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Optische Prüfanwendungen für Papier- und Kartonmaterialien
Die optischen Eigenschaften von Papier und Karton bestimmen das Erscheinungsbild und die Attraktivität eines Produkts und können durch strenge Papiertests kontrolliert und verändert werden.
Optische Eigenschaften beziehen sich auf alle Aspekte des Erscheinungsbilds des Produkts, einschließlich Weiße, Helligkeit, Farbe, Opazität und Glanz. Sie sind wichtig für das Papier und den Karton selbst und deren Verarbeitung. Wenn Sie beispielsweise den Glanz durch Lackieren erhöhen, können Sie die Glanzlichter eines ausgewählten Bereichs dadurch hervorheben, dass dieser sich vom Hintergrund abhebt.
Seit 100 Jahren stellen wir Maschinen zur Prüfung von Papier und Karton her damit diese optischen Eigenschaften verstanden werden können. Unsere Instrumente messen mehr als 50 diskrete Papierqualität Eigenschaften basierend auf internationalen Teststandards. In diesem Blog sprechen wir über einige der Möglichkeiten, wie wir unseren Kunden bei ihren Papiertests helfen.
Prozessänderungen beeinträchtigen die Papierqualität
Die optischen Eigenschaften der Papierbestandteile werden durch alle Phasen der Zellstoff- und Papierherstellung beeinflusst. Ändern von Parametern zur Verbesserung einer Eigenschaft von Papierqualität kann für einen anderen nachteilig sein, daher müssen Kompromisse berücksichtigt werden. Wenn Sie beispielsweise die Bleiche verstärken, um die Helligkeit zu verbessern, verringert sich die Opazität.
Die Zellstoffaufbereitungs- und Bleichprozesse sind für die Weiße der Fasern verantwortlich. Die endgültige Helligkeit eines Papiers oder Kartons wird durch die Lichtstreuungseffekte seiner Bestandteile, seiner Zusammensetzung, seiner Füllstoffe, seiner Beschichtungen und aller verwendeten optischen Aufheller bestimmt.
Welche optischen Eigenschaften beeinflussen die Papierqualität?
Es gibt eine Reihe von Papierqualitätstests , mit denen die optischen Eigenschaften von Papierproben ermittelt werden können. Dazu gehören:
Papierqualität und Farbe
Die Farbe kann als weißer Farbton auftreten, der auf Chemikalien zurückzuführen ist, die nach der Verarbeitung in den Fasern verbleiben. Alternativ kann sie durch Farbstoffe entstehen, die dem Zellstoff zugesetzt oder auf die Oberfläche aufgetragen wurden.
Mit dem TQC SHeen X-Rite RM200QC Spektralkolorimeter in Ihrer Tasche können Sie die Papierfarbe schnell und genau beurteilen – jederzeit und überall.
Papierqualität und Opazität
Die Opazität wird zunächst durch die Lichtdurchlässigkeit des Faserstoffes bestimmt, wobei die nadelförmigen Hartholzfasern undurchsichtiger sind als die bandförmigen Weichholzfasern. Die Formgebung hat einen Einfluss, aber Beladung und Beschichtung sind die entscheidenden Faktoren für die endgültige Opazität des Blattes.
Wenn Sie einen Opazitätstest benötigen, sehen Sie sich den Technidyne PROFILE/Plus® TAPPI Opacity an.. Es ist unser schnelles und genaues, vollautomatisches Gerät zur Messung der Papieropazität.
Papierqualität und Glanz
Glanz ist eine komplexe optische Eigenschaft, die sich nur schwer genau definieren oder anhand ihrer Erscheinung mit bloßem Auge messen lässt. Physikalisch hängt es mit der Reflexion eines kollimierten Lichtstrahls zusammen, der auf eine Papieroberfläche fällt.
Bei unbeschichtetem Papier wird ein Teil des Lichts von den Fasern an der Oberfläche reflektiert, als ob es sich bei ihnen um eine Anordnung von Miniaturspiegeln handeln würde. Dies wird als spiegelnde Brechung bezeichnet. Das restliche Licht dringt tiefer in das Papier ein und wird in viele Richtungen reflektiert und gebrochen. Dies wird als diffuse Reflexion bezeichnet. Das gesamte reflektierte Licht setzt sich aus spiegelnd und diffus reflektierten Anteilen zusammen, die nicht leicht zu unterscheiden sind.
