第五节 光泽度

一、基本概念

　　1．光泽的物理意义。光泽作为物体的表面特性，取决于表面对光的镜面反射能力。所谓镜面反射是指反射角与入射角相等的反射现象。若物体表面为光学平滑面，即表面凹陷间隙小于1／16入射波长，当入射光为平行光束时，则镜面反射光也为平行光束，且完全不受物体本身颜色的影响，入射光为白光，镜面反射光仍为白光。在理论上，光泽被定义为物体表面镜面反射能力与完全镜面反射能力的接近程度。对于镜面，入射光几乎全部沿镜面方向反射。对于“无光泽”表面，入射光在任何角度反射都一样，出现所谓漫反射现象。大多数印刷品既非完全镜面，也非完全无光泽表面，而是介于两者之间。

　　此外，光泽还在心理学方面有它的特性。

　　2．光泽与表面平滑度的关系。光泽和平滑度都是物体的表面特性，二者均取决于物体表面的微观结构。早在1919年，物理学家Chinmayanandam就曾研究物体表面镜面反射光量与表面粗糙度之间的关系。而后，又有许多学者相继在这方面开展更为广泛的研究。他们得到一个相同的结论：当波长为λ的光以入射角θ照射物体表面时，若纸面用轮廓峰谷高度分布标准差表示的物体粗糙度（又称为均方根粗糙度）为σ，入射光强度为I，则物体表面镜面反射光度的强度I′可由下式得到：

　　I′＝Iexp[-(4πσ·cosσ/λ)]

　　Cate等人具体研究了纸张的光泽与均方根粗糙度之间的关系，并且指出：用外观轮廓法和光学法所测平均粗糙度的平方σ²与TAPPI光泽之间存在着良好的相关性（相关系数为0．91），如图4－28所示。从图4-28可见，σ²值越大（即表面粗糙度越大），TAPPI光泽越小其它方法测量平滑度时，由于都是在一定压力下进行测量，因而测得的数值与光泽之间的相关性很差。表4－6为三菱制纸株式会社的桂撤所做相关性研究结果。表中数值为75°角测光泽值与几种平滑度测定方法所测值之间的相关系数。从表上可见，它们之间的相关性很差。这反映光泽仅与物体表面的表观平滑度相关，而与一般在压力状态下测得的平滑度之间没有多大相关。

　　表4－6

平滑度指数	Bekk平滑度	印刷平滑度	表面粗糙度
0.05	0.14	－0.53	－0.35

　　3．光泽与颜色的关系。光泽与颜色二者之间是否存在某种形式的联系？这是印刷者所关心的问题。从现有资料看，光泽对色相没什么影响，而对明度却有直接的影响。明度作为颜色三要素之一，是用物体表面对光的扩散反射率来评价的，因而，扩散反射率可间接量度物体颜色的明度。



图4－28 TAPPI光泽与σ2的关系



图4－29 同种黑墨印在不同纸张上所得印刷品光泽与扩散反射率的关系曲线

　　Fetsko等人通过在不同纸张上印以相同的黑墨，发现颜色的明度与光泽之间存在递减关系，如图4－29所示。图中的数据是用同种黑墨印在30种不同纸板和涂料纸上后测得的。从图4－29可以看出，印刷品的扩散反射率越高，即明度越高，其光泽越低。他们还进一步以不同墨膜厚度的彩色油墨在这些纸上印刷，也得到相同的情况，只是因为油墨不同，曲线的形状也不相同。

　　Hammel等人用多种黑墨在同一种纸上印刷，发现一些与上述不同的情况。图4－30系用28种黑墨在同一种涂料纸上印刷所测数据绘制的曲线。28种油墨系用4种类型的颜料，一种直径约83nm的大颗粒颜料，其余三种直径则在31～38.4nm之间。由图4－30可知，明度与光泽之间的相关性取决于油墨颜料颗粒直径的大小。颗粒大的颜料，光泽几乎不会影响明度。这就是说在明度相同的情况下，印刷品光泽可能是高的，也可能是低的。因此，在这种情况下，明度与光泽之间的相关性极小。颗粒小的颜料，光泽随扩散反射率的增加而降低。由于31～38．4nm直径的颜料颗粒是实际印刷油墨所采用的，因而其趋势反映印刷的实际情况。



