Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Оптические свойства полиграфических материалов и продуктов. Учебное пособие
.pdf
Зеркальное отражение описывается формулами Френеля. Рассмотрим
частный случай, когда свет падает на бумагу перпендикулярно. Тогда
зеркальное отражение зависит от коэффициентов преломления следующим
образом:
Ρ = ,
(6)
где ρ – коэффициент отражения;
n – коэффициент преломления материала;
n0 – коэффициент преломления воздуха.
Принимая для целлюлозы n = 1,5, а для воздуха n0 = 1,0, из формулы
(6) получаем ρ = 4 %.
Таким образом, зеркальное отражение составит всего 4 %, а остальной
свет (96 %) проникнет в структуру бумаги (оттиска), т. е. к молекулам
пигмента, создающим цвет. Если поверхность шероховатая, свет рассеивается
от нее, и доля, проникающая в материал, уменьшается (рис. 6).
Рис. 6. Схема, иллюстрирующая формулу Френеля
Зеркальное отражение увеличивается с увеличением угла падения и
зависит от поляризации падающего света.
Субъективную оценку глянца называют глянцевитостью.
Существует пять различных типов глянцевитости: зеркальный глянец,
блеск, резкость (отчетливость) изображения, отсутствие ореольности.
Каждому типу глянцевитости соответствует определенный характер
распределения отраженного света. Этот перечень типов глянцевитости не
исчерпывает всех возможных случаев, он лишь показывает, что глянец –
11
далеко не простое свойство поверхности и что один-единственный
показатель глянца не может выразить многообразные свойства
поверхности. Иногда явление глянца для всех материалов качественно
описывают шестью перцепционными терминами: зеркальный глянец
(specular gloss), блеск (sheen), контрастный глянец (contrast gloss),
отсутствие ореольности (absent-of-bloom gloss), отчетливость изображения
(distinctness-of-reflected-image gloss) и отсутствие глянца, обусловленное
текстурой поверхности материала (absence-of-surface-texture gloss).
В результате исследований, выполненных CIE (Commission
Internationale de l’Eclairage – Международной комиссией по
освещенности), предложены четыре термина: зеркальный глянец (specular
gloss), контрастный глянец (contrast gloss (luster)), отраженная дымка
(reflextion haze) и блеск (sheen).
Глянец измеряется специальными приборами, называемыми
глянцметрами или глоссметрами, гляримерами (от англ. glare – блескость),
блескомерами. Образец освещается параллельными лучами под
определенным углом, а отраженный свет рассматривается под тем же самым
углом (рис. 7).
Рис. 7. Схема измерения глянца
Стандартных образцов для измерения показателя глянца не
существует. В качестве эталона, зеркально отражающего излучение,
12
используют черное полированное стекло: черный цвет исключает
Тип бумаги
Глянец Hunter, 75º
Глянцевая мелованная
50–100
Полуглянцевая мелованная
40–50
Полуматовая мелованная
35–45
Улучшенная матовая (Premium Silk)
25–35
рассеянное отражение, а полированная поверхность обеспечивает
зеркальное отражение, принятое за 100 %. Обычно используют углы
падения и отражения 20º, 60º и 75º (реже – 85º). В отечественных приборах
применяется угол 45º, но он менее информативен. Обычно бумагу с
высоким глянцем измеряют под малым углом (например, для глянцевых
мелованных бумаг применяют метод Sheen (блеск), 20º), а матовую – под
большим углом. Чаще всего угол 75º применяется для незапечатанных
бумаг и картонов, а угол 60º – для запечатанных и лакированных. Самые
распространенные методы – Hunter, 75º (ISO 8254-1, T480) и Lehman, 75º
(ISO 8254-2). Последний метод особенно популярен в Центральной
Европе, например в Германии. Но результаты, полученные разными
методами, даже при одинаковых углах измерения не сопоставимы. В
табл. 1 представлены некоторые данные по глянцу для разных типов
бумаги.
Таблица 1
Значения глянца (по Хантеру) для мелованных бумаг
Измеряя отражение не только под углом зеркального отражения, но
и при других различных углах, получают более полную информацию о
степени направленного отражения света, т. е. снимают так называемую
индикатрису рассеяния света (рис. 8).
13
Рис. 8. Индикатриса рассеяния света
Приборы, где можно измерять как угол освещения образца, так и
угол, под которым фотоприемник воспринимает отраженный свет,
называются гониофотометрами. Гониофотометрическая характеристика
является определяющей для глянца почти так же, как спектральная
характеристика для цвета (так называемый двунаправленный коэффициент
отражения, в английском варианте – BRDF – Bi-directional reflectance
distribution function). Измерять полностью всю область BRDF нет смысла
из-за трудоемкости процесса измерения. Опыт показывает, что наиболее
информативные гониофотометрические данные можно получить в
плоскости, проходящей через падающий луч и нормаль к образцу. Угол
освещения регулируется от 0 до 90º, а угол измерения (поворот образца) в
пределах 180º, т. е. от +90 до –90º. Такой способ позволяет уменьшить
количество измерений до 2,6 × 104.