Faserbildung beeinflusst Glanz
Die beiden wichtigsten Faktoren für das Erscheinungsbild eines Papiers sind die Faserbildung und der Glanz, wobei erstere den Glanz beeinflussen kann.
Was das Erscheinungsbild des Papiers betrifft, führen Änderungen in der Behandlung des Basispapiers zu einer großen Bandbreite von Oberflächen, die von einer matten Oberfläche (minimale Lichtreflexion) bis hin zur Hochglanzoberfläche von gussgestrichenen, lackierten, metallischen und kunststofflaminierten Papieren reicht. Die Optionen dazwischen sind:
- Beschichtete Papiere waschen und lecken
- Verschiedene mittel- und stark gestrichene Papiere
- Papiere mit Füllstoffen von Kreide bis Titandioxid
- Papiere, die einer Kalandrierung oder Superkalandrierung unterzogen werden.
Das aus diesen Variablen resultierende Erscheinungsbild muss gemessen werden, um die Konformität mit der Spezifikation und die Konsistenz mit dem Produkt sicherzustellen. Ebenso wichtig ist das Erscheinungsbild in der Druckschrift. Der Druckglanz ist abhängig von:
- Faserbildung
- Die Eigenschaften der Tintenversorgung
- Die Wechselwirkung zwischen Tinte und Papier, wobei Farbe und Intensität je nach Eindringen und Absorption des Tintenträgers variieren können.
Aufgrund der Unterschiede in der spiegelnden und diffusen Reflexion bei verschiedenen Papiersorten und der Schwierigkeit, sie mit dem menschlichen Auge zu korrelieren, ist es bei der Papierprüfung notwendig, Glanzmessgeräte mit unterschiedlichen Geometrien zu verwenden.. Dadurch soll die beste Korrelation mit bestimmten Produktgruppen erreicht werden.
Bei Papieren mit sehr hohem Glanz (z. B. Wachspapiere) wird üblicherweise ein Winkel von 20° zur Senkrechten angewendet, da hier ein hoher Anteil spiegelnder Reflexion vorliegt. Der Winkel, der für die überwiegende Mehrheit der Arbeiten verwendet wird, beträgt jedoch 60 oder 75°, entsprechend dem gewählten Standard. Dies soll der stärkeren diffusen Reflexion bei diesen Papiersorten Rechnung tragen.
Die Bauweise von Glanzmessgeräten variiert je nach Verwendungszweck und Papierprüfparametern .
Optionen zur Prüfung von Glanzpapier
Ein Glanzprüfgerät wie ein Glanzmesser hilft Ihnen, die optischen Eigenschaften Ihrer Papier- und Kartonproben zu verstehen. Zu den wichtigsten Merkmalen eines Glanzmessgeräts zählen Zuverlässigkeit, Benutzerfreundlichkeit, Reproduzierbarkeit und Rückverfolgbarkeit der Kalibrierung.
Mit diesen Anforderungen im Hinterkopf haben wir zwei Präzisions- Glanzmessgeräte in unser Produktportfolio aufgenommen – den SOLOGloss® und den POLYGloss® .
Der SoloGloss® ist unser Einwinkel-Glanztester. Es ist für die meisten geeignet Papierprüfung Anwendungen und wird bevorzugt für Messungen im Seidenmattbereich verwendet. Die Lichtquelle und der Detektor werden in einem Winkel von 60° zur zu messenden Oberfläche positioniert.
Der PolyGloss® ist unser fortschrittlichster Glanztester. Es ist ein dreifacher Winkel Papierprüfung Gerät, das das gesamte Glanzspektrum aus Winkeln von 20°, 60° und 85° prüft. Für zuverlässigste Glanzmessungen auf hochglänzenden Oberflächen ist der 20°-Winkel ideal. Bei der Prüfung von niedrigem Glanzgrad mit hoher diffuser Reflexion oder von matten Oberflächen eignet sich der 85°-Winkel am besten.
