Base de conocimientos
Aplicaciones de pruebas ópticas para materiales de papel y cartón
Las propiedades ópticas del papel y el cartón determinan la apariencia y el atractivo de un producto y pueden controlarse y modificarse mediante rigurosas pruebas del papel.
Las propiedades ópticas se relacionan con todos los aspectos de la apariencia del producto, incluida la blancura, el brillo, el color, la opacidad y el brillo. Son importantes para el papel y el cartón y para su conversión. Por ejemplo, aumentar el brillo barnizando las luces de un área seleccionada hace que ésta se destaque del fondo.
Desde hace 100 años fabricamos máquinas para probar papel y cartón para que estas propiedades ópticas puedan entenderse. Nuestros instrumentos miden más de 50 datos discretos. calidad del papel Propiedades basadas en estándares de prueba internacionales. En este blog, hablamos sobre algunas de las formas en que ayudamos a nuestros clientes con sus pruebas en papel.
Los cambios en el proceso afectan la calidad del papel.
En cuanto a los componentes del papel, las propiedades ópticas se ven afectadas por todas las etapas del proceso de producción de pulpa y papel. Cambiar parámetros para mejorar una propiedad de calidad del papel puede ser perjudicial para otro, por lo que hay que considerar algunas compensaciones. Por ejemplo, aumentar la decoloración para mejorar el brillo reducirá la opacidad.
Los procesos de despulpado y blanqueo son responsables de la blancura de las fibras. El brillo final de un papel o cartón está gobernado por los efectos de dispersión de la luz de sus constituyentes, formación, cargas, recubrimientos y cualquier agente abrillantador óptico aplicado.
¿Qué propiedades ópticas afectan la calidad del papel?
Hay una serie de pruebas de calidad del papel que se pueden realizar para determinar las propiedades ópticas de las muestras de papel, que incluyen:
Calidad y color del papel.
El color puede aparecer como un tono de blancura debido a los químicos que quedan en las fibras después del procesamiento, o como un color de tintes agregados a la pulpa o aplicados a la superficie.
Con el espectrocolorímetro TQC SHeen X-Rite RM200QCr en tu bolsa, estarás preparado para evaluar con rapidez y precisión el color del papel, en cualquier momento y lugar.
Calidad y opacidad del papel.
La opacidad se rige inicialmente por la translucidez de la materia prima de fibras, donde las fibras de madera dura con forma de aguja son más opacas que las fibras de madera blanda con forma de cinta. La formación influye, pero la carga y el recubrimiento son los factores dominantes en la opacidad final de la lámina.
Si necesita pruebas de opacidad, consulte Technidyne PROFILE/Plus® TAPPI Opacity. Es nuestro dispositivo de medición de la opacidad del papel, rápido, preciso y totalmente automatizado.
Calidad y brillo del papel.
El brillo es una propiedad óptica compleja, no es fácil definirla con precisión ni medirla en términos de su apariencia a simple vista. Físicamente, está relacionado con el reflejo de un haz de luz colimado que incide sobre una superficie de papel.
En los papeles no estucados, parte de la luz se refleja en las fibras de la superficie como si fueran un conjunto de espejos en miniatura. Esto se llama refracción especular. El resto de la luz penetra más profundamente en el papel y se refleja y refracta en muchas direcciones. Esto se llama reflexión difusa. La luz total reflejada se compone de componentes reflejados especularmente y difusos, que no son fáciles de diferenciar.
La formación de fibras influye en el brillo.
Los dos factores que más contribuyen a la apariencia de un papel son la formación de fibras y el brillo, y el primero puede influir en el segundo.
Al considerar la apariencia del papel, los cambios en el tratamiento aplicado al papel base dan como resultado una amplia variación desde un acabado mate (reflectancia de luz mínima) hasta el acabado de alto brillo de los papeles estucados, lacados, metálicos y laminados plásticos. Las opciones intermedias son:
- Lavar y lamer papeles estucados.
- Varios papeles con estucado medio y pesado
- Papeles con cargas que van desde tiza hasta dióxido de titanio.
- Papeles sujetos a calandrado y supercalandrado.
La apariencia resultante de estas variables debe medirse para garantizar la conformidad con las especificaciones y la coherencia con el producto. Igualmente importante es la necesidad de apariencia en el papel impreso. El brillo de la impresión depende de:
- Formación de fibras
- Las propiedades del suministro de tinta.
- La interacción entre tinta y papel, donde el color y la intensidad pueden variar según la penetración y absorción del vehículo de tinta.
