Właściwości optyczne papieru

Rozróżniamy kilka właściwości optycznych papieru do których można zaliczyć miedzy innymi białość, jasność i przeźroczystość. Chcielibyśmy przybliżyć ich charakterystykę oraz sposoby pomiaru. 

Białość 

W specyfikacjach papieru białość papieru może być wskazana na trzy sposoby. Wartości liczbowe określające białość mogą mieścić się w zakresie od 90 do 170. Dlaczego tak jest?

Białość mierzona w świetle bez składnika ultrafioletowego ma najniższą wartość. Wyniki takie mogą dochodzić do około 90% i pokazują białość w odniesieniu do próbki (siarczan baru). Odzwierciedlają one także białość włókien i wypełniacza. Zapotrzebowanie na papiery o lepszej białości spowodowało wprowadzenie do produkcji papieru wybielaczy optycznych.


Do badania białości takiego papieru wymagane są różne metody oświetlania próbki. Używano tu lamp ultrafioletowych o wąskim spektrum. Promieniowanie ultrafioletowe jest przekształcane przez rozjaśniacze optyczne w światło widzialne, co powoduje, że wyniki są lepsze w porównaniu do papieru bez rozjaśniaczy optycznych. Odpowiednio do ilości użytego rozjaśniacza wyniki mogą osiągać wartości od 90% do 110%.

Inną metodą testowania białości jest metoda CIE, oferowana przez wiele lat przez International Lightening Organisation. Wyniki uzyskane tą metodą są dużo wyższe niż te, które uzyskuje się przy użyciu metod opisanych wcześniej. Wyniki zawierają się w przedziale 130 i 170. Jak je uzyskano?


W urządzeniu zastosowano specjalną lampę o szerokim spektrum. Specjalny program komputerowy oblicza wartość za pomocą rachunku całkowego dla całego zakresu spektrum. Wyniki nie są podawane jako wartości procentowe, jak w poprzednich przypadkach, ale w jednostkach.

Te trzy metody powodują uzyskiwanie różnych wyników dla tego samego papieru. Nie ma bezpośredniego przelicznika pozwalającego na porównanie wyników białości papieru 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 UV. 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 białość bez UV nawet o kilka procent, podczas gdy pomiar z użyciem ultrafioletu da niezmieniony wynik. Ludzkie oko postrzega papier z rozjaśniaczem optycznym jako bielszy.

Białość jest jednym z parametrów, które nie mają wpływu na dalszą obróbkę papieru, poza dużym efektem wizualnym. 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. Taki sam papier jest używany do wydruków próbnych, ponieważ jest tańszy.

Jasność

Chociaż pojęcia jasności i białości stosowane są czasami zamiennie, istnieją pewne różnice w sposobie, w jaki te parametry opisują cechy papieru.

Jasność (L* wartość) to zdolność papieru do równomiernego odbijania wszystkich kolorów wchodzących w skład światła. 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 jest niezwykle istotnym parametrem w odniesieniu o pojęcia barwoczułości i przy zarządzaniu kolorem.

Białość CIE (W10) nawiązuje do odbioru wzrokowego białego papieru, do którego produkcji zastosowano (lub nie zastosowano) wybielacze optyczne, z zachowaniem warunków oświetleniowych przypominających światło dzienne (D65/10). W przeciwieństwie do białości ISO, graniczonej do niebieskiego zakresu widzialnego widma, białość CIE bazuje na odbiciach mierzonych w zakresie całego widma. Dla większości obserwatorów papier o niebieskim odcieniu będzie wydawał się bielszy.

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

Ten system barw jest oparty 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 katem prostym (L*, a*, b*).

L* oznacza jasność.

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

The brightness axis ranges from 0 = black to 100 = perfect white

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

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.

Przeźroczystość

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 drugiej stronie (możemy wtedy przeczytać obie strony patrząc tylko na jedną). Parametr ten jest mierzony 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 jest podawany w procentach. Im wyższy procent, tym papier jest mniej przezroczysty.