На рис. 9 показан график зависимости отражения (в %) от угла
измерения при угле падения 60º. Из графика видно, что глянцевая бумага
имеет высокий и узкий пик, каландрированная бумага без покрытия –
более низкий и широкий, а матовая (шероховатая) бумага пика вообще не
имеет.
При выборе бумаги для печати следует помнить, что на
высокоглянцевых сортах хорошо воспроизводятся черно-белые и цветные
глянцевые фотографии и репродукции с картин масляной живописи, т. е.
такую бумагу выбирают, если оригинал сам является глянцевым. Для
14
печати текста глянец поверхности не нужен, а если необходимо печатать и
текст, и цветные иллюстрации, можно выбрать матовую мелованную
бумагу и печатать изображение глянцевыми красками или использовать
последующее лакирование.
Рис. 9. Графики зависимости отражения как функции угла измерения для различных
видов бумаги
Существует зависимость глянца от шероховатости поверхности: чем
глянец выше, тем больше гладкость (меньше шероховатость), но эта связь
не проста и не однозначна (рис. 10).
Рис. 10. Зависимость глянца от шероховатости поверхности бумаги
15
В табл. 2 представлены некоторые данные по глянцу, гладкости и
Бумага
Максимальный глянец
при 85º, отн. ед
(гониофотометр)
Гладкость/шероховатость
с лицевой стороны
Бекк, с Бендтсен,
мл/мин
Паркер,
мкм
LS,80
0,22
323
23
2,37
LS,100
0,22
386 9 2,37
LS,115
0,21
514 3 1,79
LS,130
0,19
492 0 1,62
US,80
0,33
423
13
2,04
LA,90
0,70
1412 0 1,39
LA,100
0,71
1249 0 1,46
LA,115
0,62
1176 0 1,41
LA,130
0,77
1581 0 1,35
UA,100
0,39
1040
12
1,63
RP,90
0,70
1934 3 1,54
шероховатости мелованных бумаг.
Таблица 2
Взаимосвязь между уровнем глянца и параметрами гладкости (шероховатости)
некоторых бумаг
Можно сказать только, что самый высокий глянец – у бумаги LA, 130,
при этом характеристики шероховатости по Бендтсену и Паркеру тоже
наилучшие, а гладкость по Бекку достаточно высока.
Следует помнить, что макронеровности бумаги, размер которых
сравним с длиной волны падающего света, вызывают изменение угла
отражения, а микронеровности (шероховатости), размер которых меньше
длины волны падающего света, приводят к возникновению сложных
дифракционных явлений.
16
Белизна. Степень белизны. Яркость
Вернемся к первому слагаемому равенства (1) – отраженному свету
J
. Обычная бумага машинной гладкости отражает свет рассеянно и
отр
равномерно во всех направлениях. Таким образом, под белизной можно
понимать способность отражать свет рассеянно и равномерно по всему
спектру. Это означает, что:
во-первых, шероховатая поверхность рассеивает отраженный
свет в разных направлениях;
во-вторых, спектральный состав света при отражении не
изменяется, и свет, отраженный от белой поверхности, при
освещении солнцем или искусственным источником будет
неокрашенным (ахроматическим).
Реальные тела никогда не отражают и не поглощают всего падающего
света. В природе нет ни абсолютно белых, ни абсолютно черных тел.
Степень белизны количественно выражается коэффициентом отражения
ρ
, т. е. отношением количества отраженного света к свету падающему:
б
ρ
где I
– отраженный свет;
отр
I
– падающий свет.
пад
б
= I
100 %, (7)
отр/Iпад
Белизна (whiteness) – субъективная характеристика, зависящая от
условий наблюдения. Поверхность может выглядеть по-разному при ярком
свете солнца и в слабом желтоватом свете лампы. Поэтому измерения
степени белизны материала производят при стандартном источнике света
D65. Итак, белизна – это результат визуального восприятия поверхности,
близкой к белой, в сравнении с эталоном. В качестве эталонов белизны
применяют пластины, покрытые оксидом магния (MgO) с коэффициентом
отражения до 97 % или сульфатом бария (BaSO4) c коэффициентом
отражения не менее 90 %.
17
Одним из широко используемых методов измерения является белизна
по CIE (Международная комиссия по освещенности).
Практически белизну бумаги определяют с помощью
фотоэлектрических приборов в синей зоне спектра при эффективной длине
волны 457 нм. За показатель белизны принимают коэффициент отражения
от верхнего образца светонепроницаемой стопки бумаги (пять
стандартных образцов). Сравнивая коэффициенты отражения ρ,
полученные за синим, зеленым и красным светофильтрами, можно судить
о наличии (или отсутствии) цветного оттенка. Если различие в
коэффициентах отражения в разных зонах спектра не превышает 5 %, то
глаз человека этого не воспринимает, и можно считать, что оттенка нет.
