Właściwości optyczne papieru

Rozróżniamy kilka właściwości papieru, do których należą jego cechy optyczne. Są to białość papieru, jasność oraz przeźroczystość. Poniżej przybliżamy, czym są oraz przedstawiamy metody ich pomiaru. 

Białość papieru

Jedną z kluczowych właściwości papieru jest jego białość często niewłaściwie mylona z jasnością. Białość papieru określana jest według standardów CIE, których genezę przedstawiamy w kolejnych akapitach. 

Białość CIE to inaczej wzrokowe postrzeganie bieli arkusza, w którego produkcji wykorzystano, lub nie, wybielacze optyczne, a także zachowano warunki oświetleniowe zbliżone do światła dziennego. Białość papieru mierzona w skali CIE, w przeciwieństwie do białości ISO, opiera się na odbiciach w zakresie całego widma, czyli fal światła czerwonego, pomarańczowego, żółtego itd. 

We właściwościach papieru jego białość może być wskazana na trzy sposoby, a wartości liczbowe wahać się w zakresie od 90 do 170. Dlaczego tak jest? Zapotrzebowanie na papiery o lepszej białości spowodowało wprowadzenie do produkcji papieru wybielaczy optycznych, a tym samym, do przekształcenia i rozszerzenia skali wyników pomiaru.

Białość papieru CIE

Białość papieru określana jest według skali CIE, która uchwalona została przez Międzynarodową Komisję Oświetleniową (Commission internationale de’éclairage). W skali tej białość papieru określana jest jednostkami w przedziale od 130 do 170 i mierzona w zakresie odbić całego widma.   

Aby zmierzyć białość papieru metodą CIE, należy w urządzeniu pomiarowym zastosować specjalną lampę o szerokim spektrum oraz w programie komputerowym obliczyć wartość za pomocą rachunku całkowitego dla zakresu spektrum. Wyniki nie są podawane w wartościach procentowych, jak nastąpi to w kolejnych dwóch metodach, lecz w jednostkach. 

Inne metody pomiaru białości papieru

Metoda pomiaru białości papieru zawierającego rozjaśniacze optyczne wykorzystuje lampy ultrafioletowe o wąskim spektrum. Promieniowanie zostaje przekształcane przez rozjaśniacze w światło widzialne, co powoduje, że wyniki w porównaniu do arkusza, w którym nie zastosowano rozjaśniaczy, są lepsze. Odpowiednio do ilości użytego rozjaśniacza wyniki pomiaru białości papieru mogą osiągać wartości od 90% do 110%.

Białość papieru mierzona w świetle bez składnika ultrafioletowego ma najniższą wartość – wyniki jej pomiarów dochodzą do około 90% i pokazują białość w odniesieniu do próbki (siarczan baru). Odzwierciedlają one także białość włókien i wypełniacza.

Te trzy metody powodują uzyskiwanie różnych wyników dla tego samego papieru. Nie ma bezpośredniego przelicznika pozwalającego na porównanie wyników białości uzyskanych tymi metodami. Papier o niskiej białości bez UV może mieć wysoką białość w przypadku użycia metody wykorzystującej promieniowanie ultrafioletowe. Zależy to od ilości zastosowanego rozjaśniacza optycznego. I odwrotnie – papier o niskiej białości z UV może mieć wysoką białość bez promieniowania. Zależy to od białości włókien i wypełniacza użytego w produkcji papieru. Zmiana wypełniacza z kaolinu na węglan wapnia przy tej samej białości włókien może zwiększyć mierzony parametr bez UV nawet o kilka procent, podczas gdy pomiar z użyciem ultrafioletu da niezmieniony wynik. Ludzkie oko postrzega papier z rozjaśniaczem optycznym jako bielszy.

Odcienie białości papieru

Białość jest jednym z parametrów, które, poza dużym efektem wizualnym, nie mają wpływu na dalszą obróbkę papieru. Inny parametr łączący się z białością to barwa LAB (innymi słowy, odcienie papieru). Oko ludzkie bardzo konkretnie postrzega odcienie. Pomimo takich samych wyników białości uzyskanych w urządzeniach, niektóre papiery wydają się bielsze od innych. Jeżeli papier ma żółtawy odcień, jest postrzegany jako mniej biały niż papier o odcieniu niebieskim. Ludzkie oko postrzega tę białość poprzez barwnik dodany do papieru, zwany barwnikiem niuansującym.