Debido a los cambios en la reflexión especular y difusa en diferentes tipos de papel y la dificultad de correlacionar con el ojo humano, es necesario aplicar diferentes geometrías a los brillómetros al realizar pruebas de papel.. Esto es para obtener la mejor correlación con grupos específicos de productos.
Para papeles con muy alto brillo (por ejemplo, papeles encerados), el estándar se aplica un ángulo de 20° con respecto a la vertical, ya que existe una alta proporción de reflexión especular. Sin embargo, el ángulo utilizado para la gran mayoría de los papeles es de 60 o 75.°, según el estándar elegido. Esto es para tener en cuenta la mayor cantidad de reflexión difusa en estos tipos de papel.
El diseño de los brillómetros varía según el propósito y los parámetros de prueba del papel .
Opciones de prueba de papel con brillómetro
Un dispositivo de comprobación del brillo, como un brillómetro, te ayudará a comprender las propiedades ópticas de tus muestras de papel y cartón. Las características más importantes de un brillómetro incluyen confiabilidad, facilidad de uso, reproducibilidad y trazabilidad de la calibración.
Con estos requisitos en mente, hemos desarrollado dos medidores de brillo de precisión en nuestra cartera de productos: SOLOGloss® y POLYGloss® .
SoloGloss® es nuestro probador de brillo de un solo ángulo. Es adecuado para la mayoría prueba de papel aplicaciones y se prefiere para mediciones en el rango semibrillante. La fuente de luz y el detector se colocan en un ángulo de 60° con respecto a la superficie a medir.
PolyGloss® es nuestro probador de brillo más avanzado. es un triple angulo prueba de papel Dispositivo que inspecciona todo el espectro de brillo desde ángulos de 20°, 60° y 85°. Para obtener mediciones de brillo más confiables en superficies de alto brillo, el ángulo de 20° es ideal. Al inspeccionar niveles de brillo bajos con alta reflexión difusa o superficies mate, el ángulo de 85° es el más adecuado.
Otros dispositivos de prueba de brillo que fabricamos incluyen Technidyne TEST/Plus® Gloss, diseñado para papel, cartón, corrugado, tintas y recubrimientos, papel, cartón y tisú. También de Technidyne, consulte el PROFILE/Plus® Brillo 75 grados.
Pruebas de papel: el ángulo de incidencia
Los componentes relativos también cambiarán según el ángulo de incidencia con el que la luz incide sobre el papel durante la prueba del papel.
El aumento del peso del recubrimiento y el calandrado hacen que la superficie se vuelva más suave y reflectante y, en consecuencia, la reflexión especular aumenta. Cuando la luz incide sobre una superficie mate, la luz reflejada se difunde en todas direcciones. En una incidencia cercana, parte de la luz se refleja de forma especular, provocando un brillo a veces llamado «brillo».
Por lo tanto, el ángulo de incidencia utilizado en la medición del brillo varía según los tipos de calidad del papel que se miden y el método estándar elegido y aplicado.
Calidad y brillo del papel.
Para satisfacer la necesidad de la industria de contar con un valor único para indicar el brillo, las organizaciones de normalización han elegido una distribución espectral de luz muy específica para iluminar el papel bajo prueba.
La mayoría de los papeles blancos, o casi blancos, tienen una curva de reflectancia que es relativamente plana (de 550 a 700 nanómetros) pero que desciende en la región azul del espectro. Así, se ha elegido la zona del espectro para indicar la blancura de una lámina en la banda azul, concretamente 547 nanómetros, con un rango espectral de 400 a 500 nanómetros. A medida que la hoja se vuelve más amarilla durante el Prueba de papel , la reflectancia azul aumenta.
Para lograr la medición de brillo de valor único, se han ignorado el área amarilla y roja del espectro visible. Por lo tanto, los papeles coloreados o tintados no pueden describirse completamente con este único número. Por ejemplo, un papel con un tinte rojizo podría tener el mismo brillo que un papel blanco neutro.
Controles de prueba de brillo
Por lo tanto, la caracterización completa y absoluta de una lámina tintada sólo puede lograrse mediante una prueba de papel tricolor. método de medición. Sin embargo, las mediciones de brillo se entienden más fácilmente y proporcionan un método rápido y sencillo para comprobar la apariencia óptica en la mayoría de las condiciones de fabricación. Cabe señalar que la respuesta espectral real del instrumento utilizado para medir el brillo se ve afectada por:
- La lámpara utilizada como fuente de luz.
- Las características del fotosensor.
- La lente de enfoque
- Los filtros.