图4－30 不同黑墨印刷在同一涂料纸上所得印刷品光泽与扩散反射率的关系曲线

　　综上所述，光泽与明度之间存在一定关系，这种关系会给印刷品质量带来麻烦，即颜色匹配将导致印刷品光泽变化，要同时使两者达到满意程度，对印刷者讲是极为困难的。

二、光泽的测量

　　1．光泽的表示方法。虽然光泽与物体表面的镜面反射有关，但也与观察者的生理和心理状态相互作用，因而还不能单纯以对镜面反射的物理测量来表征。Hunter提出6种表示方法，其中镜面光泽与反射光泽两种适用于印刷业和造纸业，已被广泛采用。

　　镜面光泽（Gs）系物体表面镜面反射光量（S）与入射光量（I）之比，如图4－31a所示：

　　Gs=S/I



图4－31 镜面光泽与反差光泽

　　当入射角采用85°角时，测量结果称为光泽，一般用于描述低光泽表面。

　　反差光泽（Gc）又称对比光泽，系物体镜面反射光量（S）与总反射光量（D）之比值。

　　Gc=S/D

　　图4－31（b）所示为反差光泽描述物体表面偏离无光泽的程度，特别适合描述低光泽表面。

　　2．光泽的测量角度。测量光泽使用光泽仪，大多数光泽仪是测量物体表面反射率，即镜面光泽。测量时所选入射角角度不同，结果也不同。入射角越大，镜面反射率越大，光泽越高；反之亦然。由此可见，光泽高低不仅取决于物体的表面特性，而且取决于测量角度。至于采取何种角度测量为宜，目前还没有通用标准。一般对高光泽表面采取小角度，如45°角；对于低光泽表面则采取较大角度如60°、75°等进行测量。目前许多光泽仪角度是可调的，供任意选择。此外，Hammel还发现，光泽不仅取决于测量角度，还取决于照明和观察所采用的角度范围。图4－32为45°角照明、不同角度观察印刷品所反射光的相对量。图上的两条曲线分别代表在涂料纸和非涂料纸上印以相同油墨的情况。从图4－32可见，涂料纸印刷品表面平滑均匀，45°角观察时（镜面方向），其相对反射光量有一个高而窄的峰。角度只要轻微有些变化都会明显地影响光泽值，所以必须非常精确。非涂料纸的印刷品的反射率分布曲线则相当平缓。从图4－32可以看出，非涂料纸印刷品的最大反射率并不在45°角，而是偏移到约55°用左右的方向上。这是因为纸张表面粗糙，使印刷品表面形成许多不规则的斜顶。当平行光束照射时，入射角在各点是不相等的，有的大于45°，有的小于45°。如果这两种情况的概率相等，则由于角度大于45°的反射光多，造成最大反射率偏移到大于45°的方向上。



图4－32 不同黑墨印刷在同一涂料纸上所得印刷品光泽与扩散反射率的关系曲线

　　总而言之，测量光泽的最佳角度，因使用的纸张。油墨不同而不同。所以，测量时应根据不同情况选择相应的角度。

三、影响印刷品光泽的因素

　　在印刷过程中，墨膜转移到纸张表面，并填充了纸面的凹凸不平，使印刷品表面相当平滑。印刷品墨膜表面对光的镜面反射决定着印刷品光泽的大小。而墨膜表面又同印刷条件、纸张、油墨性质以及两者的配合有关。

　　1．印刷条件。

　　①墨膜厚度。墨膜厚度是影响印刷品光泽的主要因素。在纸张最大限度吸收油墨的连结料以后，剩余的连结料仍保留在墨膜中，它可以有效地提高印刷品的光泽。墨膜越厚，剩余的连结料越多，越有利于提高印刷品的光泽。研究发现，光泽随墨膜厚度提高的趋势，因不同的纸张和不同的油墨而有所不同。

　　图4－33为相同油墨在四种不同纸张上印刷所得印刷品光泽与墨膜厚度的关系曲线。从图上可见，尽管油墨相同，但不同纸张所形成的印刷品光泽随墨膜变化的趋势是不同的。高光泽涂料纸在墨膜较薄时，其印刷品光泽随墨膜厚度的增加而降低，这是由于墨膜掩盖了纸张本身原有的较高的光泽，而墨膜本身形成的光泽又由于纸张吸收而较低。随着墨膜厚度的增加，纸张本身原有的较高的光泽就越难透过墨膜反映出来。当墨膜厚度达到1．5μm时，纸张对连结料的吸收基本饱和。之后，随着墨膜厚度的继续增加，保留的连结料越多，光泽也就不断提高。涂料纸板印刷品的光泽随墨膜厚度的增加很快提高，在墨膜厚度增加到3．8μm以后，光泽便不再随墨膜厚度的增加而提高。但是无论何种纸张，光泽随墨膜厚度增加而提高的量都有一定的限度。



