纸张转印墨斑检测方法初探

陈春霞 徐梅英 邓健信 王玉峰 黎伟波陈健鸿 欧海龙 邱玉桂,2

(1.广东省东莞市质量监督检测中心国家纸制品质量监督检验中心,广东东莞,523808;2.华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州,510640)

纸张转印墨斑检测方法初探

陈春霞1徐梅英1邓健信1王玉峰1黎伟波1陈健鸿1欧海龙1邱玉桂1,2

(1.广东省东莞市质量监督检测中心国家纸制品质量监督检验中心,广东东莞,523808;2.华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室,广东广州,510640)

利用 IGT印刷适性仪,在不同印刷条件下探讨了新闻纸、单面涂布白纸板和铜版纸转印墨斑的变化规律。结果表明,两种新闻纸的优化印刷条件为：油墨量 0.10 mL、印刷压力 650 N、速度0.4 m/s;主客观判定结果有差异,最少墨量时客观判定效果好,中等墨量时主观判定效果较好。两种涂布白纸板的优化印刷条件为：油墨量 0.35 mL、印刷压力 200 N、速度 0.3 m/s;铜版纸优选出的印刷条件为：油墨量 0.50 mL,印刷压力 500 N,速度 0.2 m/s。2人组及 4人组主观判定结果的相关性较强;3种客观判定方法中,光谱法与主观判定的一致性最好,PTS法次之,灰度法最差,光谱法和 PTS法有望作为评价纸张转印墨斑的新方法。

新闻纸;铜版纸;单面涂布白纸板;转印墨斑;主观评定;客观评定

纸张的印刷质量是当今印刷术所考虑的重要因素,拥有高品质的图像质量是最基本的要求。然而,在高速印刷过程中,纸张与油墨并不能完全达到理想的接触状态,因而会对印品产生许多不良影响,其中之一就是墨斑。

墨斑是指在印品表面形成的颜色不正常、深浅不均匀的斑点或条纹[1],受纸张的油墨吸收性和平滑度的影响最大。墨斑主要有 4种形式：转印墨斑、印刷墨斑、水扰墨斑及湿黏印墨斑[2]。其中,转印墨斑是由于纸张油墨吸收性不均匀或油墨由橡皮布向纸张的转移能力变差而引起的。

目前以墨斑为指标来评价纸张印后性能的比较少,至今仍基本上采用视觉主观判定的方法,因此受主观因素的影响比较大。但是,评价纸张印刷后的墨斑情况是评价纸张印刷效果的重要指标,采用墨斑的实验室测试方法,墨斑的表现效果得以加强,有利于通过实验室的检测手段来预评估印刷效果。本课题进行了新闻纸、铜版纸和单面涂布白纸板的转印墨斑正交实验,并结合墨斑主、客观判定方法对不同纸张的转印墨斑测试结果进行定量分析,以期为了解实际印刷过程中转印墨斑的形成、建立转印墨斑的评价方法提供一定的理论参考。

1 实 验

1.1 仪器

A IC2-5T2000型 IGT印刷适性仪,HSI U4高速匀墨仪。德国 PTS公司的DOMAS定量分析软件。

1.2 原材料

实验用 Huber墨斑测试油墨,选用 47 g/m2新闻纸 (A)、47 g/m2新闻纸 (B)、150 g/m2铜版纸(E)、400 g/m2单面涂布白纸板 (F)、300 g/m2单面涂布白纸板 (H)5个纸样进行实验,5种纸张表面物理性能的检测结果见文献[3]。

