Белизна
Приборное определение белизны материалов задача технически сложная. Слишком много влияющих факторов, которые имеют техническую неопределённость. Существует, например, проблема поддержания и поверки эталонов, стабильности источников света — все они “стареют” и найти два с одинаковыми характеристиками почти невозможно, существует проблема чувствительности измерительных приборов при измерениях бумаги разного цвета и т.д.
На измерения в видимой части спектра влияет и невидимое, коротковолновое, ультрафиолетовое излучение. Строго говоря, для оценки оптических характеристик материала надо определять весь его спектр отражения. Однако практически удобнее, сравнивая образцы, сравнивать две цифры, что не позволяет делать сравнение непрерывных спектров.
- белизна (Brightness), как коэффициент отражения волн в диапазоне 457 нм;
- белизна CIE (Whitness), рассчитанная по координатам цветности;
- светлота CIE, определяемая в координатах цветности L, a*, b*.
Стандартная белизна (Brightness), бумаги — это коэффициент диффузного отражения поверхности бумаги при освещении её определённым источником света, измеренный при длине волны 457 нм.
Белизна измеряется фотометрами, спектрофотометрами. Так белизна измеряется по стандартам различных стран и по международному стандарту. При измерениях по ГОСТ 30113, совпадающему со стандартом ИСО 2470, белизна может привышать 100 процентов.
При измерениях белизны (как и при других цветовых измерениях) важно оговаривать источник освещения при котором проводятся измерения. Таких источников используется, как правило, четыре: “А”, “В”, “С”, “Д65”. Источник “А” воспроизводит условия среднего искуственного освещения электрическими лампами накаливания, “В” — нарма прямого солнечного цвета, “С” — флюоресцентной ртутной лампы, “Д65” — дневного света.
Так как измерения по этому методу проводятся в узком диапазоне спектра (около 457 нм), а глаз человека видит весь спектр от 400 до 700 нм, корреляция с визуальной оценкой не всегда хорошая.
Белизна CIE (Whitness), рассчитывается по координатам цветности и координатам цвета (для этого определяется значение CIE- оттенок (CIE- Tint) величина даёт впечатление о степени белизны образца, содержащего ООВ и элементы оттеночного красителя. Это даёт довольно точную корреляцию с глазом человека и является одним из лучших методов измерения белизны.
Недостатки этой системы измерения:
- В качестве официального он может использоваться только для сравнения образцов, испытанных одним спектрофотометром и в одно время. Это связано с отличиями приборов и источников света;
- Измеряемый образец должен быть достаточно белым. Газетная бумага, например, даёт ошибочные результаты. Тёмно-голубой оттенок завышает значения белизны CIE.
Светлота CIE, определяется в совокупности с координатами цветности а* и b*. И представляет собой разницу между чёрным и белым. Для идеально белого L = 100. Для идеально чёрного — 0.
В качестве иллюстрации различий в определении белизны бумаги в зависимости от метода и использованных приборов, приведём несколько обработанные данные из доклада сделанного на конференции Технической ассоциации бумажной индустрии (PITA) в Манчестере в октябре 1997 года А. Тиндалем (фирма “Клариант”) “Производство и измерение белизны”.
Измерения одного и того же образца бумаги производились тремя спектрофотометрами:
- Elrepho 2000 с использованием компьютерной программы фирмы “Клариант”;
- Datacolor Spectraflash 500;
- Minolta CM-2002 .
Гладкость (шероховатость)
Геометрия поверхности бумаги характеризуется показателем гладкости или шероховатости.
“Геометрия поверхности” бумаги определяется не только микронеровностями, но и макронеровностями. Первые обусловлены микрогеометрией, вторые распределением массы по площади.
Существует группа наиболее распространенных методов, в которых гладкость измеряется с помощью потока воздуха.
Наиболее распространены методы измерения на приборе Бендтсена Шеффилда и Паркера (шероховатость). Бекка (гладкость).
Сущность метода Бекка заключается в измерении времени, необходимого для прохождения воздуха определенного объема в вакуумную камеру между поверхностями испытуемого образца и стеклянной полированной пластины определенной площади, прижатых с определенным давлением. Гладкость измеряется в секундах. Чем выше гладкость, тем больше значение показателя.
Строгих зависимостей между значениями показателей гладкости (шероховатости), измеренных разными методами, нет. Существует качественная зависимость между значениями гладкости по Бекку и шероховатости по Бендтсену.
На приборах Бендтсена, Шеффилда измеряется поток воздуха, проходящий при постоянном давлении между поверхностью кольца и листом бумаги.