Самый распространенный оттенок бумаги – желтизна. Основная часть
процессов варки и отбелки целлюлозы направлена на удаление молекул
лигнина, поглощающих свет. Однако небольшая часть лигнина все же
остается в бумаге, что приводит к поглощению света в синей зоне.
Отбеленная целлюлоза (а особенно – древесная масса, где лигнин не
удаляется, а только обесцвечивается на некоторое время) не становится
белой: она всегда выглядит немного желтоватой. У бумажников есть два
пути уменьшения видимой желтизны:
добавление в волокнистую массу подсинителя – голубого
красителя или пигмента (этот технологический прием называется
подцветкой);
добавление бесцветного оптического отбеливателя – люминофора,
синее свечение которого эффективно скрывает желтизну бумаги.
Оптические отбеливатели (ООВ – оптически отбеливающие вещества,
или FWA – fluorescent whitening agent) – это чаще всего растворимые в
воде производные диаминостильбендисульфокислот, называемые
белофорами или бланкофорами, которые вводятся в состав бумажной
массы. Их также можно наносить и на поверхность уже готовой бумаги.
18
Применение ООВ иногда называют «физической отбелкой». На практике
Тип бумаги
1 2 3 4 5
L*a*b* 93/0/3
92/0/–3
87/–1/3
92/0/–3
88/0/6
Глянец
65
38
55 6 6
также используется комбинация этих двух методов – подцветки и
физической отбелки.
Из-за наличия оптического отбеливателя измеренная степень белизны
бумаги или картона может превышать 100 %. Так, например, для матовой
мелованной бумаги Lumi Silk белизна по ИСО 11475 (D65/10º) составляет
122 %, а для бумаги Union Silk белизна по ИСО 11476 (С/2º) – 133 %.
Газетные бумаги характеризуются невысокой белизной – 60–65 %,
книжно-журнальные с древесной массой (LWC) – 70–80 %, бумаги
premium класса – 93–98 %.
Полиграфическим стандартом ISO 12647-2 в качестве эталонных
выбраны пять типов бумаг, оптические характеристики которых
представлены в табл. 3:
1) 115 г/м2 глянцевая мелованная без древесной массы;
2) 115 г/м2 матовая мелованная без древесной массы;
3) 65 г/м2 мелованная для рулонного офсета (LWC);
4) 115 г/м2 офсетная белая;
5) 115 г/м2 офсетная желтоватая.
Таблица 3
Характеристики стандартных бумаг
Примечание. Условия измерения: источник D65, 2º, геометрия 0/45 – 45/0,
черная подложка, без поляризационного фильтра, CIE L*a*b*.
В будущем запланировано ввести в стандарт еще четыре типа бумаги:
1) SC – суперкаландрированная, 56 г/м2 (86/–1,5/3);
2) MFC – пухлая матовая мелованная (87/0/–1,5);
19
3) SNP – стандартная газетная (82/0/3);
4) LWC – улучшенная (89/0/–1, глянец (+/–)5).
От белизны бумаги существенно зависит контрастность
изображения. Контрастность тем больше, чем больше разница между
белизной бумаги (ρ
) и чернотой запечатываемых участков (ρп). Мера
б
контрастности (М.к) определяется по формуле:
М.к. = (ρб – ρ
)/ρ
100 %, (8)
п
б
где ρб – коэффициент отражения бумаги;
ρ
– коэффициент отражения запечатанных участков.
п
Чем больше контрастность, т. е. чем больше разница между
элементами изображения и фоном, тем лучше воспринимается
изображение. Но слишком высокая белизна находится в противоречии с
удобочитаемостью: глаза быстро утомляются, и удобочитаемость может
существенно снизиться (в худшем случае до 80 %!).
Особенно важна белизна бумаги при печатании цветных
иллюстраций. На недостаточно белой бумаге с желтоватым оттенком цвет
на оттиске, по сравнению с оригиналом, передается с искажением.
Таким образом, для офисных бумаг весьма желательна очень высокая
белизна (96–98 %), обеспечивающая высокую контрастность, так как
документы мы читаем недолго. Для книжно-журнальной продукции
выбирают шероховатую бумагу с белизной 85–88 % и легким желтоватым
оттенком. Иллюстрированные многокрасочные издания печатают на
бумаге с белизной 90–95 % и более.
Подводя итоги, отметим, что белизна бумаги зависит от следующих
важнейших факторов:
вида и белизны исходных волокон (технологии отбелки);
белизны и количества вводимых минеральных наполнителей;
подцветки и оптических отбеливателей;
состава покровного слоя (для мелованных бумаг).
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]