纸张荧光增白剂对色彩复制的影响研究

付文亭，邓体俊，孙春鹏，彭乙轩

（1.中山火炬职业技术学院 包装学院，广东 中山528436；
2. 广东启博智能科技有限公司，广州 510000）

纸张是常见的印刷承印物材料，为了使纸张产生理想的复制效果，大部分纸张都添加了荧光增白剂（Optical Brightening Agents, OBA）。荧光增白剂可吸收波长低于400 nm 的不可见紫外光辐射，并通过电物理变化，释放波长约为400～450 nm 的蓝色可见光。这种光从含增白剂的纸张中释放之后，在含有大量紫外光的照明光源照射下，产生一种比白色更白的色泽，增加纸张亮度与白度，增强油墨的色彩特性[1-2]。

在2013 年之前，所有色彩管理和色彩目标都在没有考虑荧光增白剂（OBA）的情况下制定，以前的标准和数据如ISO 12647—2 和GRACoL2006，也是建立在不含荧光增白剂的承印物基础上，因此，由于荧光增白剂的光学特性，这些印刷标准只适用于不含荧光增白剂的印刷或打样承印物。当印刷或打样承印物中含有荧光增白剂时，基于这些印刷标准数据制作ICC 特性文件进行色彩转换时，视觉上颜色就会明显地不匹配。

为了解决荧光增白剂的光学特性对色彩管理的影响，ISO 13655 标准中规定了M1 和M2 这2 种观察条件，用以解决因荧光增白剂的光学特性导致仪器之间测量结果的变化，规范仪器之间的色度数据交换。其中，M1 定义了测定样本照明光源的光谱功率分布应与CIE 照明光源D50 光谱功率分布匹配（见图1），若测量荧光增白纸，定义仅需在调整部件数量（光谱区低于400 nm）时使用补偿性方法，纠正纸张中荧光增白剂荧光的影响；
M2 定义为通过过滤器过滤400 nm 以下紫外光，使测定样本照明光源的光谱功率分布仅包含波长范围在400 nm 以上的辐射功率，以排除因荧光增白剂的荧光导致仪器之间测量结果的变化。

图1 光源D50 光谱功率分布Fig.1 Illuminant D50 spectral power distribution

在2013 年新发布的国际标准GRACOL2013、SWOP2013、更新版ISO 12647—2:2013 及G7 数据库系列（CGATS21）中，数据均使用M1 观察条件测量[5-7]。

研究荧光增白剂对色彩测量的影响，对以色彩管理为核心的色彩复制具有重要的研究意义，国内外学者对此也开展了相关研究。李易蔚等[8]经过对比M1/M2 条件下输出色块色差，分析荧光增白剂对不同阶调和墨层厚度的色块的输出影响，发现使用UV-cut 滤镜对荧光增白剂进行校正后纸张上输出色块的色差减小，有利于准确地在纸张上进行颜色再现，该研究结果与理论分析是一致的；
田全慧等[9-10]找出彩色复制图像受荧光增白剂影响最大的区域与特征，且证实通过色度转换方法校正与补偿荧光增白剂对色彩特性数据的影响，有助于印刷色彩的正确匹配，该研究结果对基于M1 为观察条件的色彩管理工作流程实施研究有较大价值；
Chaikovsky 等[11]通过实验探究发现荧光增白剂纸张对色彩管理中黑色和黄色的影响较大。Hersch等[12]通过使用新的颜色预测模型来探究荧光增白剂对颜色预测的影响。

文中选择荧光增白剂含量不同（含较多荧光增白剂、含少量荧光增白剂、不含荧光增白剂）的3 种类型纸张，分别基于M1/M2 观察条件，测量纸白、CMYK 线性色表以及IT8.7/4 色表，分析M1/M2 观察条件ΔL*、Δa*、Δb*、ΔE*值以及ICC 曲线变化趋势，以探究荧光增白剂含量对色彩复制的影响。

2.1 实验条件

测量对象：定量为160 g/m2的神马印材双胶纸（含较多荧光增白剂）；
定量为157 g/m2的百乐数码铜版纸（含少量荧光增白剂）；
定量为120 g/m2的神马印材米白纸（不含荧光增白剂）。

测量设备：FUJI Xerox Iridesse Production Press数码印刷机；
爱色丽i1 分光光度计（带UV-Cut 镜头）；
爱色丽Exact 分光光度计（带UV-Cut 镜头）。

冲洗完成后将管道连接在钻杆上利用钻机回拉，将管道拖入已扩钻孔内，完成管道铺设施工。回拖过程为了避免钻孔中的落石、掉渣等问题，要求对管道进行预先连接，并一次性完成拖管，确保连接质量和铺管的顺利完成。

相关软件：
CHROMIX ColorThink3.03 ；
ColorMeasurementUtility（FUJI Xerox Iridesse Production Press 数码印刷系统）；
Microsoft Excel。