1.3 实验方法

纸张、油墨、仪器均在温度 (23±1)℃、相对湿度 (50±2)%的实验室条件下,预处理 6 h以上,进行上述 5个纸样的转印墨斑 (BT M)测试实验。

采用橡皮布印刷盘 (宽度为 50 mm,Φ68 mm),对其进行彻底清洗,直至无尘、无油;将印刷盘放于印刷仪上辊;将纸垫装在仪器扇形轮上,锁紧;将测试纸样装在仪器扇形轮上;将扇形轮置于初始位置;使用 Huber墨斑测试油墨,墨膜厚度 8.0μm (即0.35 mL)或其他油墨量 (见表 1);调节匀墨仪的匀墨方式为模式 2(水浴 23℃,开始时间 5 s,匀墨时间 10 s,匀墨速度1.2 m/s,印刷盘匀墨时间 5 s);注墨0.35 mL或其他油墨量进行匀墨,匀墨过程不补加油墨;调节印刷仪上辊的压力为 500 N,并调节合适的间隙;调节速度为匀速 0.2 m/s;上辊印刷;计时 15 s(首次印刷可无需等待),再更换 3个干净的印刷盘进行印刷;清洗,用松节油擦净印刷盘,重复操作。测试完毕,将印刷盘、注墨器等清洗干净;评估 (自制标准纸样对比、成对比较法或 DOMAS定量分析软件)。

由于纸张吸收油墨的不规则性,没有被完全吸收的油墨就会被转移到印刷盘上。采用这种方法,墨斑的表现效果得到加强,使结果评估更加容易。

采用转印墨斑测试可以预测不同纸张转印墨斑的形成情况。对于同一纸张,可通过改变油墨量、压力、速度进行三因素三水平的正交实验 (如表 1所示),来获取不同墨斑效果的纸样,便于后续主客观判定及相关性分析。

表1 转印墨斑正交实验条件

1.4 结果分析

对 5个纸样的转印墨斑测试结果进行成对比较法的主观判定 (2人及 4人分析结果)和 DOMAS定量分析软件 (灰度法、PTS法、光谱法)的定量分析,具体方法参照文献 [4]。

成对比较法所得墨斑指数值越大,墨斑越少;DOMAS定量分析所得墨斑不均匀性指数值越小,墨斑越少。

2 结果与讨论

2.1 47 g/m2新闻纸 (A)结果分析

新闻纸 (A)测试结果见表 2,结果分析见图 1、图2。

表2 新闻纸 (A)转印墨斑的主客观分析结果

由表 2可见,试样 1、2主客观判定结果差异最大,但试样 3的主客观判定结果一致性很好;试样4、5、6、8主客观差异较大,其中试样 8中 2人主观判定差异较大;试样 7、9、10主客观差异较小,其中试样 7灰度法判定结果差异较大,试样 10光谱法差异较大。优选出的印刷条件为 0.10 mL油墨,印刷压力 650 N,速度 0.4 m/s,即试样 3主客观评定效果均较好。

由图 1可见,从主客观判定结果拟合线性可知,主观判定 2人组合与 4人组合的相关性较高,相关系数 R超过 0.8;但主客观评定结果相关性较差,尤其是试样 1、2的影响最大,相关系数仅为 0.2左右。4人成对比较法判定结果与DOMAS软件定量分析的相关性比 2人主观判定的结果稍强;3种客观评定结果的相关性较好,尤以光谱法和 PTS法的相关系数最高。

图 2正交分析结果表明,主客观评定印刷效果受3个因素的影响不同。客观分析受油墨量的影响最大,速度次之,压力的影响最小;但对于主观判定而言,速度影响最大,油墨量次之,压力影响最小。正是由于影响因素对软件分析及视觉分辨能力的影响不同,导致主客观判定结果的一致性较差。

灰度法在油墨量最多、压力中等、速度最小时墨斑严重;在油墨量最少、压力最小、速度最大时墨斑最轻,优化条件为 a1b1c3。PTS法在油墨量最多、压力最大、速度最小时墨斑严重;在油墨量最少、压力最小、速度中等时墨斑最轻,优化条件为 a1b1c2。光谱法在油墨量最多、压力中等、速度最小时墨斑严重;在油墨量最少、压力最小、速度最大时墨斑最轻,优化条件为 a1b1c3。2人判定在油墨量最少、压力最小、速度最小时墨斑严重;4人判定在油墨量最多、压力中等、速度最小时墨斑严重;但 2人或 4人判定均在油墨量中等、压力最大、速度最大时墨斑最轻,优化条件均为 a2b3c3。