图4－33 相同油墨不同纸张墨膜厚度而厚度变化对印刷品光泽的影响

　　图4－34为一组黑墨在同一种涂料纸上印刷所得印刷品的光泽与墨膜厚度之间的关系曲线。该组油墨采用两种颜料，一种颗粒直径为31μm左右，另一种为83nm左右。分别用它们配制含量为20％、15％、10％、5％油墨。从图4－34可见，使用颜料含量高的油墨时印刷品光泽随墨膜厚度增加而提高的幅度不如使用颜料含量低的油墨。从图4－34还可发现，颜料颗粒直径小的油墨，在墨膜厚度为3.5μm时，用颜料含量不同的油墨印刷所形成的印刷品光泽有很大差别。而在墨膜厚度为6．0μm时，用不同颜料含量的油墨印刷所形成的印刷品的光泽几乎相等。颜料颗粒直径大的油墨则与之相反，在墨膜厚度为3．5μm时，用不同颜料含量的油墨印刷所形成的印刷品光泽几乎相等，而在墨膜厚度加厚时，用不同颜料含量的油墨印刷所形成的印刷品光泽出现很大差别。显然这种差别是油墨颜料直径不同所致。



图4－34 相同纸张不同油墨墨膜厚度变化对印刷品光泽的影响

　　从上面讨论可见，用木同纸张和油墨印刷所形成的印刷品光泽随墨膜厚度变化的趋势是不相同的，只进行单一试验并不能得到它们变化的通用关系。要准确得到印刷品光泽随墨膜厚度变化的趋势，必须比较不同墨膜厚度下所形成的光泽度的大小。

　　②其它印刷条件。其它印刷条件对印刷品光泽的影响，缺乏系统的研究。印刷压力对吸收能力小的涂料纸张印刷所形成的印刷品光泽影响较小；对于非涂料纸，增加印刷压力则会降低印刷品光泽；当印刷速度变化未导致印刷墨膜厚度变化时，其对印刷品光泽的影响并不十分显著。有关资料指出，印刷车间的作业条件也是相关因素。车间相对湿度提高，将使印刷品光泽降低。美国造纸化学学院（IPC）研究并作出解释，这是由于相对湿度的提高导致纸张孔隙增加的结果。此外，车间温度的提高将导致油墨粘度下降，也会降低印刷品光泽。

　　2．油墨性质。从前面讨论我们注意到，印刷品光泽不仅取决于印刷条件，而且还取决于油墨和纸张的性质。为了进一步弄清印刷品光泽形成的机理，有必要专门讨论油墨性质对印刷品光泽的影响，弄清两者之间的联系。印刷品光泽取决于墨膜的平滑度，而在墨膜中的连结料保留有利于平滑度的提高。因而油墨应含有分散均匀的细微颜料，并具有足够的粘度和较快的干燥速度，以避免连结料过多地渗入纸张孔隙。此外，油墨还应具有良好的流动性，以便使印刷后的油墨流平，形成平滑的墨膜。油墨的组分决定着油墨的性质，而油墨各种性质之间是相互影响的，孤立地研究某一性质，很难弄清楚它对印刷品光泽的影响，需要综合进行研究。

　　①连结料的粘度与颜料的含量。根据界面化学原理，毛细管渗透速度随液体粘度的增加而降低。因而一般都认为，印刷品光泽将随油墨及连结料的粘度增大而提高。然而，实际研究却得出与之相反的结论。图4－35表示一组具有不同粘度的连结料和不同颜料含量的油墨在同一种作涂料纸上印刷的实验结果。颜料同为一种炭黑颜料。从图上可见，尽管油墨C的连结料含量不高，连结料的粘度也低，印刷品光泽却很高。而连结料含量高，粘度也高的油墨B印刷所形成的印刷品光泽却较低。这是由于油墨C的颜料含量高，使墨膜内形成更多的小毛细管，与颜料含量低的油墨相比，油墨C更能使墨膜保留更多的连结料。相反，颜料含量低的油墨（如油墨B），虽然连结料的粘度高、含量高，压印瞬间渗透较小，但离开压印区后毛细管渗透缓慢，终因颜料含量少，墨膜形成的毛细管大，使渗透到纸张孔隙的连结料增加。从这里可以看到，油墨颜料颗粒间形成的毛细管网络结构是决定印刷品光泽的一个重要方面。在压印瞬间，油墨被整体地压入纸张较大的孔隙内；在压印后，连结料开始从油墨分离，渗入纸张较小的孔隙内。油墨膜毛细管的大小决定着连结料分离的量。毛细管保留连结料的作用比印刷压力把连结料压入纸张孔隙的作用要大得多。