Zu den weiteren Glanzprüfgeräten, die wir herstellen, gehören der Technidyne TEST/Plus® Gloss, konzipiert für Papier, Karton, Wellpappe, Tinten und Beschichtungen, Papier, Pappe und Tissue. Ebenfalls von Technidyne: PROFILE/Plus® Glanz 75 Grad.
Papierprüfung – der Einfallswinkel
Die relativen Komponenten verändern sich außerdem je nach dem Einfallswinkel, mit dem das Licht bei der Papierprüfung auf das Papier trifft.
Durch eine Erhöhung des Auftragsgewichts und die Kalandrierung wird die Oberfläche glatter und reflektierender und die spiegelnde Reflektion nimmt entsprechend zu. Wenn Licht auf eine matte Oberfläche fällt, wird das reflektierte Licht in alle Richtungen gestreut. Bei streifendem Licht wird ein Teil des Lichts spiegelnd reflektiert, wodurch ein Glanz entsteht, der manchmal als „Schimmer“ bezeichnet wird.
Der bei der Glanzmessung verwendete Einfallswinkel variiert daher je nach der zu messenden Papierqualität und der gewählten Standardmethode.
Papierqualität und Helligkeit
Um dem Bedarf der Industrie nach einem einzigen Wert zur Angabe der Helligkeit gerecht zu werden, haben Normungsorganisationen eine sehr spezielle spektrale Lichtverteilung zur Beleuchtung des zu testenden Papiers gewählt.
Die Reflexionskurve der meisten weißen oder nahezu weißen Papiere ist relativ flach (zwischen 550 und 700 Nanometer), fällt jedoch im blauen Bereich des Spektrums ab. Der Bereich des Spektrums zur Anzeige der Weiße eines Blattes wurde im blauen Band gewählt, genauer gesagt bei 547 Nanometern, mit einem Spektralbereich von 400 bis 500 Nanometern. Da das Blatt während der Beim Papiertest nimmt die Blaureflexion zu.
Um eine einwertige Messung der Helligkeit zu erreichen, wurde der gelbe und rote Bereich des sichtbaren Spektrums ignoriert. Daher lässt sich farbiges oder getöntes Papier nicht vollständig mit einer einzelnen Zahl beschreiben. Beispielsweise könnte ein Papier mit einem rötlichen Farbton die gleiche Helligkeit haben wie ein neutrales weißes Papier.
Bedienelemente für die Helligkeitsprüfung
Die vollständige und absolute Charakterisierung eines Farbbogens kann daher nur durch eine Dreifarben- Papierprüfung erreicht werden. Messmethode. Helligkeitsmessungen sind jedoch leichter zu verstehen und bieten eine schnelle und einfache Methode zur Überprüfung des optischen Erscheinungsbilds unter den meisten Herstellungsbedingungen. Es ist zu beachten, dass die tatsächliche spektrale Reaktion des zur Helligkeitsmessung verwendeten Instruments von folgenden Faktoren beeinflusst wird:
- Die Lampe als Lichtquelle
- Die Eigenschaften des Fotosensors
- Die Fokussierlinse
- Die Filter.
Das Auswechseln beliebiger Komponenten, beispielsweise der Lampe, während des Papierqualitätstests kann die spektrale Reaktion verändern.
Prüfung von Helligkeit und Weiße
Bei manchen Anwendungen korreliert die gemessene Helligkeit nicht gut mit der visuellen Beurteilung des Weißgrads. Dies ist auf Abweichungen in Bereichen außerhalb des blauen Spektrumbandes zurückzuführen. Es kann daher notwendig sein, Weißheits- und Gelbheitsindizes mit einem Farbmessgerät zu ermitteln Papiertest. Bei den erhaltenen Werten handelt es sich nicht um die Dreifarbwerte, die für die komplizierte Farbmessung mit Formeln zur Bestimmung des Weiß- und Gelbgrads benötigt werden.
