La apariencia de una hoja de papel se determina, además de su limpieza, por la combinación de sus propiedades ópticas, que incluyen: transparencia, opacidad, blancura, color y brillo. Al determinar estas propiedades se puede pensar que los resultados indican la apariencia del papel durante su uso; esta es una consideración riesgosa debido a que el contexto físico y psicológico del proceso de la visión puede influir en el concepto de la apariencia. Esto significa que nuestra percepción de la apariencia y las lecturas de los instrumentos para pruebas ópticas no se rigen por las mismas leyes. El ojo tiene más posibilidades que un sensor óptico, pues es una extensión del cerebro. No mide, pero transmite señales al cerebro para juzgar. La señal producida por la luz en la retina es sólo un paso del proceso. Cuando una hoja de papel es analizada estamos obteniendo una lectura en la escala de un instrumento, pero no estamos midiendo necesariamente lo que vemos.
En este apartado estudiaremos únicamente los elementos y procesos que influyen y determinan la apreciación de la blancura. Considerando que la blancura del papel es una combinación de la reflectancia total de la luz blanca y de la uniformidad de la reflectancia en todas las longitudes de onda, revisaremos la modificación de la luz por los materiales, así como el proceso de su interacción con la luz.
Abordaremos también la propiedad óptica de la brillantez, que se refiere a la luminosidad o reflectancia del espectro por el papel, que si bien no es la blancura, es la mejor medida con que se cuenta para calcular la blancura máxima.
MODIFICACIÓN DE LA LUZ POR LOS MATERIALES Abordaremos también la propiedad óptica de la brillantez, que se refiere a la luminosidad o reflectancia del espectro por el papel, que si bien no es la blancura, es la mejor medida con que se cuenta para calcular la blancura máxima.
Cuando una luz blanca choca con un material homogéneo como un pedazo de vidrio claro, la luz puede ser reflejada, transmitida y absorbida, como se presenta en el esquema de la figura 1. La luz que pasa completamente a través del vidrio es la luz transmitida. Otra parte de la luz puede ser absorbida por el vidrio y perderse. Cuando es una gran cantidad de luz la que se absorbe, parte de ella se transforma en calor que podemos sentir. Por último, la luz que no fue transmitida ni absorbida es reflejada por la superficie del vidrio.
Figura 1. Esquema de la luz que incide en un vidrio.
Cuando el vidrio en que incide la luz es transparente, toda la luz se transmite, por el contrario, si el vidrio es opaco, no se transmite. Si no se absorbe la luz, el vidrio, o cualquier material que reciba la luz, será blanco: en cambio, si toda la luz es absorbida, el vidrio será negro. En caso de que la absorción de la luz ocurra en igual proporción en todas las longitudes de onda del espectro visible, el material será gris; si la luz se absorbe más en determinada longitud de onda, el material tendrá un color de acuerdo con la longitud de onda de que se trate. En el cuadro 2, se muestran las longitudes de onda aproximadas que corresponden en nanómetros (nm), a los colores del espectro visible.
Por último la luz puede dispersarse al pasar a través de un material y ser reflejada parte en una dirección y parte en otra, de manera que la luz viaje en todas direcciones. Cuando una parte de la luz que pasa a través de un material se dispersa y parte se transmite, se dice que es luz translúcida.
Cuadro 1. Longitudes de onda del espectro visible, apróximadamente.
Conviene señalar que la dispersión de la luz se produce cuando ésta pega en pequeñas partículas con diferente índice de refracción del material que las rodea. La cantidad de luz que se dispersa depende de la diferencia del índice de refracción de los dos materiales. Cuando los dos materiales tienen el mismo índice de refracción no se dispersa nada de la luz y el límite entre dichos materiales no se distingue. La cantidad de luz dispersada también depende del tamaño de las partículas; a menor tamaño de partículas, corresponde mayor dispersión de la luz, esto hasta llegar a un diámetro tan pequeño como la mitad de la longitud de onda de la luz, diámetro en que empieza a disminuir la dispersión.
Lo que se ha mencionado se refiere a materiales homogéneos, pero sabemos que el papel no lo es, por lo que su respuesta es diferente.
INTERACCIÓN DEL PAPEL CON LA LUZ
BLANCURA
En la presente hoja técnica, vamos a describir la propiedad del papel conocida como brillo. El brillo es una propiedad difícil de describir en sí misma, se relaciona con el lustre, que es la reflexión repentina de la luz y con el deslumbramiento, que es la reflexión incómoda de una luz excesivamente brillante. En sentido psicológico, el brillo y el lustre producen un efecto placentero, mientras que el deslumbramiento tiene un efecto desagradable de enceguecimiento.
A veces sucede, al estar leyendo una revista, que algunas páginas parecen atraer especialmente nuestros ojos, esto generalmente sucede con las páginas más brillantes. Una hoja brillante, refleja la mayor parte de la luz que incide en ella, esto es muy deseable para la impresión de anuncios en las revistas. Por otra parte, cuando se está leyendo un libro impreso en papel brillante, resulta cansado y podría ocasionar dolor de cabeza, provocado por el brillo del papel. Por lo anterior podemos ver que el grado de brillo que conviene escoger en un papel, depende mucho del uso final del producto que se quiere elaborar. Existe una tendencia a utilizar papeles cubiertos brillantes cuando se trata de dar viveza y relieve a la imagen impresa, en cambio para libros y textos en general se suelen emplear papeles menos brillantes.
En esta hoja nos referiremos a la importancia del brillo del papel, su impacto en los impresos, sus fundamentos y la forma en que se mide en el laboratorio.