Шероховатость по Бендтсену выражают в мл/мин, по Шеффилду в единицах Шеффилда.
На рисунках приведены качественные зависимости между параметрами, определёнными разными методами. Они позволяют оценить характер изменения одного параметра в зависимости от изменения другого и могут помочь при сравнении показателей гладкости и шероховатости образцов, измеренных разными методами.
Метод Паркера (PPS) служит для измерения шероховатость бумаги и картона в условиях близких к условиям печатной машины. Результат измерения шероховатости по Паркеру выражается в микронах.
Отбор проб
При отборе проб необходимо соблюсти последовательность операций:
- от партии продукции отобрать единицы продукции;
- от единиц продукции отбирают листы;
- из отобранных листов отбирают и нарезают листы проб (пробы);
- в соответствии с требованиями стандартов на методы конкретных испытаний нарезают образцы для испытаний.
Листы не должны иметь морщин и складок, должны быть плоскими. Вырезаться они должны из неповреждённых листов продукции. Кромки отбираемых листов должны быть параллельны машинному и поперечному направлению бумаги. Листы пробы должны быть размером примерно ( 300 х 450) мм.
В обращении с листами пробы нужно соблюдать осторожность защищая от воздействия солнечного света, жидкостей, изменения влажности и других нежелательных воздействий (ГОСТ Отбор проб для определения среднего качества).
Для приведения условий испытаний в сопоставимые условия образцы бумаги перед испытаниями приводят в некие стандартные условия по влажности и температуре. Да и сами испытания проводят в этих условиях. Такое приведение образцов в стандартные условия называется кондиционированием.
Условия кондиционирования бывают трёх видов, как указано в таблице. Чаще используются условия кондиционирования при 50% относительной влажности воздуха. Специальные условия используются, например, при кондиционировании банкнотной бумаги.
Температура, 0С | Относительная влажность, % | Характеристика режима |
23±1 | 50±2 | Условия кондиционирования большинства печатных видов бумаги |
27±1 | 65±2 | Для тропических условий |
20±1 | 65±2 | Для специальных условий |
Образцы выдерживают до достижения ими равновесной влажности, которая считается достигнутой, если при двух последовательных взвешиваниях образца, проведенных через 1 ч, последняя масса отличается от предыдущей не более чем на 0,25%.
При хранении и испытании образцов равновесная влажность не должна изменяться (ГОСТ 13523–78. Метод кондиционирования образцов).
Структура и свойства бумаги
Правильный выбор бумаги по её свойствам позволяет получить необходимое качество конкретной полиграфической продукции. Первым показателем является масса одного квадратного метра (г/м2). По принятой классификации масса 1 м2 печатной бумаги может составлять от 40 до 250 грамм.
Геометрические:
гладкость, толщина и масса 1 м2, плотность и пористость;Оптические:оптическая яркость, непрозрачность, глянец;Механические(прочностные и деформационные): прочность поверхности к выщипыванию, разрывная длина или прочность на разрыв, прочность на излом, сопротивление раздиранию, сопротивление расслаиванию, жесткость, упругость при сжатии и т.д.Сорбционные:влагопрочность, гидрофобность, способность впитывать растворители печатных красок.
Все эти показатели имеют тесную зависимость друг от друга. Степень их влияния на оценку печатных свойств бумаги различна для различных способов печати.
Бумагу часто классифицируют по степени отделки поверхности. Это может быть бумага без отделки — матовая, бумага машинной гладкости и глазированная (иначе каландрированная) бумага, которую дополнительно обрабатывали в суперкаландрах для придания ей высокой плотности и гладкости.
Геометрические свойствабумаги
Гладкость
бумаги, то есть микрорельеф, микрогеометрия ее поверхности определяет «разрешающую способность» бумаги: ее способность передавать без разрывов и искажений тончайшие красочные линии, точки и их комбинации. Это одно из важнейших печатных свойств бумаги.
Чем выше гладкость бумаги, тем больше полнота контакта между ее поверхностью и печатной формой, тем меньшее давление нужно приложить при печатании, тем выше качество изображения. Гладкость бумаги определяется в секундах с помощью пневматических приборов или с помощью профилограмм, дающих наглядное представление о характере поверхности бумаги.
Различные способы печати предъявляют к бумаге различные требования по гладкости. Так каландрированная типографская бумага должна иметь гладкость от 100 до 250 сек., а офсетная бумага той же степени отделки может иметь гладкость гораздо ниже — 80-150 сек.