2.2 荧光增白剂含量对纸白测量的影响分析

2.2.1 实验方法

为了研究荧光增白剂对色彩印刷复制效果的影响，文中首先选择3 种含不同荧光增白剂成分的纸张（见表1），使用爱色丽Exact 分光光度计，分别基于M1/D50/2°、M2/D50/2° 2 种观察条件下，测量含较多荧光增白剂（A 纸）、含少量荧光增白剂（B 纸）、不含荧光增白剂（C 纸）3 种类型的纸张的色度值，并计算M1 和M2 观察条件下ΔL*、Δa*、Δb*和ΔE*的值，具体见表2，探究荧光增白剂含量对纸白测量的影响，有助于分析荧光增白剂对颜色测量的影响。

2.2.2 实验结果

从表1 数据可以看出，在M1 和M2 观察条件下，荧光增白剂含量对纸白测量数据影响很大，且荧光增白剂含量越大，其差异值越大，其中，b*值影响最大，L*值影响最小；
纸张色度值中的b*值正负特性与纸张荧光增白剂的含量相关，含荧光增白剂的纸张基色b*值为负值，且荧光增白剂含量越大，其负值绝对值越大；
纸白测量的Δb*值是由M1 和M2 数值之间的b*值差异计算得出的，荧光增白剂含量越大，Δb*的绝对值越大。

2.2.3 结果分析

由于M1 定义的照明光源的光谱功率分布与CIE照明光源D50 光谱功率分布匹配，包含310～400 nm的光谱成分。在M1 观察条件下测量的纸白光谱反射，包含因荧光增白剂发出的蓝光，因此，含荧光增白剂的纸张基色偏蓝色，测得的b*值为负值，且荧光增白剂含量越大，其负值绝对值越大；
而由于M2 定义的照明光源的光谱功率分布过滤了400 nm 以下的光谱成分，因为在M2 观察条件下测量的纸白光谱反射减少了400 nm以下的光谱成分引发的蓝光，所以在M2 观察条件下测量的b*值绝对值远小于M1观察条件下测量的b*值绝对值；
然而，针对不含荧光增白剂的纸张，在M1/M2 观察条件下测量纸白光谱反射不含蓝光，因此，其b*值为正值。综上所述，可以使用纸张基色的b*值大小与正负情况估计纸张OBA 的含量。

Δb*值是由M1 和M2 数值之间的b*值差异计算得出的，该值直接反映了D50 标准光源中UV 成分（400 nm 以下波长的光）引发的b*值差异，因此，其绝对值可以确定基材中的OBA 的含量。爱色丽Exact 分光光度计“增白剂指数”选项，其值定义为Δb*值的绝对值，即|Δb*|，ISO 15397 中以此为依据来确定基材中的OBA 含量，有助于分析纸张荧光增白剂含量对颜色测量的影响。

2.3 荧光增白剂含量对线性色表测量的影响分析

2.3.1 实验方法

为了研究荧光增白剂对印刷颜色复制的影响，文中在相同印刷状态下使用3 种含不同荧光增白剂成分的纸张（具体见表1）输出C、M、Y、K 线性色表；
使用爱色丽i1 分光光度计，分别基于M1/D50/2°、M2/D50/2°这2 种观察条件，测量含较多荧光增白剂（A 纸）、含少量荧光增白剂（B 纸）、不含荧光增白剂（C 纸）3 种类型的纸张上的线性色表，计算在M1 和在M2 观察条件下ΔL*、Δa*、Δb*和ΔE*的值，绘制色差值与网点百分比的变化趋势图（见图2），并进行数据趋势拟合（见表2），探究荧光增白剂含量对线性色表测量的影响，有助于分析荧光增白剂对彩色印刷复制的影响。

表2 Δb＊和ΔE＊值数据趋势拟合Tab.2 Trend fitting of data Δb＊ and ΔE＊

图2 M1/M2 下观察条件下线性色表ΔL*、Δa*、Δb*和ΔE*色差值曲线（ABC 纸）Fig.2 ΔL*、Δa*、Δb* and ΔE* value of linear color chart under M1/M2 condition（ABC paper）

表1 M1/M2 观察条件下纸张色度值Tab.1 Color value of paper under M1/M2 measurement conditions

2.3.2 实验结果

从图3 可以看出，在M1 和M2 观察条件下，纸张荧光增白剂含量对C、M、Y、K 线性色表颜色测量值影响很大，且荧光增白剂含量越大，同一色块测量值差异越大，其中，Δb*最大，ΔL*最小；
对不含荧光增白剂的纸张，分别在M1 和M2 观察条件下测量C、M、Y、K 线性色表的ΔL*、Δa*、Δb*和ΔE*的值基本为0；
对含有不同荧光增白剂成分的A、B 2 类纸张，测量C、M、Y、K 线性色表的ΔL*、Δa*、Δb*和ΔE*值的数据曲线趋势基本保持一致，且随着网点百分比的增大而减少，说明荧光增白剂含量对颜色测量数据的影响与色相关系较小，但是与阶调值关系较大，基本呈负线性关系；
其中，Δb*和ΔE*值的数据曲线基本重合，再次说明b*值差异是引起M1/M2 观察条件下产生ΔE*值的主要原因。

