第六章 纸张的光学性质

第六章 纸张的光学性质
主要内容
➢ 纸和纸板的白度与颜色 ➢ 透明度和不透明度
➢ 纸和纸板的表面光泽度
➢ 纸张的光散射对网目调印刷品质量 的影响
➢ 纸张的表面效率
第一节 概 述
纸
入射光
镜面反射光
页
表
扩散反射光
面
的
光
吸收
学
现 象
镜面透射光
扩散透射光
光束
镜面反射
镜面透射 折射
吸收 扩散反射
散射 扩散透射
不透明度的测量原理
当纸页背衬为白体时，透过纸页的光照射到白 体表面将反射回纸页，再从纸页中部分射出，如图 中(a)所示，从而增加了纸面的扩散反射率。
当纸页背衬为黑体时，透过纸页的光被黑体全 部吸收，因而无附加反射光。
这两种情况下反射率的差别取决于总透射光的 量。如果无光透过纸页，两种情况反射率相等，反 差率为1.0，即不透明度为100％；如果所有光都 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。
光泽度测量时， 所选光入射角度不 同，结果也不同。 入射角越大，镜面反 射率越大，光泽度值越高，反之亦然。
光泽度值的高低不仅取决于物体的 表面特性，而且取决于测量角度。
光泽度值还受照明和观察角度范围 的影响。
涂料纸与非涂料纸的反射率分布
三、光泽度与印刷品质量的关系
1. 纸张光泽度与表观平滑度的关系
光泽度和平滑度都是物体的表面特性，二 者均取决于物体表面的微观结构。
（1）光泽度与物体的表观平滑度相关 （2 ）压光可改善纸张的光泽度 （3） 涂布对纸张的光泽度有影响
2.影响印刷品光泽度的因素
纸张、油墨和印刷品表面印后加工方式。
（1）纸张对印品光泽度的影响
纸张表面平滑度、光泽性、吸墨性、 强度、pH值
第二节 纸和纸板的白度与颜色
一、白 度
白度是指物质本质上具有的洁白程度， 是对可见光在所有波长范围内均匀漫反射 的总反射率。
纸张及纸板白色程度包括了各种 复杂的因素，是纸张总光谱反射率、 照明能量分布、观察条件和观察者特 性的函数。
造 纸 工 业 中 的 白 度 (brightness) ， 大 多 数 纸张是基于测量纸张对主波长为457nm光的反 射率。
TAPPI白度测量
三、视觉白度
1
概念
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。
在造纸过程中加入与纸浆
2
颜色互补的染料，虽然会减少
总反射率，但提高了反射率的
染料
均匀性，因而视觉上觉得白度
更高。
3
荧光 染料
光学增白剂吸收紫外光而放出蓝光， 会增加照在纸上可见光的反射率。
常用的荧光染料放射出的光正好是纸 张吸收的可见光部分，这种染料不仅能增 加总反射率，而且使纸张在可见光整个波 长范围内的反射率更为均匀，这种双重作 用使得纸张的视觉白度显著增加。
OP= Rpo/Rp∞
Rpo — 印区反面的反射率 Rp∞ — 未印区反面在足够厚层为背衬时的反射率
OP值与印刷不透明度之差间接表示了油墨的渗透程度。
透背strike through：
油墨或连接料从纸面透过纸张，在纸背面出现 污迹的情况。油墨黏度过低、纸张吸收性过强、不 透明度低。
透印 print through：
对于镜面，照射其上面的光几乎全部 在镜面方向反射。
对于完全扩散即“无光泽”表面，则 在任何角度方向反射都一样，向各方向反 射。
大多数纸张既不是完全无光泽的，也 不是完全镜面的，而是介于两者之间。
光泽度是印刷纸非常重要指标。 纸张可分为有光纸和无光纸两大类。
纸张光泽度由低到高，可分为非涂料纸、 轻量涂料纸、涂料纸、铜版纸和铸涂纸。
A.纸张光泽度与印刷品的光泽度
要印制高光泽度的印刷品，常常需选用高光 泽度的纸张。印刷品光泽度随纸张本身光泽度的 提高而提高。
对于同一涂布量的纸来说，纸张光泽高并不 意味着用它印制的印刷品光泽度也高。这是因为 影响印刷面 平滑度的因素，不单是纸张的光泽 度的缘故，一些无光涂料纸由于印刷时能获得均 匀平滑的印刷表面，同样可获得高光泽的印刷品。
1．定量
增加定量会导致散射能力增加，因 而能增加纸张的不透明度，散射能力与 定量成正比例关系。
2. 纸张的紧度