Бумага для глубокой печати отличается повышенной гладкостью, которая составляет от 300 до 700 сек. Газетная бумага не может быть гладкой в силу высокой пористости. Существенно улучшает гладкость поверхности нанесение любого покровного слоя — будь то поверхностная проклейка, пигментирование, легкое или простое мелование, которое, в свою очередь может быть различным: односторонним и двухсторонним, однократным и многократным и т.д.
Поверхностная проклейка — это нанесение на поверхность бумаги тонкого слоя проклеивающих веществ (масса покрытия составляет до 6 г/м2 с целью обеспечения высокой прочности поверхности бумаги, предохраняющей ее от выщипывания отдельных волокон липкими красками, а также для уменьшения деформации бумаги при увлажнении для обеспечения точного совпадения красок в процессе многокрасочной печати. Особенно это важно для офсетной и литографской печати, когда бумага подвергается увлажнению водой в процессе печати.
Пигментирование и мелование бумаги отличаются только массой наносимого покрытия. Так считается, что масса покровного слоя в пигментированных бумагах не превышает 14 г/м2, а в мелованных бумагах достигает 40 г/м2. Меловой слой отличается высокой степенью белизны и гладкости.
Высокая гладкость — одна из наиболее важных характеристик мелованных бумаг. Их гладкость достигает 1000 сек. и более, а высота рельефа не превышает 1 мкм. Показатель гладкости не только обеспечивает оптимальное взаимодействие бумаги и краски, но и улучшает оптические свойства поверхности, воспринимающей красочное изображение. Высокая гладкость мелованной бумаги позволяет вести печать с хорошей пропечаткой при малых толщинах красочного слоя.
Обратной величиной гладкости является шероховатость
, которая измеряется в микрометрах. Она напрямую характеризует микрорельеф поверхности бумаги. Как правило, в технических спецификациях бумаги указывают одну из двух этих величин.
Важной геометрической характеристикой бумаги, наряду с толщиной и массой 1 м2, является пухлость
. Она характеризует степень спрессованности бумаги и очень тесно связана с такой оптической характеристикой, как непрозрачность. То есть, чем пухлее бумага, тем она более непрозрачна при равном граммаже. Пухлость измеряется в см3/г. Пухлость печатных бумаг колеблется, в среднем, от 2 см3/г (для рыхлых, пористых) до 0,73 см3/г (для высокоплотных каландрированных бумаг).
{В практическом приложении это означает, что, если брать более пухлую бумагу меньшего граммажа, то при равной непрозрачности, в тонне бумаги будет больше листов}
Пористость
непосредственно влияет на впитывающую способность бумаги, то есть на ее способность воспринимать печатную краску и вполне может служить характеристикой структуры бумаги. Бумага является пористо-капиллярным материалом, при этом различают макро- и микропористость.
Макропоры, или просто поры, — это пространства между волокнами, заполненные воздухом и влагой. Микропоры, или капилляры, — мельчайшие пространства неопределенной формы, пронизывающие покровный слой мелованных бумаг, а также образующиеся между частичками наполнителя или между ними и стенками целлюлозных волокон у немелованных бумаг.
Капилляры есть и внутри целлюлозных волокон. Все немелованные, не слишком уплотненные бумаги, например, газетная — макропористые. Общий объем пор в таких бумагах достигает 60% и более, а средний радиус пор составляет около 0,16-0,18 мкм. Такие бумаги хорошо впитывают краску, благодаря своей рыхлой структуре, то есть сильноразвитой внутренней поверхности.
Мелованные бумаги относятся к микропористым, иначе капиллярным бумагам. Они тоже хорошо впитывают краску, но уже под действием сил капиллярного давления. Здесь пористость составляет всего лишь 30%, а размер пор не превышает 0,03 мкм. Остальные бумаги занимают промежуточное положение.
{Фактически, это означает, что при печати на офсетной бумаге в поры проникают как растворители, содержащиеся в краске, так и красящие пигменты. Таким образом, концентрация пигмента на поверхности невелика и невозможно добиться насыщенных цветов.
Оптические свойствабумаги
Особое место в структуре печатных свойств бумаги занимают оптические свойства, то есть белизна, непрозрачность, лоск(глянец).
Оптическая яркость
— это способность бумаги отражать свет рассеянно и равномерно во всех направлениях. Высокая оптическая яркость для печатных бумаг весьма желательна, так как четкость, удобочитаемость издания зависит от контрастности запечатанных и пробельных участков оттиска.
При многокрасочной печати, цветовая точность изображения, ее соответствие оригиналу возможны только при печатании на достаточно белой бумаге. Для повышения оптической яркости в дорогие высококачественные бумаги добавляют так называемые оптические отбеливатели — люминофоры, а также синие и фиолетовые красители, устраняющие желтоватый оттенок, присущий целлюлозным волокнам.
