Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Оптические свойства полиграфических материалов и продуктов. Учебное пособие
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна»
ВЫСШАЯ ШКОЛА ПЕЧАТИ И МЕДИАТЕХНОЛОГИЙ
И. Г. Груздева, М. А. Канатенко
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ПОЛИГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ПРОДУКТОВ
Учебное пособие
Для студентов, обучающихся по направлению подготовки
29.03.03 Технология полиграфического и упаковочного производства
профиль Технология полиграфического производства
Санкт-Петербург
Санкт-Петербургский государственный университет
промышленных технологий и дизайна
2017
УДК 655
ББК 37.8
Издание рекомендовано к публикации на заседании кафедры
Технологии полиграфического и упаковочного производства
протокол № 4 от 08.12.2016 г.
Утверждено Редакционно-издательским советом СПбГУПТД
в качестве методических указаний
Груздева, И. Г.
Оптические свойства полиграфических материалов и продуктов : учеб. пособие / И. Г. Груздева, М. А. Канатенко. – СПб.:
СПбГУПТД, 2017. – 80 с.
УДК 655
ББК 37.8
Учебное издание соответствует содержанию дисциплины Б1.В.ДВ.10
Оптические свойства полиграфических материалов и продуктов направления подготовки 29.03.03 Технология полиграфического и упаковочного производства профиль Технология полиграфического производства.
Электронное учебное издание зарегистрировано
СПбГУПТД
№ 71 от 03.03.2017
© СПбГУПТД, 2017
СОДЕРЖАНИЕ
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1. Оптические свойства запечатываемых материалов
(бумаги и картона) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1. Общие понятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2. Понятие о теории Гуревича–Кубелки–Мунка . . . . . . . . . . . . . . 30
1.3. Влияние факторов производства
на оптические свойства бумаги. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Вопросы для самопроверки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2. Оптические свойства красок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.1. Цветовые характеристики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2. Прозрачность и кроющая способность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.3. Глянец (блеск) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.4. Интенсивность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.5. Светостойкость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.6. Пигменты со специальными свойствами (пигменты с
оптическими эффектами) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Вопросы для самопроверки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3. Методические указания к выполнению контрольной работы
(для студентов заочной формы обучения). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4. Варианты контрольной работы (для студентов заочной формы
обучения) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
Список использованных источников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
ВВЕДЕНИЕ
Оптические свойства полиграфических материалов и полученных
оттисков являются важнейшими в группе печатных свойств, так как
именно они определяют качество печатной продукции и ее визуальное
восприятие. В данном учебном издании раскрываются основные вопросы оптики бумаги и краски, а также методы оценки оптических свойств,
применяемые в полиграфической, целлюлозно-бумажной и лакокрасочной промышленности. Для закрепления изучаемого материала в конце
каждого раздела даны вопросы для самопроверки.
В конце учебного издания представлены краткие методические указания и задания для выполнения контрольной работы студентами, обучающимися заочно.
Сведения, изложенные в учебном издании, также могут быть полезны при изучении дисциплин материаловедческого профиля («Материаловедение в полиграфическом и упаковочном производствах»,
«Материалы полиграфического производства», «Полимерные материалы
и пластмассы в полиграфической технике и технологии») и других дисциплин, предусмотренных учебными планами кафедры ТПП ВШПМ
СПбГУПТД.
4
1. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗАПЕЧАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
(бумаги и картона)
Оптические свойства являются одной из важнейших групп
печатно-технических свойств бумаги и картона. К ним относятся:
белизна или цвет;
глянец (лоск);
прозрачность и светопроницаемость;
светостойкость.
В частности, от них зависят такие характеристики, как контрастность
изображения, точность цветопередачи при многокрасочной печати и
внешний вид печатной продукции в целом.
1.1. Общие понятия
Рассмотрим световой поток, падающий на поверхность белой бумаги
(J
) (рис. 1).
пад
Рис. 1. Схема разделения светового потока, падающего на поверхность бумаги
Свет частично отражается от поверхности (J
поглощается материалом (J
) и частично проходит сквозь него (Jпр), т. е.
погл
), частично
отр
справедливо равенство:
5
J
пад
= J
отр
+ J
+ Jпр (1)
погл
Печатная бумага газетных и книжно-журнальных сортов и марок
отражает в среднем 60–85 % падающего света, поглощает 15–30 % и
пропускает около 10 %.
Если разделить все слагаемые формулы (1) на J
, получим:
пад
+ + (2)
где J
J
погл/Jпад
– светорассеяние;
отр/Jпад
J
Jпр/J
– светопоглощение;
погл/Jпад
– светопропускание.
пад
Отношение J
называется коэффициентом отражения ρ;
отр/Jпад
– коэффициентом поглощения α, Jпр/J
– коэффициентом
пад
пропускания τ.
Прежде чем рассматривать особенности поведения света в толще
бумаге, необходимо вспомнить элементарные сведения из курса физики.
Как известно, свет представляет собой электромагнитное излучение,
распространяющееся со скоростью около 300 000 км/с. Скорость света
уменьшается, когда он попадает в какую-либо среду, например в воду или
стекло. Отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде
(материале) называется показателем (коэффициентом) преломления и
обозначается буквой n:
n = с
в вакууме/св среде
(3)
Это так называемый абсолютный показатель преломления. Если
речь идет о двух каких-либо средах, то относительный показатель
преломления – это отношение скорости света в среде, из которой свет
попадает на границу раздела, к скорости света во второй среде. На рис. 2
показана схема отклонения пучка света в результате преломления при
вхождении в более плотную среду.