INTRODUCCIÓN
Las principales propiedades ópticas o de apariencia del papel, cartulina o cartón son: blancura, brillo, color y opacidad. El brillo es la propiedad por la cual una superficie es capaz de reflejar los rayos paralelos de una fuente de luz que inciden en ella, igualmente paralelos y en un ángulo de reflexión igual al de incidencia, de manera semejante a como sucede en un espejo. Cuando la luz es reflejada por un papel en esta forma, se llama reflexión especular y a ella se debe su apariencia brillante o lustrosa. En el caso contrario, un papel mate, refleja la luz en todas direcciones y a esta forma se le llama reflexión difusa. La mayor parte de los papeles, tienen una superficie que no es perfectamente brillante ni perfectamente mate, sino que se puede situar en diferentes grados de brillo.
El brillo en el papel se puede describir como una característica que hace que su superficie refleje mayor cantidad de luz en la forma que lo hace un espejo, que la luz que refleja difusamente en el mismo ángulo, es decir que la superficie del papel tenga mayor reflexión especular que reflexión difusa. El brillo se aprecia más en unos ángulos de observación que en otros. Por el contrario una superficie mate, refleja un rayo de luz incidente en todas direcciones y la superficie se verá igual desde todos los ángulos.
Las fuentes de iluminación que tienen interés para las propiedades ópticas, son las que emiten luz visible, forman parte del espectro de energía electromagnética, en el que ocupan una banda muy angosta de longitudes de onda que va de 380 a 720 nm (nanómetros). Inmediatamente hacia abajo de 380 nm está la región de luz ultravioleta del espectro y hacia arriba de 720 nm, la región de rayos infrarrojos.
Cuando se quiere tener un alto valor de brillo en el papel, al papel terminado, se le da un tratamiento en supercalandria, este método de acabado del papel se puede aplicar a papeles tanto sin recubrir como recubiertos, sin embargo, los brillos más altos se consiguen en los papeles recubiertos.
IMPORTANCIA
Las propiedades ópticas del papel, son muy importantes debido a que al ver un papel, inmediatamente nos causan una impresión que puede ser favorable o desfavorable y hacemos un juicio sobre su apariencia. En los papeles para impresión, estas propiedades contribuyen a la apariencia de la reproducción impresa, en el caso del brillo es una cuestión de opinión personal el seleccionar un papel con mayor o menor brillo, ya que se pueden obtener impresos muy atractivos y con alta calidad, tanto en papeles brillantes como en mates. Para seleccionar el papel que resulte mejor para un impreso, es muy importante tener en cuenta el producto que se desea imprimir y el impacto que se desea tener en el observador. Es necesario considerar que el brillo de un impreso no solo depende del brillo y la lisura del papel, sino del conjunto con el brillo de la tinta y las interacciones entre la tinta y el papel.
Es importante que el brillo de un papel sea uniforme, debido a que puede afectar el color de un impreso por su influencia en la forma en que la luz se refleja a través de la tinta y en caso de que no se mantenga uniforme el brillo de un papel, la impresión de los colores también tendrá variaciones. Al imprimir en papeles brillantes, se pueden obtener negros más profundos y colores más saturados.
El brillo del papel también influye en el brillo de la tinta impresa. Además el brillo combinado con el rechazo a la tinta, influye en la densidad del color del impreso. Las variaciones en estas dos propiedades pueden ocasionar diferencias en la intensidad del color y en el brillo de la tinta impresa, así como en el contraste e impacto del impreso. En muchos impresos de calidad es muy apreciado un papel con brillo alto, como es el caso de los papeles cubiertos con acabado brillante, debido a que estos papeles realzan la impresión, sin embargo, para lograr una buena impresión con este tipo de papeles, es importante tener en cuenta otros factores como la absorbencia del papel y las características de la tinta.
En resumen la importancia del brillo del papel está en su contribución a la apariencia de los impresos y del aspecto final de una gran cantidad de productos, por ejemplo envases finos, portadas de libros, calendarios, carteles y anuncios, entre otros, por lo mismo se debe seleccionar el grado de brillo del papel de acuerdo con el producto que se quiere obtener y su diseño.
Las propiedades ópticas se basan en la interacción de la luz con el papel. En la figura 1, se muestran diferentes formas de esta interacción. Cuando la luz incide en la superficie de un papel, se observa que parte de la luz, inmediatamente se refleja saliendo de dicha superficie en el mismo ángulo con que incidió, esta reflexión se define como especular. El brillo es un atributo que se relaciona con la luz reflejada especularmente y la medida de esta reflexión se utiliza para su determinación.
Reflexión especular Transmisión Dispersión Absorción
Figura 1. Interacción de la luz con el papel.
Parte de la luz que incide en la superficie del papel, penetra hasta cierta distancia y se refleja de una a otra de las superficies de las partículas interiores del papel, compuestas por las fibras, los finos o partículas de fibras y las cargas. Debido a que hay un número enorme de partículas que reflejan la luz en el interior del papel, una gran cantidad de reflexiones de la luz se producen dentro de la hoja. Como resultado de estas reflexiones múltiples, los rayos que se reflejan y los que se transmiten y salen por la otra cara del papel, no son paralelos, sino que viajan en todas direcciones. Esta forma de reflejar y de transmitir la luz, en todas direcciones, se llama reflexión difusa, o transmisión difusa.
La reflexión difusa se relaciona con las propiedades de blancura y color. Esta reflexión se utiliza para medir estas propiedades, en cuyo caso se elimina tanto como sea posible, la luz reflejada especularmente que proviene del brillo.