Этот технологический прием называют подцветкой. Так, мелованные бумаги без оптического отбеливателя имеют оптическую яркость не менее 76%, а с оптическим отбеливателем — не менее 84%. Печатные бумаги с содержанием древесной массы должны иметь оптическую яркость не менее 72%, а вот газетная бумага может быть недостаточно белой. Её оптическая яркость составляет в среднем 65%.
Еще одним важным практическим свойством печатной бумаги является ее непрозрачность
. Особенно важна непрозрачность при двухсторонней печати. Для повышения непрозрачности подбирают композицию волокнистых материлов, комбинируют степень их помола, вводят наполнители.
К оптическим свойствам бумаги относится также ее лоск
илиглянец. Лоск, или глянец, — это результат зеркального отражения поверхностью бумаги падающего на нее света. Естественно, это тесно связано с микрогеометрией поверхности, то есть с гладкостью бумаги. Обычно с повышением гладкости лоск тоже увеличивается.
Большинство потребителей печатной продукции отдает предпочтение глянцевым бумагам, однако глянец нужен в изданиях далеко не всегда. Так, при воспроизведении текста или штриховых иллюстраций применяют бумагу с минимальным глянцем, например, бумагу машинной гладкости. А различные проспекты, этикетки, репродукции с картин прекрасно получаются на бумаге с высоким глянцем.
Механические свойствабумаги
Следующая группа печатных свойств — это механические свойства бумаги, которые можно подразделить на прочностные и деформационные. Деформационные свойства проявляются при воздействии на материал внешних сил и характеризуются временным или постоянным изменением формы или объема тела.
Основные технологические операции полиграфии сопровождаются сущетвенным деформированием бумаги, например: растяжению, сжатию, изгибу. От того, как ведет себя бумага при этих воздействиях, зависит нормальное (бесперебойное) течение технологических процессов печатания и последующей обработки печатной продукции.
Мягкость
бумаги связана с ее структурой, то есть с ее плотностью и пористостью. Так крупнопористая газетная бумага может деформироваться при сжатии до 28%, а у плотной мелованной бумаги деформация сжатия не превышает 6-8%. Для высокой печати важно, чтобы эти деформации были полностью обратимыми, чтобы после снятия нагрузки, бумага полностью восстанавливала первоначальную форму.
В противном случае, на оттиске видны следы оборотного рельефа, свидетельствующие о том, что в структуре бумаги произошли серьезные изменения. Если же бумага предназначена для отделки тиснением, то целью становится, наоборот, остаточная деформация, а показателем качества является ее необратимость, то есть устойчивость рельефа тиснения.
Для офсетной печати на высокоскоростных ротационных машинах очень важными являются прочностные характеристики бумаги, а именно: прочность на разрыв, излом, стойкость к выщипыванию, влогопрочность. Прочность
бумаги зависит не от прочности отдельных компонентов, а от прочности самой структуры бумаги, которая формируется в процессе бумажного производства. Это свойство характеризуется обычно разрывной длиной в метрах или разрывным усилием в ньютонах. Так для более мягких типографских бумаг, разрывная длина составляет не менее 2500 м, а для жестких офсетных, эта величина возрастает уже до 3500 м и более.
Бумаги, предназначенные для плоской печати, должны иметь минимальную деформацию при увлажнении
, так как по условиям технологии печатного процесса, они соприкасаются увлажненными поверхностями. Бумага — материал гигроскопичный. При увеличении влажности ее волокна набухают и расширяются, главным образом по диаметру; бумага теряет форму, коробится и морщится, а при высушивании происходит обратный процесс: бумага дает усадку, в результате чего меняется формат.
Повышенная влажность резко снижает механическую прочность бумаги на разрыв, бумага не выдерживает высоких скоростей печатания и рвется. Изменение влажности бумаги в процессе многокрасочной печати приводит к несовмещению красок и нарушению цветопередачи.
Для повышения влагостойкости
бумаги в состав бумажной массы при изготовлении добавляют гидрофобные вещества (эта операция называется проклейкой в массе) или же проклеивающие вещества наносятся на поверхность уже готовой бумаги (поверхностная проклейка). Высоко проклеиваются офсетные бумаги и особенно те из них, которые при использовании подвергаются резким изменениям климатических условий или запечатываются во много краскопрогонов, например, картографические бумаги.