由于影响主客观判定最主要的因素有差异,客观判定结果是在最少供墨量时效果较好,而主观判定结果是在油墨量中等时较好,因此两种判定结果一致性较差。该组实验在油墨量 0.10 mL时达到客观判定较好的印刷效果,客观分析所得墨斑最少;但由于油墨量的增加、印样颜色的加深,导致人眼视觉判定效果较好,因此加大油墨量至中等墨量时,人眼判定墨斑较少。

表3 新闻纸 (B)转印墨斑的主客观分析结果

2.2 47 g/m2新闻纸 (B)结果分析

新闻纸 (B)转印墨斑主客观分析结果见表 3,评定结果的相关性见表 4、正交实验结果见图 3。

由表 3可见,试样 1、2主客观判定差异较大,主观判定效果差而客观判定效果好;试样 3、6的主客观一致性很好;试样 4、5、10主客观差异较大,主观认为效果较好但客观判定效果较差;试样 7、8、9主客观判定结果有一定差异,其中试样 7中 PTS法差别稍大,试样 8光谱法差别较大。优选出的印刷条件为 0.10 mL油墨,印刷压力 650 N,速度 0.4 m/s,即试样 3,该印样主客观评定效果均较好。

由表 4可见,主观 2人与 4人组合的相关性较强,相关系数 R超过 0.85;主客观评定结果的相关性较差,尤其是试样 1、2的影响最大,相关系数R低于 0.5,4人组合与客观评定的相关性更差。3种客观评定结果的相关性较好,尤以灰度法和光谱法的相关性最强。

图 3正交实验分析结果表明,主客观判定受油墨量的影响最大,压力次之,速度的影响最小。灰度法在油墨量最多、压力中等、速度最大时墨斑严重;PTS法在油墨量中等、压力中等、速度最大时墨斑严重;但灰度法、PTS法均在油墨量最少、压力最大、速度最小时墨斑最轻,故优化条件均为 a1b3c1。光谱法在油墨量中等、压力最小、速度最大时墨斑严重;在油墨量最少、压力最大、速度最小时墨斑最轻,优化条件为 a1b3c1。2人判定在油墨量最多、压力中等、速度最小时墨斑严重;在油墨量最少、压力最大、速度最大时墨斑最少,优化条件为 a1b3c3。4人判定在油墨量最多、压力最小、速度最小时墨斑严重;在油墨量中等、压力最大、速度最大时墨斑最少,优化条件为 a2b3c3。

影响主客观判定最主要的因素都是油墨量。客观判定结果是在最少供墨量时效果较好,主观判定结果是在油墨量中等时较好。但主客观判定结果受 3个因素的影响不一致,判定一致性较差。该组实验在油墨量 0.10 mL时达到客观判定较好的印刷效果,客观分析所得墨斑最少;但随着油墨量的增加、印样颜色的加深,导致人眼视觉判定效果较好,因此加大油墨量至中等墨量时,人眼判定墨斑较少。

表4 新闻纸 (B)印刷墨斑主客观评定结果的相关性

图3 新闻纸 (B)转印墨斑正交实验结果分析

表5 单面涂布白纸板 (H)转印墨斑的主客观分析结果

2.3 300 g/m2单面涂布白纸板 (H)结果分析

单面涂布白纸板 (H)转印墨斑主客观分析结果见表 5,评定结果的相关性见表 6、正交实验结果图 4。

由表 5可见,试样 1、2灰度法客观判定差异大,其余方法的一致性好,试样 1印刷效果很差,灰度法判断准确度低;试样 3主观判定一致性好,灰度法有所偏差;试样 6、10主客观差异较小;试样 4、5、9主客观判定差异较大,其中灰度法差别最大;试样 7主观判定与灰度法一致性较好,但与 PTS法和光谱法差别较大;试样 8主观判定与光谱法一致性好,但与灰度法和 PTS法差异较大。优选出的印刷条件为油墨量 0.35 mL,印刷压力 200 N,速度 0.3 m/s,即试样 4和油墨量 0.50 mL,印刷压力 200 N,速度0.4 m/s,即试样 7。