Parte de la luz incidente es absorbida por el papel, esto significa que se pierde como luz visible y se libera como calor. La absorción depende de la longitud de onda de la luz y de la naturaleza de las partículas integrantes de la hoja. En una hoja de color resulta una absorción selectiva de la luz, por ejemplo, al incidir un rayo de luz blanca que contiene todos los colores mezclados en un papel rojo, el color del papel absorbe la luz en el extremo azul del espectro y la refleja en la parte roja.
El que un papel sea más o menos brillante depende de la proporción en que la luz que incide en él sea reflejada especularmente, este comportamiento se ve afectado por las irregularidades que existen en la superficie del papel. El grado de brillo de un papel, depende de lo ópticamente plana que sea su superficie.
El decir que una superficie es ópticamente plana, significa que las irregularidades en dicha superficie no deben exceder de alrededor de un dieciseisavo de la longitud de onda de la luz incidente. Conviene recordar que las longitudes de onda del espectro visible van desde 400 hasta 700 nanometros y que un nanometro equivale a 10-9 metros, esto equivale a un milimicrón, lo que quiere decir que hablamos de irregularidades exageradamente pequeñas.
Cuando la superficie del papel no es ópticamente plana, los rayos paralelos de luz al chocar con dicha superficie tendrán diferentes ángulos de incidencia y por lo tanto, los rayos de luz reflejados no serán paralelos, sino que se reflejarán en muchas direcciones.
La superficie de un papel es muy irregular, cuando se ve con aumento es parecida a una serie de crestas y valles y la luz que llega a una superficie así, se refleja en todas direcciones. Si a este papel se le da un acabado con calandria, las partes altas de muchas de las crestas se nivelarán dando áreas planas que quedan al mismo nivel; en esta forma los rayos paralelos de luz que inciden en dichas áreas planas tendrán el mismo ángulo de incidencia y se reflejarán como rayos paralelos de luz, o sea en forma especular. La cantidad de luz reflejada en esta forma dependerá del porcentaje del área total representado por las partes altas de las crestas niveladas. Si se da un grado mayor de calandrado al papel, habrá un número mayor de estas áreas planas y su brillo aumentará.
Al recubrir el papel con pigmentos que rellenan los valles, se obtendrá una superficie plana, sin embargo, el simple rellenado de los valles con un recubrimiento no dará un papel brillante; para lograr un brillo alto, es necesario darle un acabado ópticamente plano, que se puede dar por medio del secado contra una superficie muy pulida, o bien, por un proceso de supercalandrado.
No existe una relación clara entre la lisura y el brillo del papel, aunque en igualdad de condiciones, una mayor lisura produce un incremento en el brillo. Por otra parte, el color y la blancura, no afectan al brillo debido a que es un fenómeno de la superficie, que depende del índice de refracción del papel, de la longitud de onda de la luz y del ángulo de incidencia de dicha luz sobre el papel.
DETERMINACIÓN DEL BRILLO DEL PAPEL
Al determinar las propiedades ópticas de un papel, no podemos esperar que los resultados que se obtengan en algún aparato, nos vayan a indicar cómo se verá un producto hecho con ese papel. Cuando una hoja de papel da una lectura en un instrumento óptico, no está midiendo necesariamente lo que vemos, ya que al ver, se generan procesos en el ojo y en el cerebro que nos pueden hacer creer que vemos cosas que no están, o bien, que no veamos cosas que sí están. Nuestro sentido de la vista dice sólo cómo se ve o lo que parece ser una cosa y no necesariamente lo que es en términos de medidas físicas. Es necesario tener en cuenta las diferencias que existen entre las propiedades físicas y las sensaciones fisiológicas y psicológicas que intervienen en el proceso de ver cuando se trata de interpretar los resultados de las pruebas ópticas.
Existen varios instrumentos para medir el brillo especular, todos cuentan con una fuente de luz, una lente colimadora que sirve para producir un haz de rayos de luz paralelos, una ranura para limitar este haz de luz, un método para dirigir la luz hacia la muestra de papel con un ángulo de incidencia fijo y un método para medir la luz reflejada por el papel con un ángulo de reflexión igual al de incidencia. Este método de medición, en general consta de una segunda ranura para eliminar lo más que sea posible los rayos de luz que no sean paralelos y de un fotómetro para medir la luz reflejada.
Para medir el brillo de un papel, se han utilizado diferentes ángulos de incidencia de la luz, aunque no se ha llegado a un acuerdo universal sobre el ángulo que debería utilizarse para medir el brillo, aparentemente el ángulo de 75° con respecto a la normal, esto es a 90° de la superficie del papel, es el mejor para la mayoría de los papeles, aunque no es satisfactorio para papeles con alto brillo, con los que conviene más un ángulo menor.
Algunos instrumentos toman la medida a 45° y otros a 60°, pero la mayoría de las determinaciones se realizan con el ángulo de 75° respecto a la normal, esto es a 90°, en relación con la muestra de papel y que corresponde a un ángulo de 15° con respecto al plano de dicha muestra de papel. Este ángulo es el que se maneja en el aparato Photovolt, con el que cuenta el Laboratorio de la UILM, A.C. y cuyo procedimiento describe el método de prueba TAPPI T 480. En el método de prueba TAPPI T 653, que se recomienda para papeles con alto grado de brillo, se mide con un ángulo de 20° con respecto a la normal, lo que significa a 70° de la superficie del papel.