紧度与不透明度成反比。 表观密度增加，通常在纸内产生较多的光学接 触，会降低纸张的不透明度。 打浆、湿压和压光等都能增加纸张的表现密度 （紧度）。
在湿含量低于6％的条件下，压光纸页导 致表观密度的增加，不会产生更多的光学接触， 因而对纸张不透明度的影响不明显。
一、纸张的透明度
透明率可量度透明度，透明率是镜面 透射率与总透射率的比值，是评价纸张透 明度最好的方法。
透明度是描图纸Βιβλιοθήκη Baidu复制纸及某些包装 纸的十分重要的质量指标。
二、纸张的不透明度（opacity）
不透明度是纸张对光线透射的抵制能 力，它是决定纸张经印刷后是否发生透印 的重要方面。
白纸的不透明度是由透过纸张的光线 强度与照射光线强度的比率来度量的。
纤维都几乎处于纸页平面上，光线仅横向通过它们，纤维长度对纸张不透明度
的影响也非常小或几乎没有。
➢不透明度均随纤维大小的减小而增加。细小纤维吸收光
的程度高，因而能产生相当高的不透明度。
➢浆料的蒸煮程度、打浆和压榨程度以及其他影响 纸页粘结程度的造纸因素对纸张的不透明度都有影 响。 ➢浆料反射能力越低，纸张不透明度越高。
加填时加入高折射率的颜料如钛白、 锌白，涂蜡后纸张仍将保持高的不透明度。
五、不透明度与印刷质量的关系
➢ 印刷纸需要较高的不透明度 ➢ 不透明度低易造成透背（投影）和透印
第四节 纸和纸板的表面光泽度
光泽度(gloss) ： 纸面反射入射光能力方面（镜面
反射光能力）与完全镜面反射能力的 接近程度。
光泽度作为纸张表面的特性，取决于 纸张表面镜面反射光的能力。
用水蒸气超级压光纸页或压光湿含量较高 的纸页，密度增加后则会产生更多的光学接触， 从而会减少纸张的不透明度。光学接触面积增 加，光线的散射和反射减少，不透明度降低。
3．测量光的波长
测量光的波长主要影响纸张的吸收能 力。由于纸张吸收较多的蓝光，因而用蓝 光测量白纸的不透明度比用红光测量的不 透明度要高得多。
一、光泽度的表示法
镜面光泽度 GS=S/I 反差光泽度 GC=S/D
S镜面反射光量 I入射光量 D总反射光量
镜面光泽(a)与反差光泽(b)
二、光泽度的测量
测量纸张光泽度使用光泽度仪，大 多数光泽度仪是测量物体表面镜面反射 率，即镜面光泽度。
光泽度仪的组成
光泽度仪由光源、产生平行光束的校 正棱镜、限制平行光束的光栅和镜面方向 反射光检测装置组成。测量时，将纸张反 射率与已知反射率的物体进行比较。
不透明度是书刊、证券、书写纸等非 常重要的性质，对于纸张在印刷或书写后 是否会产生透印起着决定作用。
用于包装照相胶片的黑纸是绝对不允 许光线透过的，这类纸可以称得上是完全 “不透明体”。
1．不透明度的测量
不透明度是由总透射光量决定的，通 常是用反差率来描述纸张的不透明度。
反差率是单张纸背衬黑体时的扩散反 射率与背衬白体时扩散反射率的比率。
B. 印刷不透明度
印刷不透明度＝R0/R ∞
R0 单张纸背衬黑体时的反射率 R∞单张纸背衬足够厚相同纸层时的反射率
印刷不透明度较好地量度了纸张印刷后透背的性质，透背 是透印的一个重要组成部分。 印刷不透明度测试方法已定为ISO方法，我国采用此方法。
C. IGT印刷不透明度
在IGT印刷适性仪上，以一定印刷条件印 刷纸样，纸样印区反面的反射率与未印区反面 在足够厚纸层上反射率之比称为IGT印刷不透 明度。
对于大多数浆料，由于光学接触的增 加而导致的散射系数的减少比由于比表面 积的增加而导致的散射系数的增加要重要 得多，打浆会降低不透明度。
湿压不会增加纤维比表面，但会增加 纸内各粒子间的粘结，即光学接触，湿压 总是降低纸张的不透明度。
9．涂蜡
石蜡或折射率与纤维素接近的物质浸 入纸张，纸张的不透明度会大大降低。加 填或涂布纸张，涂蜡后纸张的不透明度也 将非常低。
原纸的白度低，被原纸表面吸收的光量 增加，再通过涂层反射出来的光减少，从而 会降低涂布面的白度。
第三节 透明度和不透明度
➢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。 ➢理想的透明材料，应是不反射、散射和吸 收照射其上面的光，而无散射地透过所有 的光。 ➢当光通过物体发生散射和扩散透射时，该 物体便称为半透明体。几乎所有的纸张都 是半透明体。