由表 6可见,主观判定 2人与 4人组合的相关性很高,R值超过 0.99;主客观评定结果相关性较好,尤以光谱法最佳,R值超过 0.88;但灰度法定量分析与主观判定一致性较差。3种客观评定结果的相关性较差,其中灰度法与光谱法分析结果差异较大。

图 4正交分析结果表明,灰度法中油墨量的影响最大,压力次之,速度的影响最小;PTS法的影响因素大小为速度 ＞油墨量 ＞压力;光谱法及 2人、4人判定的影响因素大小为油墨量 ＞速度 ＞压力。

灰度法在油墨量最多、压力中等、速度最小时墨斑严重;在油墨量最小、压力最小、速度中等时墨斑最少,优化条件为 a1b1c2。PTS法在油墨量最小、压力中等、速度最小时墨斑严重;在油墨量中等、压力最大、速度最大时墨斑最少,优化条件为 a2b3c3。光谱法在油墨量最少、压力最小、速度最小时墨斑严重;在油墨量中等、压力中等、速度中等时墨斑最少,优化条件为a2b2c2。2人及 4人的判定在油墨量最少、压力最大、速度最小时墨斑严重;在油墨量中等、压力最小、速度最大时墨斑最少,优化条件均为 a2b1c3。

影响主客观判定最主要的因素都是油墨量,但PTS法最主要受速度的影响。灰度法客观判定结果是在最少供墨量时效果较好;PTS法和光谱法客观判定及主观判定结果均是在中等供墨量时效果较好。主客观判定结果受 3个因素的影响较一致,判定一致性较好,但灰度法例外。该组实验在油墨量 0.10 mL时达到灰度法客观判定较好的印刷效果,客观分析所得墨斑最少;但随着油墨量的增加、印样颜色的加深,导致人眼视觉判定效果较好,因此加大油墨量至中等墨量时,人眼判定墨斑较少,且 PTS法和光谱法判定得到较好的效果。

表6 单面涂布白纸板 (H)转印墨斑主客观评定结果的相关性

图4 单面涂布白纸板 (H)正交实验结果分析

2.4 400 g/m2单面涂布白纸板 (F)结果分析

单面涂布白纸板 (F)转印墨斑主客观分析结果见表 7,评定结果的相关性见表 8。

由表 7可见,试样 1、2主客观判定差异较小,其中试样 2中光谱法偏差较大;试样 3、5、10主客观差异较大,但试样 5光谱法效果较好;试样 4、7主客观一致性较好;试样 6、9主客观判定差异较大,主观评定效果较差,但客观分析效果较好;试样 8主客观一致性好,光谱法偏离稍大。优选出的印刷条件为 0.35 mL油墨,印刷压力 200 N,速度 0.3 m/s,即试样 4,主客观评定效果均较好。

由表 8可见,主观判定 2人与 4人组合的相关性较高,R值超过 0.86;主客观评定结果相关性较好,R值超过 0.50,但光谱法稍低;3种客观评定结果的相关性较差,但灰度法与 PTS法分析结果相关性较好。

正交实验分析结果表明,灰度法受压力的影响最大,油墨量次之,速度的影响最小;PTS法的影响因素依次为压力、速度、油墨量;光谱法和 4人判定的影响因素大小为油墨量第一,速度第二,压力第三;2人判定时受速度的影响最大,油墨量次之,压力第三。