En estos aparatos, la reflectancia del papel se compara con un objeto de reflectancia conocida, en general se utiliza un estándar de vidrio negro pulido para ajustar el instrumento a 100. Después se coloca la muestra en lugar del estándar y se obtiene una lectura en el aparato correspondiente al brillo del papel.
Como se dijo antes, el color no afecta al brillo, por lo que debería ser igual ajustar el instrumento a 100 con un vidrio blanco pulido, sin embargo, la luz que choca contra el fotómetro en un medidor de brillo es una combinación de la parte de la luz que se refleja especularmente desde la superficie ópticamente plana y la parte de la luz que se refleja difusamente y que está paralela a la luz reflejada especularmente. Si se utiliza un vidrio negro como estándar, no habrá luz difusa reflejada, porque el color negro absorbe toda la luz que entra en el vidrio y sólo refleja la luz especularmente, que es la que mide el fotómetro, a diferencia de lo que sucede con un vidrio blanco que no absorbe la luz que penetra en él y refleja toda la luz, sumándose la luz reflejada difusamente a la luz reflejada especularmente.
Se debe evitar que las muestras que se vayan a utilizar para esta determinación presenten defectos como arrugas, manchas, dobleces, o de algún otro tipo, que pudieran alterar la superficie y por lo tanto, los resultados. A continuación presentamos algunos ejemplos de los valores normales de brillo para algunos tipos de papeles, que nos pueden dar una idea del significado de los resultados del análisis de una muestra de cualquier papel. Se determinaron contra un estándar de vidrio negro pulido al que se le da el valor de 100:
Cubiertos y laqueados - 96
Portada de revistas - 70
Cubierto en máquina para libros - 51
Supercalandrado para libros - 30
Acabado inglés para libros - 12
Bond para máquina de escribir - 6
Mimeógrafo - 4
BIBLIOGRAFIA:
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Casey J.P. Pulp and Paper Chemistry and Chemical Technology Tercera edición Vol. 3 y 4. A Wiley-Interscience Publication. 1983.
Kocurek M.J., Couris M. Pulp and Paper Manufacture. Tercera edición. Vol. 9. TAPPI - CPPA. 1983.
Levlin J., Söderhjelm L. Pulp and Paper Testing. Finnish Paper Engineers Association - TAPPI. 1999.
Scott W.E. y Trosset S. Properties of Paper: An Introduction. TAPPI PRESS. 1989.
Wilson L. A. Lo que el impresor debe saber acerca del papel. Graphictype México, S.A. de C.V. 1999.
Tio 14 The Best
Conviene señalar que la dispersión de la luz se produce cuando ésta pega en pequeñas partículas con diferente índice de refracción del material que las rodea. La cantidad de luz que se dispersa depende de la diferencia del índice de refracción de los dos materiales. Cuando los dos materiales tienen el mismo índice de refracción no se dispersa nada de la luz y el límite entre dichos materiales no se distingue. La cantidad de luz dispersada también depende del tamaño de las partículas; a menor tamaño de partículas, corresponde mayor dispersión de la luz, esto hasta llegar a un diámetro tan pequeño como la mitad de la longitud de onda de la luz, diámetro en que empieza a disminuir la dispersión.
Lo que se ha mencionado se refiere a materiales homogéneos, pero sabemos que el papel no lo es, por lo que su respuesta es diferente.
INTERACCIÓN DEL PAPEL CON LA LUZ
Una hoja de papel bond blanco normal contiene millones de fibras y finos, que son partículas muy pequeñas de fibras o cargas que al ser iluminadas por un haz luminoso, hacen que parte de los rayos de luz se reflejen en todas direcciones, tanto en la superficie del papel, como en el interior de la hoja, debido a que hay una gran cantidad de partículas que reflejan la luz dentro de la hoja. Gran parte de la reflexión de la luz ocurre en el interior de la hoja. Como resultado de estas reflexiones múltiples, los rayos de luz transmitida que salen por la otra cara del papel, y los rayos reflejados que regresan de la superficie del papel, no son paralelos, sino que viajan en todas direcciones. Esto se puede ver esquemáticamente en la figura 2.
Figura 2. Esquema de reflectancia y transmitancia difusos.
El nombre que recibe este comportamiento es dispersión difusa. La mayor parte de la luz que incide en una hoja de papel bond blanco, es reflejada o transmitida difusamente, debido a que las fibras individuales y las partículas de carga son esencialmente incoloras. En la práctica, el término reflectancia difusa se refiere a la fracción completa de la luz incidente que se refleja, y la transmitancia difusa se refiere a la fracción completa de la luz incidente que se transmite. Los materiales como el papel que transmiten la luz difusamente son translúcidos. BLANCURA
Al decir que un papel es blanco nos referimos a que refleja toda la luz que llega a su superficie, pero siempre debemos tener en cuenta que el juicio del observador sobre la calidad de blanco se ve influenciado por: la sensibilidad del ojo, las condiciones de observación y su experiencia anterior, entre otros factores. El papelero con frecuencia encuentra que los clientes de una región prefieren el blanco azulado, mientras que los de otra región lo prefieren rosado, lo que significa que deben dar un matiz al papel debido a que normalmente la celulosa conserva un tono ligeramente amarillento, cuya apariencia se neutraliza por medio de algún colorante, aumentando la blancura aparente del papel. De lo dicho aquí se puede deducir que las opiniones sobre la blancura del papel son muy diversas y que, por lo tanto, no es fácil llegar a un acuerdo.
