بر هم کنش نور با ذرات در صنایع پوشش یک موضوع بسیار مهم می‌باشد. درک کامل این مفهوم به فرموله کننده رنگ این امکان را می‌دهد که بتواند سیستم‌های پوشش با هزینه و عملکرد بهینه تولید کند.

در صنایع رنگ‌سازی این یک واقعیت است که اعمال رنگ بر سطوح مختلف، از دو جنبه حفاظت و زیبایی حائز اهمیت می‌باشد. پوشش‌ها با تغییر دادن یک یا چند ویژگی ظاهری از قبیل رنگ، نقش و نگار، درخشش یا سایر خواص بصری سطح مورد نظر، باعث زیبایی آنمی‌شوند. برای رسیدن به این ویژگی‌های ظاهری به پشت‌پوشی بالایی نیاز است، زیرا بدون آن رنگ زیرین یا طرح اول سطح زیر رنگ از پشت رنگ دیده می‌شود.

پشت‌پوشی از طریق برهمکنش نور مرئی با فیلم رنگ کنترل می‌گردد. دو روش کاملاً متفاوت برای دستیابی به پشت‌پوشی‌کامل وجود دارد: جذب نور و تفرق نور (شکل 1-1). برای جذب، ذرات سیاه یا رنگی که در داخل فیلم رنگ قرار دارند، نور وارد شده به فیلم را حذف و معمولاً به گرما تبدیل می‌کنند. در این مکانیسم، هدف ما لزوماً جلوگیری از رسیدن نور به سطح زیر رنگ نیست، بلکه هدف جذب نور است قبل از آن که شانس خروج از فیلم (و رسیدن به چشم بیننده) را داشته باشد؛ بنابراین، طول مؤثر برای جذب، دو برابر ضخامت فیلم می‌باشد. پشت‌پوشی از طریق تفرق نور از مکانیسم کاملاً متفاوتی انجام می‌گیرد. فرآیند تفرق، حذف نور از سیستم نیست بلکه نور را با همان ترکیب رنگ و شدت اولیه، از داخل فیلم رنگ به بیرون از آن منحرف می‌کند. این انحراف، باید قبل از برخورد نور با سطح زیر رنگ و برهمکنش با آن صورت پذیرد. وقتی این کار با موفقیت انجام گیرد، نتیجه‌ی کار از نظر محو کامل خواص دیداری سطح زیر رنگ مشابه فرآیند جذب می‌باشد با این تفاوت که ظاهر این رنگ کاملاً متفاوت از اولی است. به طور مشخص، فیلم تاریکی از فرآیند جذب به دست می‌آید در حالی کهفیلم روشنی از فرآیند پخش حاصل می‌شود.

در عمل، حصول پشت‌پوشی از طریق تفرق دشوارتر از جذب می‌باشد. دو دلیل برای این امر وجود دارد: اول این‌که طول مسیر مؤثر برای جذب در مقایسه با تفرق دو برابر طولانی‌تر است (برای انجام تفرق، نور باید قبل از برخورد به سطح زیر فیلم رنگ از مسیر خود منحرف شده باشد در حالی‌که جذب پس از برخورد نور به سطح زیر رنگ و در برگشت هم می‌تواند اتفاق بیفتد). دوم، برای حصول پشت‌پوشی از طریق جذب فقط برهمکنش جزئی میان نور و رنگدانه لازم است. بیشتر رنگدانه‌های سیاه بسیار مؤثر بوده و تقریباً تمام نور برخوردی به خود را جذب می‌کنند، بنابراین نور در اولین برخورد به ذرات رنگدانه جذب می‌شود. تفرق نور نیز در برخورد با ذرات رنگدانه صورت می‌گیرد ولی همان‌طور که بعدها نشان داده خواهد شد، به ندرت اتفاق می‌افتد که جهت نور در یک برخورد کاملاً برعکس شود و حصول پشت‌پوشی سفید معمولاً پس از تعداد زیادی برخورد نور به ذرات رنگدانه امکان‌پذیر است (حدود 12 برخورد). به همین دلیل فیلم‌های پشت‌پوش سیاه در مقایسه با فیلم‌های پشت‌پوش سفید می‌توانند نازک‌تر بوده و همچنین تعداد رنگدانه کمتری داشته باشند.

