Medición del color en plásticos y cómo se acuerda su tolerancia

Un color aprobado en la oficina puede no parecer el mismo junto a otra pieza en el lineal de una tienda. Esa diferencia tiene causas técnicas, y se pueden prever.

Le explicamos cómo se mide y se compara un color, qué es la metamería y qué conviene acordar antes de fabricar. Lo contamos desde nuestra nave de Tibi (Alicante), donde fabricamos por inyección y soplado de plástico. En el paso De la granza al color de nuestra portada verá cuándo entra el color en una inyectora.

El color que percibimos depende a la vez de la luz, del objeto y de quien lo mira. Como la vista de cada persona y la luz de cada sitio suelen ser distintas, dos personas pueden no coincidir sobre el color de una misma pieza^{Fuente 1}.

Un instrumento no depende de la vista de quien mira, expresa la diferencia con números y encuentra diferencias que el ojo no distingue^{Fuente 2}. Aun así, las igualaciones de color se comprueban normalmente a ojo^{Fuente 3}, y en plásticos se combina la evaluación visual con la medida^{Fuente 4,Fuente 5}.

La referencia es el espacio de color CIELAB, que la CIE (Comisión Internacional de Iluminación) define en la norma ISO/CIE 11664-4 para el color de los objetos^{Fuente 6}. Sitúa cada color con tres coordenadas^{Fuente 7}.

• L*, la claridad, que va de oscuro a claro^{Fuente 8}.
• a*, la posición entre el verde, con valores negativos, y el rojo, con valores positivos^{Fuente 7}.
• b*, la posición entre el azul, con valores negativos, y el amarillo, con valores positivos^{Fuente 7}.

El mismo punto se describe también en coordenadas cilíndricas, L*C*h^{Fuente 9}. El croma C* es la distancia del color al eje de la claridad, y cuanto mayor es, más intenso se ve el color^{Fuente 4,Fuente 8}. El tono h es un ángulo que parte del eje +a* (0°, rojo) hacia el +b* (90°, amarillo)^{Fuente 4,Fuente 7}.

Unos valores L*a*b* solo tienen sentido si se sabe con qué luz se calcularon. Para eso existen los iluminantes, luces normalizadas que se describen con números por su distribución espectral^{Fuente 4,Fuente 10}.

También se fija el observador, que representa la respuesta al color de una persona con visión normal. El de 2° vale para campos de visión de 1° a 4° y el de 10° para campos mayores^{Fuente 13}. En automoción lo habitual es D65 con 10°, y en impresión, D50 con 2°^{Fuente 14}.

La distancia entre dos colores se resume en un número, la diferencia de color o ΔE (delta E). Hay varias fórmulas, y lo normal es que den cifras distintas para el mismo par de muestras^{Fuente 5}.

ΔE*ab, de 1976, es la diferencia de color propia de CIELAB, la distancia en línea recta entre dos puntos de ese espacio^{Fuente 6,Fuente 16}. Una unidad pesa igual en cualquier dirección^{Fuente 7}. Pero la tolerancia visual se representa mejor con un elipsoide, y con una caja o una esfera alrededor del patrón pueden aceptarse algunas muestras que a la vista no lo son^{Fuente 16}.

CMC, que recoge la norma textil ISO 105-J03 y se usa también en otros sectores, adapta el elipsoide al color del patrón, así que un mismo límite sirve para colores distintos^{Fuente 17,Fuente 16}. Sus factores l y c ponderan claridad y croma, y en plásticos l se fija en torno a 1,4 y c en 1, según un fabricante de instrumentos^{Fuente 7}. El valor máximo aceptado se llama factor comercial^{Fuente 18}. CIE94, del informe CIE 116 de 1995, corrige el efecto del croma en la percepción de las diferencias^{Fuente 19}.

CIEDE2000, o ΔE00, sale del informe CIE 142 de 2001 y añade correcciones según la claridad, el croma, el tono y la interacción entre croma y tono^{Fuente 20}. Está normalizada en ISO/CIE 11664-6^{Fuente 21}, y ASTM D2244 la recomienda para diferencias de 0 a 5 unidades ΔE*ab y la da como muy usada, también en plásticos^{Fuente 5}.

Es una fórmula para diferencias pequeñas, y un estudio de 2005 sobre su implementación encontró versiones erróneas en internet y propuso 34 pares de prueba para verificarla^{Fuente 22}. Con ella, comprobada con esos pares, se ha calculado un ejemplo para este artículo, un rojo teja de L* 50, a* 40 y b* 30 desplazado 2 unidades de ΔE*ab en tres direcciones^{Fuente 21,Fuente 22}.

Para ΔE*ab las tres muestras están igual de lejos, para ΔE00 no. Según un fabricante de instrumentos, una tolerancia en ΔE00 puede llegar a coincidir con la vista en torno al 98 % de las veces, y una en L*a*b* coincide en torno al 75 %^{Fuente 8}.