En la apreciación de la blancura afecta también la superficie, ya que ésta influye en el comportamiento de la luz sobre la hoja. Dicha superficie varía de acuerdo con el acabado del papel, el cual puede ser más o menos liso, mate o brillante, y con un proceso superficial extra en el caso de papeles cubiertos (cuché).
La blancura del papel es una combinación de la reflectancia total de la luz blanca y de la uniformidad de la reflectancia en todas las longitudes de onda. Un blanco perfecto debería tener una reflectancia del 100%, en todas las longitudes de onda de la luz visible, pero no existe el blanco perfecto. El óxido de magnesio que se utiliza como estándar de referencia refleja entre 97% y 98%, de la luz que recibe, no llega al 100%. La apariencia de blanco del papel depende de la reflectancia total y de la uniformidad de la reflectancia en las diferentes longitudes de onda del espectro visible. Sin embargo, la uniformidad es la más importante. Por eso se mejora aparentemente la blancura al agregar un colorante rojo o azul que, al hacer bajar la reflectancia en la región del amarillo, hace que sea más uniforme dicha reflectancia a través de todo el espectro. Esto es interpretado por el ojo como un aumento en la blancura.
IMPORTANCIA DE LA BLANCURA La blancura es una característica del papel que se aprecia a simple vista, misma que es fundamental en el resultado de la impresión. De ahí su importancia. Sin embargo, como la apreciación visual es influenciada por la idea particular de cada observador, resulta complicada su definición y, debido a que es una apreciación subjetiva, se presta fácilmente a provocar polémicas.
La blancura del papel es especialmente importante para impresiones multicolor en las que la base neutra evita alteraciones en el matiz o en los colores de la tinta. Sin embargo, en impresiones en blanco y negro, también es importante debido a que puede afectar el contraste dado por la superficie del papel sobre el efecto visual de la impresión. Se comprende que lo esencial para lograr que se mantenga el efecto visual de la impresión a lo largo de un trabajo, es la uniformidad en la blancura del lote de papel.
BRILLANTEZ DEL PAPEL Es una propiedad muy importante que afecta la apariencia del papel, en inglés se le denomina "papermaker`s brightness". La brillantez real se refiere a la luminosidad o reflectancia del espectro por el papel. La brillantez del papel depende de la medida de la reflectancia de papeles blancos o casi blancos, a una sola longitud de onda de 457nm.
La brillantez no es la blancura, ni una medida colorimétrica. Es una propiedad relacionada con la ausencia de amarillo del papel. Sin embargo, la brillantez de la celulosa y las cargas que se utilizan para fabricar un papel dan una medida excelente de la blancura máxima que se puede conseguir por medio de la adición de los colorantes adecuados para matizarlo. La prueba de brillantez se diseñó para determinar la eficiencia del blanqueo y para eliminar lo amarillento de la celulosa, resultando muy práctico medirla en una sola longitud de onda, ya que las celulosas del mismo tipo tienen curvas de reflectancia del espectro de forma semejante, y la lectura en una longitud de onda es suficiente indicación de la forma de la curva. La longitud de onda de 457nm se escogió debido a que es en esa región del azul y el violeta en la que el incremento de la reflectancia con el blanqueo es mayor, lo que hace del valor de la brillantez una medida especialmente sensible de la eficiencia del blanqueo.
La brillantez también es adecuada para medir el envejecimiento del papel, ya que su cambio de color por esta causa o por degradación térmica es mayor en las regiones del azul y el violeta del espectro visible. Por lo anterior, se puede ver que la medida de la brillantez resulta la forma adecuada para medir la blancura del papel, aún cuando no se trate de la misma propiedad; por esto se conoce en general como blancura, a la medida de brillantez.
MEDIDA DE LA BLANCURA DEL PAPEL Resulta difícil valorar objetivamente en cifras la blancura de un papel, de manera que esta valoración satisfaga también la apreciación del ojo humano. En algunos casos, el impresor estima la blancura comparando la muestra de papel con una muestra tipo, o bien, con otra clase de estándar que represente la blancura que se desea tener en el papel. En estos casos es importante mantener las condiciones de observación uniformes, ya que si hay variación en el tono o la intensidad de la luz se puede dificultar el captar las variaciones entre unas muestras y otras, por lo que es recomendable poner un respaldo de papel blanco, abajo de la muestra en observación. También es conveniente tener un estándar blanco como los que se emplean en los aparatos de medición de la brillantez para comparar con él las diferentes muestras y poder valorar visualmente las desviaciones.
Ahora bien, la brillantez, que es la mejor medida de la blancura con la que podemos contar y, a la cual, normalmente se le denomina simplemente blancura, se puede medir con varios aparatos. Sin embargo, en todos se mide la reflectividad a una longitud de onda de 457nm, que corresponde a la región azul del espectro. Los dos sistemas principales son parecidos en su respuesta, aunque diferentes en su geometría de iluminación y observación. Se trata de colorímetros o reflectómetros. Se suelen emplear de dos tipos, unos tienen la iluminación a 45 grados, y los otros tienen iluminación difusa. En las figuras 3 y 4, se presentan esquemas tipo, simplificados, de dichos instrumentos.
Figura 3. Esquema simplificado de colorímetro con iluminación difusa.
Las especificaciones y métodos de prueba correspondientes a estos equipos se encuentran en el método TAPPI T 452, indicado para los instrumentos que emplean la geometría de 45 grados, entre los que se cuentan el Technidyne S-5 y el Photovolt. En este tipo de aparatos la iluminación de la muestra de papel se hace con rayos de luz blanca paralelos, que inciden en el papel a un ángulo de 45 grados, y la reflectancia difusa se mide perpendicular al papel. El haz de la luz incidente pasa por un filtro que elimina los rayos infrarrojos, pero esencialmente, toda la luz del espectro visible es transmitida al papel. Existe otro filtro en el paso de la luz reflejada para obtener la medida a 457nm.