表2 是针对含有不同荧光增白剂成分的A、B 2类纸张，分别计算Δb*、ΔE*值与网点百分比数据趋势拟合公式。表2 中的趋势拟合公式全部呈负线性函数，且R²＞0.9；
对比C、M、Y、K 拟合公式，Y、K自变量系数绝对值大于C、M 自变量系数，且荧光增白剂含量越大，其差值越大，可以判断荧光增白剂含量对黄色和黑色的影响较大，这一研究结果与Chaikovsky 等[11]的实验结论一致。

2.3.3 结果分析

综上所述，含荧光增白剂的印品色彩在M1 观察条件下，其测量值受荧光增白剂的影响较大，因此，在进行颜色匹配，色度数据交换过程中，为了避免纸张OBA 含量的不同而带来的颜色偏差，需要通过测量纸张的基色色度值来确定统一纸张的OBA 含量或根据OBA 含量进行相应的数据补偿。

2.4 荧光增白剂含量对色彩管理的影响分析

2.4.1 实验方法

为了研究荧光增白剂对印刷颜色复制的影响，文中在相同印刷状态下使用3 种含不同荧光增白剂成分的纸张（具体见表1）输出IT8.7/4 色表；
使用爱色丽i1 分光光度计，分别基于M1/D50/2°、M2/D50/2°2 种观察条件，测量含较多荧光增白剂（A 纸）、含少量荧光增白剂（B 纸）、不含荧光增白剂（C 纸）3种类型的纸张上的IT8.7/4 色表，并制作ICC 特性文件；
利用CHROMIX ColorThink3.03 对3 种类型纸张的ICC 特性文件进行分析。

2.4.2 实验结果

从图3 可以看出，在M1 和M2 观察条件下，相同印刷状态下制作的同一纸张ICC 色彩特性文件的色域表现是有区别的，其中，针对A 纸制作的ICC色彩特性文件区别最明显，在M1 观察条件下的测量值较M2 观察条件下的测量值在b轴整体有明显的线性偏移，偏蓝色；
针对B 纸制作的ICC 色彩特性文件略有区别，在M1 观察条件下的测量值较M2观察条件下的测量值在b轴整体略有线性偏移，偏蓝色；
针对C 纸制作的ICC 色彩特性文件整体几乎重合。

图3 M1/M2 观察条件下ICC 特性文件色域分析（ABC 纸）Fig.3 Color gamut analysis of ICC characteristic file under M1/M2 observation conditions (ABC paper)

2.4.3 结果分析

综上所述，纸张添加的荧光增白剂的光学特性，会导致基于M1 观察条件下测量的数据生成ICC 色彩特性文件整体偏移蓝色，即b*值往负值线性偏移。根据色彩管理的原理，在色彩转换过程中，若使用上述ICC 色彩特性文件，转换结果会增加b*值偏移的相反色，即黄色的补偿结果，造成印刷品色彩偏黄。为了解决该问题，可根据荧光增白剂含量对b*值进行线性补偿校正。

文中分别从OBA 含量对纸白测量的影响分析，OBA 含量对线性色表测量的影响分析以及OBA 含量对色彩管理的影响分析3 个维度来分析OBA 含量对色彩复制的影响。发现分别在M1 和M2 观察条件下测量纸张基色b*值的差值，直接反映了D50 标准光源中UV 成分（400 nm 以下波长的光）引发的b*值差异，其绝对值可以确定基材中的OBA 的含量，其绝对值越大，说明纸张中含荧光增白剂越多；
同时，通过荧光增白剂含量对线性色表测量的影响研究分析发现，荧光增白剂含量对颜色测量数据的影响与阶调值相关，基本呈负线性关系，且荧光增白剂含量对黄色和黑色的影响相对较大；
通过荧光增白剂含量对色彩管理的影响实验分析可以看出，纸张添加的荧光增白剂的光学特性，会使M1 观察条件测量数据生成ICC 色彩特性文件，整体线性偏移蓝色，即b*值往负值线性偏移，且荧光增白剂含量越大，b*值偏移更大。

色彩测量的准确性是色彩管理有效实施的基础，基于M1 观察条件的色彩管理流程，需进一步根据荧光增白剂含量|Δb*|值，进行线性补偿校正方面研究，从而减少纸张荧光增白剂对色彩管理的影响，减少因纸张荧光增白剂引起色彩复制出现偏差，使纸张上的颜色准确复制。

文中经过研究，发现纸张的荧光增白剂含量不同，在M1/M2 观察条件下色度测量值不同，因此，为了准确复制颜色，在统一标准光源的基础上，还需规范测量仪器的观察条件以及根据荧光增白剂含量对b*值进行线性补偿，减少纸张荧光增白剂对色彩测量的影响，准确测量颜色，并实现色彩在不同设备间正确转换，准确复制颜色。