Сорбционные свойствабумаги
Наконец, мы вплотную подошли к одному из важнейших свойств печатной бумаги — ее впитывающей способности. Правильная оценка впитывающей способности означает выполнение условий своевременного и полного закрепления краски и, как результат — получение качественного оттиска.
Впитывающая способность
бумаги, в первую очередь зависит от ее структуры, так как процессы взаимодействия бумаги с печатной краской принципиально различны. Прежде чем говорить об особенностях этого взаимодействия в тех или иных случаях, необходимо еще раз вспомнить основные типы структур современных печатных бумаг.
Если изобразить структуры бумаги в виде шкалы, то на одном из ее концов разместятся макропористые бумаги, состоящие целиком из древесной массы, например, газетные. Другой конец шкалы, соответственно, займут чистоцеллюлозные микропористые бумаги, например, мелованные.
Макропористые бумаги хорошо воспринимают краску, впитывая ее как единое целое. Краски здесь маловязкие. Жидкая краска быстро заполняет крупные поры, впитываясь на достаточно большую глубину. Причем чрезмерное ее впитывание может даже вызвать «пробивание» оттиска, то есть изображение становится видным с обороной стороны листа.
Повышенная макропористость бумаги нежелательна, например, при иллюстрационной печати, когда чрезмерная впитываемость приводит к потере насыщенности и глянцевитости краски. Для микропористых (каппилярных) бумаг характерен механизм так называемого «избирательного впитывания», когда под действием сил капиллярного давления в микропоры поверхностного слоя бумаги впитывается, преимущественно, маловязкий компонент краски (растворитель), а пигмент и пленкообразователь остаются на поверхности бумаги.
Толщина офисной бумаги
Толщина офисной бумаги измеряется обычно в микронах (мкм), то есть в тысячных долях миллиметра. Толщина бумаги, вообще говоря, жестко не привязана к плотности бумаги. Поэтому покупатели
часто считают, что разные офисные бумаги стандартной плотности 80г/м2 могут на ощуп казаться разной плотности.
На самом деле на ощуп определяется не плотность офисной бумаги, а ее толщина.
Поэтому всякие разговоры о том, что какие-то производители офисной бумаги не выдерживают плотность 80г/м2 можно вести только если проводится взвешивание пачки бумаги на весах.
Нетрудно
вычислить, что лист офисной бумаги формата А4 плотностью ровно 80г/м2 должен весить 4,9896 г, а вся пачка (без упаковки) 500 листов должно весить примерно 2кг 495г. Если при взвешивании
получается меньшее число, то, действительно, заявленная стандартная плотность не выдержана.
Толщину разных марок офисной бумаги одной и той же плотности 80г/м2 можно сравнить положив на стол две стопки из пяти пачек двух разных марок бумаги. Это будет ровно по 2500 листов в каждой
стопке. И существенная разница в высоте стопок будет свидетельствовать о существенной разнице по толщине.
При одинаковой плотности чем толще бумага, тем она более рыхлая и пористая. Это не всегда хорошо для струйных принтеров, если чернила не пигментные, а на водной основе. Чем тоньше бумага при той же
плотности, тем она более спрессована.
Если рассматривать не разные марки офисной бумаги, а одну и ту же марку, то чем больше плотность бумаги, тем больше ее толщина. Здесь обычно прямая зависимость между плотностью бумаги и ее толщиной.
Производители офисной бумаги не считают, что толщина бумаги влияет на прохождение бумаги через оргтехнику и поэтому, как правило, не указывают толщину своей бумаги в списке характеристик. Считается, что
на проходимость офисной бумаги через копировальный аппарат или принтер влияет плотность бумаги.
Еще один миф, который бытует среди покупателей офисной бумаги. Часто путают толщину листа с упругостью листа. Толщина листа бумаги это строгая объективная величина, которую можно померить приборами. А
вот объективного понятия упругости бумаги не существует.
Начнем с того, что бумага в отличие от большинства металлов и других материалов имеет сильные пластические свойства. Сожмите любую бумагу на сгибе
и распрямите ее опять. На листе остался след сгиба и лист не принял свою первоначальную форму. Чем больше величина сгиба, тем менее упругой становится бумага.
https://www.youtube.com/watch?v=HSxJkKiHXbw
Далее упругость бумаги зависит от размера поперек сгиба. Чисто субъективно
визитка кажется более упругой, чем лист бумаги формата А3. Этим пользуются некоторые продавцы и в качестве образца бумаги дают покупателю потрогать кусочек бумаги размером с визитку или еще меньше, чтобы
субъективно покупателю казалась эта бумага более жесткой, а значит и более толстой.