第五章--纸张的光学性质

12本章学习目标1了解纸张光泽度对印品质量的重要性，掌握纸张光泽度的定义及检测方法；2了解纸张白度的重要性，掌握纸张白度的定义及检测方法；3掌握纸张不透明度的定义及检测方法，明确其在印刷中的重要意义；4了解光学现象对印品复制质量的影响。3本章重点与难点1掌握纸张光泽度的定义及检测方法；2掌握纸张白度的定义及检测方法；3掌握纸张不透明度的定义及检测方法，及其在印刷中的重要意义。45-1概述光照在纸张表面发生的光学现象示意图：折射入射光镜面反射镜面透射折射吸收纸内界面散射镜面透射→→→→→→镜面透射光镜面反射→→→→→→镜面反射光扩散反射光扩散透射光光泽度不透明度入射光61、定义:纸张在反射入射光能力上与完全镜面反射能力的接近程度。纸张表面介于完全无光泽表面和完全镜面之间。5-2纸张的表面光泽度（☆☆）取决于纸张表面的镜面反射能力。2、表示方法：镜面光泽度反射光泽度造纸、印刷业的光泽度7一、光泽度的表示方法1、镜面光泽度（GS）物体镜面反射光量（S）与入射光量（I）之比2、反差光泽度（GC）物体镜面反射光量（S）与总反射光量（D）之比又称对比光泽度,该指标描述了物体表面偏离镜面光泽的程度，特别适合描述低光泽表面。8二、光泽度的测量测量仪器---光泽度仪白纸光泽度（镜面光泽度）——纸面表面镜面反射光能力与完全镜面反射能力的接近程度。印刷光泽度——用IGT印刷适性仪以一定印刷条件印在试样上的墨层干燥后，在光线照射下沿同一方向反射光的能力。9（1）镜面光泽度测定标准板：一块抛光黑玻璃，以其表面的镜面反射率为100%，在同样条件下，测量纸张表面反射率并与之相比.入射角75度,以抛光黑玻璃作为工作标准，黑玻璃优于白玻璃。光电器件（镜面方向反射光检测装置）光源透镜（产生平行光束的校正棱镜）试样压板（限制平行光束的光栅）a)测量原理：10用平行光束以一定角度照射纸张表面，测量其表面镜面反射率，该反射率相对于标准板的百分率作为试样的光泽度。光电器件（镜面方向反射光检测装置）光源透镜（产生平行光束的校正棱镜）试样压板（限制平行光束的光栅）11入射光角度不同，测量结果也不同。为便于比较，测量结果应注明测量仪器和测量角度。b)镜面光泽度的测试类型:①200角测定法：一般用于铸涂纸、蜡光纸等高光泽度的纸张不适用于光泽度较低的涂布纸。②450角测定法：主要适用于铝箔纸、真空镀铝纸等金属复合纸的镜面光泽度测试或高光泽的涂料纸。③600角测定法：主要适用于高光泽的涂料纸。④750角测定法：主要适用于涂布纸，也可用于未涂布纸。或低印刷光泽度的纸张印样，适用于大多数纸12c)影响测量结果的因素①物体表面特性②入射光的入射角度：入射角↑，镜面反射率↑，光泽度值↑，反之亦然。③测量仪器：结果中须注明④照明条件：入射光的波长等特征⑤观察条件：所采取的角度范围①仪器：IGT印刷适性仪②实验：先印试样，等吊凉干燥后48小时内用光泽度仪进行测量。（2）纸张印刷光泽度测定1314三、光泽度与表观平滑度的关系（☆☆）1、物体表面镜面反射光强度公式cos410eIIcos40eII式中：I0——入射光的强度；I——镜面反射光的强度；θ——入射角；λ——光的波长；σ——物体表面粗糙度（均方根粗糙度）物体表面镜面反射光量随物体表面平滑度的提高而增加152、纸张表面镜面反射光强度与表观平滑度的关系分析方法为实际测量----作图分析结果纸张表面粗糙度↑，光泽度值↓测量平滑度的方法与光泽度的相关性表观平滑度—相关性高印刷平滑度—相关性低15163、不同纸张表面光泽度比较加工方式对光泽度的影响未涂布未压光纸未涂布压光纸涂布未压光纸涂布压光纸高光泽铸涂纸压光和涂布可以提高纸张的表面光泽度，压光↑，光泽度↑；涂布量↑，光泽度↑。