Para los instrumentos que emplean la geometría difusa, las especificaciones y el método vienen en el TAPPI T 525. Entre estos equipos podemos mencionar el Elrepho, que era fabricado por Zeiss, quien ya no lo sigue fabricando. Sin embargo, este equipo fue la base para el que se fabrica actualmente en Finlandia, con el nombre de AutoElrepho y el Technidyne Micro-TBIC. En estos instrumentos el papel es iluminado con luz difusa que se difracta y transmite en todas direcciones, mientras que la reflectancia es observada en un ángulo perpendicular a la superficie del papel.
Estos aparatos se calibran contra un estándar de blancura conocida y se colocan en la apertura de la luz. Una vez calibrados, se colocan las muestras formadas por una pila de hojas de tamaño adecuado al aparato, con un espesor suficiente para no permitir el paso de la luz a través de dicha pila, y se toman las lecturas que dan sus porcentajes de blancura. Para asegurarse de que las muestras tengan el suficiente espesor, se duplica el número de hojas y no deben variar las lecturas del aparato. Habrá que considerar que no existe una relación simple entre las escalas de los instrumentos con diferente geometría, por lo que los resultados de las determinaciones de blancura realizadas en los instrumentos de iluminación a 45 grados, no corresponden a los de iluminación difusa.
Figura 4. Esquema simplificado de colorímetro con geometría de 45 grados.
En la práctica, para establecer una blancura ideal se ha elegido el óxido de magnesio; esto con la intención de obtener un valor de 100% y, en comparación con la blancura, determinar los valores de otros materiales como el dióxido de titanio, con un valor de 98%, y el carbonato de calcio, con un valor de 96%.
La celulosa tiene valores menores de acuerdo con el proceso por el que se obtuvo y de acuerdo al grado de blanqueo al que fue sometida. Entre las celulosas para papel más blancas está la denominada blanqueada al sulfito, que puede llegar hasta un valor de 92% de blancura. Sin embargo, este grado resulta alto para fabricar papel debido que normalmente un papel demasiado blanco cansa la vista al estar leyendo.
BRILLO DEL PAPEL
En la presente hoja técnica, vamos a describir la propiedad del papel conocida como brillo. El brillo es una propiedad difícil de describir en sí misma, se relaciona con el lustre, que es la reflexión repentina de la luz y con el deslumbramiento, que es la reflexión incómoda de una luz excesivamente brillante. En sentido psicológico, el brillo y el lustre producen un efecto placentero, mientras que el deslumbramiento tiene un efecto desagradable de enceguecimiento.
A veces sucede, al estar leyendo una revista, que algunas páginas parecen atraer especialmente nuestros ojos, esto generalmente sucede con las páginas más brillantes. Una hoja brillante, refleja la mayor parte de la luz que incide en ella, esto es muy deseable para la impresión de anuncios en las revistas. Por otra parte, cuando se está leyendo un libro impreso en papel brillante, resulta cansado y podría ocasionar dolor de cabeza, provocado por el brillo del papel. Por lo anterior podemos ver que el grado de brillo que conviene escoger en un papel, depende mucho del uso final del producto que se quiere elaborar. Existe una tendencia a utilizar papeles cubiertos brillantes cuando se trata de dar viveza y relieve a la imagen impresa, en cambio para libros y textos en general se suelen emplear papeles menos brillantes.
En esta hoja nos referiremos a la importancia del brillo del papel, su impacto en los impresos, sus fundamentos y la forma en que se mide en el laboratorio.
INTRODUCCIÓN
Las principales propiedades ópticas o de apariencia del papel, cartulina o cartón son: blancura, brillo, color y opacidad. El brillo es la propiedad por la cual una superficie es capaz de reflejar los rayos paralelos de una fuente de luz que inciden en ella, igualmente paralelos y en un ángulo de reflexión igual al de incidencia, de manera semejante a como sucede en un espejo. Cuando la luz es reflejada por un papel en esta forma, se llama reflexión especular y a ella se debe su apariencia brillante o lustrosa. En el caso contrario, un papel mate, refleja la luz en todas direcciones y a esta forma se le llama reflexión difusa. La mayor parte de los papeles, tienen una superficie que no es perfectamente brillante ni perfectamente mate, sino que se puede situar en diferentes grados de brillo.
El brillo en el papel se puede describir como una característica que hace que su superficie refleje mayor cantidad de luz en la forma que lo hace un espejo, que la luz que refleja difusamente en el mismo ángulo, es decir que la superficie del papel tenga mayor reflexión especular que reflexión difusa. El brillo se aprecia más en unos ángulos de observación que en otros. Por el contrario una superficie mate, refleja un rayo de luz incidente en todas direcciones y la superficie se verá igual desde todos los ángulos.
Las fuentes de iluminación que tienen interés para las propiedades ópticas, son las que emiten luz visible, forman parte del espectro de energía electromagnética, en el que ocupan una banda muy angosta de longitudes de onda que va de 380 a 720 nm (nanómetros). Inmediatamente hacia abajo de 380 nm está la región de luz ultravioleta del espectro y hacia arriba de 720 nm, la región de rayos infrarrojos.
