紙張表面光學特性的研究分析

劉傳杰+李玉梅

在印品質量評價過程中，紙張作為最主要的承印材料，評價紙張性能是一個必要的環節，紙張種類繁多且特性各異，不同特性對印品質量具有不同的影響，其中紙張光學特性對印刷圖像質量的影響是最重要的。正確認識紙張光學特性，掌握其優勢與不足，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，另一方面是開展產品設計與優化生產，制定生產過程控制參數的前提。

紙張表面光學特性的檢測

紙張表面光學特性是指紙張受光照射后紙張對光線的折射、透射和吸收的能力，包括紙張白度、不透明度、光澤度等。本實驗中，選取了5種不同類型的紙張并對紙張表面光學特性白度、不透明度、色度進行檢測。

1.實驗設備與材料

YT-48數顯白度儀，如圖1；

X-rite i1 Pro2分光光度計，見圖2；

5種噴墨打印紙；紙張編號與紙張類型見表1。

2.檢測原理與方法

①紙張白度的檢測

紙張白度的檢測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，測量紙張對主波長為457nm藍光的反射能力。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藍光作為測量光。

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白度儀測量各式樣的白度，并記錄數據。

②紙張不透明度的檢測

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

不透明度：

R0——試樣背襯黑體，漫反射因數Ry測定值；

R∞——多層試樣（不透明）Ry測定值。

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白度儀上用標準黑筒背襯，首先將手輪轉到Ry，把單張紙放在其上方，測定出反射率R0。再在單張紙下方放上一疊同種紙樣至不透光，測出其反射率R∞。R0與R∞之比乘100即為測得不透明度OP。全部試樣測試完畢后最好再測定一次標準值，以保證測試的精確度。

③紙張色度的檢測

紙張的色度反映紙張自身的顏色特性，色度是對顏色的度量，這種度量是對顏色的一種客觀描述，建立在人眼視覺生理基礎上，它是大多數人對顏色的平均視覺感受。通過使用分光光度計檢測紙張CIELab值，來反應紙張的色度。

首先要標準校正進行白板校正，將儀器測頭放在標準校正白板上，按下測頭保持平穩，直到校正完成抬起測頭。有時會出現讓校正黑筒，就把測頭放在黑筒上再校正一次。準備工作做好后，就可以進行紙張色度值的測定了。在每種紙樣上隨機選取10個點進行測試，并記錄每次測量的色度Lab值。

3.實驗數據匯總

5種紙張樣品中，每一種紙張白度測量10次并計算平均值結果精確到0.1，作為各紙樣的白度測量結果；同樣每一種紙樣分別測定10次，并計算不透明度OP（%），表示為OP=（R0/R∝）×100，并取其平均值作為該紙樣的測量結果；紙張色度Lab值的測量分別取每種紙樣的10個點進行測試，然后取其平均值結果精確到0.01，作為該紙樣色度測定結果。

數據綜合分析

綜合以上5種紙張不透明度、白度和色度檢測的實驗數據，如表2。

將紙張的3種表面光學特性不透明度、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，紙張色度的相對位置見圖5。

1.紙張不透明度檢測的數據分析

在紙張的不透明度檢測中，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較低，其中180g/m2的要低于190g/m2半光面相紙。從這些數據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，定量高其不透明度高。

這是因為紙張類型不同其紙張纖維、填料、膠料和涂料的類型、緊密度也不同，當空氣光照穿過紙張時的散射界面也不同，紙張的空隙越大，光散射能力越強，故紙張不透明度越低。相同類型的紙張其定量不同時，其不透明度不同是因為雖然紙張纖維、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，當光穿過紙面時，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.紙張白度檢測的數據分析

由上表2中的數據可知，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，故也導致不透明度升高。

比較紙張白度與色度值可以發現，白度最高的5#亞光噴墨紙也是偏藍色最嚴重的紙張，這是由于測量紙張白度用ISO白度來表示紙張白度，主要測量紙張對主波長為457nm藍光的反射能力，故紙張白度越高并非是人眼視覺白度最好的紙張，而可以相對反映紙張色度值。

③紙張色度檢測的數據分析

由表2的數據可以看出，在紙張色度檢測實驗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，5#紙張a、b值與其他值有明顯差異，視覺上呈藍紫色略偏藍。

結論

通過以上對紙張表面光學特性白度、不透明度和色度的檢測和數據分析，可以看出紙張各光學特性互相影響。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，一定范圍內白度越高其紙張偏藍色越嚴重。紙張各光學特性的不同將會如何影響紙張色彩復制能力，將會做進一步的實驗來探究說明，以選擇合適的紙張類型提高印刷色彩復制能力，來滿足客戶對高質量印刷品的需求。