图4－35 油墨和连结料粘度对印刷品光泽的影响（在非涂料纸上）

　　在实际印刷时，常常采用上亮光油的方法来增加印刷品的光泽，这种方法完全不同于增加油墨的颜料含量。这两种增加印刷品光泽的方法在应用时，要根据油墨的组分和印刷墨膜厚度而选择。由于彩色印刷颜色还原的需要，使增加颜料含量的方法受到限制。从图4－34可以看出，小颗粒颜料配制的油墨，当颜料含量减少时印刷品光泽随之降低，只有当墨膜相当厚时才能产生较高的光泽。因而对于这种情况可采用增加颜料含量的方法来提高印刷品光泽。但是，颜料量只能增加到一定限度，否则会由于颜料颗粒不能被连结料完全覆盖，使墨膜表面光散射现象加剧反而导致印刷品光泽降低。用较大颜料颗粒配制的油墨情况有所不同，当颜料含量从20％降到15％时，虽然颜色强度有所减少，但印刷品光泽并未受多大影响；当颜料含量减少到10％、5％时，除墨膜厚度较低外，光泽则明显提高，这是由于覆盖大的颜料颗粒需要较大量连结料的缘故。

　　②颜料颗粒的大小及其分散程度。如前所述，墨股毛细管作用是形成印刷品光泽的一个重要因素。油墨颗粒小能形成更多的小毛细管，因而有利于提高印刷品光泽。可是，分散状态下颜料颗粒的表现大小更重要，它直接决定墨膜毛细管的状态。因而颜料颗粒在油墨中分散良好，减少絮聚现象，有利于提高印刷品光泽。此外，颜料颗粒小，分散良好，又有利于形成平滑的墨膜，对于提高光泽也是非常有利的，Hammel等人的研究证实这些作用是存在的，指出颜料颗粒的pH值和油墨中挥发物质的含量直接影响着颜料颗粒的分散程度。颜料的pH值低，油墨中挥发性物质含量高，有利于颜料颗粒的分散。这种影响在涂料纸上非常明显，在非涂料纸上几乎没什么影响。这说明纸张对印刷品光泽的形成也是非常重要的。在吸收能力强的非涂料纸上，墨膜中连结料的保留量随颜料含量的增加而增加，只有在颜料颗粒本身大小差异很大时才可能出现不同的趋势；在吸收能力弱的涂料纸上，印刷品的光泽对颜料状况相当敏感，这时可从两个方面影响印刷品光泽：一是增加颜料含量以保留墨膜中的连结料，二是提高颗粒的分散程度和采用小颗粒来保留更多的连结料以形成平滑的墨膜。

　　③干燥时间。油墨干燥时对印刷品光泽的影响非常明显。墨膜在纸面迅速干燥可以减少连结料渗入纸张孔隙的量，从而提高印刷品的光泽。从表4－7可以看出，无论对何种纸张，燥油加入可胶化墨膜中的连结料，减少连结料在纸张孔隙中的渗透。可见，在印刷品光泽的形成过程中，连结料的固化也很重要。

　　表4－7 油墨加入燥油后印刷品7O°角光泽（％）的变化

纸种	不加燥油	加入2％的燥油
涂料纸板	80	90
施胶纸板	50	80
非涂料纸板	30	50

　　综上所述，要在不影响其它性质的条件下调节油墨的某一性质，是一件相当复杂的事情。需要在对油墨组分及其印刷后可能发生的变化进行全面分析，才能调节好。

　　3．纸张性质。

　　①由于纤维交织而形成毛细管网络结构，使纸张具有大量孔隙，成为它吸收油墨的基础。纸张毛细管网络对油墨连结料的吸收时间和连结料固着时间之间的平衡决定着印刷品光泽形成时连结料渗透的程度。一般印刷品光泽均随纸张吸收能力的增强而降低。Tollenaar在这方面进行过多年的研究。他指出，对印刷品光泽影响最大的并不是纸张孔隙的平均大小，而是孔隙的大小分布和数量。

　　但是，从目前纸张质量控制方法看，孔隙数量或吸收能力测量与印刷品光泽之间的相关性较差。如表4－8，该表是几种吸收能力测量方法的测量结果与印刷品光泽之间的相关系数。由表可见，K＆N油墨试验和Vanceometer仪20s时重油反射率法的测量值与印刷品光泽的相关性最好，可以认为这两种方法是目前纸张吸收能力测量的最好方法。