17四、纸张表面光泽度对印刷品质量的影响1、对印刷品光泽度的影响快干油墨的印品光泽度大于慢干油墨(1)纸张表面光泽度越高，印刷品光泽度就越高(2)相同光泽度下：(3)光泽度低而高平滑度的纸张仍可获得高印品光泽度182、对着墨效率的影响着墨效率指在纸面印以一定墨膜厚度时的印刷密度。同样墨膜厚度下，印刷密度↑，着墨效率↑。检测结果表明：印刷时，印刷纸光泽度↑，着墨效率↑。密度平滑度：印刷品反射密度随纸面墨膜厚度而增加的快慢程度，单位1/μm。纸张铜版纸胶版纸新闻纸光泽度%66.314.98.9密度平滑度(μm-1)0.510.230.15P71表5-2纸张光泽度对密度平滑度的影响♦不同的印刷品，对印刷纸的光泽度有不同的要求;光泽度均匀性比光泽的平均水平更为重要。195-3纸和纸板的白度与颜色(一)白度纸张的白度是纸张对主波长为457nm的蓝光的反射率与标准白板的反射率之比的百分率。DatacolorELREPHOTAPPI白度测量20(二)视觉白度视觉白度是纸面白光总反射率和在整个波长上反射率均匀性的结合。提高视觉白度的方法：加与纸浆颜色互补的染料加荧光增白剂（染料）21(三)印刷纸白度的重要性与油墨形成足够的反差、保持油墨本色。因大多数彩色油墨都为透明或半透明的，纸面的反射光会通过墨层透射出来，高白度纸张的反射光不会干扰油墨的颜色。纸张白度，印刷品的反差，层次丰富；白度，纸面反射光通过墨层透射光强。彩色印刷品应采用高白度纸张进行印刷,在80%左右；书刊类，采用纸张的白度不必太高,55%以上即可。22(四)影响纸张白度的因素1．浆料的白度：最重要的影响因素；2．染料：染料的选择应在测量白度的光波附近不会影响其反射率，既能调正纸张颜色，又不明显地影响纸张白度；3．填料：取决于其种类及等级。4．涂料：涂料纸白度=原纸白度+涂料白度+涂布量原纸白度＞涂层白度→纸张白度↑；反之亦然涂料中TiO2(白度高且不透明),涂层白度；覆盖原纸颜色，使涂布层表面的度得到进一步提高。23透明度与不透明度区别：二者有关联，但有各自不同的意义。不透明度取决于总透射光量，透明度仅取决于镜面透射光量。理想透明材料：不反射、不散射、不吸收照射在其上面的光，而透过所有的光。入射光镜面反射光扩散反射吸收扩散透射镜面透射5-4纸和纸板的透明度与不透明度24二、纸张的不透明度——表示纸张对光线透射的抵制能力由透过纸张的光线强度与入射光线强度的比率来度量。一、纸张的透明度——表示纸张透过光线的能力透明率＝镜面透射率/总透射率描图纸、复制纸和某些包装纸的重要质量指标.印刷纸、书写纸等纸张的重要指标.1、不透明度的测量25%100(%)射率背衬白体时单张纸的反射率背衬黑体时单张纸的反＝反差率-----通过测量反差率来表征26测量原理：背衬白体，白体表面有扩散反射.背衬黑体时，透射光被黑体全部吸收，无附加反射光.①如果无光透过纸页，两种情况下反射率相等，反差率为1.0，即不透明度为100％；②如果有光全透过纸页，则背衬黑体时反射率为0，因而反差率为0，即不透明度为0。2．不透明度的表示方法27（1）TAPPI不透明度单张纸背衬黑体时的反射率R0与相同点背衬有效反射率为89%白体时反射率R0.98的比率，记作C0.98。%100RRC89.0o89.0＝TAPPI不透明度→印刷不透明度→IGT印刷不透明度→%100RRC89.0o89.0＝%100RRo印刷不透明度%100ppoRROP（2）印刷不透明度（ISO方法）28单张纸背衬黑体时反射率R0与背衬相同纸纸层时反射率R∞的比值。印刷不透明度较好的量度了纸张印刷后透背的性质。%100RRo印刷不透明度（3）IGT印刷不透明度29在IGT印刷适性仪上，以一定印刷条件下印刷试样，纸样印区反面反射率RP0与未印区反面在足够厚纸上反射率RP∞之比，称为IGT印刷不透明度。