纸张表面光学特性的研究分析

刘传杰+李玉梅

在印品质量评价过程中，纸张作为最主要的承印材料，评价纸张性能是一个必要的环节，纸张种类繁多且特性各异，不同特性对印品质量具有不同的影响，其中纸张光学特性对印刷图像质量的影响是最重要的。正确认识纸张光学特性，掌握其优势与不足，一方面可为客户合理选择承印纸张，制作符合要求的印品提供依据，另一方面是开展产品设计与优化生产，制定生产过程控制参数的前提。

纸张表面光学特性的检测

纸张表面光学特性是指纸张受光照射后纸张对光线的折射、透射和吸收的能力，包括紙张白度、不透明度、光泽度等。本实验中，选取了5种不同类型的纸张并对纸张表面光学特性白度、不透明度、色度进行检测。

1.实验设备与材料

YT-48数显白度仪，如图1；

X-rite i1 Pro2分光光度计，见图2；

5种喷墨打印纸；纸张编号与纸张类型见表1。

2.检测原理与方法

①纸张白度的检测

纸张白度的检测即度量纸张受光照射后全反射的能力，也就是纸张光亮程度。目前使用的白度仪，使用D65光源，测量纸张对主波长为457nm蓝光的反射能力。该方法将平行光束以45°角照射到纸张表面，然后测量纸张法线方向的反射率，在入射光中放滤色片滤去红外光，在反射光中放滤色片提供457nm蓝光作为测量光。

每种纸样都沿着纸的横向取样，切取10mm×10mm的试样10张，保持试样的清洁。使用上述YT-48白度仪测量各式样的白度，并记录数据。

②纸张不透明度的检测

纸张的不透明度用纸张受光照射时光线吸收量与反射量的比值率来表示。通常采用反差率来描述纸张的不透明度，指单张纸背衬黑体时的扩散反射率与背衬白体时的扩散反射率的比率。

不透明度：

R0——试样背衬黑体，漫反射因数Ry测定值；

R∞——多层试样（不透明）Ry测定值。

同样每种纸样另切取10mm×10mm的试样10张，保持试样的清洁。在上述YT-48白度仪上用标准黑筒背衬，首先将手轮转到Ry，把单张纸放在其上方，测定出反射率R0。再在单张纸下方放上一叠同种纸样至不透光，测出其反射率R∞。R0与R∞之比乘100即为测得不透明度OP。全部试样测试完毕后最好再测定一次标准值，以保证测试的精确度。

③纸张色度的检测

纸张的色度反映纸张自身的颜色特性，色度是对颜色的度量，这种度量是对颜色的一种客观描述，建立在人眼视觉生理基础上，它是大多数人对颜色的平均视觉感受。通过使用分光光度计检测纸张CIELab值，来反应纸张的色度。

首先要标准校正进行白板校正，将仪器测头放在标准校正白板上，按下测头保持平稳，直到校正完成抬起测头。有时会出现让校正黑筒，就把测头放在黑筒上再校正一次。准备工作做好后，就可以进行纸张色度值的测定了。在每种纸样上随机选取10个点进行测试，并记录每次测量的色度Lab值。

3.实验数据汇总

5种纸张样品中，每一种纸张白度测量10次并计算平均值结果精确到0.1，作为各纸样的白度测量结果；同样每一种纸样分别测定10次，并计算不透明度OP（%），表示为OP=（R0/R∝）×100，并取其平均值作为该纸样的测量结果；纸张色度Lab值的测量分别取每种纸样的10个点进行测试，然后取其平均值结果精确到0.01，作为该纸样色度测定结果。

数据综合分析

综合以上5种纸张不透明度、白度和色度检测的实验数据，如表2。

将纸张的3种表面光学特性不透明度、白度和色度分别作图，比较5种纸张的表面光学特性有何不同，并分析其原因。5种纸张的白度见图3，不透明度见图4，纸张色度的相对位置见图5。

1.纸张不透明度检测的数据分析

在纸张的不透明度检测中，所选择5种纸张中不透明度较高是哑光喷墨纸和高光相片纸，而半光面相纸的不透明度相对较低，其中180g/m2的要低于190g/m2半光面相纸。从这些数据中可以分析出中纸张不透明度和纸张类型还与其定量相关，定量高其不透明度高。

这是因为纸张类型不同其纸张纤维、填料、胶料和涂料的类型、紧密度也不同，当空气光照穿过纸张时的散射界面也不同，纸张的空隙越大，光散射能力越强，故纸张不透明度越低。相同类型的纸张其定量不同时，其不透明度不同是因为虽然纸张纤维、胶料、涂料和填料类型相同，但其定量不同，紧密度不同，定量越高，其紧密度越高，当光穿过纸面时，定量越高的纸张其空隙少散射界面少，透过纸张的光量少故其不透明度也就越高。

2.纸张白度检测的数据分析

由上表2中的数据可知，所选择的5种纸张中，哑光喷墨纸的白度最高超过90，这些纸张都经过涂布工艺，即将白度很高的颜料均匀涂布在纸张上，以大大提高纸张的白度，哑光喷墨纸是亚光涂布。相应亚光喷墨纸的不透明度也较高，在纸张表面涂布胶料和白色颜料，故也导致不透明度升高。

比较纸张白度与色度值可以发现，白度最高的5#亚光喷墨纸也是偏蓝色最严重的纸张，这是由于测量纸张白度用ISO白度来表示纸张白度，主要测量纸张对主波长为457nm蓝光的反射能力，故纸张白度越高并非是人眼视觉白度最好的纸张，而可以相对反映纸张色度值。

③纸张色度检测的数据分析

由表2的数据可以看出，在纸张色度检测实验中高光相片纸和半光面纸的明度L值比较接近，只有亚光喷墨纸亮度差异较大，亚光喷墨纸（书纸）亮度为96.05，而亚光喷墨纸（彩喷纸）其亮度仅有90.91，心理色度a、b值差异较大，1#纸和2#接近视觉白度，3#纸和4#纸可算接近视觉白度并有些偏蓝，5#纸张a、b值与其他值有明显差异，视觉上呈蓝紫色略偏蓝。

结论

通过以上对纸张表面光学特性白度、不透明度和色度的检测和数据分析，可以看出纸张各光学特性互相影响。纸张不透明度随纸张种类和克重变化，同类纸张克重越高不透明度越高，纸张ISO白度一定程度上反映纸张色度，一定范围内白度越高其纸张偏蓝色越严重。纸张各光学特性的不同将会如何影响纸张色彩复制能力，将会做进一步的实验来探究说明，以选择合适的纸张类型提高印刷色彩复制能力，来满足客户对高质量印刷品的需求。