Cuando se quiere tener un alto valor de brillo en el papel, al papel terminado, se le da un tratamiento en supercalandria, este método de acabado del papel se puede aplicar a papeles tanto sin recubrir como recubiertos, sin embargo, los brillos más altos se consiguen en los papeles recubiertos.
IMPORTANCIA
Las propiedades ópticas del papel, son muy importantes debido a que al ver un papel, inmediatamente nos causan una impresión que puede ser favorable o desfavorable y hacemos un juicio sobre su apariencia. En los papeles para impresión, estas propiedades contribuyen a la apariencia de la reproducción impresa, en el caso del brillo es una cuestión de opinión personal el seleccionar un papel con mayor o menor brillo, ya que se pueden obtener impresos muy atractivos y con alta calidad, tanto en papeles brillantes como en mates. Para seleccionar el papel que resulte mejor para un impreso, es muy importante tener en cuenta el producto que se desea imprimir y el impacto que se desea tener en el observador. Es necesario considerar que el brillo de un impreso no solo depende del brillo y la lisura del papel, sino del conjunto con el brillo de la tinta y las interacciones entre la tinta y el papel.
Es importante que el brillo de un papel sea uniforme, debido a que puede afectar el color de un impreso por su influencia en la forma en que la luz se refleja a través de la tinta y en caso de que no se mantenga uniforme el brillo de un papel, la impresión de los colores también tendrá variaciones. Al imprimir en papeles brillantes, se pueden obtener negros más profundos y colores más saturados.
El brillo del papel también influye en el brillo de la tinta impresa. Además el brillo combinado con el rechazo a la tinta, influye en la densidad del color del impreso. Las variaciones en estas dos propiedades pueden ocasionar diferencias en la intensidad del color y en el brillo de la tinta impresa, así como en el contraste e impacto del impreso. En muchos impresos de calidad es muy apreciado un papel con brillo alto, como es el caso de los papeles cubiertos con acabado brillante, debido a que estos papeles realzan la impresión, sin embargo, para lograr una buena impresión con este tipo de papeles, es importante tener en cuenta otros factores como la absorbencia del papel y las características de la tinta.
En resumen la importancia del brillo del papel está en su contribución a la apariencia de los impresos y del aspecto final de una gran cantidad de productos, por ejemplo envases finos, portadas de libros, calendarios, carteles y anuncios, entre otros, por lo mismo se debe seleccionar el grado de brillo del papel de acuerdo con el producto que se quiere obtener y su diseño.
FUNDAMENTOS
Las propiedades ópticas se basan en la interacción de la luz con el papel. En la figura 1, se muestran diferentes formas de esta interacción. Cuando la luz incide en la superficie de un papel, se observa que parte de la luz, inmediatamente se refleja saliendo de dicha superficie en el mismo ángulo con que incidió, esta reflexión se define como especular. El brillo es un atributo que se relaciona con la luz reflejada especularmente y la medida de esta reflexión se utiliza para su determinación.
Reflexión especular Transmisión Dispersión Absorción
Figura 1. Interacción de la luz con el papel.
Parte de la luz que incide en la superficie del papel, penetra hasta cierta distancia y se refleja de una a otra de las superficies de las partículas interiores del papel, compuestas por las fibras, los finos o partículas de fibras y las cargas. Debido a que hay un número enorme de partículas que reflejan la luz en el interior del papel, una gran cantidad de reflexiones de la luz se producen dentro de la hoja. Como resultado de estas reflexiones múltiples, los rayos que se reflejan y los que se transmiten y salen por la otra cara del papel, no son paralelos, sino que viajan en todas direcciones. Esta forma de reflejar y de transmitir la luz, en todas direcciones, se llama reflexión difusa, o transmisión difusa.
La reflexión difusa se relaciona con las propiedades de blancura y color. Esta reflexión se utiliza para medir estas propiedades, en cuyo caso se elimina tanto como sea posible, la luz reflejada especularmente que proviene del brillo.
Parte de la luz incidente es absorbida por el papel, esto significa que se pierde como luz visible y se libera como calor. La absorción depende de la longitud de onda de la luz y de la naturaleza de las partículas integrantes de la hoja. En una hoja de color resulta una absorción selectiva de la luz, por ejemplo, al incidir un rayo de luz blanca que contiene todos los colores mezclados en un papel rojo, el color del papel absorbe la luz en el extremo azul del espectro y la refleja en la parte roja.
El que un papel sea más o menos brillante depende de la proporción en que la luz que incide en él sea reflejada especularmente, este comportamiento se ve afectado por las irregularidades que existen en la superficie del papel. El grado de brillo de un papel, depende de lo ópticamente plana que sea su superficie.
El decir que una superficie es ópticamente plana, significa que las irregularidades en dicha superficie no deben exceder de alrededor de un dieciseisavo de la longitud de onda de la luz incidente. Conviene recordar que las longitudes de onda del espectro visible van desde 400 hasta 700 nanometros y que un nanometro equivale a 10-9 metros, esto equivale a un milimicrón, lo que quiere decir que hablamos de irregularidades exageradamente pequeñas.
Cuando la superficie del papel no es ópticamente plana, los rayos paralelos de luz al chocar con dicha superficie tendrán diferentes ángulos de incidencia y por lo tanto, los rayos de luz reflejados no serán paralelos, sino que se reflejarán en muchas direcciones.