灰度法在油墨量最少、压力中等、速度最小时墨斑严重;PTS法在油墨量最多、压力中等、速度最小时墨斑严重;但灰度法和 PTS法均在油墨量中等、压力最小、速度中等时墨斑最少,故优化条件均为a2b1c2。光谱法在油墨量最少、压力中等、速度最小时墨斑严重;在油墨量中等、压力最小、速度最大时墨斑最少,优化条件为 a2b1c3。2人判定在油墨量最多、压力中等、速度最小时墨斑严重;4人判定在油墨量最少、压力中等、速度最小时墨斑严重;但 2人判定和 4人判定均在油墨量中等、压力最小、速度最大时墨斑最少,故优化条件均为 a2b1c3。

表7 单面涂布白纸板 (F)转印墨斑的主客观分析结果

影响灰度法、PTS法判定最主要的因素是压力,但光谱法和 4人判定最主要受油墨量的影响,2人主观判定受速度的影响最大。客观判定及主观判定结果都是在中等供墨量时效果较好。主客观判定结果受 3个因素的影响较一致,判定一致性较好。该组实验在油墨量 0.35 mL时达到主客观判定较好的印刷效果,墨斑最少;即随着油墨量的增加、印样颜色的加深,导致人眼视觉判定效果较好,因此加大油墨量至中等墨量时,人眼判定墨斑较少,且在此油墨条件下客观判定得到较好的效果。

2.5 150 g/m2铜版纸 (E)结果分析

铜版纸 (E)转印墨斑主客观分析结果见表 9,评定结果相关性见表 10。

由表 9可见,试样 1、2、3主客观判定差异大,主观判定效果较差,客观分析效果较好,但光谱法与主观一致性较好;试样 4、5主客观差异较大,主观判定效果较好,但客观分析效果较差,尤其是灰度法和 PTS法与主观判定差别很大,但光谱法与主观一致性稍好;试样 8主客观一致性较好;试样 6、7主客观判定差异较大。试样 9、10主客观判定差异较大,主观判定较差些但客观较好些。优选出的印刷条件为 0.50 mL油墨,印刷压力 500 N,速度 0.2 m/s,即试样 8。

由表 10可见,主观判定 2人与 4人组合的相关性很高,R值超过 0.98;主客观评定结果相关性较差,但光谱法较高,R值超过0.81;3种客观评定结果的相关性较差,但灰度法与 PTS法分析结果相关性较好。

表8 单面涂布白纸板 (F)转印墨斑主客观评定结果的相关性

表9 铜版纸 (E)转印墨斑的主客观分析结果

表10 铜版纸 (E)转印墨斑主客观评定结果的相关性

正交实验分析结果表明,灰度法和 PTS法主观判定受油墨量的影响最大,压力次之,速度的影响最小;光谱法受油墨量影响最大,速度次之,压力影响最小。

灰度法在油墨量中等、压力最小、速度中等时墨斑严重;在油墨量最多、压力中等、速度最小时墨斑最少,优化条件为 a3b2c1。PTS法在油墨量中等、压力最小、速度中等时墨斑严重;在油墨量最少、压力中等、速度最大时墨斑最少,优化条件为 a1b2c3。光谱法在油墨量最少、压力最大、速度最小时墨斑严重;在油墨量最多、压力中等、速度最大时墨斑最少,优化条件为 a3b2c3。主观判定在油墨量最少、压力最大、速度最小时墨斑严重;在油墨量中等、压力中等、速度最大时墨斑最少,优化条件为 a2b2c3。

影响主客观判定最主要的因素都是油墨量。PTS法客观判定结果是在最少供墨量时效果较好,灰度法和光谱法客观判定结果是在最多供墨量时效果较好,主观判定结果是在油墨量中等时较好,因此主客观判定结果受 3个因素的影响不一致,判定一致性较差,但主观判定与光谱法一致性较好。该组实验在油墨量0.10 mL时达到 PTS法客观判定较好的印刷效果,客观分析所得墨斑最少;但随着油墨量的增加、印样颜色的加深,导致人眼视觉判定效果较好,因此,加大油墨量至中等墨量时,人眼判定墨斑较少;随着油墨量的继续增加、印样颜色的加深,灰度法和光谱法判定得到较好的效果。