Die Helligkeit wird häufig durch die Zugabe optischer Aufheller verbessert. Diese bringen das Papier zum Fluoreszieren. Dabei handelt es sich um einen Vorgang, bei dem Lichtenergie aus einem Spektralbereich absorbiert und bei anderen (meist längeren) Wellenlängen wieder abgestrahlt wird. Bei manchen Materialien ist der Pegel des reflektierten Lichts bei bestimmten Wellenlängen höher als der des einfallenden Lichts. Die Messung des Fluoreszenzfaktors erfolgt durch Einsetzen eines UV-Filters in den einfallenden Lichtweg und Subtrahieren der resultierenden Helligkeit vom Wert, der ohne den zusätzlichen Filter erhalten wurde.
Diese kritischste Messung in der Zellstoff- und Papierindustrie verdient den modernsten und standardisiertesten Papiertester auf dem Markt. Kasse PROFILE/Plus®-Helligkeitsgerät von Technidyne zur automatischen Messung der Helligkeit und Fluoreszenz oben und/oder unten.
Drei Farbprüfsysteme für Papierqualität
Zur Farbmessung stehen verschiedene Systeme zur Verfügung. Alle verwendeten Zahlen wurden mit einem Tristimulus-Kolorimeter auf Grundlage des international anerkannten CIE-Standardbeobachters gemessen. Die drei am häufigsten verwendeten Farbtests Papierqualitätssysteme sind:
- CIE, L*a*b* (CIELAB oder STARLAB)
- Hunter L, a, b-System
- CIE, dominante Wellenlänge, Reinheit und Leuchtkraft
Der L-Wert bezieht sich auf die Helligkeit / Dunkelheit der Farbe
Der a-Faktor bezieht sich auf die Farbart auf der Rot/Grün-Achse
Der B-Faktor bezieht sich auf die Farbart auf der Blau/Gelb-Achse
Diese Systeme sind mathematischer Natur und schreiben nicht die Verwendung eines bestimmten Instruments vor. Bei der Korrelation zwischen ihnen müssen jedoch Geometrie, Photometrie und spektrale Reaktion berücksichtigt werden. Mit diesen Papierprüfsysteme können Ausmaß und Richtung von Farbunterschieden zwischen einer Probe und einem Standard bestimmt und verstanden werden.
TAPPI- und ISO-Farbpapiertests
Es gibt grundlegende Unterschiede in der optischen Geometrie der Instrumente, die zur Bestimmung optischer Eigenschaften nach TAPPI oder ISO verwendet werden. Aber bei beiden Methoden betrachtet der Sensor die Probe senkrecht zur Oberfläche.
Der TAPPI -Papiertest Bei dieser Methode wird die Probe mit einem Lichtstrahlwinkel von bis zu 45° zur Oberfläche beleuchtet. Der Nachteil der Winkelstrahlbeleuchtung besteht darin, dass die reflektierte Lichtmenge je nach Ausrichtung der Fasern im Blatt variiert. Hierzu sind Stichprobenmessungen sowohl in Maschinenrichtung als auch in Querrichtung erforderlich.
Der ISO- Papiertest Die Methode verwendet diffuse Beleuchtung. Da ISO-Instrumente keinerlei Richtungswirkung aufweisen, lassen sie sich leichter an automatisierte Streifenzufuhrsysteme anpassen als entsprechende TAPPI-Instrumente.
So testen Sie die Opazität, um die Papierqualität zu bestimmen
Die Opazität des Papiers ist insbesondere für Hersteller von Druckpapier von Interesse und kann bestimmt werden durch:
- Messung der Reflexion eines einzelnen Blattes Papier bei einer bestimmten Wellenlänge (normalerweise 457 nm), wenn es vor einen nicht reflektierenden schwarzen Hintergrund gehalten wird
- Messen der Reflexion eines einzelnen Blattes Papier, wenn es vor einen weißen Standardhintergrund gehalten wird (TAPPI-Methode), oder eines Blocks aus dem gleichen Papier, das dick genug ist, um die Lichtdurchlässigkeit zu verhindern. Die Opazität ist das Verhältnis der beiden Reflexionswerte, ausgedrückt als Prozentsatz.
Alle optischen Messungen während dieses Papiertests werden normalerweise mit einem einzigen Instrument durchgeführt, beispielsweise einem Helligkeits- und Farbmessgerät. Die erforderlichen Wellenlängen werden durch eine Reihe von Filtern gesteuert, um die Messung von Helligkeit und Opazität zu erleichtern.
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