紙張表面光學(xué)特性的研究分析

劉傳杰+李玉梅

在印品質(zhì)量評(píng)價(jià)過程中，紙張作為最主要的承印材料，評(píng)價(jià)紙張性能是一個(gè)必要的環(huán)節(jié)，紙張種類繁多且特性各異，不同特性對(duì)印品質(zhì)量具有不同的影響，其中紙張光學(xué)特性對(duì)印刷圖像質(zhì)量的影響是最重要的。正確認(rèn)識(shí)紙張光學(xué)特性，掌握其優(yōu)勢(shì)與不足，一方面可為客戶合理選擇承印紙張，制作符合要求的印品提供依據(jù)，另一方面是開展產(chǎn)品設(shè)計(jì)與優(yōu)化生產(chǎn)，制定生產(chǎn)過程控制參數(shù)的前提。

紙張表面光學(xué)特性的檢測(cè)

紙張表面光學(xué)特性是指紙張受光照射后紙張對(duì)光線的折射、透射和吸收的能力，包括紙張白度、不透明度、光澤度等。本實(shí)驗(yàn)中，選取了5種不同類型的紙張并對(duì)紙張表面光學(xué)特性白度、不透明度、色度進(jìn)行檢測(cè)。

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料

YT-48數(shù)顯白度儀，如圖1；

X-rite i1 Pro2分光光度計(jì)，見圖2；

5種噴墨打印紙；紙張編號(hào)與紙張類型見表1。

2.檢測(cè)原理與方法

①紙張白度的檢測(cè)

紙張白度的檢測(cè)即度量紙張受光照射后全反射的能力，也就是紙張光亮程度。目前使用的白度儀，使用D65光源，測(cè)量紙張對(duì)主波長(zhǎng)為457nm藍(lán)光的反射能力。該方法將平行光束以45°角照射到紙張表面，然后測(cè)量紙張法線方向的反射率，在入射光中放濾色片濾去紅外光，在反射光中放濾色片提供457nm藍(lán)光作為測(cè)量光。

每種紙樣都沿著紙的橫向取樣，切取10mm×10mm的試樣10張，保持試樣的清潔。使用上述YT-48白度儀測(cè)量各式樣的白度，并記錄數(shù)據(jù)。

②紙張不透明度的檢測(cè)

紙張的不透明度用紙張受光照射時(shí)光線吸收量與反射量的比值率來(lái)表示。通常采用反差率來(lái)描述紙張的不透明度，指單張紙背襯黑體時(shí)的擴(kuò)散反射率與背襯白體時(shí)的擴(kuò)散反射率的比率。

不透明度：

R0——試樣背襯黑體，漫反射因數(shù)Ry測(cè)定值；

R∞——多層試樣（不透明）Ry測(cè)定值。

同樣每種紙樣另切取10mm×10mm的試樣10張，保持試樣的清潔。在上述YT-48白度儀上用標(biāo)準(zhǔn)黑筒背襯，首先將手輪轉(zhuǎn)到Ry，把單張紙放在其上方，測(cè)定出反射率R0。再在單張紙下方放上一疊同種紙樣至不透光，測(cè)出其反射率R∞。R0與R∞之比乘100即為測(cè)得不透明度OP。全部試樣測(cè)試完畢后最好再測(cè)定一次標(biāo)準(zhǔn)值，以保證測(cè)試的精確度。

③紙張色度的檢測(cè)

紙張的色度反映紙張自身的顏色特性，色度是對(duì)顏色的度量，這種度量是對(duì)顏色的一種客觀描述，建立在人眼視覺生理基礎(chǔ)上，它是大多數(shù)人對(duì)顏色的平均視覺感受。通過使用分光光度計(jì)檢測(cè)紙張CIELab值，來(lái)反應(yīng)紙張的色度。

首先要標(biāo)準(zhǔn)校正進(jìn)行白板校正，將儀器測(cè)頭放在標(biāo)準(zhǔn)校正白板上，按下測(cè)頭保持平穩(wěn)，直到校正完成抬起測(cè)頭。有時(shí)會(huì)出現(xiàn)讓校正黑筒，就把測(cè)頭放在黑筒上再校正一次。準(zhǔn)備工作做好后，就可以進(jìn)行紙張色度值的測(cè)定了。在每種紙樣上隨機(jī)選取10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，并記錄每次測(cè)量的色度Lab值。