%100ppoRROPOP值与印刷不透明度之差间接表示了油墨的渗透程度IGT印刷不透明度与(ISO)印刷不透明度具有一定的可比性，增加了油墨层，可看出油墨的渗透作用对纸张不透明度的影响。30三、透印（printthrough）1．透印（IGT印刷不透明度）定义：其中：PTst:因纸张透背所致透印组分；PTpp:因油墨中颜料渗透所致透印组分；PTvs:因油墨中连结料从油墨整体分离渗入纸张孔隙取代空气所致透印组分。2．透背（印刷不透明度）近似：popRROPPTlog)1log(透印值oSTRRPTlogvsppstPTPTPTPT31四、影响纸张不透明度的因素（☆☆）1．反射能力反射能力：反射能力取决于吸收系数与散射系数的比值。反射能力↓,纸张的不透明度↑。2．测量光的波长主要影响纸张的吸收能力(蓝光测量)。蓝光范围吸收能力大,不透明度↑。3．染料加入染料,纸张不透明度↑↑。当测量波长与染料的最大吸收波长相对应，染料产生最大不透明效应。324．定量定量增加，则散射能力提高，纸张不透明度↑。5．打浆与湿压打浆有两个相反作用：（1）打浆增加了纤维发生散射的总面积，导致不透明度的增加。（2）打浆增加纤维间结合面，从而增加纤维间光学接触面积，导致不透明度降低。第二种情况占主导作用，即打浆使不透明度↓。湿压增加光学接触面积，使不透明度↓。336.表观密度表观密度↑，光学接触增加，使不透明度↓。7.填料填料的加入提高了纸张的不透明度，其主要作用是由于增加了散射界面，且颜料－空气界面折射率最大。8．涂蜡石蜡的折射率与纸张的折射率接近，故涂蜡将明显会降低纸张的不透明度。9．浆料：对浆料而言，不透明度取决于纤维的直径。纤维越细，吸收光的程度越大，不透明度越高。345-5纸张的光散射对网目调印刷品质量的影响印刷品反射密度增加图像层次反差下降图像清晰度下降光线照射网目调印刷品351、对印刷密度的影响使印刷密度提高网目调印刷,黑墨，印刷品的光反射率会下降，下降程度随网点密度的增加而增加。网点密度50%的印品试样，其总光反射率小于原反射率的一半原因：部分扩散反射光线被墨层吸收36印刷品密度(反射密度)DR与光反射率之间的关系：IIRDR0lg1lgR---反射率I0---入射光量I---反射光量R↓，DR（反射密度）↑对于50%网点印刷的印品，R（反射率）的降低量大于50%，反射密度值也大于预计的量。372、对图像反差的影响纸张的光散射(扩散反射)现象，减少了空白部分与网点部分的密度差，造成图像层次反差下降。----使图像反差下降图像层次反差下降383、对图像清晰度的影响——导致图像边缘模糊A、纸张内部光散射导致光学网点增大。B、网点边缘部分的密度低实测反射密度越靠近空白处，穿出的光越强，密度降低越多不同承印材料上图像清晰度的比较金属印刷＞塑料印刷＞涂料纸印刷＞非涂料纸印刷395-6纸张的表面效率一、定义纸张表面效率是将纸张光泽度和吸墨能力结合起来考核的物理量，按下式计算：2(%)(%)100(%)GAPSE式中：PSE↑——纸张表面效率↑A——纸张的油墨吸收能力（K&N值）,G——纸张的光泽度(75o角镜面光泽)。吸收性越大，PSE越差；光泽度越大，PSE越好。40二、纸张表面效率的确定1、由PSE公式计算：2、查表面效率图GATF表面效率图A＝10％，G＝10％，查得纸张的PSE＝50％A＝90％，G＝10％，查得纸张的PSE＝10％41三、纸张表面效率对油墨呈色效果的影响1、表面效率↑，油墨的色强度↑2、表面效率↑，油墨的色效率↑3、表面效率↑，油墨的色偏↓4、表面效率↑，油墨的灰度↓通常以品红墨的色偏和青色墨的灰度来衡量颜色变化和油墨质量。纸张表面效率高则油墨呈色效果好。意义：(1)为了印刷制版校色、调整灰平衡提供数据(2)为造纸厂生产彩色印刷用纸时，全面控制质量提供可靠数据。