Banco de comparación de color. Al fondo, dos placas de pie, el patrón, un rojo teja de L* 50, a* 40 y b* 30, y la muestra. Delante, el plano a*b* con la ficha de la muestra, desplazada 2 unidades de croma, y a la izquierda una columna de claridad L*. Sobre el plano, un círculo pequeño marca los colores a 2 de ΔE*ab y un óvalo mucho más ancho en la dirección del croma, los que están a 2 de ΔE00. La muestra está a 2,0 de ΔE*ab y a 0,6 de ΔE00.

Por la metamería. Dos colores con espectros distintos pueden tener los mismos valores triestímulo en unas condiciones dadas^{Fuente 23}, y de esos tres números, X, Y y Z, salen las coordenadas L*a*b*^{Fuente 8}. Dos piezas así tienen curvas de reflectancia espectral distintas, y pueden verse iguales con una luz y distintas con otra^{Fuente 24}.

Ocurre al conseguir el mismo color con colorantes distintos, y el comprador suele exigir una igualación no metamérica^{Fuente 25}. La evaluación visual cuenta aún más si la pieza no es del mismo material que el patrón^{Fuente 3}.

Cabina de luz gris por dentro con dos placas de un gris azulado sobre un atril y, al lado, un espectrofotómetro con las curvas de reflectancia de las dos placas, distintas y cruzadas. Con la luz F11, un fluorescente tribanda, las placas se ven distintas, a 3,0 de ΔE00. Con la luz de día D65 dan los mismos L*a*b* y no se distinguen.

La figura usa un par metámero sintético, un gris azulado calculado con los datos oficiales de la CIE para coincidir exactamente con D65 y observador de 10°^{Fuente 26}. Su ΔE00 vale 0,8 con D50, 1,0 con F2, 2,8 con A y 3,0 con F11, y 1,8 con D65 al pasar al observador de 2°. El valor de F11 se eligió para que el efecto se vea, no es una tolerancia.

Se detecta midiendo con dos o más iluminantes de espectros muy distintos, como D65 y A^{Fuente 24}. La diferencia que aparece al cambiar de luz o de observador es el índice de metamería, y hay que indicar con qué fórmula se calculó^{Fuente 27}. ISO 18314-4 describe su cálculo para el cambio de iluminante^{Fuente 28} y ASTM D4086, cómo detectarla a ojo^{Fuente 25}. Como las fórmulas de diferencia de color están optimizadas para luz de día, con otras luces la cifra se confirma a ojo^{Fuente 5}.

Un colorímetro filtra la luz que refleja la muestra en tres bandas, roja, verde y azul, como los conos del ojo^{Fuente 1}. Es práctico para controles rutinarios, pero sin la curva espectral no detecta la metamería ni sirve para formular un color^{Fuente 1,Fuente 29}.

Un espectrofotómetro mide la reflectancia en cada longitud de onda, normalmente de 400 a 700 nm y a menudo cada 10 nm^{Fuente 1}. Con esa curva calcula el color con cualquier iluminante que tenga en memoria, por eso detecta la metamería^{Fuente 24}, y los de sobremesa suelen medir también en transmisión^{Fuente 1}.

La geometría es la forma en que el instrumento ilumina la muestra y recoge la luz, y cambia el valor medido^{Fuente 15}. Estas son dos de ellas.

• 45/0, que ilumina a 45° y mide a 0°, o al revés. Deja fuera el reflejo especular y se parece a cómo ve el ojo^{Fuente 1}.
• d/8, que ilumina de forma difusa con una esfera integradora y mide a 8°, con el reflejo especular incluido (SCI) o excluido (SCE)^{Fuente 1}.

El reflejo especular es la luz que rebota como en un espejo, y la que se dispersa en todas direcciones es la reflexión difusa. En una pieza brillante el reflejo especular es fuerte y la luz difusa más débil, y en una mate ocurre al revés^{Fuente 30}. Por eso, con un tinte parecido, una placa opaca brillante se ve más oscura que una mate^{Fuente 31}.

El modo SCE mide el color como lo mira una persona y sirve para comprobar en la línea que casa con el patrón. El modo SCI mide la reflexión total, que no depende del acabado si el material es el mismo, y sirve para ajustar fórmulas de color^{Fuente 30}.

Sí. ASTM D1729 considera esencial la evaluación visual normalizada en las igualaciones críticas y la recomienda para elegir o aprobar un color^{Fuente 3}. Se hace en una cabina de luz^{Fuente 33}, con luz de día simulada D65, que la norma da como la recomendada por la CIE, y quien observa debe tener muy buena visión del color y experiencia^{Fuente 3}.