　　表4－8 吸收能力测量与印刷品光泽之间的相关系数（r）

试验方法	油墨3（黑）	油墨4（黑）	油墨5（蓝）	油墨6（红）	平均
1．Vanceometer
轻油 5s 20s 2s	0.846 0.678 0.452	0.824 0.726 0.657	0.838 0.569 0.486	0.899 0.667 0.518	0.852 0.660 0.531
重油 5s 20s 1s	0.722 0.942 0.878	0.636 0.925 0.889	0.829 0.822 0.87O	0.771 0.905 0.870	0.740 0.899 0.858
蓝墨 2min 10min	0.615 0.772	0.483 0.451	0.766 0.742	0．672 0.836	0.634 0.701
2.油墨脏污试验
Hull黑墨 Hull红墨 K＆N油墨	0.890 0.875 0.860	0.880 0.880 0.835	0.880 0.892 0.920	0.921 0.912 0.962	0.893 0.890 0.894
3.滴油试验	0.690	0.690	0.625	0.664	0.686
4.孔隙量	-0.597	－0.573	－0.684	－0.661	-0.629

　　平滑度和光泽。纸张平滑度及本身光泽也影响印刷品光泽。平滑度高有利于形成均匀平滑的墨膜，从而提高印刷品光泽。这在许多研究者的研究中已得到证实。纸张本身的光泽好则能提高墨膜的反射率，尤其对于透明油墨更是如此。图4－36是两种油墨印刷在4种光泽不同的涂料纸上的结果。从图可见，两种油墨的印刷品光泽均随纸张本身光泽的提高而提高。Borchers的研究也发现：印刷品光泽与纸张本身光泽之间存在着极好的相关性，比印刷品光泽与纸张吸收能力之间的相关性还好。



图4－36 纸张本身光泽对印刷品光泽的影响

　　从上面的讨论中可以发现，纸张平滑度、光泽和吸收能力之间也存在着相关性。从造纸过程很容易解释这一点。例如，压光处理能改进纸张的平滑度和光泽，同时也减少纸张的孔隙量，从而降低纸张的吸收能力。此外，纸张表面pH值也是印刷品光泽形成的一个不可忽视的因素。pH值高，有利于油墨干燥，因而有利于提高印刷品的光泽。

　　4．纸张和油墨的相互关系。越来越多的研究发现，纸张和油墨的相互关系对印刷品光泽影响最大。下面列举Feskp等人的同组研究结果来说明这个问题。图4－37是将5种青墨分别印刷在4种具有不同吸收能力的纸板上得到的相互关系图，4种纸板的吸收能力是采用Vanceometer仪测量的：将一滴重油滚展在纸板表面20s时测定其镜面反射率。从图上可见，一种纸板用不同油墨印刷，所得印刷品光泽各不相同，4种纸板分别用5种油墨印刷形成的印刷品光泽的高低顺序也各不相同。纸板A用5种油墨印刷形成的印刷品光泽高低顺序是：1、2、3、4、5。纸板D用5种油墨印刷形成的印刷品光泽高低顺序是：4、2、1、5、3。可见，用某种油墨（如油墨2、4、5）印刷而形成的印刷品光泽受纸板品种的影响非常明显。纸板的吸收能力越小（即Vanceometer仪器的读数越大），印刷品的光泽越高；而另外某种油墨（如油墨1、3）印刷则几乎不受纸板品种的影响。这说明，只用一种纸是不能对油墨印刷所形成印刷品光泽的影响进行预测的。



图4-37 不同纸张对不同油墨印刷品光泽的影响



图4-38 不同油墨对不同纸张印刷品光泽的影响

　　图4－38为另一组试验结果。该组试验是把图4－38不同油墨对不同纸张印刷品光泽的影响两种不同颜色的油墨（品红黑和青墨）分别印刷在4种纸板上，60°角测量印刷品的光泽。从图4－38可见，用红墨印刷4种纸板形成印刷品光泽的高低顺序为：B、C、A、D，纸板B的印刷品光泽比另外三种高得多；用青墨印刷形成的印刷品光泽的高低顺序是：A、D、C、B。我们注意到：纸板B用品红墨印刷时，所形成的印刷品光泽最高，采用青墨印刷时形成的印刷品光泽最低。这说明，只用一种油墨也是不能对纸张印刷所形成的印刷品光泽的影响进行准确预测的。

[时间：2001-11-05  作者：刘世昌  来源：《印刷品质量质检测与控制》·第四章　影响印刷图像质量的变量]