6
Рис. 2. Отклонение пучка света в результате преломления при вхождении в более
плотную среду (закон Снеллиуса)
Величина отклонения пучка света такова, что отношение синуса угла
падения i к синусу угла преломления r обратно пропорционально
отношению показателей преломления соответствующих сред и зависит от
длины волны света и свойств этих сред. Выражение (4) известно как закон
Снеллиуса:
= = (4)
где i – угол падения;
r – угол преломления;
n1, n2 – показатели преломления двух сред;
υ
– скорости света в двух средах.
1, υ2
Таким образом, коэффициент преломления оказывается основным
оптическим параметром, который определяет, как свет отражается и как
изменяет направление, проникая в материал.
Коэффициент преломления воздуха близок к 1 (точнее – 1,0003).
Поэтому свет имеет почти одинаковую скорость и в воздухе, и в вакууме.
Для воды n = 1,3, а стекло и целлюлоза имеют n = 1,5. Когда свет попадает
на целлюлозное волокно, большая его часть отражается, часть преломляется и
попадает внутрь материала, где рассеивается, и только небольшая часть света,
отражаясь и преломляясь от второй поверхности, покидает материал в виде
7
проходящего света (Jпр). Таким образом, в бумаге происходит ряд различных
оптических явлений: диффузное (рассеянное) отражение, преломление,
дифракция и поглощение света (рис. 3).
Рис. 3. Оптические явления в бумаге
Бумага является сложной многокомпонентной системой, состоящей из
переплетенных волокон, частиц минерального наполнителя и воздуха. Свет
отражается волокнами и частицами наполнителя как от поверхности, так и
изнутри бумаги. Часть поглощенного света после многократных отражений и
преломлений вновь достигает поверхности бумаги и отражается от нее под всеми
возможными углами. Другая часть поглощается волокнами и наполнителем.
Некоторое количество света проходит через бумагу. Человеческий глаз не может
увидеть всех этих процессов. Мы воспринимаем их в виде отражения,
рассеянного от поверхности (диффузного отражения) (рис. 4).
Рис. 4. Условная схема диффузного отражения
Кроме отражения, преломления и поглощения, существует
четвертый вид взаимодействия, обычно называемый дифракцией (см.
рис. 3). В других контекстах под дифракцией обычно понимают весь
8
процесс рассеяния света, но в области бумажной технологии дифракция
является лишь одним из аспектов светорассеяния. Дифракция происходит,
когда свет попадает на частицы или поры, сравнимые по размеру с длиной
волны видимого света, т. е. менее 1 мкм (диапазон видимого света – 360–
780 нм). Эти малые частицы колеблются с той же частотой, что и световая
волна, и таким образом играют роль новых источников света. Если же
частицы или поры меньше половины длины световой волны, дифракция
уменьшается и свет проходит мимо таких частиц, не вызывая никакого
эффекта. Таким образом, отражение, преломление и дифракция вместе
образуют понятие, называемое светорассеянием.
Белизна печатной бумаги и ее глянец (лоск) определяются
количеством и характером отраженного света (формулы 1 и 2).
Глянец (лоск)
Отражение от поверхности бумаги не является полностью
рассеянным. Его характер можно сделать «более направленным» путем
специальной обработки, например мелования или каландрирования.
Рассмотрим возможные случаи (рис. 5).
Рис. 5. Схема отражения света: а – зеркальное; б – диффузное от матовой бумаги;
в – диффузное от глянцевой бумаги
Зеркальное отражение, когда угол падения равен углу отражения
(рис. 5, а), характерно для оптически гладких поверхностей: так отражают
свет зеркало или полированное стекло. Диффузное (рассеянное) отражение
характерно для матовой (шероховатой) поверхности (рис. 5, б): так
отражает свет, например, бумага машинной гладкости. Глянцевая бумага
9
(рис. 5, в) имеет характер отражения, частично приближающийся к
зеркальному, т. е. на фоне общего диффузного отражения наблюдается его
максимум под углом, равным углу падения. Образуется так называемый
блик. Это создает оптический эффект, используемый при печати,
например, рекламных изданий, иллюстрированных журналов,
эксклюзивной упаковки и т. д. Таким образом, под глянцем (лоском)
понимают долю света в %, отраженную от поверхности под углом, равным
углу падения:
Л = (J
где J
– зеркально отраженный свет;
отр.зерк
J
– отраженный свет.
отр
отр.зерк
/ J
) × 100 %, (5)
отр
Для получения глянцевой поверхности бумаги ее обрабатывают в
суперкаландрах. Самый высокий глянец имеют мелованные бумаги и
картоны (и среди них – материалы так называемого литого мелования).
Преимуществами глянцевых поверхностей являются блеск, яркость и
насыщенность изображения, но при этом становятся заметными все
дефекты. Также существует противоречие между глянцем и пухлостью
(толщиной и жесткостью картона из-за каландрирования). Кроме того,
высокий глянец ухудшает удобочитаемость текста.
Хорошо известно, что цвета на глянцевых материалах всегда кажутся
более яркими и насыщенными. Почему так происходит? Рассмотрим это
явление с точки зрения оптических процессов. Зеркальное отражение
является поверхностным, так как отраженный свет не взаимодействует с
красящим веществом (пигментом краски), поэтому зеркально отраженный
свет бесцветен. В этом легко убедиться, рассматривая бумагу с высоким
глянцем в зеркально отраженном свете лампы, – цвета печати исчезают в
области зеркального отражения. Таким образом, отраженный свет имеет тот
же спектральный состав, что и свет лампы, и не зависит от свойств бумаги.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]