Un fabricante de instrumentos cita el apartado de la norma que, para una evaluación crítica de materiales de claridad media, pide entre 1080 y 1340 lx en el centro de la zona observada^{Fuente 33}. La tolerancia instrumental debe contrastarse con esta evaluación^{Fuente 5}.

El plástico se inyecta a partir de granza, pequeños gránulos, y entre las formas habituales de darle color están el masterbatch, la mezcla preparada y la granza precoloreada^{Fuente 35}. Es el paso De la granza al color de nuestra portada, donde los tonos que se ven son de ejemplo.

En el masterbatch cuenta la dispersión, que el pigmento quede bien repartido. Se logra al fabricar el concentrado, con buena mezcla, mucha cizalla (el plástico fundido se amasa con fuerza) y la temperatura justa^{Fuente 36}.

Aunque la fórmula del color sea correcta, el resultado puede variar con la materia prima, el reciclado, la temperatura, el tiempo de residencia, el moldeo, el enfriamiento, la textura o la geometría de la pieza^{Fuente 37}.

• Tiempo de residencia, el que pasa la granza dentro del cilindro, expuesta al calor y a la cizalla^{Fuente 38}. Las condiciones de proceso pesan más con pigmentos sensibles al calor, con reciclado y en piezas translúcidas o de pared fina^{Fuente 37}.
• Espesor. La translucidez depende del espesor^{Fuente 39}, y en láminas transparentes un espesor distinto cambia el color^{Fuente 40}.
• Acabado. El brillo y la textura cambian el color que se ve aunque el material sea el mismo^{Fuente 30}.
• Reciclado. Si el material de entrada varía, puede hacer falta ajustar en línea la proporción de masterbatch para mantener el color^{Fuente 41}.

En nuestra guía de tipos de moldes de inyección verá qué supone cada sistema de colada cuando se cambia de color.

ASTM D2244 no fija una cifra para piezas de plástico. Según la norma, comprador y vendedor acuerdan la tolerancia y la forma de calcularla, porque cada material y cada uso pueden pedir la suya y el brillo o la textura influyen en lo que se acepta^{Fuente 5}.

Un fabricante de instrumentos cita 0,5 CMC o menos en automoción y 2,0 o más en impresión, y recuerda que la tolerancia debe ajustarse a lo que el proceso puede repetir^{Fuente 14}. No son cifras para su pieza, explican por qué la tolerancia se pacta.

1. Reúna piezas que aprobaría y piezas que rechazaría, entre 10 y 20 como mínimo según un fabricante de instrumentos, y mídalas^{Fuente 8}.
2. Fije el límite por debajo del ΔE de la muestra más cercana que quiera rechazar^{Fuente 8}.
3. Contraste esa tolerancia con una evaluación visual en cabina^{Fuente 5}.
4. Pida también ΔL*, Δa* y Δb*. El ΔE dice cuánto se aleja el color, pero no hacia dónde, y sin la dirección no se sabe cómo corregirlo^{Fuente 5,Fuente 9}.

• El patrón, la muestra aprobada con la que se compara la producción^{Fuente 7}.
• La fórmula, con sus factores si los tiene, y el valor máximo^{Fuente 5}.
• El iluminante, el observador y las luces de la prueba de metamería^{Fuente 24}.
• El instrumento, su geometría y si se mide en SCI o en SCE^{Fuente 15,Fuente 32}.
• Cómo se hará la evaluación visual^{Fuente 3}.

Si prepara una petición de presupuesto, añada estos datos a los de la pieza. En nuestra guía para pedir presupuesto de inyección de plástico verá qué más conviene enviar.

El que acuerden cliente y fabricante según la pieza, su uso y lo que el proceso pueda repetir^{Fuente 5,Fuente 14}. Sin su fórmula, su iluminante y su observador, la cifra no se puede interpretar ni comprobar.

Porque el brillo cambia el color que se ve^{Fuente 31}. Para comparar el color del material entre dos acabados distintos se mide con el reflejo especular incluido en las dos^{Fuente 32}.

Es más exigente, porque el material de entrada varía^{Fuente 37,Fuente 41}. Un estudio reciente con reciclado postindustrial mide con un sensor el color de las piezas inyectadas, calcula la dosis de masterbatch que hay que añadir y logra así un color más constante^{Fuente 41}.

Encontrará más respuestas cortas en las preguntas frecuentes de nuestra portada.

El color de una pieza empieza a decidirse antes de inyectarla, cuando se acuerda cómo se medirá y cuándo se dará por bueno. En Bersil fabricamos por inyección y soplado de plástico en Tibi (Alicante), con inyectoras de 100 a 500 t de fuerza de cierre, y nos devuelven menos del 1 % de las piezas.

Cuéntenos qué color necesita, con qué tiene que casar y con qué luz se verá, y lo estudiamos con usted. Puede hablar con nuestro equipo, que le atiende con un trato 100 % humano, o ver antes qué respalda nuestra calidad.