印在纸张上的图文在背面可见，油墨渗透到纸 张背面。
透印
PT=log1/OP PT=PTST+PTPP+PTVS
PTST透背所致透印成分 PTPP颜料渗透所致透印成分 PTVS连接料渗透所致透印成分
透印取决于油墨对纸张的渗透和纸张的不透明度。
四、影响纸张不透明度的因素
影响纸张不透明度的因素相当多，凡 能增加散射能力和吸收能力的任何因素都 将影响纸张的不透明度。
凡能测量反射率的仪器也能测量不 透明度。
2．不透明度的表示方法
➢ TAPPI不透明度 ➢ 印刷不透明度 ➢ IGT印刷不透明度
A. TAPPI不透明度
C0.89=R0/R0.89
R0 单张纸背衬黑体时的反射率 R0.89 单张纸背衬为反射率89％白体时的反射率
按TAPPI方法T425（Opacity of paper）所给条件 进行不透明度的测量。
使用100％的漂白纸浆抄造的高级 纸，以及用它作为原纸的高级涂料印刷 纸的白度在80％ISO左右。配有机械木 浆的中级纸及中级涂料印刷纸的白度就 会低一些，纸的白度取决于使用的浆料 的白度以及浆料的配比。
4．涂料的白度
涂料印刷纸的白度是由原纸的白度、涂 料的白度以及涂布量来确定的。
原纸的白度高于涂层，一些透过涂层的 光线将被原纸表面反射回去，并再次通过深 层涂层的表面反射出来，则白度也可提高。
在欧洲和北美地区，测量新闻纸的白度， 是基于测量纸张在光谱中绿光范围(主波长为 557nm)光的反射率。这种物理测量的白度与我 们视觉上感觉到的白色程度(whiteness)是有差 别的。
二、白度的测量
常用的测量仪器，是测量纸张对主波 长为457nm蓝光的反射能力。
在美国，普遍使用的是前造纸化学学 院(IPC)研究制造的测试仪器，1941年定 为TAPPI标准方法，测量结果称为TAPPI 白度，也是我国纸张白度的标准测量方法。
（7）
四、印刷纸白度的重要性
印刷品的反差是随纸张白度增加而增 加。
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。
对于彩色印刷品，应采用高白度的纸 张进行印刷。对于书刊这类经常阅读的印 刷品，由于高的白度常导致不良的阅读效 果，用纸的白度不必太高。
五、影响纸张白度的因素
1．填料的白度 填料的白度因其种类和等级的不
同，有较大的差别。如果使用比浆料的 白度高的填料，则加填量越多，纸张的 白度就越高。
2．染料
每种染料都有一定的特性波长，在该 波长处吸收光最多，即最大吸收波长。
在选择染料时，应使该染料在测量白 度的光波长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的白 度。
3．浆料的白度
浆料白度是影响纸张白度最重 要的因素。
6．填料
填料能显著地增加纸张的光散射能 力，从而增加纸张的不透明度。
填料的散射系数取决于颜料粒子的大小和颜 料粒子在纸中的分散程度。
粒子直径减小时，光通过空气-填料界面的 次数增加因而散射能力增加。如果填料粒子直径 小于入射光波长的一半时，将失去散射能力，所 以，一般填料粒子的有效直径不能小于0.5微米。
填料粒子在纸中的不适当分散会形成粒子间 的光学接触，相当于形成了更大直径的粒子，因 而会减少散射能力。
7．染料
染料对不透明度的影响非常明显， 即使加入少量的染料也会导致不透明度 显著增加，当测量光波长与染料的最大 吸收波长相对应时，染料产生最大的不 透明效应。
8．打浆与湿压
打浆对不透明度有两个相反方面的作用。 ➢一方面，打浆增加了纤维发生光散射的总面 积，从而能增加不透明度； ➢另一方面打浆能增加纤维间粘结面从而增加 了纤维间的光学接触面积，这会导致不透明度 降低。
用于测试有色纸的最大不透明度光的 波长取决于纸张的颜色。
4．反射能力
反射能力(R0)取决于吸收系数与散射系 数的比值，它的减少会导致张不透明度的增 加，反射率每减少2.0个单位，不透明度约 增加1.0个单位。
白度高的纸张比同一定量值的白度低的 纸张的不透明度要低。
5．浆料
➢浆料的不透明度取决于纤维的细度(即纤维直径)。