3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總

5種紙張樣品中，每一種紙張白度測(cè)量10次并計(jì)算平均值結(jié)果精確到0.1，作為各紙樣的白度測(cè)量結(jié)果；同樣每一種紙樣分別測(cè)定10次，并計(jì)算不透明度OP（%），表示為OP=（R0/R∝）×100，并取其平均值作為該紙樣的測(cè)量結(jié)果；紙張色度Lab值的測(cè)量分別取每種紙樣的10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，然后取其平均值結(jié)果精確到0.01，作為該紙樣色度測(cè)定結(jié)果。

數(shù)據(jù)綜合分析

綜合以上5種紙張不透明度、白度和色度檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表2。

將紙張的3種表面光學(xué)特性不透明度、白度和色度分別作圖，比較5種紙張的表面光學(xué)特性有何不同，并分析其原因。5種紙張的白度見圖3，不透明度見圖4，紙張色度的相對(duì)位置見圖5。

1.紙張不透明度檢測(cè)的數(shù)據(jù)分析

在紙張的不透明度檢測(cè)中，所選擇5種紙張中不透明度較高是啞光噴墨紙和高光相片紙，而半光面相紙的不透明度相對(duì)較低，其中180g/m2的要低于190g/m2半光面相紙。從這些數(shù)據(jù)中可以分析出中紙張不透明度和紙張類型還與其定量相關(guān)，定量高其不透明度高。

這是因?yàn)榧垙堫愋筒煌浼垙埨w維、填料、膠料和涂料的類型、緊密度也不同，當(dāng)空氣光照穿過紙張時(shí)的散射界面也不同，紙張的空隙越大，光散射能力越強(qiáng)，故紙張不透明度越低。相同類型的紙張其定量不同時(shí)，其不透明度不同是因?yàn)殡m然紙張纖維、膠料、涂料和填料類型相同，但其定量不同，緊密度不同，定量越高，其緊密度越高，當(dāng)光穿過紙面時(shí)，定量越高的紙張其空隙少散射界面少，透過紙張的光量少故其不透明度也就越高。

2.紙張白度檢測(cè)的數(shù)據(jù)分析

由上表2中的數(shù)據(jù)可知，所選擇的5種紙張中，啞光噴墨紙的白度最高超過90，這些紙張都經(jīng)過涂布工藝，即將白度很高的顏料均勻涂布在紙張上，以大大提高紙張的白度，啞光噴墨紙是亞光涂布。相應(yīng)亞光噴墨紙的不透明度也較高，在紙張表面涂布膠料和白色顏料，故也導(dǎo)致不透明度升高。

比較紙張白度與色度值可以發(fā)現(xiàn)，白度最高的5#亞光噴墨紙也是偏藍(lán)色最嚴(yán)重的紙張，這是由于測(cè)量紙張白度用ISO白度來(lái)表示紙張白度，主要測(cè)量紙張對(duì)主波長(zhǎng)為457nm藍(lán)光的反射能力，故紙張白度越高并非是人眼視覺白度最好的紙張，而可以相對(duì)反映紙張色度值。

③紙張色度檢測(cè)的數(shù)據(jù)分析

由表2的數(shù)據(jù)可以看出，在紙張色度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中高光相片紙和半光面紙的明度L值比較接近，只有亞光噴墨紙亮度差異較大，亞光噴墨紙（書紙）亮度為96.05，而亞光噴墨紙（彩噴紙）其亮度僅有90.91，心理色度a、b值差異較大，1#紙和2#接近視覺白度，3#紙和4#紙可算接近視覺白度并有些偏藍(lán)，5#紙張a、b值與其他值有明顯差異，視覺上呈藍(lán)紫色略偏藍(lán)。

結(jié)論

通過以上對(duì)紙張表面光學(xué)特性白度、不透明度和色度的檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析，可以看出紙張各光學(xué)特性互相影響。紙張不透明度隨紙張種類和克重變化，同類紙張克重越高不透明度越高，紙張ISO白度一定程度上反映紙張色度，一定范圍內(nèi)白度越高其紙張偏藍(lán)色越嚴(yán)重。紙張各光學(xué)特性的不同將會(huì)如何影響紙張色彩復(fù)制能力，將會(huì)做進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來(lái)探究說(shuō)明，以選擇合適的紙張類型提高印刷色彩復(fù)制能力，來(lái)滿足客戶對(duì)高質(zhì)量印刷品的需求。