Odrobina barwnika zmienia odcień papieru na lekko różowy (używany dawniej) lub niebieski (używany obecnie) – celem ucieczki od odcienia żółtego. Dążenie do uczynienia papieru bielszym doprowadziło do tego, że obecnie papier jest bardzo, wręcz rażąco, biały. Papier taki można stosować w prezentacjach, gdy chcemy uzyskać wyrazistość wydruku i jasne kolory (efekt pożądany). Jednakże jeżeli chcielibyśmy przeczytać długi esej wydrukowany na takim papierze, nasze oczy prawdopodobnie by się zbuntowały. Dlatego do takich celów wykorzystywany jest papier o niższej białości, który ze względu na swoją niższą cenę, używany jest również do wydruków próbnych. 

Jasność papieru

Wśród właściwości papieru znajduje się także jego jasność. Jasność papieru to inaczej jego zdolność do równomiernego odbijania wszystkich fal światła – fioletowych, niebieskich, żółtych itd., mających wpływ na wzrokowe postrzeganie koloru arkusza. Innymi słowy – parametr ten wskazuje na zakres odbijanego światła widzialnego dla oka ludzkiego, o różnych długościach fali. Bardzo biały papier charakteryzuje się wysokim stopniem odbicia, ale nie będzie odbijał światła o jednej długości fali z większą siłą niż pozostałe. Najbardziej białe rodzaje papieru charakteryzują się ogólnym stopniem odbicia wynoszącym 80-100%. Jasność papieru jest niezwykle istotnym parametrem w odniesieniu do pojęcia barwoczułości i przy zarządzaniu kolorem.

Pomiar wzrokowego odbioru barwy

L*, a*, b* (Widmo barwy CIE)

System barw oparty jest na postrzeganiu przez oko ludzkie kolorów do siebie przeciwnych, co oznacza, że kolory nie mogą być równocześnie zielone i czerwone lub żółte i niebieskie. Barwy opisuje się konkretną wartością, a następnie pozycjonuje na osi czerwonej/zielonej lub żółtej/niebieskiej.

Pomiar wzrokowego odbioru barwy powierzchni papieru wykonywany jest za pomocą trzech osi współrzędnych, ułożonych w stosunku do siebie pod kątem prostym (L*, a*, b*).

L* oznacza jasność
a*: dodatnie wartości a* oznaczają czerwień, ujemne wartości to zieleń, 0 = kolor szary
b*: dodatnie wartości b* oznaczają kolor żółty, ujemne wartości to kolor niebieski, 0 = szary

Zakres osi jasności zawiera się w przedziale od 0 = czarny do 100 = doskonała biel

Rozjaśniacze optyczne

W procesie produkcji świetliście białego papieru stosuje się specjalne substancje określane mianem rozjaśniaczy optycznych. Dla oceny wydajności wybielacza dokonuje się pomiaru odbicia na poziomie 457 nm z udziałem i bez udziału dawki światła ultrafioletowego.

Rozjaśniacze optyczne (ang. OBA lub FWA) stosuje się w celu przekształcenia niewidocznego dla oka ludzkiego światła ultrafioletowego na widzialne światło niebieskie. W wyniku zastosowania rozjaśniaczy zwiększa się jasność L* i wskaźnik chromatyczności przesuwa się w stronę barwy niebieskiej, tzn. wartość b* jest bardziej ujemna.

Przezroczystość papieru

Jeżeli używamy papieru do wydruków dwustronnych, bardzo ważnym parametrem staje się przezroczystość papieru. Ważne jest bowiem, aby czytając tekst po jednej stronie kartki, nie widzieć, co jest po jej drugiej stronie (możemy wtedy przeczytać obie strony, patrząc tylko na jedną). Przezroczystość papieru pozyskuje się w następujący sposób: mierzona jest ilość światła odbitego od czarnego modelu umieszczonego pod papierem, następnie taki sam pomiar wykonuje się układając na sobie arkusze badanego papieru. Wynik podawany jest w procentach – im wyższy procent, tym papier jest mniej przezroczysty.