La superficie de un papel es muy irregular, cuando se ve con aumento es parecida a una serie de crestas y valles y la luz que llega a una superficie así, se refleja en todas direcciones. Si a este papel se le da un acabado con calandria, las partes altas de muchas de las crestas se nivelarán dando áreas planas que quedan al mismo nivel; en esta forma los rayos paralelos de luz que inciden en dichas áreas planas tendrán el mismo ángulo de incidencia y se reflejarán como rayos paralelos de luz, o sea en forma especular. La cantidad de luz reflejada en esta forma dependerá del porcentaje del área total representado por las partes altas de las crestas niveladas. Si se da un grado mayor de calandrado al papel, habrá un número mayor de estas áreas planas y su brillo aumentará.
Al recubrir el papel con pigmentos que rellenan los valles, se obtendrá una superficie plana, sin embargo, el simple rellenado de los valles con un recubrimiento no dará un papel brillante; para lograr un brillo alto, es necesario darle un acabado ópticamente plano, que se puede dar por medio del secado contra una superficie muy pulida, o bien, por un proceso de supercalandrado.
No existe una relación clara entre la lisura y el brillo del papel, aunque en igualdad de condiciones, una mayor lisura produce un incremento en el brillo. Por otra parte, el color y la blancura, no afectan al brillo debido a que es un fenómeno de la superficie, que depende del índice de refracción del papel, de la longitud de onda de la luz y del ángulo de incidencia de dicha luz sobre el papel.
DETERMINACIÓN DEL BRILLO DEL PAPEL
Al determinar las propiedades ópticas de un papel, no podemos esperar que los resultados que se obtengan en algún aparato, nos vayan a indicar cómo se verá un producto hecho con ese papel. Cuando una hoja de papel da una lectura en un instrumento óptico, no está midiendo necesariamente lo que vemos, ya que al ver, se generan procesos en el ojo y en el cerebro que nos pueden hacer creer que vemos cosas que no están, o bien, que no veamos cosas que sí están. Nuestro sentido de la vista dice sólo cómo se ve o lo que parece ser una cosa y no necesariamente lo que es en términos de medidas físicas. Es necesario tener en cuenta las diferencias que existen entre las propiedades físicas y las sensaciones fisiológicas y psicológicas que intervienen en el proceso de ver cuando se trata de interpretar los resultados de las pruebas ópticas.
Existen varios instrumentos para medir el brillo especular, todos cuentan con una fuente de luz, una lente colimadora que sirve para producir un haz de rayos de luz paralelos, una ranura para limitar este haz de luz, un método para dirigir la luz hacia la muestra de papel con un ángulo de incidencia fijo y un método para medir la luz reflejada por el papel con un ángulo de reflexión igual al de incidencia. Este método de medición, en general consta de una segunda ranura para eliminar lo más que sea posible los rayos de luz que no sean paralelos y de un fotómetro para medir la luz reflejada.
Para medir el brillo de un papel, se han utilizado diferentes ángulos de incidencia de la luz, aunque no se ha llegado a un acuerdo universal sobre el ángulo que debería utilizarse para medir el brillo, aparentemente el ángulo de 75° con respecto a la normal, esto es a 90° de la superficie del papel, es el mejor para la mayoría de los papeles, aunque no es satisfactorio para papeles con alto brillo, con los que conviene más un ángulo menor.
Algunos instrumentos toman la medida a 45° y otros a 60°, pero la mayoría de las determinaciones se realizan con el ángulo de 75° respecto a la normal, esto es a 90°, en relación con la muestra de papel y que corresponde a un ángulo de 15° con respecto al plano de dicha muestra de papel. Este ángulo es el que se maneja en el aparato Photovolt, con el que cuenta el Laboratorio de la UILM, A.C. y cuyo procedimiento describe el método de prueba TAPPI T 480. En el método de prueba TAPPI T 653, que se recomienda para papeles con alto grado de brillo, se mide con un ángulo de 20° con respecto a la normal, lo que significa a 70° de la superficie del papel.
En estos aparatos, la reflectancia del papel se compara con un objeto de reflectancia conocida, en general se utiliza un estándar de vidrio negro pulido para ajustar el instrumento a 100. Después se coloca la muestra en lugar del estándar y se obtiene una lectura en el aparato correspondiente al brillo del papel.
Como se dijo antes, el color no afecta al brillo, por lo que debería ser igual ajustar el instrumento a 100 con un vidrio blanco pulido, sin embargo, la luz que choca contra el fotómetro en un medidor de brillo es una combinación de la parte de la luz que se refleja especularmente desde la superficie ópticamente plana y la parte de la luz que se refleja difusamente y que está paralela a la luz reflejada especularmente. Si se utiliza un vidrio negro como estándar, no habrá luz difusa reflejada, porque el color negro absorbe toda la luz que entra en el vidrio y sólo refleja la luz especularmente, que es la que mide el fotómetro, a diferencia de lo que sucede con un vidrio blanco que no absorbe la luz que penetra en él y refleja toda la luz, sumándose la luz reflejada difusamente a la luz reflejada especularmente.
Se debe evitar que las muestras que se vayan a utilizar para esta determinación presenten defectos como arrugas, manchas, dobleces, o de algún otro tipo, que pudieran alterar la superficie y por lo tanto, los resultados. A continuación presentamos algunos ejemplos de los valores normales de brillo para algunos tipos de papeles, que nos pueden dar una idea del significado de los resultados del análisis de una muestra de cualquier papel. Se determinaron contra un estándar de vidrio negro pulido al que se le da el valor de 100:
Cubiertos y laqueados - 96
Portada de revistas - 70
Cubierto en máquina para libros - 51
Supercalandrado para libros - 30
Acabado inglés para libros - 12
Bond para máquina de escribir - 6
Mimeógrafo - 4
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