طبيعت نور

نور را مي‌توان به عنوان انتشار خود به خودي يک تغيير در ميدان الکترومغناطيسي در نظر گرفت. حجمي از فضا را در نظر بگيريد كه در آن تغييري در ميدان الكتريكي اتفاق افتاده است (به عنوان مثال، با جابه‌جايي يك بار الكتريكي). با توجه به وابستگي الكترومغناطيسي، اين تغيير ميدان الكتريكي طي مدت‌زمان كوتاهي،يك ميدان مغناطيسي در فاصله‌ي كمي از ميدان الكتريكي ايجاد مي‌كند. به طور مشابه، ميدان مغناطيسي تازه ايجاد‌‌شده (و بنابراين تغيير يافته) پس از مدت كوتاهي دوباره در فاصله كمي، يك ميدان الكتريكي ايجاد مي‌كند. اين تغيير ميدان الكتريكي، ميدان مغناطيسي جديدي در پي دارد و اين چرخه، خود را تكرار مي‌نمايد، در‌نهايت اين امر موجب اغتشاشي در ميدان‌هاي الكتريكي و مغناطيسي مي‌شود كه در فضا حركت مي‌كنند. اين اغتشاش در واقع، همان نور است. از تقسيم مجموع اين فواصل مكاني كوتاه، مابين تغيير ميدان‌ها بر مجموع فواصل زماني بين آن‌ها سرعت نور (c) به دست مي‌آيد.

وقتي نور از ميان ماده‌اي عبور مي‌کند (در مقايسه با خلا) وجود الکترون‌ها و پروتون‌ها در ماده، باعث تعديل فواصل زماني و مکاني از طريق تغيير ميدان‌هاي الکتريکي و مغناطيسي شده و به همين جهت، سرعت نور تغيير مي‌کند. نسبت سرعت نور در خلاء به سرعت آن در هر ماده‌اي را به عنوان RI (ضريب شكست) آن ماده در نظر مي‌گيرند. براي هر ماده‌اي RI بزرگ‌تر از 1 مي‌باشد و اين نشان مي‌دهد که سرعت نور در حين عبور از مواد کاهش مي‌يابد.

اين طبيعت نور است که از ميان مواد يکنواخت بدون مانع عبور مي‌كند. هر چند وقتي نور از ميان ماده‌اي با يک RI مشخص، وارد ماده‌اي ديگر با RI متفاوت مي‌شود، اين عبور مختل شده و نور از طريق سه مکانيسم مختلف، به اين تغيير RI پاسخ مي‌دهد. نور مي‌تواند در حد فاصل (مرز) دو ماده، منعکس (Reflection)، شکسته (Refraction) و يا منکسر (Diffraction) شود. مجموع اين فرايندهاي غير‌جذبي نور و ماده را تفرق (Scattering) گويند.

انعکاس آينه‌اي برعکس شدن جهت نور در زاويه آينه‌اي نسبت به زاويه برخورد نور به سطح مي‌باشد، در‌حالي‌که شکست نور، انحراف نور ورودي از مسير اوليه‌ي آن در ورود به محيط جديد است. قوانين حاکم بر انعکاس و شکست نور، به ترتيب توسط فرنسل و اسنل فراهم گرديده است.

انكسار هنگامي پيش مي‌آيد که نور از نزديکي جسمي عبور کند. بر‌خلاف انعکاس و شکست که بايد نور به جسم برخورد کند، پديده‌ي انکسار بر اين واقعيت استوار است که فوتون تشکيل دهنده‌ي نور، جسم نقطه مانند نيست بلکه حجمي از فضا را اشغال مي‌کند.

در مورد پوشش ‌هاي سفيد شدت تفرق نور از رنگ ميزان پشت پوشي رنگ را تعيين مي‌كند. تفرق نور از رنگ باعث مي‌گردد كه نور قبل از رسيدن به سطح زير رنگ به چشم بيننده برگردد و سطح زير رنگ ديده نشود و هر چه تفرق نور بيشتر باشد رنگ سفيد‌تر و با پشت‍‌پوشي بالاتري را مشاهده خواهيم كرد.

اما كدام اجزا در رنگ مسئول تفرق نور و ايجاد پشت پوشي هستند؟ و چه خواص و قوانيني بر مقدار تفرق نور تاثير مي‌گذارد؟ دانستن اين مطالب فرموله كننده‌ رنگ را قادر مي‌سازد تا فرمول‌هايي با حداكثر بازدهي را طراحي كند.

در مقالات بعد به اين موارد پاسخ داده خواهد شد.