3 结 论

3.1 新闻纸 (A)和 (B)转移墨斑实验优选出的印刷条件均为油墨量 0.10 mL,印刷压力650 N,速度 0.4 m/s。影响主客观判定最主要的因素有差异,在最少供墨量时客观判定效果较好,而在油墨量中等时主观判定结果较好,主客观判定结果一致性较差。

3.2 单面涂布白纸板 (H)和(F)优选出的印刷条件为油墨量0.35 mL,印刷压力 200 N,速度0.3 m/s和油墨量 0.5 mL,印刷压力 200 N,速度 0.4 m/s。影响主客观判定最主要的因素都是油墨量,主客观判定结果受 3个因素的影响较一致,判定一致性较好,但灰度法例外。

3.3 铜版纸 (E)优选出的印刷条件为油墨量 0.50 mL,印刷压力 500 N,速度 0.2 m/s。主客观判定结果受 3个因素的影响不一致,判定一致性较差,但主观判定与光谱法一致性较好。

3.4 主观判定 2人组合与 4人组合的相关性较强,且较为稳定;采用成对比较法的分析结果较为稳定可靠。3.5 3种客观分析方法中,光谱法与主观评定的一致性最好,PTS法次之,灰度法最差。这是由于灰度法受样品密度和颜色的影响最大,而光谱法和 PTS法受这些因素的影响很小,判定结果稳定性较强。

[1] 刘春林,臧冬娟,张逸新,等.印刷“墨斑”成因分析与控制[J].上海造纸,2007,38(1)：19.

[2] Nancy Plowman Sandreuter.Predicting printmottle：a method of differentiating between three types of mottle[J].Tappi Journal,1994,77(7)：173.

[3] 陈春霞,欧海龙,邱玉桂,等.纸张油墨转移性能的测试方法探讨[J].中国造纸,2009,28(11)：22.

[4] 陈春霞,邓健信,徐梅英,等.纸张墨斑性能初探[J].中国造纸,2011,30(1)：28.

(责任编辑：赵旸宇)

Study on Back TrapMottle of Paper Printing

CHEN Chun-xia1,＊XU Mei-ying1DENG Jian-xin1WANG Yu-feng1L IWei-bo1CHEN Jian-hong1OU Hai-long1Q I U Yu-gui1,2
(1.Dongguan Quality Supervision Testing Center,Dongguan,Guangdong Province,523808;2.State Key Lab of Pulp and Paper Engineering,South China University of Technology,Guangzhou,Guangdong Province,510640)
( ＊ E-mail：jane01212000@126.com)

The back trap mottle in the print of different kinds of paper such as color offset newsprint,art paper and single coated paper was evaluated in this paper.Results showed that the optimized conditions of two kinds of newsprint are as follows：ink amount 0.10 mL,printing pressure 650 N,printing speed 0.4 m/s;there exists inconsistent correlation between objective quantitative assessment of mottling and subjective evaluation.Less mottle is obtained with the least ink amount by means of objective quantitative assessment,however,less mottle results are obtained with the medium ink amount when using subjective evaluation.The optimized conditions of the two kinds of single coated paper are as follows：ink amount 0.35 mL,printing pressure 200 N,printing speed 0.3 m/s.The optimized conditions of art paper are different.Results showed that there exists consistent correlation between 2 groups and 4 groups subjective evaluation of mottling.Among the three objective analysis methods,spectrum analysis correlates most closely with the visual results,then the PTS method.And the grey value method correlates at the least.So the spectrum analysis and the PTS method are expected to be the new methods for evaluation of the back trap mottle.

colored offset newsprint;art paper,single coated paper;back trap mottle;subjective evaluation;objective quantitative assessment

TS761

A

0254-508X(2011)04-0011-07

陈春霞女士,硕士,质量工程师;主要从事纸张与纸制品检测及标准研究工作。

2010-12-13(修改稿)

本课题为国家质检总局立项科研项目 (2007QK298)。