Cambiar cualquier componente, como la lámpara, durante la prueba de calidad del papel puede cambiar la respuesta espectral.
Prueba de brillo y blancura.
En algunas aplicaciones, el brillo medido no se correlaciona bien con la evaluación visual de la blancura. Esto se debe a la variación en áreas fuera de la banda azul del espectro. Por tanto, puede ser necesario obtener índices de blancura y amarillez mediante un colorímetro. prueba de papel. Los valores obtenidos no son los valores de triestímulo necesarios para la complicada medición del color que utiliza fórmulas para evaluar el grado de blancura y amarillez.
El brillo suele mejorarse mediante la introducción de agentes abrillantadores ópticos. Estos hacen que el papel se vuelva fluorescente. Este es un proceso en el que la energía luminosa de una región espectral se absorbe y se reemite en otras longitudes de onda (generalmente más largas). Para algunos materiales, el nivel de luz reflejada es mayor que el de la luz incidente en determinadas longitudes de onda. La medición del factor de fluorescencia se realiza insertando un filtro UV en el camino de la luz incidente y restando el brillo resultante al valor obtenido sin el filtro adicional.
Esta medición, la más crítica en la industria de la pulpa y el papel, merece el probador de papel más avanzado y estandarizado. en el mercado. Verificar Dispositivo de brillo PROFILE/Plus® de Technidyne para la medición automatizada del brillo y la fluorescencia superior y/o inferior.
Sistemas de calidad del papel de prueba de tres colores.
Hay varios sistemas disponibles para medir el color. Todos utilizan números medidos por un colorímetro triestímulo basado en el observador estándar CIE aceptado internacionalmente. Las tres pruebas de color más utilizadas Los sistemas de calidad del papel son:
- CIE, L*a*b* (CIELAB o STARLAB)
- Sistema Hunter L, a, b
- CIE, longitud de onda dominante, pureza y luminosidad.
El valor L se relaciona con la claridad/oscuridad del color.
El factor a se relaciona con la cromaticidad en el eje rojo/verde.
El factor b se refiere a la cromaticidad en el eje azul/amarillo.
Estos sistemas son de naturaleza matemática y no especifican el uso de un instrumento en particular. Sin embargo, la correlación entre ellos debe considerar la geometría, la fotometría y la respuesta espectral. Usando estos En los sistemas de prueba de papel , se puede determinar y comprender la magnitud y dirección de las diferencias de color entre una muestra y un estándar.
Pruebas de papel de color TAPPI e ISO
Existen diferencias fundamentales en la geometría óptica de los instrumentos utilizados para la determinación de propiedades ópticas según TAPPI o ISO.. Pero en cualquier método, el sensor ve la muestra perpendicular a la superficie.
La prueba en papel TAPPI El método ilumina la muestra con un ángulo del haz de luz de 45° con respecto a la superficie. La desventaja de la iluminación con haz en ángulo es que la cantidad de luz reflejada varía según la orientación de las fibras en la lámina. Esto requiere que las mediciones de muestra se tomen tanto en la dirección de la máquina como en la dirección transversal.
La prueba de papel ISO El método utiliza iluminación difusa. La falta de cualquier efecto direccional en los instrumentos ISO significa que se adaptan más fácilmente a los sistemas automatizados de alimentación de tiras que los instrumentos TAPPI equivalentes.
Cómo probar la opacidad para determinar la calidad del papel
La opacidad del papel es de particular interés para los fabricantes de papel de impresión y puede determinarse mediante:
- Medición de la reflectancia de una sola hoja de papel a una determinada longitud de onda (generalmente cuatro de 457 nm) cuando se sostiene sobre un fondo negro no reflectante
- Medición de la reflectancia de una sola hoja de papel cuando se coloca sobre un fondo blanco estándar (método TAPPI), o sobre un bloc del mismo papel, lo suficientemente grueso como para evitar la transmisión de luz. La opacidad es la relación entre los dos valores de reflectancia, expresada como porcentaje.
Todas las mediciones ópticas durante esta prueba en papel. normalmente se llevan a cabo en un solo instrumento, como un brillo y un colorímetro. Las longitudes de onda necesarias están controladas por una serie de filtros para facilitar la medición del brillo y la opacidad.
Cien años de experiencia en pruebas de papel.
Nos hemos especializado en el diseño y fabricación de instrumentos de prueba para las industrias de celulosa, papel y embalaje durante casi 100 años. Aplicamos esta eExperiencia en cada parte de nuestro proceso de desarrollo y selección para brindarle las mejores soluciones de prueba de papel .
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