигментированных полиуретановых покрытий были проведены исследования по изменению декоративных характеристик под действием ультрафиолетового облучения. Интенсивность УФ-облучения составляла 60 Вт/м2 в диапазоне длин волн 250...400 нм. В качестве источника света была использована ртутная лампа марки ДРТ-400, спектральное распределение энергии излучения которой наиболее близко к солнечной в УФ области.

Информационные системы и логистика в строительстве

Для выявления изменения цветовой окраски в ходе экспериментального исследования фиксировалось изменение цветовых составляющих и яркости полиуретановых покрытий через 100, 300, 500, 700 и 1000 ч УФ-облучения.

Приведенные на рис. 4 кривые распределения насыщенности цвета полиуретановых покрытий, содержащих черный пигмент, позволяют наглядно проследить изменение декоративных характеристик и однородности окраски защитных покрытий под действием УФ-облучения.

1-8 -----

0.6 J-----

0 250 500 750 1000 1250

Длительность УФ облучения, час.

Содержание черного пигмента: Ж 0  1 —л— 3 • 5%

Рис. 4. Изменение кривых распределения насыщенности цвета (с учетом яркости) полиуретановых покрытий, содержащих черный пигмент, под действием УФ-облучения

Разработанная методика обработки и визуализации получаемых после использования программного комплекса «Статистический анализ цветовых составляющих лакокрасочных покрытий» результатов дает исследователям возможность проводить экспресс-анализ декоративных характеристик защитных покрытий, получая при этом объективную информацию по влиянию структурных параметров и разнообразных эксплуатационных воздействий на изменение величины и однородности окраски с минимальными временными затратами.

Библиографический список

1. Карякина М.И. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий. М. : Химия, 1988. 272 с.

2. Низина Т. А. Защитно-декоративные покрытия на основе эпоксидных и акриловых связующих. Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2007. 258 с.

3. Селяев В.П., Низина Т.А., Егунова Е.А. Оптимизация составов полиуретановых покрытий с учетом характеристик бетонных оснований // Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии : материалы XV Академ. чтений РААСН. В 2 ч. Т. 1. Казань, 2010. С. 541—545.

4. Статистический анализ цветовых составляющих лакокрасочных покрытий : свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006610820 от 28.02.2006 в Роспатенте по заявке № 2005613472 от 29.12.2005 / В.П. Селяев, Т.А. Низина, Н.О. Зубанкова, Ю.А. Ланкина.

Поступила в редакцию в декабре 2011 г.

ВЕСТНИГ 1/2012

Об авторах: Селяев Владимир Павлович — академик РААСН, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой строительных конструкций, ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева», Россия, 430000, г. Саранск, ул. Советская, д. 24, 8-(8342)-47-71-56, ntorm80@mail.ru;

Низина Татьяна Анатольевна — доктор технических наук, профессор кафедры строительных конструкций, ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева», Россия, 430000, г. Саранск, ул. Советская, д. 24, 8-(8342)-47-71-56, nizinata@yandex.ru;

Егунова Елена Александровна — аспирант кафедры строительных конструкций, ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева», Россия, 430000, г. Саранск, ул. Советская, д. 24, 8-(8342)-47-71-56, elenaegunova@yandex.ru.

Для цитирования: Селяев В.П., Низина Т.А., Егунова Е.А. Метод компьютерного экспресс-анализа декоративных характеристик защитных покрытий // Вестник МГСУ. 2012. № 1. С. 153—158.

V.P. Selyaev, T.A. Nizina, E.A. Egunova

THE METHOD OF COMPUTER EXPRESS-ANALYSIS OF THE DECORATIVE CHARACTERISTICS OF PROTECTIVE COATINGS

On the basis of the computer program «Statistical analysis of color components for paint and varnish coatings», methods are suggested and experimental results are obtained for decorative characteristics polyurethane coatings.

Key words: express analysis, program complex, statistical processing, decorative characteristics, color saturation, sheeting, polyurethane composites, pigments.

Reference

1. Karjakina M.I. Ispytanie lakokrasochnyh materialov ipokrytij [Tests of paint and varnish materials and coverings]. Moscow, Chemistry, 1988, 272 p.

2. Nizina T.A. Zashhitno-dekorativnye pokrytija na osnove jepoksidnyh i akrilovyh svjazujushhih [Protectively and decorative coverings on the basis of epoxy and acrylic binding]. Saransk, Publishing house Mordov. University, 2007, 258 p.

3. Seljaev V.P., Nizina T.A., Egunova E.A. Optimizacija sostavovpoliuretanovyh pokrytij s uchetom harakteristik betonnyh osnovanij [Optimization of structures of polyurethane coverings with account for characteristics of concrete bases]. Dostizhenija i problemy materialovedenija i modernizacii stroitel'noj industrii : materialy XV Akadem. chtenij RAASN. V 2 ch. T. 1 [Achievements and problems of materials technology and modernization of the building industry: Materials of XV Academic readings RAACS. In 2 it is frequent. T. 1]. Kazan, 2010, Pp. 541—545.

4. Seljaev V.P., Nizina T.A., Zubankova N.O., Lankina J.A. Statisticheskij analiz cvetovyh sostavlja-juwih lakokrasochnyh pokrytij [Statistical analysis of color components for paint and varnish coverings]. Svidetel'stvo ob oficial'noj registracii programmy dlja JeVM Ns 2006610820 ot 28.02.2006 v Rospatente po zajavke Ns 2005613472 ot 29.12.2005 [The certificate on the official registration of the computer program № 2006610820 of 28.02.2006 in Ros. Patent under the application №2005613472 from 29.12.2005].

A b o u t a u t h o r s: Seljaev Vladimir Pavlovich — Academician of the Russian Academy of Architectural and Building Science, Doctor of Science, Professor, Head of the department Building designs, Mordovian State University named after N.P. Ogaryov, 24, Soviet St., Saransk, 430000, Russia, +7-(8342)-47-71-56, ntorm80@mail.ru.

Nizina Tatyana Anatolevna — Doctor of Science, Professor of the Department Building designs, Mordovian State University named after N.P. Ogaryov, 24, Soviet St., Saransk, 430000, Russia, +7-(8342)-47-71-56, nizinata@yandex.ru;

Egunova Elena Aleksandrovna — postgraduate of the Department Building designs, Mordovian State University named after N.P. Ogaryov, 24, Soviet St., Saransk, 430000, Russia, +7-(8342)-47-71-56, elenaegunova@yandex.ru.

F o r c i t a t i o n: Seljaev V.P., Nizina T.A., Egunova E.A. Metod kompjuternogo jekspress-analiza dekorativnyh harakteristik zawitnyh pokrytij [The method of computer express-analysis of the decorative characteristics of protective coatings]. Vestnik MGSU [Proceedings of the Moscow State University of Civil Engineering], 2012, no 1, Pp. 153—158.